Vigilance crue sur les bassins rapides du SPC Grand Delta

Définition de la vigilance hydrologique: approche probabiliste pour déterminer le risque de voir survenir dans les prochaines 24h une crue d’une ampleur donnée, sur un secteur donné.

Données d'entrée

La mise en vigilance hydrologique d’un tronçon à temps de réponse court (ex : les bassins cévenols) est basée sur plusieurs paramètres, dont les 2 principaux sont la pluie prévue sur le bassin versant, et l’état hydrologique initial des bassins et des sols. Pour se prononcer sur son choix de couleur de vigilance, le prévisionniste du SPCGD s’appuie sur plusieurs sources de données :

Le territoire et le réseau de stations du SPC Grand Delta

Les données des 170 stations limnimétriques et pluviométriques du SPCGD:

Le concentrateur de données du SPCGD, couplé à un réseau radio propriétaire, permet de rapatrier en temps réel (collecte en 5mn) les données d’observation du réseau de stations. Ce dispositif de surveillance permet au prévisionniste d’analyser en premier lieu l’état hydrologique des 22 tronçons qu’il surveille, et d’en apprécier ainsi les données préalables au choix de la vigilance: débit de base, pluies antérieures, remplissage des barrages, ….

Les prévisions de Météo France:

Ces prévisions de lames d’eau chiffrées sont mises à disposition du SPCGD, au minimum 2 fois par jours, par la Direction Interrégionale Sud-Est de Météo-France, sous la forme d’un Bulletin de Précipitation (BP) composé de tableaux numériques commentés. Ces prévisions sont affinées par Météo France sur des zones (dites zones d’AP pour Avertissement Précipitations) préalablement définies en concertation avec les SPC. Les prévisions font état de la lame d’eau moyenne attendue à l’échelle de la zone d’AP, puis de maximums ponctuels possibles sur un secteur plus réduit de la zone. Les prévisionnistes du SPCGD sont systématiquement alertés en cas d’AP sur un secteur les concernant.

abaques de vigilance pour les bassins rapides du SPCGD

Un outil interne d’aide à la décision : BHYCHOCO (pour Bilan HYdrologique pour le CHOix des COuleurs)

Pour élaborer cet outil, les prévisionnistes du SPCGD ont tout d’abord formalisé « à dire d’expert » leur connaissance sur les réactions des cours d’eau gardois. Cette formalisation a pris la forme d’un abaque établissant le lien entre la pluie attendue et le niveau de vigilance requis. Cet abaque a ensuite été confronté à une série d’évènements réellement constatés aux cours des 10 dernières années (46 crues analysées sur la période 2001-2011), afin d’en affiner le calage. Une analyse d'événements d'archives a donc été entreprise de façon, d'une part, à choisir les variables d'entrée les plus pertinentes possibles, et d'autre part à préciser les seuils envisagés sur ces variables pour le passage d'un niveau de vigilance à l'autre. Cette analyse s'est appuyée sur les données suivantes:

- Données hydrométriques et pluviographiques archivées au SPCGD pour les bassins gardois depuis 2001. Ces données permettent de quantifier le maximum de la crue à chaque station, ainsi que d'approcher les lames d'eau des épisodes pluviométriques antécédents à la crue.

- Qualification de l'importance de la crue observée, en terme de gravité, en fonction des seuils de vigilance relatifs à chaque bassin disponibles dans le RIC du SPCGD (crues historiques et niveau de couleur correspondant).

- Lames d'eau radar archivées (issues du système CALAMAR-RHEA). Ces données permettent une bonne approche de la lame d'eau moyenne et ponctuelle précipitée sur un bassin.

Dans un deuxième temps, l'analyse statistique des seuils de pluie retenus dans cet abaque, par comparaison à une loi régionale définie pour le département du Gard par le réseau scientifique universitaire (source: Luc Neppel - Maison des Sciences de l'Eau) ainsi qu’aux statistiques issues de quelques postes Météo-France comportant des séries longues a permis de conclure ceci: quelle que soit la durée de la pluie (6h, 24h, voire 12h en intermédiaire), les valeurs des seuils proposés "à dire d'expert" correspondent aux pluies ponctuelles de période de retour 2 ans pour le passage du vert au jaune, 20 ans pour le passage du jaune à l'orange et 100 ans pour le passage de l'orange au rouge.Texte en italique

Cette seconde analyse a conduit à la proposition d'une extension régionale de l’abaque gardois aux autres bassins rapides du SPCGD (cévenols ou pas) par analogie statistique sur la base des mêmes périodes de retour des pluies ponctuelles, à savoir T2ans, T20 ans et T100 ans respectivement pour les niveaux jaune, orange et rouge.

exemple de prise en compte des antécédents de pluie

Les conditions initiales:

le calage de ces abaques sur les crues historiques gardoises et ardéchoises a également permis de mettre en avant la nécessité de prendre en compte les conditions initiales sur chaque tronçon étudié. A la suite de ces calages, pour des sols en condition normale d’humidité, les antécédents pluviométriques retenus à ce jour sont une moyenne des relevés des pluviomètres du bassin sur 13 jours, affectée d’une loi de décroissance exponentielle journalière. Ces antécédents sont plafonnés par secteurs géographiques: 150mm sur le Vistre, 100mm sur les Cévennes, 70 sur l’Ardèche médiane et le Vaucluse, 50 mm sur l’Ardèche nord et le Buëch. Cette prise en compte des pluies antérieures est un des paramètres incontournables pour expliquer certaines réactions de cours d’eau.

Interface opérationnelle de l’application BHYCHOCO

Visualisation de l'interface de l'outil Bhychoco

Bhychoco est avant tout un outil d'aide à la décision pour le prévisionniste. Basée sur les conclusions de l’analyse précédente, l’application BHYCHOCO (développée sous Excel et Python) a pour but de proposer une couleur de vigilance au prévisionniste du SPCGD, en intégrant automatiquement les pluies passées et celles prévues par Météo France (AP/BP) sur chaque bassin surveillé. Lors de l’élaboration de chaque carte de vigilance, et après avoir initialisé l’application, le prévisionniste prend connaissance des couleurs proposées selon la durée de pluie choisie (6h ou 24h) et teste, si besoin, la sensibilité de l’outil aux différentes valeurs automatiquement collectées. Ces tests peuvent porter sur l’incertitude des lames d’eau prévues (cumuls, durée, intensité, localisation…), ou sur la prise en compte de antécédents de pluies sur les bassins. Il dispose pour cela d’onglets spécifiques retraçant les précipitations sur les différents bassins.

Un des axes de recherche actuel du SPCGD concerne l'amélioration de cette connaissance des antécédents de pluie et de leur pertinence sur chacun des bassins, en fonction notamment de la saison.

exemple de calage des antécédents de pluie par rapport au HU2

Test de corrélation avec l’indice HU2

Lors de certains évènements, il est apparu qu’une intégration systématique de 13 jours d’antécédents pluviométriques, calée pour des bassins en condition normale d’humidité, pouvait de façon saisonnière s’avérer exagérée, particulièrement si les évènements surviennent en fin d’été, sur des sols extrêmement secs (il en résulte alors une surestimation des antécédents). A l'inverse, pour certaines périodes très humides, la limitation à 13 jours d'antériorité de prise en compte des pluies peut aboutir à une légère sous-estimation de ces conditions initiales.

Pour améliorer l’estimation de ces antécédents pluviométriques, le SPCGD teste actuellement, dans sa chaîne BHYCHOCO, l’apport potentiel du paramètre quotidien d’humidité des sols HU2, issu du modèle SIM de Météo France (valeur moyenne du HU2 sur le bassin versant).

Une analyse sur 5 ans d’archives de pluies et d’indice moyen HU2 (données Météo-France SCHAPI 2006-2011) a permis d’élaborer, en éliminant les évènements « trop secs », un graphique retraçant le comportement général de l’évolution du HU2 en fonction des pluies enregistrées sur les 13 jours précédant les évènements de crues.

exemple de correction d'antécédents surestimés par rapport à l'indice HU2

A l’aide de ces graphiques figurant l’épure théorique dans laquelle devrait se trouver le couple «antécédents-13jrs» / HU2, la comparaison visuelle de ce paramètre HU2 aux antécédents proposés par Bhychoco conduit le prévisionniste à corriger éventuellement la valeur des antécédents de pluies à retenir, bassin par bassin.

Si les tests s’avèrent convaincants, cette approche sera probablement automatisée pour permettre de mieux appréhender le critère de saisonnalité (sols très secs en fin d’été, voire ponctuellement détrempés en hiver), qui joue fortement dans les capacités d’infiltration des sols en région méditerranéenne.

Une fois les antécédents correctement calés, et les lames d’eau attendues analysées, le prévisionniste retient in fine la couleur de vigilance qu’il juge la plus adaptée pour les 24 prochaines heures sur les bassins rapides.

D’une manière générale, la couleur de vigilance sur les tronçons plus lents (Rhône, Durance, plaines aval…) est déduite des débits potentiels des crues d’amont et des apports des affluents. Pour ces cours d’eau à temps de réponse plus longs, l’apport de la prévision déterministe est également un élément prépondérant dans le choix des couleurs.

Cas particulier : Vigilance jaune pour montée rapide

Le SPCGD a mis en place une vigilance jaune dite de "montée rapide" sur un certain nombre de ses cours d'eau (14 sur 22) pour anticiper une montée soudaine des niveaux susceptible de surprendre et menacer les populations qui s'exposent aux basses eaux (activités nautiques, campeurs, orpailleurs, usagers de la route sur passage à gué submersible,....).

Pour générer ce genre de phénomène, il faut une pluviométrie suffisamment intense et localisée provoquant un ruissellement immédiat sur un petit bassin pentu à temps de réponse court.

Sans préjuger de ce que l'on peut qualifier de montée rapide en terme à la fois de gradient et de maximum de hauteur, il a été considéré que la conjonction des critères suivants dans les bulletins météo, pour une zone comportant des bassins pentus, pouvait conduire à générer ce genre de phénomène:

- Prévision de pluie ponctuelle significative.

- Production d’un AP par Météo France sur la zone concernée.

- Évènement caractérisé comme orageux et/ou convectif dans les commentaires du BP.

Si ces conditions sont réunies, le prévisionniste saisit dans BHYCHOCO le maximum ponctuel du BP comme lame d'eau moyenne dans les zones sensibles à ce phénomène, pour détecter la présence de ce risque de montée rapide, en tenant compte par ailleurs des conditions initiales (antécédents pluviométriques, HU2).

Schéma récapitulatif de la procédure de publication de la vigilance au SPC Grand Delta

Schéma global de la procédure de vigilance du SPC grand Delta

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