Amélioration d'une chaîne de prévision hydro-météorologique.

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. Prévision des crues éclairs Echéances requises Mise en vigilance Mise en alerte Précipitations Vidange préventive temps Chaîne de prévision hydro-météorologique --- Bassins à réponse rapide 3h 12h - 24h Etat du bassin précip. débit 2j - 3j 4j - 6j Modélisation hydrologique Prévisions de débit zones inondées Traitement et assimilation des prévisions de précip. crue • Précipitations déjà tombées • Influence hydrologique: • sur3 à 9h – bassins à réponse rapide • insuffisant dans l’optique 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 ?

3. 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 d’Anduze – 09/2005 • Conclusions et Perspectives

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) maisrafraîchies toutes les24, 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 • + InformationsQualitatives • expertise des prévisionnistes, des radaristes… • début des précipitations intenses, • arrêt des précipitations, • intermittence attendue au cours de l’épisode,...

6. 1.2 Prévisions de précipitations (2) • Ex. Prévisions adaptées par la méthode des analogues • Bontron, Thévenot 2004 • Caractéristiques • Distributions statistiques de la lame d’eau 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 •  pas d’espace hydrologique surface maximale d’utilisation d’une lame d’eau 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) • Ornos prévisions de pluie (QPF) • Pas de temps météorologique journalier : inadapté • Lame d’eau 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

8. 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 simuléGardon d’Anduze – 09/2005 • Conclusions et Perspectives

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 SIprévision probabiliste • intégrer des informations qualitatives supplémentaires

10. 2.1 Principe du générateur (2) • Pour chaque épisode : • on considère d’abord • NA : Nombre d’Averses • Puis pour chaque averse : • DA : durée de l’averse • ITEA : durée de la période sèche entre averses • HPA : hauteur de pluie de l’averse • HPMX : maximum de pluie horaire • HEMA : position du max de pluie horaire au minimum :~ 20 épisodes  lois statistiques des différentes variables

11. 2.1 Principe du générateur (3) Tirage de l’intensité max. horaires : HPMX Tirage des durées d’averse : DA RPON = RPA/DAn RPA = HPMX/HPA = G(DA) Répartition du volume d’averse HPA autour de HPMX Tirage des hauteurs d’averse : HPA = f(DA) Position du max. horaire dans l’averse : HEMA Tirage du nombre d’averse : NA Tirage des durées Inter-averse : ITEA Construction des hyétogrammes

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 • 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) Nombre de scénarios à retenir pour chaque classe Nombre total de scénarios Souhaités ex. 500~1000 X Prévision Probabiliste: Comment la respecter ? Cumul en 24h à partir de 6h TU

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

16. PLAN • La chaîne de prévision hydro-météorologique • Générateur de scénarios de pluie • Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL • Utilisation en temps réel simuléGardon d’Anduze – 09/2005 • Conclusions et Perspectives

17. 3 TOPMODEL (1) 90% 60% 35% • 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

18. 3 TOPMODEL (2) • Entre 2 jeux de scénarios: • Résultats stabilisés en fourchette de débit • si Nb scénarios > 500 Pour disposer d’un jeu (500) respectant une prévi probabiliste nécessité de générer qq. 1000 voire jusqu’à 1 million de scénarios marginaux (Selon caractère inhabituel de la distribution à respecter…)

19. PLAN • La chaîne de prévision hydro-météorologique • Générateur de scénarios de pluie • Transformation des scénarios de pluie en débit: TOPMODEL • Utilisation en temps réel simuléGardon d’Anduze – 09/2005 • Conclusions et Perspectives

20. 4 Gardon d’Anduze: 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: QuantitativesAnalogues • suppose: QualitativesDébut/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

21. 4 Gardon d’Anduze: 6-8/09/2005 (2) Pluie répartie sur les 36h Arrêt des pluies • 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 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 ??

22. 4 Gardon d’Anduze: 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 • Prévisionsquantitativesde précipitations ~ 80% •  Modélisation hydrologique ~ 20% • Info. Qualitatives •  Prévisions de débit plus fines en chronologie

23. 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 d’Anduze – 09/2005 • Conclusions et Perspectives

24. 5 Conclusions • Chaînedeprévision • Générateur stochastique de pluiebon outil pour désagréger temporellement le cumul (journalier) "météorologique" • Assimilation de l'ensemble des informations disponibles sur le futur: probabilistes – quantitativeset/ouqualitatives  prévis plusfines 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

25. 5 Perspectives • Miseenopérationnel • 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 • Développementsenvisagés • 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 à 18h TU pour les 6 et 7 sachant que: Le 6 pour le 7 60mm déjà collectés le 6 à 18h TU