Adaptation et évaluation d'un système d'anticipation de crues éclair sur des bassins de montagne non-jaugés

Adaptation and evaluation of a flash flood warning system on ungauged catchmnents in mountaineous areas

Defrance, D.

Type de document
Thèse
Langue
Français
Affiliation de l'auteur
IRSTEA AIX EN PROVENCE UR OHAX FRA
Année
2014
Résumé / Abstract
En Europe, les crues éclair affectent principalement les régions méditerranéennes et montagneuses. Les bassins concernés sont le plus souvent de petite taille (inférieure à 100 km²), et non-jaugés, leur temps de concentration est très court. Anticiper ce type d’événements demeure un exercice ardu parsemé de multiples difficultés. Développée initialement pour les régions méditerranéennes, la méthode AIGA (Adaptation d'Information Géographique pour l'Alerte en crue) a pour objectif d’estimer et de localiser en temps réel la dangerosité des crues, et de la qualifier en termes de périodes de retour. Elle se fonde sur un modèle hydrologique (GRD) et sur des cumuls de pluie fournis par le réseau de radars ARAMIS. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet commun à IRSTEA et Météo-France (projet RHYTMME) et ses deux objectifs sont : •l’adaptation du modèle hydrologique de la méthode AIGA aux régions montagneuses, en tenant compte des caractéristiques de cet environnement ; •l’évaluation du nouveau modèle sur des bassins de petite taille, qui sont réellement non-jaugés. Pour atteindre le premier objectif, le modèle est complexifié (intégration d’un traitement de la neige), testé sur 118 bassins versants jaugés de la banque HYDRO des régions Rhône-Alpes et Provence-Alpes-Côte-D’azur, et régionalisé. Quant au second but, des relevés de dégâts, issus de la base de données des services de Restauration des Terrains en Montagne (RTM), sont utilisés afin d’évaluer le modèle sur 123 très petits bassins dans des conditions aussi proches que possible de la réalité du terrain. Sur les bassins versants jaugés, en perfectionnant, au fur et à mesure, le modèle originel de la méthode AIGA, des gains de l’ordre de 40% sont obtenus sur le critère de Nash et Sutcliffe. Ces améliorations sont surtout significatives dans les régions montagneuses, et elles sont moins conséquentes en Méditerranée. Sur les bassins RTM, il est difficile de prouver les avantages du nouveau modèle du fait de l’absence de débits observés. Afin de s’affranchir de ce problème, une méthode d’évaluation est développée, fondée sur des statistiques de contingence, illustrant la concomitance entre dégâts observés et dépassement de seuil des débits simulés. Il est proposé un graphe renseignant le taux de détection (POD) et le taux de succès (SR) pour différents seuils. Il constitue une approche multi-seuils qui permet de comparer des modèles entre eux, à l’instar des courbes de ROC. Cette technique montre bien de meilleures performances de la part du nouveau modèle développé à l’étape précédente. Cependant, ces performances peuvent encore être améliorées en procédant à une phase de calage intégrant directement l’information de dégâts. Cette ultime étape permet ainsi de palier aux limites de l’hydrologie classique. La thèse met en évidence un problème d’évaluation des systèmes d’anticipation des crues : une évaluation sur bassins jaugés est une première étape nécessaire mais pas suffisante. En effet, les travaux illustrent le fait que les compromis opérés sur les grands bassins jaugés n’entraînent pas forcément de meilleures performances sur les petits bassins, sujets aux crues éclair.
In Europe, flash floods primarily occur in the Mediterranean and mountainous areas. The concerned basins are often small and ungauged with a short lag time. Anticipating such events is a tricky task with many difficulties. The AIGA method (Adaptation d'Information Géographique pour l'Alerte en crue), initially developed for the Mediterranean area, aims in real-time to locate floods and to evaluate their danger in terms of return periods. This method is based on a hydrological model and on the accumulation of rainfall estimated by ARAMIS radar network. This thesis is part of a common project between Irstea and Météo-France (RH YTMME project) with two objectives: - the adaptation of the hydrological model of AIGA method to the mountainous areas, taking into account the environment characteristics ; - the evaluation of the new model on small basins, which are actually ungauged. To achieve the first objective, the model is complicated by the integration of a snow modelling on 118 basins from HYDRO database in Rhône-Alpes and Provence-Alpes-Côte-D͛azur areas. Then the model is regionalized. The second objective is to use flood reports from the mountain area restoration services database (services de Restauration des Terrains en Montagne (RTM)). The model is evaluated with these reports on 123 very small basins under conditions as close to as possible the reality. On the gauged catchment, the original model of the AIGA method is improved step by step. Nash and Sutcliffe criterion increases about 40% during this development phase. These improvements are mainly significant in mountainous areas and they are less consistent in the Mediterranean area. On the real ungauged catchments from the RTM services, proving the benefits of the new model is difficult because of the lack of observed flow data. To overcome this problem, an evaluation method is developed, based on contingency statistics, illustrating the coincidence between observed damages and threshold crossing by simulated flows. A graphic with the probability of detection (POD) according to the success rate (SR) is introduced for different thresholds. Thereby, a multi-threshold approach is used to compare hydrological models like ROC-curves. With this technique we show bestperformances with the new model developed in the previous step. However, this performance can be further improved by a calibration integrating directly the damage information. This final step allows to overcome the limitations of classical hydrology. An evaluation matter of the flash flood warning systems is highlighted by t his thesis: an evaluation on gauged basins is a necessary first step but not sufficient. Indeed, the works illustrate that the decided compromises on the large gauged basins do not lead automatically to the best performances on the small basins occurring flash floods.
Diplôme
Thèse de doctorat en hydrologie

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