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Cartographie des zones inondables par approche hydrogéomorphologique/en : Différence entre versions

De Wikhydro
(Méthode d'analyse)
(Hydrogeomorphological mapping)
 
(72 révisions intermédiaires par 2 utilisateurs sont masquées)
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= Introduction  =
 
= Introduction  =
  
Since the publication of the [http://catalogue.prim.net/147_cartographie-des-zones-inondables-approche-hydrogeomophologique.html methodology guide in 1996], the method of mapping of floodplains using hydro-geomorphology has been essential to the creation of floodplain Atlas' and the Flood Hazard PPR maps. It has been used in projects concerning land use and development  (PLU, SCOT ...).  
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Since the publication of the [http://catalogue.prim.net/147_cartographie-des-zones-inondables-approche-hydrogeomophologique.html methodology guide in 1996], the method of mapping of floodplains using hydrogeomorphological approch has been essential to the creation of flood-plain Atlas and the Flood Hazard PPR maps. It has been used in projects concerning land use and development  (PLU, SCOT ...).  
  
This method allows for a good understanding of the natural and man-made elements elements of the valleys landscape, of the different parts of the alluvial plains and of the hydrodynamics of the streams. Its precision has been proved to be effective during the extraordinary floods in the Aude in November 1999, the Gard during September 2002 and the Var in June 2010.<br>
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This method allows for a good understanding of the natural and man-made elements of the valleys landscape, of the different parts of the alluvial plains and of the hydrodynamics of the streams. Its precision has been proved to be effective during the exceptional floods in the Aude in November 1999, the Gard during September 2002 and the Var in June 2010.<br>
  
 
= Scientific Basis  =
 
= Scientific Basis  =
  
The hydro-geomorphological approach is  a geomorphological analysis of the alluvial plains.
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The hydrogeomorphological approach is  a geomorphological analysis of the alluvial plains.
  
 
Geomorphology is the science of describing and explaining continental and submarine landforms
 
Geomorphology is the science of describing and explaining continental and submarine landforms
  
By studying the formation of the landscape on a geological time-scale as well as the effects of climate change and the current morphogenic (je ne sais pas si ce mot a le  meme sens en anglais) processes. This science provides a basis for the global understanding of the evolution of landscapes on different time-scales and sizes; It enables, for every studied landscape, the creation of a model of its evolution taking into account its geological and climatic history.
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By studying the formation of the landscape on a geological time-scale as well as the effects of climate change and the current morphogenic processes. This science provides a basis for the global understanding of the evolution of landscapes on different time-scales and sizes; It enables, for every studied landscape, the creation of a model of its evolution taking into account its geological and climatic history.
 
+
During the quaternary era, the current geological era which started 1,8 million years ago. The numerous climatic variations multiplied the amount of ENCAISSEMENT AND siltation phases making the alluvial sediments stratify or  slide into one another. The lowest STRATA  above the LIT MAJEUR FONCTIONEL (floodplain ?) is most commonly ascribed to the Würm (80 000 BC  to 10 000 BC), the last ice age before the Holocene, the present era, during which took shape the present alluvial plains studied with the hydro-geomorphological approach.<br>
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During Quaternary, the current geological era which started 1,8 million years ago, the numerous climatic variations multiplied the amount of embankment and alluviation phases making the alluvial sediments stratify or slide into one another. The lowest terrace above the floodplain is most commonly ascribed to the Würm (80 000 BC  to 10 000 BC), the last ice age before the Holocene, the present era, during which took shape the present alluvial plains studied with the hydrogeomorphological approach.<br>
  
 
= Method of Analysis  =
 
= Method of Analysis  =
  
== Principes ==
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== Principe ==
[[Image:hgm_figure1.jpg|droite|thumb|300px|hgm figure1]]
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Les bases de la&nbsp;méthode reposent sur l’analyse&nbsp;des éléments suivants&nbsp;:  
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[[Image:Flood_Plain2011.jpg|droite|thumb|450px|Flood plain, Ballais and al., 2011]]
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Essentially the method revolves around the analysis of :
  
*l’organisation physique de la vallée permettant l’élaboration d’un modèle théorique de base et la prise en compte de son évolution spatiale et temporelle,
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*the physical shape of the valley and the basic theoretic model taking into account its evolution in space and time.
*les informations relatives aux crues historiques,
+
*Information relative to the historic floods
*l’occupation des sols,
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*Land-use
*les aménagements anthropiques susceptibles de modifier le fonctionnement hydraulique du cours d’eau notamment en crue.
+
*The man-made structures likely to affect the rivers hydraulic functioning, especially during a flood.
  
 
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La détermination de ce modèle nécessite de décomposer le milieu alluvial, de nature complexe, en ses éléments constitutifs les plus significatifs&nbsp;:  
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In order to make the model, it is necessary to divide the drainage basin into its most essential and important elements :
  
*des unités spatiales homogènes traduisant le fonctionnement hydraulique du cours d’eau pour ses différents régimes&nbsp;:
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*Geographic units reflecting the hydraulic functioning of the river in its different regimes&nbsp;:
  
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - le versant et les terrasses alluviales&nbsp;constituant l'encaissant,
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&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - the river banks and alluvial terraces forming the enclosing bed
  
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - la plaine alluviale fonctionnelle&nbsp;constituée des&nbsp;lits mineurs, moyens et&nbsp;majeurs.  
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&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - the alluvial plain separated into low flow bed, intermediate flow channel and high water bed.  
  
*des limites précises séparant ces différentes unités, et permettant d’en assurer la cartographie&nbsp;: ce sont les talus, entailles générées par les différentes phases d’érosion subies par la vallée,
+
*Precise boundaries separating those units and enabling the mapping of them : the banks caused by the valleys erosion.
*à l’intérieur du lit majeur, des structures morphologiques secondaires, qui peuvent avoir une grande incidence sur les conditions de l’écoulement hydraulique des crues (chenaux ou axes d’écoulement préférentiel, annexes fluviatiles, bourrelets de berges, dépressions, gouttières, ….).
+
*Within the floodplain secondary morphological structures that can have a major impact on the water flow (natural or man-made channels, fluvial annexes, shape of the ground, geomorphological basin, .....)
  
<br>La zone inondable correspond à la superficie de la plaine alluviale fonctionnelle susceptible d’être affectée par des inondations fréquentes à exceptionnelles. Le fonctionnement des cours d’eau génère des stigmates morphologiques identifiables qui façonnent le fond des vallées. Ces zones actives se présentent suivant une hiérarchie graduelle, susceptibles d’accueillir des crues d’intensité et de récurrence variables (figure 1). Les différentes unités délimitant les plaines alluviales fonctionnelles sont aussi témoins de l’hydrodynamisme du cours d’eau.
+
<br>The floodplain is the area which can be flooded, the river leaves identifiable morphological traces on the valley allowing us to delineate the floodplain. The floodplain can be separated into zones according to the likelihood of a flood and the impact one would have (figure 1).
  
== <br>Mise en œuvre ==
+
== <br>Application ==
  
Basée sur l’observation, la méthode dispose des moyens d’étude suivants&nbsp;:<br>- l’exploitation de la documentation existante&nbsp;:<br>- les cartes scientifiques, géologiques, et (plus rarement) géomorphologiques et pédologiques,<br>- les cartes topographiques&nbsp;: couverture IGN de la France au 1/25.000, qu’il est possible d’agrandir au 1/10.000.  
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This type of study makes use of:&nbsp;:<br>
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*Existing documents<br>
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*Scientific Maps : geological maps, geomorphological maps and possibly pedological maps.<br>
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*Topographic maps : IGN has maps of France at a 1/10 000 scale<br>
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*The photographic interpretation of air photos, often multiple sets of pictures enables can be very interesting ( more precise or evolution over a period)  A specialist might be required in difficult situations.<br>
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*Field work : observations are necessary to verify and complete the information obtained with the air photos (ex: in case of dense foliage) . It is possibles to find traces of the previous floods and get information from the locals.<br>
  
- la télédétection, et plus précisément compte tenu de l’échelle des études à mener, la photo-interprétation stéréoscopique des photographies aériennes. Toutes les couvertures photographiques aériennes stéréoscopiques anciennes sont exploitables, avec une préférence pour les grandes échelles (1/10.000 au 1/25.000). L’étude de deux ( ou plus ) couvertures anciennes permet des interprétations diachroniques, très utiles dans certains cas. La commande par le maître d’ouvrage d’une mission nouvelle à un opérateur spécialisé est souhaitable lorsque les missions disponibles sont peu adaptées ( échelle – ancienneté – enjeux forts – mauvaise qualité ).
+
<br>Hydrogeomorphological mapping  =
  
- les observations de terrain&nbsp;: indispensables dans tous les cas, elles permettent de vérifier et de compléter ( dans le cas d’un couvert forestier par exemple ) l’information obtenue par photo-interprétation. Elles comprennent également les enquêtes de terrain relatives aux crues antérieures&nbsp;: localisation de laisses et de repères de crues, recueil d’informations orales.
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[[File:Pertuis.jpg|droite|thumb|150px|hydrogeomorphological mapping in Pertuis (France)]]
  
= <br>Carte hydrogéomorphologique  =
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After the phase of analysis and interpretation a map can be made. It is usually 1/10 000 or 1/25 000 on a SCAN 25.
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This map will display:
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*The basic structure: the relief delineating the alluvial plain and the hydrographic network
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*An interpretation of the hydrogeomorphological units:
  
[[Image:hgm_figure2.jpg|droite|thumb|200px|hgm figure2]] A la suite de cette phase d’analyse et d’interprétation, la carte hydrogéomorphologique peut être réalisée (figure 2). Le rendu cartographique correspond au report, à une échelle choisie (en général 1/25.000 et 1/10.000) sur un support choisi (en général SCAN 25 en niveau de gris) des éléments suivants&nbsp;:
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&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - external limit of flood-plain<br>
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&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - low flow bed, intermediate flow channel and high water bed.
  
*Mise en place des structures de base&nbsp;: relief encadrant la plaine alluviale et réseau hydrographique.  
+
The factors with an impact on hydrodynamics will be on the map.
*Interprétation et report des unités hydrogéomorphologiques&nbsp;:
+
  
&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; - Limites externes du lit majeur<br>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; -&nbsp;Limites lit majeur / lit moyen / lit mineur.
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Some structural elements of the effective alluvial plain may be shrouded or hidden for a multitude of reasons (urbanization, agriculture ...) The components of the alluvial system will be represented very precisely on the map after having been verified on the field. The elevation af geographic units will be specified as well. In case the boundary between two units is uncertain or gradual it will be represented by a dotted line.<br><br>
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La précision demandée demande une légende appropriée pour chaque cartographie suivant son échelle. Les facteurs influençant l’hydrodynamisme du cours d’eau seront reportés sur cette cartographie.
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= Comparison between theoric results and historic floods  =
  
Les éléments structurant la plaine alluviale fonctionnelle peuvent être nivelés ou masqués pour de multiples raisons&nbsp;: agriculture, urbanisation, infrastructures routières… Les différentes composantes du système alluvial seront reportées de façon très précise sur la carte avec une mission de validation consistant en une expertise de terrain. Les talus et leurs hauteurs relatives seront également reportés. Lorsque le contact entre les deux unités sera incertain ou difficilement identifiable, la limite s’effectuera par un trait discontinu.<br><br>
+
== The historic floods  ==
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[[Image:FranceDep.jpg|droite|thumb|80px|Observed floods]]
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Three rivers in the south of France can be studied to compare the actual flood and the prediction made using the hydrogeomorphological approach&nbsp;:
  
= Comparaison avec les limites des crues historiques  =
+
*November 1999 int the Aude Department,
 +
*September 2002 in the Gard Department,
 +
*June 2010 in the Var Department.
  
== Les crues observées ==
+
== The method ==
 +
[[Image:Excess_polygon.jpg|gauche|thumb|180px|Excess Polygon]]<br>
  
Trois crues principales dans le Sud de la France ont pu être étudiées dans le cadre d'une comparaison entre les limites de la zone qui a été inondée et les limites de la zone inondables définies par approche hydrogéomorphologique&nbsp;:  
+
This numerical method comes from three publications (one by Chave in 2002 and two by Esposito in 2003 and 2011).  The basic numeric data is a vector layer which can be assimilated with multiple straight lines. When the flooded zone exceeds the predicted floodplain it is represented by an excess polygon. It is possible to delineate all of those and calculate their surface using the MapInfo program. After that the program shall determine the “LINEAIRE” : the length of the line of contact between the excess polygon and the predicted floodplain. The  magnitude of the excess flooding still has to be characterised; it is defined as such : If you were to assimilate the polygon with a rectangle of equal surface and having the linear as a side.<br>
  
*la crue de Novembre 1999 dans l'Aude,
+
S: surface of the polygon<br>
*la crue de Septembre 2002 dans le Gard,
+
Lc : length of the Linear<br>
*la crue de Juin 2010 dans le Var.
+
Am: average Magnitude<br>
 +
Eg : hydrogeomorphological Envelope<br>
 +
S = Lc*Am<br>
 +
1 : Flood-risk area<br>
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2 : Flooded area<br>
  
== La méthode ==
+
The, numeric, threshold above which an Am can be considered significant can be defines as the sum of all imprecisions, starting with the imperfections of the field data, the interpretation and the approximation into polygons. If the average magnitude of the excess flooding if superior to this threshold we shall consider the polygon to hold some interesting interesting information. After analysing all the steps to making this map, this threshold was fixed at 25m
 +
<br>
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<br>
  
[[Image:polygone_de_depassement.jpg|gauche|thumb|120px|polygone de depassement]] <br> Cette méthode numérique est issue de trois publications (Chave, 2002 et Esposito, 2003 et 2011). Il faut rappeler que les données numériques de base, c'est-à-dire les zones inondables et la zone inondée, sont des couches vectorielles, assimilables à un grand nombre de segments de droite. Un polygone de dépassement est un secteur qui traduit un dépassement des limites des zones inondables par la zone inondée. Il est mis en évidence grâce aux traitements réalisés avec le logiciel Mapinfo. Il est délimité par deux intersections entre les deux couches. La surface contenue entre celles-ci constitue le polygone. Pour chaque polygone, le logiciel peut en calculer la surface. Le second traitement qui a été nécessaire a été le calcul du linéaire compris entre ces deux intersections traduisant le linéaire de dépassement appelé le linéaire de contact calculé aussi par MapInfo. C’est le linéaire, pour chaque polygone, qui représente en mètres, le dépassement de la zone inondable par la zone inondée. Après avoir caractérisé la superficie du polygone et son linéaire de dépassement, il restait à introduire une notion caractérisant l’importance du dépassement. Est-ce que les eaux ont largement débordé l’enveloppe des zones inondables ou bien «&nbsp;faiblement&nbsp;»&nbsp;? C’est la notion d’amplitude moyenne. Elle correspond à la hauteur d’un rectangle de longueur équivalente au linéaire de contact, et dont la surface est équivalente à la surface du polygone de dépassement. Pour parvenir à la quantifier, il nous a semblé pertinent d’assimiler chaque polygone de dépassement à un rectangle de surface équivalente. Le seuil de significativité peut être défini comme étant la distance, en plan, résultante de l’ensemble des incertitudes inhérentes à chaque étape technique, depuis l’élaboration de la cartographie de la zone inondable et du relevé de zones inondées, jusqu’à leur numérisation et leur traitement. Ce seuil est directement relié à l’amplitude moyenne Am de dépassement de chaque polygone. Lorsque celle-ci est supérieure au seuil de significativité nous considérons que le polygone comporte une information qui doit être traitée, car cela traduit un dépassement significatif. En Conclusion, face à l’ensemble des incertitudes (report cartographique, report des limites des zones inondables, numérisation des données et zone inondée), nous avons donc fixé le seuil de significativité à 25 mètres. Nous considérerons donc comme significatif tout polygone ayant une amplitude moyenne supérieure ou égale à 25 mètres.
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== Result  ==
  
== Les résultats  ==
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[[Image:Excess_average.jpg|gauche|thumb|250px|Excess Polygon in Gard (1) and Aude (2) department]]
[[Image:depassement_dans_l_aude_et_le_gard.jpg|gauche|thumb|120px|depassement dans l aude et le gard]]
+
 
<br> Dans l'Aude et le Gard, les traitements graphiques, appliqués aux vingt-sept cours d’eau étudiés permettent de mettre en évidence la très large propagation des eaux de ces deux crues rares à exceptionnelles à l’intérieur des limites de leur plaine alluviale fonctionnelle. Cette première conclusion repose sur les valeurs de linéaires obtenues pour chacune des trois situations constatées après le passage de la crue&nbsp;: les cas de dépassement, les cas de remplissage et les cas de non-remplissage. La première de ces catégories représente les situations pour lesquelles la limite de la zone inondée se situe au-delà de la plaine alluviale fonctionnelle du cours d'eau. Le taux moyen de ce linéaire de dépassement représente 12,5&nbsp;% du linéaire de l’enveloppe géomorphologique audoise et moins de 9&nbsp;% de celui de l’enveloppe gardoise. Ces dépassements apparaissent comme ponctuels puisque 51 de ces situations ont été inventoriées dans l’Aude et 72 dans le Gard. Globalement, ils se caractérisent également comme des dépassements limités puisque seulement 5&nbsp;% de ce linéaire montre une amplitude moyenne supérieure à 60 mètres.
+
[[Image:ExcessLinear.jpg|droite|thumb|220px|Percentage of Excess Linear]]
[[Image:pourcentage_de_depassement.jpg|droite|thumb|150px|pourcentage de depassement]]
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<br> <br> Dans le Var, Pour les débordements de la zone inondée sur les limites de la zone inondable définie par approche hydrogéomorphologique, il a fallu analyser 21 polygones de dépassements. Pour chaque polygone, nous avons pu définir une cause de débordement. Au total, cinq causes ont été mises en évidence sur les 21 polygones. «&nbsp;Absence de cartographie HGM de l'affluent&nbsp;» signifie que les dépassements sont liés au fait qu'il n'y a pas de cartographie de la zone inondable par approche hydrogéomorphologique dans les secteurs où une zone inondée a été définie. «&nbsp;Erreur de cartographie ZI&nbsp;» signifie que nous avons observé une erreur sur la cartographie de la zone inondée lors de la crue de juin 2010.«&nbsp;Erreur de cartographie HGM&nbsp;» signale une erreur de la cartographie hydrogéomorphologique. «&nbsp;Aménagement anthropique&nbsp;» montre que le dépassement est dû à la présence d'aménagements. «&nbsp;Erreur de cartographie du versant de raccordement&nbsp;» est présent quand la zone inondée s'étale au-delà de la partie externe du lit majeur dans une forme concavo-convexe. Nous avons comparé 305 km d'enveloppe hydrogéomorphologique à 338 km d'enveloppe de zone inondée. Sur les 21 polygones, 3 sont dus à des absences de cartographie hydrogéomorphologique dans les affluents. Mais l'élément essentiellement est la forte proportion des erreurs de cartographies (au total 15 polygones). La présence d'un aménagement anthropique (voie SNCF) a créé un dépassement. Plus convaincante, l'analyse des linéaires de dépassement montre que sur les 11311 m de linéaire de dépassement, 7900 m sont dûs aux erreurs cartographiques hydrogéomorphologiques et de la zone inondée. Pour les dépassements liés au versant de raccordement, c'est un élément difficile à expliquer étant donné que la cartographie de cette limite concavo-convexe n'est pas facile à définir à l'échelle du 1/25.000. Ceci représente 15&nbsp;% soit 1718 m sur les 11311 liés à l'ensemble des dépassements. C'est donc près de 84% du linéaire de dépassement qui est dû à des erreurs de cartographie. Sur cette thématique d'Atlas des Zones Inondables, nous disposions d'un linéaire d'enveloppe hydrogéomorphologique de plus de 300 km. Cette enveloppe a été dépassée par la crue de juin 2010 sur plusieurs secteurs totalisant un linéaire de 11 km c'est-à-dire 4%. Cela veut dire que plus de 96% de la crue ont été contenus dans l'enveloppe hydrogéomorphologique.
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<br> Concerning the historic floods in the Aude and the Gard, the graphic processing of the 27 streams predicted the waters propagation. This has been deduced from the values of the excess linear. In the Aude the excess linear was 12,5 % of the circumference of the predicted floodplain, 9% in the Gard. These excessive flooding are quite small since there were 51 in the Aude and 72 in the Gard, only 5% of those have an average magnitude superior to 60m so they are not very intense either. <br>
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In the Var there were 21 excess polygons exceeding the hydrogeomorphologically determined floodplain. The cause for each excess has been determined. Five were due to “no HGM mapping  of the tributary” which means the flooded zone/tributary  hadn't been mapped and analysed. “Error in the mapping of the FZ” means the zone wasn't actually flooded in June 2010, “anthropological alteration” means the area was modified by men, causing the excess flooding. “error in the boundaries of the drainage basin”  means the flooded area was outside of the major riverbed.
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Having compared 305 km of theoretical boundaries with the 338 km limits of the actual flooded area we can see that out of 21 polygons :
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3 are due to “no HGM mapping  of the tributary”
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15 are due to mapping errors, the mapping of the flooded zone and the prediction.
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Out of 11311m of excess linear 84% are due to those mapping errors, 15% are due to an “error in the boundaries of the drainage basin” .
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Thinking of the Atlas of Floodplains; the HGM boundaries were exceeded over 11 km. Considering the 300km initial boundary, 96% of the flood remained within the HGM delineation.
  
 
== <br>Sources  ==
 
== <br>Sources  ==
  
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*Ballais J.-L., Chave S., Dupont N., Masson E. et Penven M.-J., « [http://physio-geo.revues.org/3307 La méthode hydrogéomorphologique de détermination des zones inondables] », Physio-Géo, Volume 5 - 2011 - http://physio-geo.revues.org/3307 ; DOI : 10.4000/physio-geo.3307
 
*Chave S. (2002) - Contribution à la validation numérique de la cartographie hydrogéomorphologique, Géomorphologie, 4, pp. 297-306.
 
*Chave S. (2002) - Contribution à la validation numérique de la cartographie hydrogéomorphologique, Géomorphologie, 4, pp. 297-306.
 
*Esposito C. (2011) - Crue du 15 juin 2010 dans le Var - Comparaison des limites des zones inondables et des zones inondées. Rapport 12/2011, CETE Méditerranée / DREAL PACA,  
 
*Esposito C. (2011) - Crue du 15 juin 2010 dans le Var - Comparaison des limites des zones inondables et des zones inondées. Rapport 12/2011, CETE Méditerranée / DREAL PACA,  
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{{Auteur|NomAuteur=José-Luis Delgado}}
 
 
{{Auteur|NomAuteur=Christophe Esposito}}
 
{{Auteur|NomAuteur=Christophe Esposito}}
<br> Liens :
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{{Auteur|NomAuteur=José-Luis Delgado}}
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Version actuelle en date du 2 juillet 2013 à 08:26


Sommaire

[modifier] Introduction

Since the publication of the methodology guide in 1996, the method of mapping of floodplains using hydrogeomorphological approch has been essential to the creation of flood-plain Atlas and the Flood Hazard PPR maps. It has been used in projects concerning land use and development (PLU, SCOT ...).

This method allows for a good understanding of the natural and man-made elements of the valleys landscape, of the different parts of the alluvial plains and of the hydrodynamics of the streams. Its precision has been proved to be effective during the exceptional floods in the Aude in November 1999, the Gard during September 2002 and the Var in June 2010.

[modifier] Scientific Basis

The hydrogeomorphological approach is a geomorphological analysis of the alluvial plains.

Geomorphology is the science of describing and explaining continental and submarine landforms

By studying the formation of the landscape on a geological time-scale as well as the effects of climate change and the current morphogenic processes. This science provides a basis for the global understanding of the evolution of landscapes on different time-scales and sizes; It enables, for every studied landscape, the creation of a model of its evolution taking into account its geological and climatic history.

During Quaternary, the current geological era which started 1,8 million years ago, the numerous climatic variations multiplied the amount of embankment and alluviation phases making the alluvial sediments stratify or slide into one another. The lowest terrace above the floodplain is most commonly ascribed to the Würm (80 000 BC to 10 000 BC), the last ice age before the Holocene, the present era, during which took shape the present alluvial plains studied with the hydrogeomorphological approach.

[modifier] Method of Analysis

[modifier] Principe

Flood plain, Ballais and al., 2011


Essentially the method revolves around the analysis of :

  • the physical shape of the valley and the basic theoretic model taking into account its evolution in space and time.
  • Information relative to the historic floods
  • Land-use
  • The man-made structures likely to affect the rivers hydraulic functioning, especially during a flood.


In order to make the model, it is necessary to divide the drainage basin into its most essential and important elements :

  • Geographic units reflecting the hydraulic functioning of the river in its different regimes :

        - the river banks and alluvial terraces forming the enclosing bed

        - the alluvial plain separated into low flow bed, intermediate flow channel and high water bed.

  • Precise boundaries separating those units and enabling the mapping of them : the banks caused by the valleys erosion.
  • Within the floodplain secondary morphological structures that can have a major impact on the water flow (natural or man-made channels, fluvial annexes, shape of the ground, geomorphological basin, .....)


The floodplain is the area which can be flooded, the river leaves identifiable morphological traces on the valley allowing us to delineate the floodplain. The floodplain can be separated into zones according to the likelihood of a flood and the impact one would have (figure 1).

[modifier]
Application

This type of study makes use of: :

  • Existing documents
  • Scientific Maps : geological maps, geomorphological maps and possibly pedological maps.
  • Topographic maps : IGN has maps of France at a 1/10 000 scale
  • The photographic interpretation of air photos, often multiple sets of pictures enables can be very interesting ( more precise or evolution over a period) A specialist might be required in difficult situations.
  • Field work : observations are necessary to verify and complete the information obtained with the air photos (ex: in case of dense foliage) . It is possibles to find traces of the previous floods and get information from the locals.


Hydrogeomorphological mapping =

hydrogeomorphological mapping in Pertuis (France)

After the phase of analysis and interpretation a map can be made. It is usually 1/10 000 or 1/25 000 on a SCAN 25. This map will display:

  • The basic structure: the relief delineating the alluvial plain and the hydrographic network
  • An interpretation of the hydrogeomorphological units:

        - external limit of flood-plain
        - low flow bed, intermediate flow channel and high water bed.

The factors with an impact on hydrodynamics will be on the map.

Some structural elements of the effective alluvial plain may be shrouded or hidden for a multitude of reasons (urbanization, agriculture ...) The components of the alluvial system will be represented very precisely on the map after having been verified on the field. The elevation af geographic units will be specified as well. In case the boundary between two units is uncertain or gradual it will be represented by a dotted line.




[modifier] Comparison between theoric results and historic floods

[modifier] The historic floods

Observed floods

Three rivers in the south of France can be studied to compare the actual flood and the prediction made using the hydrogeomorphological approach :

  • November 1999 int the Aude Department,
  • September 2002 in the Gard Department,
  • June 2010 in the Var Department.

[modifier] The method

Excess Polygon

This numerical method comes from three publications (one by Chave in 2002 and two by Esposito in 2003 and 2011). The basic numeric data is a vector layer which can be assimilated with multiple straight lines. When the flooded zone exceeds the predicted floodplain it is represented by an excess polygon. It is possible to delineate all of those and calculate their surface using the MapInfo program. After that the program shall determine the “LINEAIRE” : the length of the line of contact between the excess polygon and the predicted floodplain. The magnitude of the excess flooding still has to be characterised; it is defined as such : If you were to assimilate the polygon with a rectangle of equal surface and having the linear as a side.

S: surface of the polygon
Lc : length of the Linear
Am: average Magnitude
Eg : hydrogeomorphological Envelope
S = Lc*Am
1 : Flood-risk area
2 : Flooded area

The, numeric, threshold above which an Am can be considered significant can be defines as the sum of all imprecisions, starting with the imperfections of the field data, the interpretation and the approximation into polygons. If the average magnitude of the excess flooding if superior to this threshold we shall consider the polygon to hold some interesting interesting information. After analysing all the steps to making this map, this threshold was fixed at 25m

[modifier] Result

Excess Polygon in Gard (1) and Aude (2) department
Percentage of Excess Linear


Concerning the historic floods in the Aude and the Gard, the graphic processing of the 27 streams predicted the waters propagation. This has been deduced from the values of the excess linear. In the Aude the excess linear was 12,5 % of the circumference of the predicted floodplain, 9% in the Gard. These excessive flooding are quite small since there were 51 in the Aude and 72 in the Gard, only 5% of those have an average magnitude superior to 60m so they are not very intense either.

In the Var there were 21 excess polygons exceeding the hydrogeomorphologically determined floodplain. The cause for each excess has been determined. Five were due to “no HGM mapping of the tributary” which means the flooded zone/tributary hadn't been mapped and analysed. “Error in the mapping of the FZ” means the zone wasn't actually flooded in June 2010, “anthropological alteration” means the area was modified by men, causing the excess flooding. “error in the boundaries of the drainage basin” means the flooded area was outside of the major riverbed. Having compared 305 km of theoretical boundaries with the 338 km limits of the actual flooded area we can see that out of 21 polygons : 3 are due to “no HGM mapping of the tributary” 15 are due to mapping errors, the mapping of the flooded zone and the prediction.

Out of 11311m of excess linear 84% are due to those mapping errors, 15% are due to an “error in the boundaries of the drainage basin” . Thinking of the Atlas of Floodplains; the HGM boundaries were exceeded over 11 km. Considering the 300km initial boundary, 96% of the flood remained within the HGM delineation.

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Sources

  • Ballais J.-L., Chave S., Dupont N., Masson E. et Penven M.-J., « La méthode hydrogéomorphologique de détermination des zones inondables », Physio-Géo, Volume 5 - 2011 - http://physio-geo.revues.org/3307 ; DOI : 10.4000/physio-geo.3307
  • Chave S. (2002) - Contribution à la validation numérique de la cartographie hydrogéomorphologique, Géomorphologie, 4, pp. 297-306.
  • Esposito C. (2011) - Crue du 15 juin 2010 dans le Var - Comparaison des limites des zones inondables et des zones inondées. Rapport 12/2011, CETE Méditerranée / DREAL PACA,
  • Esposito C., Chave S., Ballais J.-L., Delorme-Laurent V. (2009) - Hydrogeomorphological mapping and recent floods in France - Proceeding of the Ninth Conference on the Mediterranean Coastal Environment, MEDCOAST 09, E. Ozhan (Editor), 10-14 November 2009, Sochi, Russia (http://www.medcoast.org.tr/publications/proceedings_09.html#vol1 )
  • Esposito C. (2003) - Crues de septembre 2002 sur le bassin versant du Gardon, Etude comparative entre les limites de la cartographie hydrogéomorphologique et le relevé de la zone inondée, mémoire de DEA, université de Provence, Aix-en-Provence, 40 p.,
  • Ministère de l'Equipement, des Transports et du Tourisme /Ministère de l'Environnement (1996) - Cartographie des zones inondables : approche hydrogéomophologique - Ed. Villes et Territoires, 100 p.




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