A real-time stage Muskingum forecasting model for a site without rating curve

Abstract

An adaptive model for on-line stage forecasting is proposed for river reaches where significant lateral inflow contributions occur. The model is based on the Muskingum method and requires the estimation of four parameters if the downstream rating curve is unknown; otherwise only two parameters have to be determined. As the choice of the forecast lead time is linked to wave travel time along the reach, to increase the lead time, a schematization of two connected river reaches is also investigated. The variability of lateral inflow is accounted for through an on-line adaptive procedure. Calibration and validation of the model were carried out by applying it to different flood events observed in two equipped river reaches of the upper-middle Tiber basin in central Italy, characterized by a significant contributing drainage area. Even if the rating curve is unknown at the downstream section, the forecast stage hydrographs were found in good agreement with those observed. Errors in peak stage and time to peak along with the persistence coefficient values show that the model has potential as a practical tool for on-line flood risk management.

Résumé

Un modèle adaptatif pour la prévision en temps réel du niveau est proposé pour des cours d'eau où se produisent des afflux latéraux significatifs. Le modèle se fonde sur la méthode de Muskingum et nécessite l'estimation de quatre paramètres si la courbe de tarage aval n'est pas connue; et de seulement deux paramètres sinon. Le choix de l'échéance de prévision étant lié au temps de parcours de l'onde dans le tronçon, une schématisation de deux tronçons connectés est également étudiée afin d'augmenter cette échéance. La variabilité des afflux latéraux est prise en compte grâce à une procédure adaptative en temps réel. Le calage et la validation du modèle ont été réalisés par application à différents événements de crue observés au niveau de deux tronçons équipés du bassin supérieur-intermédiaire du Tibre en Italie centrale, caractérisés par une aire drainée significative. Même si la courbe de tarage est inconnue à la section aval, les hydrogrammes de niveau prévus sont en bon accord avec les observations. Les erreurs dans le niveau et la date du pic ainsi que les valeurs du coefficient de persistance montrent que le modèle est potentiellement un outil pratique pour la gestion en temps réel du risque de crue.

Key words:

• adaptive scheme
• real time flood forecasting
• lateral inflows
• Muskingum method

Mots clefs:

• schéma adaptatif
• prévision de crue en temps réel
• afflux latéraux
• méthode de Muskingum