Evaluation de l'apport de la mesure de pluie par radar météorologique pour la modélisation pluie-débit de petits bassins versants

Evaluation of the use of weather radar rainfall measurement for rainfall-runoff modeling of small catchments

• Auteur / Autrice : Isabelle Emmanuel
• Direction : Hervé Andrieu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (France ; 2011-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Radar en météorologie

Hydrologie des versants

Mots clés libres

Variabilité spaciale

Modèles pluie-débit

Résumé

Le lien entre la variabilité spatiale de la pluie et la réponse hydrologique des bassins versants devient un sujet important au moment où l’usage des images radar météorologique se développe. Ce développement soulève la question suivante : quel niveau de détails faut-il prendre en compte pour la distribution spatiale des précipitations en modélisation pluie-débit ? Cette question a été abordée par de nombreuses études mais aucune conclusion claire n’a encore été établie. L’objectif de cette thèse est d’évaluer dans quel contexte une connaissance détaillée des précipitations est pertinente pour la modélisation des débits à l’exutoire de bassins versants de quelques dizaines à quelques centaines de km² et, ceci, en procédant par simulation. Afin de limiter les erreurs de modélisation et de mesure de pluie, de contrôler la variabilité spatiale des précipitations ainsi que les caractéristiques et le fonctionnement hydrologique des bassins versants, une chaîne de simulation, comprenant un simulateur de pluie, un simulateur de bassins versants et un modèle pluie-débit distribué, a été utilisée. Deux niveaux de connaissance des champs pluvieux ont été considérés : une connaissance détaillée et une moyennée. Les résultats des tests réalisés indiquent que la prise en compte de la variabilité spatiale des champs pluvieux peut représenter une plus-value pour estimer les débits, plus-value qui est cependant dépendante des caractéristiques des champs pluvieux et des bassins versants. Une étude de cas, effectuée sur un vrai bassin versant et en utilisant des champs pluvieux mesurés par radar, nous a permis d’aborder la vérification de la pertinence des résultats obtenus par simulation.

As the use of weather radar images is growing up, the link between temporal and spatial variability of rainfall and the hydrological response of catchments becomes an important issue. This growth raises the following question: at which level of detail the spatial distribution of rainfall should be taken into account in rainfall-runoff modeling? This question has been tackled by numerous studies. However no clear conclusions have been established yet. The goal of this PhD is to evaluate in which context a detailed knowledge of rainfall is relevant for the modeling of runoff at the outlet of catchments of about ten to several hundred km² and, this, by simulation. In order to overcome modeling and rainfall data errors, to control the rainfall variability as well as the characteristics and the hydrological behavior of catchments, a simulation chain, including a rainfall simulator, a catchment simulator and a distributed hydrological model, has been used. Two levels of rainfall field knowledge have been considered: a distributed and a mean knowledge. Results of numerous tests show that rainfall field variability can be beneficial in order to estimate outflows. However those benefits highly depend on rainfall and catchments characteristics. A case study, carried out on a real catchment and using rainfall fields measured by weather radar, has allowed us to begin to verify the accuracy of the results obtained by simulation.