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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.

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1 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

2 Echéances requises crue temps Précipitations 3h Mise en alerte 12h - 24h Mise en vigilance 2j - 3j Vidange préventive 4j - 6j 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 bassinBassin 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 ? Modélisation hydrologique Traitement et assimilation des prévisions de précip. Chaîne de prévision hydro-météorologique --- Bassins à réponse rapide Prévisions de débit zones inondées Etat du bassin précip. débit

3 1.La chaîne de prévision hydro-météorologique 1.1Organisation générale de la chaîne 1.2Prévisions de précipitations 1.3Adaptation des prévisions 2.Générateur de scénarios de pluie 3.Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL 4.Utilisation en temps réel simulé: Gardon dAnduze – 09/ Conclusions et Perspectives PLAN

4 1.1 Organisation générale de la chaîne

5 1.2 Prévisions de précipitations (1) Prévisions Quantitatives de Précipitations Prévisions potentiellement disponibles: immédiates t+1, 2 voire 3h imagerie radar à court terme t+24, 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,...

6 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

7 1.3 Adaptation des prévisions Besoins hydrologiques Modélisation pluie-débit Dynamique rapide de la crue pas de temps hydrologique (Lebel 1984) pas despace hydrologique surface maximale dutilisation dune lame deau spatiale (Lebel 1984) Surface du bassin étudié modélisation globale ou semi-distribuée Nécessité de désagréger temporellement les prévisions météorologiques (précip.) tout en respectant le cycle de rafraîchissement pour les rentrer dans le modèle hydrologique 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

8 1.La chaîne de prévision hydro-météorologique 2.Générateur de scénarios de pluie 2.1Principe du générateur 2.2Conditionnement des scénarios par le passé 2.3Conditionnement des scénarios par le futur 2.4Sélection des scénarios de pluie 3.Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL 4.Utilisation en temps réel simulé Gardon dAnduze – 09/ Conclusions et Perspectives PLAN

9 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

10 2.1 Principe du générateur (2) au minimum : ~ 20 épisodes lois statistiques des différentes variables 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

11 Tirage des durées daverse : DA Tirage des durées Inter-averse : ITEA Tirage des hauteurs daverse : HPA = f(DA) Position du max. horaire dans laverse : HEMATirage de lintensité max. horaires : HPMX RPON = RPA/DA n RPA = HPMX/HPA = G(DA) 2.1 Principe du générateur (3) Tirage du nombre daverse : NAConstruction des hyétogrammes Répartition du volume daverse HPA autour de HPMX

12 2.2 Conditionnement par le passé Génération de scénarios prolongeant l'épisode en cours

13 2.3 Conditionnement par le futur (1) Prévision Déterministe Œ Génération contrainte par le passé Calcul du cumul généré sur 24h Censure selon le volume à respecter CENSURE

14 2.3 Conditionnement par le futur (2) Prévision Probabiliste : Comment la respecter ? Cumul en 24h à partir de 6h TU Nombre total de scénarios Souhaités ex. 500~1000 X Nombre de scénarios à retenir pour chaque classe

15 2.4 Sélection des scénarios de pluie Calcul du cumul sur 24h fixe (06-06h TU) 42mm en 24h t Retenir ce scénario généré pour la classe [40-45] sauf si elle en contient déjà 120 Nombre de scénarios à retenir pour chaque classe Rajout/rejet du scénario

16 PLAN 1.La chaîne de prévision hydro-météorologique 2.Générateur de scénarios de pluie 3.Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL 4.Utilisation en temps réel simulé Gardon dAnduze – 09/ Conclusions et Perspectives

17 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 90% 60% 35%

18 3 TOPMODEL (2) Pour disposer dun jeu (500) respectant une prévi probabiliste nécessité de générer qq voire jusquà 1 million de scénarios marginaux (Selon caractère inhabituel de la distribution à respecter…) Entre 2 jeux de scénarios: Résultats stabilisés en fourchette de débit si Nb scénarios > 500

19 PLAN 1.La chaîne de prévision hydro-météorologique 2.Générateur de scénarios de pluie 3.Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL 4.Utilisation en temps réel simulé Gardon dAnduze – 09/ Conclusions et Perspectives

20 4 Gardon dAnduze: 6-8/09/2005 (1) Quelques chiffres 250mm le 6 – Crue vicennale (T retour ~ 20ans) à Montpellier 230mm dans l'après-midi du 6 et 200mm le 8 à Nîmes Prévisions de précipitations disponibles Quantitatives dispose: Quantitatives Analogues Qualitatives suppose: Qualitatives Début/Arrêt des pluies Pic de crue du 06/09/2005 Le 5 à 18h TU (20h locale): le quantile Q 90% annonce une montée de débit dans l'après-midi du 6 Echéance suffisante 30h

21 4 Gardon dAnduze: 6-8/09/2005 (2) Le 6 sept. à 18h TU (échéance 36h) Prévision de précipitations J + (J+1) 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 Q 90% : pic entre 3h et 18hTU (230 m 3 /s) Etalement des précipitations sur les 36h Pluie répartie sur les 36h Et si on a plus d'information sur l'arrêt des précipitations ?? Arrêt des précipitations dans 10h Pic annoncé par Q 60% Adéquation avec la fréquence de P obs dans la distribution de la prévisions Arrêt des pluies

22 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: 2 nd pic annoncé dans l'après-midi Q 90% = 200 m 3 /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 ~ 20% Info. Qualitatives Prévisions de débit plus fines en chronologie

23 PLAN 1.La chaîne de prévision hydro-météorologique 2.Générateur de scénarios de pluie 3.Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL 4.Utilisation en temps réel simulé: Gardon dAnduze – 09/ Conclusions et Perspectives

24 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 ( h) 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

25 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?

26 MERCI DE VOTRE ATTENTION !

27 Prévu le 6 pour le 6 Le 6 pour le 7 Le 6 à 18h TU pour les 6 et 7 sachant que: 60mm déjà collectés le 6 à 18h TU


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