Amlioration d'une chane de prvision hydromtorologique'

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Amélioration d'une chaîne de prévision
hydro-météorologique. Application en temps réel
simulé au bassin du Gardon d'Anduze
Renaud MARTY Encadrant
Charles OBLED Co-encadrants
Isabella ZIN Abdelatif DJERBOUA
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Prévision des crues éclairs

• Précipitations déjà tombées
• Influence hydrologique
• sur 3 à 9h bassins à réponse rapide
• insuffisant dans loptique de bulletins
  d'alerte "crue"
• ? Besoin d'une projection plus longue
• de l'information "pluie" vers le
  futur,
• Prévisions de précipitations
• Sorties de modèles météorologiques brutes ou
  adaptées, déterministes ou probabilistes, avec
  des cumuls 12, 24, 48h ?
• Découpage des précipitations (ex. journalières)
  en précipitations horaires, respectant la
  climatologie des épisodes du bassin

• Bassin
• Besoin de prendre en compte
• ses caractéristiques
• l'évolution des contenus en eau du sol
• ? Besoin d'une modélisation hydrologique
  pour émettre des prévisions de débit

Où ? Comment ?
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PLAN

• La chaîne de prévision hydro-météorologique
• 1.1 Organisation générale de la chaîne
• 1.2 Prévisions de précipitations
• 1.3 Adaptation des prévisions
• Générateur de scénarios de pluie
• Transformation des scénarios de pluie en débit
  TOPMODEL
• Utilisation en temps réel simulé Gardon
  dAnduze 09/2005
• Conclusions et Perspectives

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1.1 Organisation générale de la chaîne
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1.2 Prévisions de précipitations (1)

• Prévisions Quantitatives de Précipitations
• Prévisions potentiellement disponibles
• immédiates t1, 2 voire 3h
• imagerie radar
• à court terme t24, 48 voire 72h
• sorties brutes des modèles météorologiques
• ou adaptation des sorties des modèles météo
  (Analogues)
• mais rafraîchies toutes les 24, 12 voire 6h
• déterministes, ou plutôt probabilistes

• Caractéristiques des sorties brutes
• Maille peu adaptée aux bassins
• maille couvrant plusieurs bassins,
• bassin couvert par plusieurs mailles
• Pas de temps de fourniture météo
• Cumuls sur 6, 12 voire 24h
• Informations Qualitatives
• expertise des prévisionnistes, des radaristes
• début des précipitations intenses,
• arrêt des précipitations,
• intermittence attendue au cours de lépisode,...

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1.2 Prévisions de précipitations (2)

• Ex. Prévisions adaptées par la méthode des
  analogues
• Bontron, Thévenot 2004
• Caractéristiques
• Distributions statistiques de la lame deau sur
  le bassin
• Cumul journalier (6h TU ? 6h TU)
• Rafraîchies toutes les 24h (à 6h TU)
• Actuellement
• Respect des distributions des 2 premiers jours
• Activation de la chaîne directement à
  partir des prévisions de pluie

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1.3 Adaptation des prévisions

• Besoins hydrologiques
• Modélisation pluie-débit
• Dynamique rapide de la crue ? pas de temps
  hydrologique
• ? pas despace hydrologique
  surface maximale dutilisation dune lame deau
  spatiale (Lebel 1984)
• Surface du bassin étudié ? modélisation globale
  ou semi-distribuée

• Bassins à réponse rapide Crues éclairs
• Pas de temps hydrologique horaire
• Surface 500 km² modélisation globale
  (acceptable)
• Or nos prévisions de pluie (QPF)
• Pas de temps météorologique journalier
  inadapté
• Lame deau sur le bassin
  adaptée

• Nécessité de désagréger temporellement les
  prévisions météorologiques (précip.) tout en
  respectant le cycle de rafraîchissement pour
  les rentrer dans le modèle hydrologique

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PLAN

• La chaîne de prévision hydro-météorologique
• Générateur de scénarios de pluie
• 2.1 Principe du générateur
• 2.2 Conditionnement des scénarios par le passé
• 2.3 Conditionnement des scénarios par le futur
• 2.4 Sélection des scénarios de pluie
• Transformation des scénarios de pluie en débit
  TOPMODEL
• Utilisation en temps réel simulé Gardon
  dAnduze 09/2005
• Conclusions et Perspectives

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2.1 Principe du générateur (1)

• Objectifs
• être capable de
• générer des épisodes pluvieux intenses
   plausibles 
• proposer un prolongement pour un épisode en
  cours
• respecter une prévision de pluie future
• respecter une distribution de pluie future SI
  prévision probabiliste
• intégrer des informations qualitatives
  supplémentaires

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2.1 Principe du générateur (2)

• Pour chaque épisode
• on considère dabord
• NA Nombre dAverses
• Puis pour chaque averse
• DA durée de laverse
• ITEA durée de la période sèche entre averses
• HPA hauteur de pluie de laverse
• HPMX maximum de pluie horaire
• HEMA position du max de pluie horaire

au minimum 20 épisodes ? lois
statistiques des différentes variables
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2.1 Principe du générateur (3)
Construction des hyétogrammes
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2.2 Conditionnement par le passé
Génération de scénarios prolongeant l'épisode en
cours
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2.3 Conditionnement par le futur (1)
Prévision Déterministe

• Génération contrainte par le passé

? Calcul du cumul généré sur 24h
? Censure selon le volume à respecter
CENSURE
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2.3 Conditionnement par le futur (2)
Prévision Probabiliste Comment la respecter ?
Cumul en 24h à partir de 6h TU
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2.4 Sélection des scénarios de pluie
Retenir ce scénario généré pour la classe
40-45 sauf si elle en contient déjà 120
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PLAN

• La chaîne de prévision hydro-météorologique
• Générateur de scénarios de pluie
• Transformation des scénarios de pluie en débit
  TOPMODEL
• Utilisation en temps réel simulé Gardon
  dAnduze 09/2005
• Conclusions et Perspectives

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3 TOPMODEL (1)

• Jeu de scénarios de débit donné par les scénarios
  de pluie
• Nombreuses traces,
• difficulté à synthétiser pour la prévision
  hydro-météorologique
• Simplification,
• diffusion des prévisions sous forme de
  quantiles de débit

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3 TOPMODEL (2)
Entre 2 jeux de scénarios Résultats stabilisés
en fourchette de débit si Nb scénarios gt 500
Pour disposer dun jeu (500) respectant une
prévi probabiliste nécessité de générer qq.
1000 voire jusquà 1 million de scénarios
marginaux (Selon caractère inhabituel de la
distribution à respecter)
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PLAN

• La chaîne de prévision hydro-météorologique
• Générateur de scénarios de pluie
• Transformation des scénarios de pluie en débit
  TOPMODEL
• Utilisation en temps réel simulé Gardon
  dAnduze 09/2005
• Conclusions et Perspectives

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4 Gardon dAnduze 6-8/09/2005 (1)

• Quelques chiffres
• 250mm le 6 Crue vicennale (Tretour 20ans) à
  Montpellier
• 230mm dans l'après-midi du 6 et 200mm le 8 à
  Nîmes
• Prévisions de précipitations disponibles
• dispose Quantitatives Analogues
• suppose Qualitatives Début/Arrêt des
  pluies

• Pic de crue du 06/09/2005
• Le 5 à 18h TU (20h locale) le quantile Q90
  annonce une montée de débit dans l'après-midi du
  6
• Echéance suffisante 30h

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4 Gardon dAnduze 6-8/09/2005 (2)

• Le 6 sept. à 18h TU (échéance 36h)
• Prévision de précipitations J (J1) imposée par
  
• le cycle journalier de rafraîchissement des
  prévisions
• la projection minimale de 12h dans le futur
• les 60mm déjà collectés sur le bassin depuis 6h
  TU

• Prévision de débit
• Quantile Q90 pic entre 3h et 18hTU (230
  m3/s)
• ? Etalement des précipitations sur les 36h

• Arrêt des précipitations dans 10h
• Pic annoncé par Q60
• Adéquation avec la fréquence de Pobs dans la
  distribution de la prévisions

Et si on a plus d'information sur l'arrêt des
précipitations ??
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4 Gardon dAnduze 6-8/09/2005 (3)

• Le 7 sept. à 6h TU (échéance 24h)
• Prévision de débit
• récession annoncée
• reprise possible mais peu probable 2nd pic
  annoncé dans l'après-midi Q90 200 m3/s

• Le 7 sept. à 6h TU (échéance 24h)
• Information qualitative
• Pas de pluie avant le 8 au matin
• Récession de la crue du 6 sept.

• Qualité des prévisions de débit
• Prévisions quantitatives de précipitations 80
• ? Modélisation hydrologique
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• Info. Qualitatives
• ? Prévisions de débit plus fines en chronologie

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PLAN

• La chaîne de prévision hydro-météorologique
• Générateur de scénarios de pluie
• Transformation des scénarios de pluie en débit
  TOPMODEL
• Utilisation en temps réel simulé Gardon
  dAnduze 09/2005
• Conclusions et Perspectives

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5 Conclusions

• Chaîne de prévision
• Générateur stochastique de pluie bon outil
• pour désagréger temporellement le cumul
  (journalier) "météorologique"
• Assimilation de l'ensemble des informations
  disponibles sur le futur probabilistes
  quantitatives et/ou qualitatives
• ? prévis plus fines et éventuellement plus
  justes
• Echéance (12 - 36h)
• extension significative de l'échéance de
  prévision des crues éclairs ? suffisante pour
  l'émission des bulletins d'alerte "crue"
• ? apport potentiellement intéressant
  dans la gestion des crues éclairs

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5 Perspectives

• Mise en opérationnel
• Activation de la chaîne d'après les prévisions
  "analogues" à 5j
• Accès horaire aux données en temps réel
• Accès journalier aux prévisions
• Mode "dégradé" pb. transmission acquisition
  des données
• Développements envisagés
• Couplage avec un modèle hydraulique
• pour la détermination des zones inondées
• Prévisions simultanées sur plusieurs bassins
• introduction cohérence spatiale entre les
  générations stochastiques sur les
  différents bassins,
• désagrégation spatio-temporelle des
  prévisions météorologiques
• Acquérir / Produire des PQPFs à pas de
  temps infra journalier 12h?, 6h?

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MERCI DE VOTRE ATTENTION !
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Prévu le 6 pour le 6
Le 6 à 18h TU pour les 6 et 7 sachant que
Le 6 pour le 7
60mm déjà collectés le 6 à 18h TU