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Evénement pluvieux (HU)

De Wikhydro
Version du 12 novembre 2022 à 19:24 par Bernard Chocat (discuter | contributions)

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Traduction anglaise : Rainfall event

Dernière mise à jour : 12/11/2022

Pluie isolable de son contexte.

Le découpage d'une série chronologique continue de pluies en événements indépendants est parfois nécessaire pour faire des études statistiques (par exemple construire des courbes Intensités-durée-fréquence) ou étudier des événements exceptionnels.

Sommaire

Comment définir des événement pluvieux indépendants ?

Le découpage d'une série continue de pluies en événements supposés indépendants n'est pas régi par des règles standardisées. En particulier le choix du critère de séparation ou des temps de début et de fin d'un événement peut être fait selon des règles très diverses.

En pratique, deux familles de méthodes sont possibles :

  • une famille de méthodes reposant sur une définition de type météorologique qui associe un événement à une situation météorologique donnée (orage, passage d'une perturbation) ; cette définition est délicate à pratiquer car il n'est pas simple de séparer des situations météorologiques successives, mais elle permet d'intégrer une information plus large ; elle est employée par Météo-France ;
  • une famille de méthodes plus empiriques, préférées en hydrologie, qui consistent à considérer que deux événements pluvieux sont séparés si les conséquences hydrologiques du premier ne peuvent plus influer sur le suivant.

C'est cette deuxième définition que nous allons approfondir dans la suite de cet article.

Nota : il existe également une troisième famille de méthodes, utilisables par exemple pour les crues, qui consistent à identifier les événements pluvieux non par les propriétés de la pluie, mais par ces conséquences hydrologiques. L'observation d'un hydrogramme de crue permet par exemple d'identifier et de caractériser l'événement pluvieux qui en est à l'origine. Les méthodes de ce type sont très efficaces, mais également très spécifiques au cas pour lequel on les construit.

Méthode pratique de découpage et difficultés

Séparer les événements en fonction de l'indépendance de leurs conséquences hydrologiques paraît assez logique mais pose immédiatement un problème de fond. Les temps caractéristiques des phénomènes hydrologiques sont en effet très variables. Par exemple les phénomènes d'évapotranspiration et d'assèchement des sols après une pluie n'ont pas du tout la même dynamique que le ruissellement.

Le problème existe même si l'on ne raisonne que sur les phénomènes générant les crues. Le temps nécessaire entre la fin de l'événement pluvieux A et le début de l'événement pluvieux B nécessaire pour considérer ces deux événements comme indépendants dépend en effet du temps de réponse du bassin versant et des infrastructures existantes qui peuvent ralentir les écoulements (bassin de retenue par exemple). Il peut être important. Par exemple une durée de 4 heures sans pluie (valeur souvent utilisée, voir les § suivants) sera insuffisante s'il existe des dispositifs de stockage-infiltration susceptibles de se vidanger dans des temps pouvant dépasser 24 heures. A l'opposé, choisir une durée de 24 heures peut conduire à regrouper des événements qui sont de fait indépendants et donc à diminuer artificiellement leur fréquence d'apparition ; par exemple deux orages distincts peuvent se produire deux soirées consécutives. Il n'existe donc pas de méthode universelle de découpage et les règles doivent être définies en fonction des objectifs et du contexte.

Une deuxième difficulté est liée à la difficulté de construire des règles pratiques pour définir clairement ce qu'est une période sans pluie, un événement significatif, ou pour déterminer les instants de début et de fin d'un événement (voir figure 1). Même avec des règles précises adaptées à l'objectif de l'étude, il restera également souvent une part d'interprétation laissée à l'opérateur (ou, dans le cas d'un découpage automatique, selon la façon dont les règles sont codées). Une série donnée pourra donc être décomposée de plusieurs façons, même si le contexte et les objectifs de l'étude sont bien déterminés.


Figure 1 : Dans l'exemple de cette séquence pluvieuse, à quelle heure doit on fixer la fin de l'événement ?

Du fait de ces difficultés, les éléments fournis dans les paragraphes suivants doivent être considérés comme indicatifs et les règles de découpage devront être adaptées à chaque étude et si possible faire l'objet d'une étude de sensibilité.

Cas d'une série mesurée sur un seul poste pluviométrique

Ce cas est le plus simple puisqu'une seule série temporelle est à traiter. Les règles principales doivent porter sur deux questions distinctes mais cependant corrélées :

  • quel(s) critère(s) faut-il prendre en compte pour définir un événement significatif à conserver (hauteur minimum de cumul de pluie, intensité maximum supérieure à une durée donnée, etc.) ;
  • quel(s) critère(s) faut-il prendre en compte pour définir une période sans pluie suffisante pour séparer deux événements (absence totale de précipitation, hauteur maximum de cumul de pluie, intensité supérieure à une valeur minimum, etc.) ;

Nota : il est également nécessaire de construire d'autres règles, d'importance moindre, en particulier pour définir les instants de début et de fin de l'événement.

Selon le contexte et les objectifs de l'étude on pourra s'inspirer de la démarche suivante, facilement automatisable, et applicable pour des pluies enregistrées avec un pas de temps de l'ordre de quelques minutes.

Étape 1 : Identification des périodes sans pluie et des périodes de pluie

  • une période sans pluie se termine :
    • soit au début d'une période de x heures (x de l'ordre de 1h à 3h) au cours de laquelle on a observé un cumul de pluie supérieur à un seuil (de l'ordre de 0,5 à 2mm) ;
    • soit lorsque l'intensité maximum sur un pas de temps dépasse un seuil (de l'ordre de 4 à 8 mm/h) ; commence alors une période de pluie ;
  • une période de pluie se termine lorsque l'on trouve une période de x heures (même x que précédemment) au cours de laquelle le cumul de pluie est inférieur à un seuil (de l'ordre de 0,5 à 2mm) et ou aucune intensité sur un pas de temps n'est supérieure à un seuil (de l'ordre de 4 à 8 mm/h) ; on revient alors x heures en arrière pour commencer la période sans pluie ;

Étape 2 : Recherche des périodes sans pluie significatives et regroupement des périodes de pluie

  • les périodes de pluies séparées par une période sans pluie supérieure à p (entre 4 et 20) heures sont considérées comme des événements pluvieux indépendants ;
  • les autres périodes de pluies sont regroupés pour former une seul événement pluvieux.

Étape 3 : Construction des événements significatifs et choix des dates de début et de fin

  • on élimine les événements pluvieux qui ne dépassent pas un seuil en cumul de hauteur d'eau (à définir selon l'objectif) et ou en intensité moyenne sur 1 ou plusieurs pas de temps (les intensités moyennes sur des durées de 6 à 18 minutes sont souvent les plus significatives)
  • on fixe les dates de début et de fin des événements conservés comme significatifs respectivement comme
    • la date de début de la première période de pluie qui les constitue moins x heures (le même x que précédemment, compris entre 1 et 3h, pour ne pas risquer de perdre le début ou la fin de l'événement) ;
    • la date de fin de la dernière période de pluie qui les constitue plus x heures

Cas de séries pluviométriques mesurées sur un réseau de plusieurs pluviomètres

De plus en plus souvent on dispose de mesures réalisées sur un réseau comportant plusieurs pluviomètres. Pour des raisons multiples on souhaite alors souvent que les événements pluvieux soient définis de façon spatio-temporelle, ce qui implique une identité des événement entre tous les pluviomètres.

Le traitement est alors un peu plus compliqué car, comme les découpages réalisés indépendamment sur chacun des postes n'ont aucune raison d'être identiques, il est nécessaire d'avoir une approche globale.

Une démarche possible, également à adapter à chaque cas d'espèce, consiste à raisonner sur deux séries de données virtuelles agrégeant les mesures de tous les pluviomètres :

  • la série des intensités maximum obtenue en conservant sur chaque pas de temps la valeur d'intensité la plus forte observée sur un poste ;
  • la série des intensités moyenne obtenue en conservant sur chaque pas de temps la moyenne des intensités observées sur chacun des postes ;

Il est alors possible de reprendre la même démarche que précédemment en utilisant la série des intensités moyennes (représentative de la lame d'eau moyenne sur la zone) pour calculer les critères relatifs au cumul et la série des intensités maximum pour calculer les critères relatifs aux intensités maximum.

Les valeurs des seuils doivent également être adaptés, les valeurs maximum de la série des intensités maximum étant obligatoirement plus fortes que celle d'un pluviomètre spécifique, et, de la même façon, les valeurs de cumul de la série des intensités moyennes étant obligatoirement plus faibles que celle d'un pluviomètre spécifique.

Une étude de sensibilité fait en modifiant les valeurs des seuils est utile pour choisir les valeurs les mieux adaptées.

Voir aussi  : Analyse fréquentielle, Intensité-durée-fréquence (courbes), Période de retour.

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