7èmes Journées CETMEF 10 décembre 2008 « l’assimilation de données »

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1 7èmes Journées CETMEF 10 décembre 2008 « l’assimilation de données »
Les modèles du réseau de la prévision des crues (SCHAPI et SPC) Caroline Wittwer

2 Plan Le réseau SCHAPI et SPC La production de la vigilance
Les modèles de prévision 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

3 La couverture territoriale du réseau de la prévision des crues
Un réseau de 250 personnes : 22 SPC (7 DIREN, 14 DDE ou SN, 1 MF) et le SCHAPI + ~ 200 personnes pour l’hydrométrie 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

4 Le réseau hydrographique surveillé par le SCHAPI et les Services de Prévision des Crues (SPC)
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5 Types de crues Crues rapides Crues de nappe Crues en estuaire
Crues de plaine Crues en estuaire 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

6 La prévision opérationnelle
Production de la vigilance = tendances, dépassement de seuils, anticipation maximum Connaissance des BV (BDEH) Connaissance des lames d’eau (LAMEDO) Indicateurs (analogues, AIGA) Modèles « simples » (AVI) Utilisation des prévisions d’ensemble (EFAS, SIM/PE) …. Prévision des crues = prévisions chiffrées, temps réel, scénarios de pluie prévue Sélection des logiciels selon les types de crues (SOPHIE, MASCARET, ATHYS..) Evaluation des modèles Plate-forme de modélisation Temps Réel (POM) … 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

7 Critères opérationnels
Glob Rap. Lent Estu Synchronisation pointes prévues / observées 1 2 3 Valeur de la pointe de l’hydrogramme (débit) 5 8 Valeur de la pointe de l’hydrogramme (hauteur) 4 Volume de l’hydrogramme 7 Début de réaction du cours d’eau 6 Durée de l’événement de crue 11 Pente de montée de l’hydrogramme Pente de descente de l’hydrogramme 9 10 Erreur moyenne en débit Erreur moyenne en hauteur Prévision de dépassement de seuils 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

8 Abaques d’aide à la vigilance
Pluie prévue pour les prochaines 24 heures Deségragation par le prévi sur Tc BP de Météo-France Bon fonctionnement sur les bassins où le forçage météorologique présente une certaine homogénéité spatio-temporelle 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer Colloque SHF-191e CST "Prévisions hydrométéorologiques" 8

9 Projet AVI – Aide à la Vigilance (CEMAGREF-SCHAPI-MF)
choix des BVs couverture des zones AP-BP et des mailles PE sur les BVs calage des BVs sélectionnés: définition des paramètres calcul des seuils de vigilance Mise en place M1 M2 M3 Prétraitement GR3P Post-traitement (visualisation et interprétation) lecture BP lecture PE scénarios pluies prévues sur chaque BV préparation répertoires des entrées diagrammes de prévision cartes hydrogrammes critères scénarios pluies prévues scénarios débits prévues scénarios vigilance (dépassement seuils) critères de performance et/ou qualité des prévisions 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer HBAN, MHR, 18/08/08

10 Prévisions d’ensemble PE-MODCOU : la Seine à Paris, crue de Mars 2001
Q90 Q50 Q10 Prévision correcte de l’intensité et de la temporalité de la crue (montée, date du pic de crue, décrue) Dispersion correcte Prévision de la crue dès le mars : mise en vigilance précoce (Rousset-Regimbeau et al. 2007) 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

11 Expérimentation de LISFLOOD (JRC)
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12 Le futur outil d’aide à la vigilance ???
Alertes Dépassement de seuils 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

13 Les modèles de prévision dans les SPC
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14 SOPHIE plateforme de modèles conceptuels globaux
débits-débits (Relation Linéraire, Réglette de Bachet, Lag & Route, Valeurs Transitoires, Relation Puissance…), pluies-débits (PQ, PQb, PQh, GR3H…), possibilité d’enchaînement des modèles procédure multi-modèle 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

15 Environnement de SOPHIE (Système Ouvert de Prévision Hydrologique Informatisé avec Expertise)
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16 Module prévision de SOPHIE
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17 Modèle GR3P (Cemagref) modèle global version horaire (Ph – Qh)
structure à réservoirs modèle continu (fonction d’évapotranspiration intégrée, fonctionnement en continu sans assimilation) assimilation directe des débits sur réservoir de routage prise en compte des erreurs antérieures par AR1 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

18 Résultats de GR3P à Anduze (contrôle)
Septembre 2002 Octobre 2006 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

19 Prévision : comparaison des modèles
Modèle distribué (SCS) Modèle global (GR3H) Distribué à base d’un MNT Unités différenciées (relief…) Pluie variable = f(maille)  Caractéristiques moyennes 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

20 Modèles temps réel du SPC Grand Delta
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21 Modèle pluie-débit sur les bassins amonts : ALHTAIR (SPC Grand Delta)
Echéance de prévision possible? A valider pour chaque bassin … 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

22 ATHYS Atelier Hydrologique Spatialisé
MERCEDES VISHYR SPATIAL VICAIR Linux, Windows (via Cygwin) Tcl/tk, C, Fortran, domaine public 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

23 Le modèle MARINE (IMFT)
modèle atmosphérique Pluie observée ou antcipée par by Météo France SPOT or IGN DEM LANDSAT or SPOT land cover Satellite ISBA, ... Meteorological RADAR Local observed rain Pente Occupation du sol Production HYDRAM lame d’eau data banks MARINE Runoff Infiltration Ruissellement de surface 2R MésoNH Satellite ou local Hydrogramme MAGE 1D CEMAGREF GERALDINE 1D IMFT TELEMAC 2D EDF Rugosité Profil en long Profil en travers MARINE River 2D or 1D v(x,y,t) ; h(x,y,t) h(x,t) 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

24 MARINE Temps réel (IMFT/HYDROECO)
Gardon d’Anduze 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

25 Le modèle Telemac-Gironde
© EDF/LNHE Reprise d’un modèle développé initialement par EDF- LNHE La houle et les débordements ne sont pas pris en compte Emprise du modèle: Aval: 25 km de l’embouchure Amont : limite d’influence de la marée à La Réole et Pessac Maillage : mailles triangulaires 50 m dans les parties fluviales 100 m à 2000 m à la frontière maritime. 175 Kms modélisés 7350 nœuds 12837 éléments 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

26 Les résultats obtenus lors de la phase de calage avec TELEMAC Gironde
Station de Laména – évènement de 2004 30 cm 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

27 La chaîne temps réel de Mascaret
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28 MASCARET temps réel sur l’Adour
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29 Les réseaux de neurones artificiels (Ecole des Mines d’Alès)
Relation pluie- hauteur d’eau non linéaire Réseau « type » 2 couches de neurones Temps de calcul réduit Le réseau est utilisé en 2 phase tout d’abord l’apprentissage : le calcul des coefficients, qui peut durer de quelques minutes à 1/2h, puis l’utilisation, qui consiste en la propagation de l’information au travers du réseau : 1 microseconde 29 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer 29

30 Résultats : réseau dynamique Hp=2h
Nash = 0.74 – Cp = 0.47 – Ch = 0.59 Nash = 0.82 – Cp = 0.31 – Ch = 0.61 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

31 POM TEMPS DIFFERE TEMPS REEL ou REJEU Outils d’Analyse Hydrologique
(pour l’instant SACHA) BDEH Description des événements de crue Archivage des caractéristiques par crue Synthèses par bassin Interface temps réel ? Critique des données manuelle, Prévision validées Evénements Superviseur national Interface temps réel BDTR FTP Données les plus valides (obs et prév) LAMEDO Interface de paramétrage du référentiel modèles Données d’entrée des modèles (Service Web) : H, Q, P, CT (obs et prév) Données de sortie des modèles, indicateurs qualité POM Interface temps réel / rejeu Scénarios de pluies prévues Lancement de modèles Forçage de certains paramètres Visualisation du journal de la POM Préparation des données (critique automatique, conversion H-Q) Exports Interface d’évaluation pérennes des modèles Lancement des calculs sur un jeu d’événement et calcul de critères statistiques Calcul d’indicateurs BD POM Lancement dynamique Enchaînements Interface de paramétrage Paramétrage du lancement (enchaînements, heures…) Tâches automatiques Lancement Lancement, enchaînement Données de sortie des modèles Plateformes de calage et de validation CALIPSO pour SOPHIE FUDAA pour MASCARET ATHYS pour MERCEDES Modèles Exécutables Fichiers de configuration Paramétrage des modèles pour le temps réel 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

32 L’architecture envisagée pour la base de donnée des lames d’eau (LAMEDO)
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33 Critères d’inter-comparaison des modèles
Approche « temps réel » / « temps différé »  Approche « Prévision » / « Simulation » Critères comparant : - une prévision (résultat d’un modèle à une échéance donnée sans connaître les données futures) - à une observation (a posteriori) Critères comparant : - une simulation (avec toutes les données d’entrées connues) - à l’observation  déjà fait pour le calage… 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

34 PROPOSITION : Critères en cotes à t+1h, t+2h, t+3h, t+4h
Plage Critères Allure générale Tout l’événement probabilistes dh >0 et <0 (cm) dt >0 et <0 (min) Pic Supérieur à 4 Qpic / 5 Montée avant 4 Qpic / 5 3 Seuils (jaune, orange et rouge) Instant de dépassement du seuil Retard ou avance dt (min) 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

35 Les orientations de travail
Conforter l’existant Compléter et améliorer le système de collecte des données Recueillir d’autres données Assimiler les données dans les modèles hydrologiques et hydrauliques Améliorer la communication en crise et post-crise Adapter la formation aux besoins du réseau S’atteler à de nouveaux sujets Prévision en temps réel des zones inondables, directive Prévision sur les petits bassins versants – ruissellement Valorisation des modèles pour l’étude de l’impact du changement climatique Synergie des bases de données hydrologie et côtier Elargir le partenariat Accroître les études avec le RST et les organismes publics à l’international : OMM, Europe (interreg, opérationnel..) 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

36 Merci de votre attention et n’oubliez pas www. vigicrues. ecologie
Merci de votre attention et n’oubliez pas 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

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38 Les grandes crues depuis 10 ans
Cours d’eau Aude 1999 : 36 morts et 438 communes sinistrées Somme 2001: 3000 personnes sur 165 communes sinistrées Gard 2002 : 24 morts et 419 sinistrées Rhône 2003 : 7 morts et plus de 1500 communes sinistrées Gard 2005 : 2 victimes et 241 communes sinistrées Meurthe et Moselle 2006 : 300 communes sinistrées Estuaire Gironde 1999 : centrale du Blayais perturbée et de nombreux dégâts Laïta à Quimperlé 2000 : de nombreux dégâts Villes Marseille 2000 : 3 morts Ruissellement rural Saint-Pé-sur-Nivelle 2007 : 280 maisons sinistrées et Rive-de-Gier début novembre 2008 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

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40 Prévisions d’ensemble PE-MODCOU (Météo France)
CEPMMT 51 membres, 10 jours, T et Precip, + climatologie État initial ISBA : Chaîne SIM opérationnelle ISBA (schéma de surface) 51 runs ISBA-MODCOU 51 prévisions de débits pour ~900 stations en France, à 10 jours d’échéance État initial MODCOU : Chaîne MODCOU-Analyse temps réel expérimentale MODCOU CG/ENSMP (modèle hydrologique) Références bibliographiques: (Rousset-Regimbeau 2007, thèse) 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer

41 Exemple de modèle – crues rapides
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42 Carte du BV et schéma de fonctionnement du modèle Prévidourle (SPC GD)
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43 Le modèle Telemac-Gironde
Les données – les termes de forçage bathymétrie provenant de plusieurs sources et de différentes périodes surcotes calculées par le modèle océanique de MF sont imposées à la frontière maritime (12 points) marée à la frontière maritime issue du logiciel Predit du SHOM (calculée avec 143 harmoniques) vent et pression issus du modèle ALADIN de MF, imposés sur tous les nœuds du maillage à chaque pas de temps (les données de MF sont ensuite interpolées sur le maillage du modèle) débits fluviaux imposés aux limites amont du modèle 7èmes Journées S&T CETMEF, 10 décembre 2008 DGPR/SRNH/Service Central d’Hydrométéorologie et d’Appui à la Prévision des Inondations, Caroline Wittwer