Prévision des débits de crue

Présentation

La prévision des débits consiste à anticiper, avec un délai aussi long que possible, les fluctuations du débit d'un cours d'eau. L'hydrologue est mis à contribution pour la prévision des étiages. Le phénomène à prévoir est dans ce cas relativement lent et le pas de prévision va de quelques jours à quelques dizaines de jours. La prévision des débits de crue est d'un intérêt évident pour essayer d'anticiper l'évolution du phénomène et permettre aux services ayant en charge la sécurité des biens et des personnes de prendre les mesures appropriées. Dans ce cas, selon la taille des bassins versants et leurs caractéristiques climatiques, le délai d'anticipation est de quelques heures à un jour.

Si le transfert d'information amont-aval présente un intérêt certain, notamment pour les grands bassins versants, la prise en compte de la pluie permet, pour la majorité des cours d'eau, un délai d'anticipation plus long. La modélisation de la pluie en débit est alors privilégiée.

Le modèle pluie-débit GR3H (Edijatno & Michel, 1989) a été adapté pour la prévision des crues (Yang, 1993). En collaboration avec la DIREN Midi-Pyrénées, on en a réalisé une version simplifiée pour ajouter ce modèle à ceux existant dans le logiciel SOPHIE 2, outil opérationnel utilisé par de nombreux services d'annonce de crues du Ministère de l'Écologie et du Développement durable (MEDD).

Le modèle pluie-débit GR3H fonctionne avec un réservoir de production (paramètre A), complété par un hydrogramme unitaire (paramètre C) et un réservoir (paramètre B) pour le transfert, d'où un total de 3 paramètres. On a fait le choix d'un fonctionnement en mode événementiel, i.e. discontinu dans le temps. Ceci nécessite l'initialisation en début d'épisode de crue du réservoir de production uniquement car celle du réservoir de transfert est directement déduite de la valeur du débit initial. Ce paramètre événementiel noté S0/A sera notre seule variable d'ajustement pour la prévision en temps réel.

Le modèle GR3H fonctionne pour l'instant au pas de temps horaire, avec une hypothèse de pluie future nulle. Ce dernier point limite le délai de prévision à la moitié du temps de réaction du bassin, mais le modèle pourra aisément intégrer des données de prévision de pluie dès que celles-ci seront suffisamment fiables.

Pour l'utilisation de GR3H en prévision, les paramètres A, B et C sont fixés, considérés comme des valeurs caractéristiques du bassin versant et obtenus par calage sur un échantillon d'au moins une dizaine d'événements pluie débit. Le paramètre d'initialisation du modèle S0/A est optimisé à chaque pas de temps pour retrouver les débits les plus récents. Si le temps de réaction du bassin versant présente une forte variabilité, on combine plusieurs modèles de paramètre temporel C différents, par une procédure multimodèles (Roche & Tamin, 1986), préexistante dans le logiciel SOPHIE 2.

Des essais de spatialisation du modèle GR3H sont en cours. Il apparaît que la prise en compte de la distribution spatiale des pluies conduit à une meilleure restitution des hydrogrammes de crue et à une plus grande précision des prévisions.

Parallèlement à ces recherches, l'équipe s'est investie :

dans un Projet INTERREG 3a FRAMEA (Flood forecasting using Radar in Alpine and Mediterranean Areas) pour utiliser l'imagerie radar en prévision des crues

et, en collaboration avec Météo-France, dans le développement d'un outil d'alerte des crues sur bassins versants non jaugés (AIGA).

L’équipe projet

Animation : Patrick Arnaud, Ingénieur de recherche

Principaux partenaires de recherche

Le Service Central Hydrologique pour l'Alerte et la Prévision des Inondations.