Modélisation régionale des régimes de crue du bassin hydrographique de la Moselle française

Abstract

Cette régionalisation des régimes de crue du bassin de la Moselle a bénéficié de l’information collectée et élaborée dans le cadre du projet européen NOAH et du projet national PACTES. La modélisation des crues fréquentes à rares a été réalisée d’après un modèle statistique débit-durée-fréquence (QdF) à 3 paramètres, calé sur les observations de débit, et extrapolé aux crues rares par la méthode du GRADEX. Un temps caractéristique de bassin Δ qui renseigne sur la plus ou moins grande célérité de l’écoulement, ainsi que le débit de pointe décennal Q10, représentent les descripteurs de régime locaux, seules entrées du modèle QdF. Lorsque Q10 et Δ sont déduits des observations de débit, les différents tests réalisés par rapport aux modélisations locales permettent de conclure à la robustesse du modèle régional établi. Ceci indique que la zone géographique étudiée est relativementbien homogène, tout au moins pour ce qui concerne la représentativité du modèle QdF régional. Par contre, lorsque Q10 et Δ sont estimés par régression multiple au sens classique (jeux de calage et de validation à priori) à l’aide d’attributs de contexte, l’incertitude sur les descripteurs de régime affecte significativement les résultats du modèle QdF régional. Pour améliorer les résultats du modèle d’estimation linéaire, une approche par l’analyse de corrélation canonique des voisinages hydrologiques homogènes a été tentée. Celle ci permet une nette amélioration de l’estimation des descripteurs de régime par rapport à la démarche classique. L’erreur quadratique moyenne est améliorée de l’ordre de 50% pour Q10 et de 33% pour Δ. Pour plus de lisibilité et faciliter son utilisation, le modèle QdF régional est présenté sous ses deux formalismes : l’un traitant des observations de débit et l’autre des extrapolations aux quantiles rares.

The studied area is the Moselle basin. Available data were collected within the framework of an European project (NOAH) and a French national project (PACTES). Among these 59 available sub-catchments, only 53 of them were selected to calibrate and validate local and regional statistical flood models. The corresponding models are elaborated from a statistical model flow-duration-frequency (QdF) with 3 parameters using the observed affinity property of distributions. An extrapolation of the QdF model to the flood quantiles of high return periods is possible using the GRADEX methodology. The duration Δ represents a characteristic flood duration of the basin and thus informs about the more or less high celerity of the flow. This duration Δ as well as the 10-year peak discharge Q10 represent the two local descriptors of the regime to be known. They are the inputs of the regional QdF model, which allows the flood regime to be estimated at any target site, at which few or no observation exists. When Q10 and Δ are deduced from the flow observation, the comparison with local modeling showed the robustness of the established regional model. This indicates that the studied geographical area is relatively quite homogeneous, at least concerning the validity of the regional QdF model. On the other hand, when Q10 and Δ are estimated by classical multiple regressions (calibration set, validation set), estimates can contain strong errors that significantly affect the results of the regional model. To improve the results of the linear model, an approach by canonical correlation analysis was carried out. This technique leads to the identification of a neighborhood in a space of canonical variables. Comparatively to the traditional method, this approach clearly improves the estimate of local descriptors. Mean quadratic error is improved by 50% for Q10 and by 33% for Δ. For an easy use, the regional QdF model is presented under its two formalisms : First one for small return periods and second one for higher ones.

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