GRD (HU)

Dernière mise à jour : 29/04/2022

Modèle hydrologique horaire événementiel et distribué utilisé dans la méthode AÏGA pour anticiper les crues soudaines (Defrance, 2014).

Hypothèses et principes du modèle

Ce modèle s’inspire du modèle pluie-débit conceptuel GR3D, élaboré par l’équipe d’Anthony de l’Institut national de recherche en sciences et technologies pour l’environnement et l’agriculture (IRSTEA) (maintenant INRAE) (Edijatno et Michel, 1989), simplifié par l’équipe IRSTEA d’Aix-en Provence (Arnaud, 1997 ; Arnaud, 2005 ; Arnaud et Fine, 2006).

Il repose sur les hypothèses suivantes (Fouchier, 2010) :

• la part neigeuse des précipitations reste faible en période de crue ;
• l’évapotranspiration est négligeable pendant un évènement ;
• l’hydrogéologie n’influence pas l’évènement (ce qui est le cas lorsqu’il est très rapide, sauf exception) ;
• l’amortissement des crues n’est qu’indirectement pris en compte.

Le bassin versant est discrétisé avec des mailles de 1 km² correspondant aux mailles sur lesquelles les intensités de pluie sont fournies par les mesures du réseau de radars météorologiques. Les données radar mesurées sur chaque pas de temps sont réparties sur deux pas de temps consécutifs (70% sur le premier / 30% sur le second), afin de lisser les précipitations courtes et intenses. Cette répartition permet de ne pas apporter de modifications, lors de précipitations constantes et plus longues.

Sur chaque maille, le modèle utilise deux réservoirs :

• le premier réservoir, dit de production, simule la saturation des sols et génère un ruissellement superficiel.
• le second réservoir, dit de routage, simule la production du ruissellement. Ce réservoir se vidange en fonction de son niveau de remplissage.

Les débits unitaires de ruissellement ainsi obtenus sont additionnés à l’exutoire, sans décalage entre eux. Les pixels les plus éloignés contribuent donc simultanément avec les plus rapprochés. Pour prendre en compte l’effet d’amortissement dans la réponse du bassin versant, le modèle joue sur la taille du réservoir « de routage » de chaque pixel.

Ce modèle évènementiel fonctionne au pas de temps horaire. Il ne permet de représenter que les périodes de crue. Pour fonctionner il doit connaître les états initiaux de remplissage des réservoirs. Cette opération est effectuée par un autre modèle fonctionnant en continu au pas de temps journalier (GR3J ou GR4J dans le cas de la plate forme AIGA).

Adaptation aux bassins versants méditerranéens

Pour l’application aux bassins versants méditerranéens, les options prises sont les suivantes pour les initialisations :

• Le taux de remplissage initial du réservoir de production est fourni par un autre modèle qui simule en continu, et au pas de temps journalier, l’évolution du taux de remplissage du réservoir de production à l’échelle du pixel. Ce modèle, issu de GR3J, se compose d’un seul réservoir, qui prend en compte les précipitations et l’évapotranspiration journalière, sans hydrogramme unitaire en amont. Le résultat obtenu est corrigé par application d’un paramètre statistique provenant de la régionalisation de la méthode SHYREG.
• Le remplissage initial du réservoir de routage est fixé forfaitairement après calage sur des bassins versants assez divers.

Les adaptations de GRD pour des bassins versants d’autres zones géographiques portent notamment sur les modes d’initialisation des deux réservoirs, en se basant sur des méthodes de régionalisation. Le principe de la régionalisation a soulevé des interrogations sur la possibilité de prédéterminer les paramètres d’un modèle « pluie-débit » à partir des caractéristiques du bassin versant (Makhlouf, 1994 ; Hreiche, 2003), en relevant que les différences dans les réactions hydrologiques des bassins versants pourraient provenir plutôt de la structure stochastique de la pluie. Des travaux sont engagés pour essayer de mieux cerner la sensibilité des bassins versants à la variabilité de la distribution spatiale des pluies (Emmanuel et al, 2014).

Bibliographie :

• Defrance, D. (2014) : Adaptation et évaluation d'un système d'anticipation de crues éclair sur des bassins versants de montagne non-jaugés. Thèse de doctorat en Sciences de la Terre soutenue à l’Université Pierre et Marie Curie – Paris VI, 2014 : p 59-77.
• Edijatno et Michel, C (1989) : Un modèle pluie-débit journalier à trois paramètres. La Houille Blanche 1989, n°2 : pp. 113-122.
• Arnaud, P. (1997) : Modèle de prédétermination de crues basé sur la simulation stochastique des pluies horaires : extension de sa zone de validité (pourtour méditerranéen français), paramétrisation du modèle horaire par l'information journalière et couplage des deux pas de temps, 365 p.
• Arnaud, P. (2005) : Simplification de gr3h pour la prédétermination des crues. Application sur des petits bassins versants ; Note interne ;: 26 p.
• Arnaud, P. et Fine, J.-A. (2006) : Modélisation pluie-débit pour la prédétermination des crues par SHYREG. Etude du comportement à l’infini du modèle GR simplifié ; DPPR 2006 ; 21 p.
• Fouchier, C. (2010) : Développement d'une méthodologie pour la connaissance régionale des crues ; Thèse de doctorat ; 266 p.
• Makhlouf, Z. (1994) : Compléments sur le modèles GR4J et essais d’estimation des paramètres, Thèse soutenue à l’Université Paris XI Orsay
• Hreiche, A. (2003) : Modélisation conceptuelle de la transformation pluie-débit dans le contexte méditerranéen, thèse de doctorat de l’Université Montpellier II et de l’Université Saint-Joseph de Beyrouth
• Emmanuel, I., Payrastre, O., Andrieu, H., Leblois, E. (2014) : Impacts de la variabilité spatiale des pluies sur la réponse des bassins versants, 2014, Journées Techniques « Gestion des risques hydrologiques et des ouvrages fluviaux », 18 et 19 novembre, CEREMA - IFSTTAR.