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International audience; Afin de réduire l'impact des pesticides sur les rivières dans les zones agricoles, l'équipe pollution diffuses du centre INRAE Lyon-Villeurbanne étudie l'effet des éléments de paysage sur le transfert des pesticides. Dans ce contexte, le modèle PESHMELBA [2] a été développé pour représenter le transfert de l'eau et le devenir des pesticides à l'échelle du petit bassin versant. Ce modèle vise à être utilisé comme outil d'aide à la décision (en comparant des scénarios d'aménagement) pour favoriser un aménagement du paysage qui réduise au mieux les transferts de polluants depuis les parcelles agricoles jusqu'aux cours d'eau.

International audience; Extreme rainfall events are one of the natural phenomena that cause more damages. These events are known to be well localized, especially in tropical and subtropical climate regions such as southeastern Brazil. These events have high heterogeneity and the evolution of rain cells changes is quick, the forecast and knowledge of these extreme rainfall events still represent a challenge for the scientific community, such as the spatial variability of rainfall. For this, data from the weather radar installed in Campinas city were used, which generates new radar images every 10 minutes, and data from twenty-nine rain gauges located in the region. For this, 16 rainfall events were selected, located in the region of Campinas/SP, southeast of Brazil, a region that has already recorded many events. For this study, rain and intermittent zones were analyzed separately. This study helps to understand the main statistical characteristics of severe events, mainly located in the region of Campinas. In addition, the information extracted and the analyzes carried out in this study can be used as input data for models that generate possible rainfall scenarios, ensembles, such as, methods based on geostatistics or machine learning.

International audience; Le code ARFAN (Areal RainFall Analyses) est développé pour l'analyse de chroniques de pluie ponctuelles à pas de temps fixe. Il estime des chroniques de bassin avec la méthode des polygones de Thiessen, recalculés à chaque fois qu'un pluviomètre entre ou sort d'une période de lacune. Il calcule des moyennes glissantes sur des chroniques ponctuelles ou de bassin, et les échantillonne par les méthodes des maximums annuels et sup-seuil afin d'obtenir des courbes Intensité-durée-Fréquence. Pour l'analyse sup-seuil, l'interface interactive facilite l'inspection des événements sélectionnés, pour identifier des événements à rejeter. Sur ces événements, centrés et normés, une forme « moyenne » est également calculée. Ainsi, le code fournit des éléments utiles pour construire des « pluies de projet probabilisées », objets largement utilisés en ingénierie comme entrée d'un modèle de calcul des écoulements, réputé donner en sortie la zone inondable pour la période de retour étudiée. Le code, ouvert, peut être adapté pour comparer des méthodes et inclure d'autres traitements selon les besoins. Paradoxalement, notre objectif est surtout de comparer les approches « par événement » aux approches par simulation continue, bien plus pertinentes car prenant en compte la variabilité spatiale et temporelle des phénomènes d'inondations, qui sont déterminants en particulier pour le dimensionnement d'ouvrages de prévention des inondations.

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU [ADD1_IRSTEA]Hydrosystèmes et risques naturels; National audience; Le code ARFAN (« Areal RainFall ANalyses ») permet l'analyse multidurées de chroniques de pluie à pas de temps fixe. Il peut traiter les chroniques ponctuelles, ou des « pluies de bassin » qui en sont déduites (méthode des polygones de Thiessen 'dynamique' recalculant les coefficients de pondération en fonction des lacunes, calcul géostatistique par simulations conditionnelles, permettant d'estimer l'incertitude [code externe SAMPO]). L'échantillonnage est réalisé en maxima annuels et par dépassement de seuils (avec contrôle du choix du seuil et des critères d'indépendance, et validation de l'échantillon obtenu). L'ajustement des lois de probabilité reconnues donne les quantiles. Répéter sur la chronique moyennée sur plusieurs durées produit les courbes Intensité-durée-Fréquence décrivant le régime des pluies fortes (de bassin le cas échéant). Ces IdF sont classiquement utilisées pour construire des « pluies de projet probabilistes », moyennant le choix a priori d'une forme, symétrique ou non (triangle, double triangle, hyétogramme « moyen »). Cependant, cet objet est subjectif et très réducteur. La pluie « de bassin » suppose une hypothèse d'homogénéité spatiale des pluies ; or la variabilité temporelle et spatiale des phénomènes est considérable y compris au sein du bassin, et gouverne l'effet concret de tous dispositifs. Une stratégie de gestion des crues, basée ou non sur des ouvrages à dimensionner, doit considérer cette variabilité des phénomènes. Un progrès possible est de travailler par simulation continue : générer des chroniques de débit à partir de longues chroniques de champs de pluie stochastiques. La méthode est plus exigeante à mettre en oeuvre, mais restitue une variabilité riche et réaliste, nécessaire pour évaluer véritablement l'aléa d'inondation et l'effet d'ouvrages sur cet aléa. ARFAN est un outil de recherche ouvert et évolutif, destiné à tester des méthodes. Une version stable sera aussi disponible pour des utilisations pédagogiques et à l'attention des services de l'État et des bureaux d'étude. Ces travaux bénéficient du soutien du Ministère français chargé de l'Environnement (convention Multirisques) et de partenariats (PHC franco-algérien Tassili ; université autonome de Querétaro, Mexique). SAMPO a été soutenu par divers acteurs (ANR Floodscale, CCR, EdF, Sintef).

International audience; Vegetative buffer zones are often used as mitigation solutions to reduce pesticide transfer from agricultural fields towards surface water. They need to be correctly designed in order to be efficient, taking into account the soil, agronomic and climatic conditions of the site in which they are located. Buffer efficiency is closely linked to its ability to infiltrate incoming fluxes, so that the infiltrating capacity must be suited to the incoming surface runoff. Irstea has developed a guide combining different tools, in order to design site-specific buffer zones by modeling their efficiency to limit runoff. It is based on representative surface runoff events for the considered implantation site, given the local climate and the contributive area characteristics (slope, length, soil, soil occupation, humidity status -these three parameters determining the curve number, a parameter reflecting soil tendency to generate runoff-). The buffer size is then optimized, considering its own characteristics (soil, water table depth) and the desired efficiency level, thanks to the mechanistic vegetative filter strip model VFSMOD. However, this tool set application is not totally user friendly, partly because it needs detailed field knowledge and data, which are usually not easily available in practice. In order to improve the method operability, we applied the sizing method to a large set of virtual scenarios, selected to encompass a wide range of conditions. These simulations led to abacus included in a user-friendly web tool. Depending on the available information that the user can fill in concerning the upslope contributing area and the buffer zone’s characteristics, the tool provides optimal lengths for different representative rainfall events and contributive area lenghts. This tool can be used either to design new VFS, by exploring different scenarios, or to improve current existing VFS placements and sizing.

International audience; Due to their upstream position in river networks, many (HS) experience recurrent flow cessation and/or drying events. They have many ecological values since they are located at the interface between terrestrial and aquatic ecosystems and contribute to good status of rivers (sediment flux, input of organic matter...). However, the understanding of HS remains limited because gauging stations are preferentially located along perennial rivers and, consequently, the proportion of intermittent rivers (IR) is highly underestimated. In France, the observation network ONDE ("Observatoire National Des Etiages", in French) was designed by ONEMA to complement discharge data from the conventional French River Flow Monitoring network (HYDRO) to better understand HS dynamics. ONDE provides visual observations of flow state at 3300 sites along river channels located throughout France since 2012. In this work, we focus our analysis on the 750 sites located in south-east of France. One observation is made every month between April and October and the frequency of observations may increase during drought period to 4 visits / month. One of the following flow states is assigned at each observation: "flowing", "no flow" or "dry". The objective of this work is to combine information from both networks for a better understanding of the spatio-temporal pattern of intermittent rivers in the south-east of France. A first analysis of the ONDE network shows that 50% of sites have shown that at least one zero-flow event between 2012 and 2016 (against only 8% of gauging stations available in the HYDRO database). The proportion of zero-flow events observed at 57 ONDE sites was higher than 50% and at least one zero flow is observed every year at 85 sites mostly located in the south of the region near the Mediterranean Sea. Dry events mainly occur during August and September and the most impacted years were 2012 and 2016 where more than 600 zero-flows were observed. The second step consists in converting the sample of discontinuous observations into continuous time series of river flow states in order to study how flow intermittence develops in both time and space. For this purpose, 30 hydro-ecoregions (HER) homogeneous in terms of climate, topography and geological features were selected. The proportion of no-flow within each region with respect to hydrological regime was studied. Linear regressions have been fitted to link the observed discharges, the groundwater levels and the proportion of no-flow. A strong relation is noticed for 70% of HER with a determination coefficient higher than 60%. Regions with high probabilities of intermittent river segments are close to the Mediterranean Sea where the proportion of no-flow modelled may exceed 50% between July and October. Finally, geostatistical methods have been developed to assess the spatial distribution of IRs and to explore how flow intermittence patterns are related to environmental drivers.

Ce rapport présente le travail d'amélioration de la modélisation hydrologique distribuée J2000 (modèle J2000-Rhône) dans les Alpes où la composante nivale est importante. Les travaux ont porté sur le test et la sélection de forçages météorologiques adaptés (SAFRAN, SPAZM), l'amélioration de la composante Neige du modèle, et la sensibilité au raffinement du maillage, en réalisant des tests sur des jeux de 32 à 3 sous-bassins. Le projet propose une version optimisée de la paramétrisation de J2000 quant aux processus liés à la neige (partition pluie-neige des précipitations, accumulation, fonte).

International audience; Floods are responsible for a major part of the total damage caused by natural disasters. Nowcasting systems providing public alerts to flash floods are very important to prevent damages from extreme events and reduce their socio-economic impacts. The major challenge of these systems is to capture high-risk situations in advance, with good accuracy in the intensity, location and timing of future intense precipitation events. Flash flood forecasting has been studied by several authors in different affected areas. The majority of the studies combines rain gauge data with radar imagery advection to improve prediction for the next few hours. Outputs of Numerical Weather Prediction (NWP) models have also been increasingly used to predict ensembles of extreme precipitation events that might trigger flash floods. One of the challenges of the use of NWP for ensemble nowcasting is to successfully generate ensemble forecasts of precipitation in a short time calculation period to enable the production of flood forecasts with sufficient advance to issue flash flood alerts. In this study, we investigate an alternative space-time geostatistical framework to generate multiple scenarios of future rainfall for flash floods nowcasting. The approach is based on conditional simulation and an advection method applied within the Turning Bands Method (TBM). Ensemble forecasts of precipitation fields are generated based on space-time properties given by radar images and precipitation data collected from rain gauges during the development of the rainfall event. The results show that the approach developed can be an interesting alternative to capture precipitation uncertainties in location and intensity and generate ensemble forecasts of rainfall that can be useful to improve alerts for flash floods, especially in small areas.

The objectives of the FloodScale project were to progress in the knowledge, understanding and simulation of hydrological processes leading to flash floods in the Mediterranean area. These flash floods and the rainfall events that trigger them lead, each year, to fatalities and a large amount of damage in this region, but processes leading to their generation remained poorly known and hierarchized. The FloodScale project contributed significantly to the 'hydrology' part of the international HyMeX (Hydrological Cycle in the Mediterranean Experiment) program. Several aspects were tackled in the project: observation, understanding and simulation of flash floods, with in the background, two fundamental questions in hydrology: the change of scale problem and the prediction in ungauged catchments. These two questions are particularly relevant for flash floods that often occur in small ungauged catchments but that may interest a large territory, requiring understanding and modelling at small scale and over a large area. For the observation of flash floods and data collection allowing tackling the two scientific questions mentioned above, a multi-scale observation strategy was set up in two meso-scales catchments of the Cévennes region: the Gard and Ardèche catchments. Three scales were considered in the sampling strategy: 1/ the hillslope scale for documenting hydrological processes; 2/ the small catchment scale (1-100 km2) where the spatial variability of landscapes and hydrological processes was monitored and described and 3/ the meso-scale catchment scales (100-2000 km2) relevant for management and warning. These observations combined continuous measurements during four years (rainfall, water level in streams, discharge, soil moisture) and opportunistic measurements during the four autumns of the project: gauging of flooding rivers, sampling of soil moisture and geochemistry sampling of rainfall, streams and soil water. The observation strategy was found relevant and allowed documenting both the 'normal' catchment behavior and a selection of flash floods across scales. The project also allowed evaluating several new measurements techniques such as the saturometer for estimating soil infiltration capacity but also the interest of non-contact measurements for 1/ estimating soil depth or monitoring water fluxes thanks to electrical resistivity, 2/ estimating flooding discharges (use of portable surface velocity radars, fixed cameras and analysis of citizens videos). Methods for merging radar rainfall and pluviometers data were also proposed and improved and proved relevant to describe properly rainfall time and space variability. We should also mention methodological progress for quantifying rainfall and discharge uncertainty. Analysis of the collected data showed a large variability of soil hydraulic properties on the hillslope scale, whereas those properties were quite stable across hillslopes. At the scale of the whole Cévennes-Vivarais region, geology and land use were found discriminant for explaining soil hydraulic properties spatial variability. A high degree of soil depth variability is also a characteristic of the soils in the region and it is necessary to take it into account into models. Hillslope experiments, but also the analysis of opportunistic or continuous geochemistry sampling show the large contribution of quick lateral sub-surface flow in granite and schist geology with a natural vegetation, but also their role in sedimentary and agricultural areas. Soil water storage inferred from existing data bases was also found to be greatly underestimated because they do not account for water storage in the deep weathered and fractured bedrock layers. The soil-bedrock interface was found to be pervious, with high infiltration capacities. Analysis of soil moisture data combined with the hydrological response show threshold effect at the transition between dry and wet conditions with a low hydrological response below this humidity threshold and a large variability in the response when soil water content is above this threshold. The simulation and modelling of flash floods was performed using a hypothesis testing framework, where various functioning hypotheses are assessed by comparing modeled and observed values. The project results proved the validity and interest of this iterative approach. At the small catchment scales, various models, based on different hypotheses about dominant processes were used. The results show that one process is generally not sufficient to reproduce the observed response and that sub-surface fluxes must be included in the modeling as well as the spatial variability of soil water storage. More specifically, a distributed modelling approach, designed from field observations was shown to be relevant and robust to the change of scale. At the regional scale, top-down and bottom-up approaches were set up and assessed. The studies confirm the need to account for water storage in deeper weathered horizons for a correct simulation of soil water storage capacity. They also show that geology must be also taken into account to correctly simulate the spatial variability of the hydrological response. Both approaches allow a satisfactory simulation of this variability, in particular during flash floods. Those models provide simulations in ungauged catchments. During the project a large effort was dedicated to data collection, validation and documentation for inclusion in several data bases. The collected data set document various aspects of flash floods at various scales and is quite unique. All the collected data were only partially analyzed and exploited during the project, with a focus on sites analyses to verify the consistency of the data and have a first insight into active processes. The most promising perspective of the work is certainly a global analysis of the data sets by pooling all the data from the various sites together to obtain a picture of hydrological responses on the scale of the whole region. The effort of documenting rainfall and discharge uncertainty on rainfall and discharge also offers rich perspectives to better take uncertainty into account in models, in their evaluation and calibration.; Le projet FloodScale avait pour objectif de progresser sur la connaissance, la compréhension et la simulation des processus hydrologiques conduisant aux crues rapides en zone Méditerranéenne. Ces crues rapides et les épisodes pluvieux importants qui les génèrent conduisent chaque année à des pertes humaines et matérielles très importantes dans cette région mais les processus conduisant à leur genèse restaient encore mal connus ou hiérarchisés. Par ailleurs, FloodScale représente une contribution importante au volet « hydrologie » du programme international HyMeX (Hydrological Cycle in the Mediterranean Experiment). Le projet a abordé plusieurs volets : l’observation, la compréhension et la simulation des crues rapides, avec en toile de fond, deux questions fondamentales en hydrologie : le changement d’échelle et la prédiction en bassins non jaugés. Ces deux problématiques sont particulièrement pertinentes pour les crues rapides qui affectent souvent de petits bassins sans mesure des débits et peuvent concerner de larges étendues, nécessitant une compréhension et une modélisation à échelle fine et sur de vastes territoires. Pour l’observation des crues rapides et le recueil de données permettant d’aborder les questions ci-dessus, une stratégie multi-échelle a été mise en ½uvre sur deux bassins de méso-échelle des Cévennes : le Gard et l’Ardèche. Trois échelles spatiales ont été considérées : 1/ le versant pour la documentation des processus ; 2/ l’échelle du petit bassin (1-100 km2) pour la description de la variabilité spatiale des paysages et des réponses hydrologiques et 3/ l’échelle du bassin de méso-échelle (100-2000 km2) pertinente pour la gestion et la prévision. Ces observations ont combiné des mesures en continu sur quatre ans (pluie, hauteur d’eau, débits, humidité des sols) et des mesures sur alerte durant les quatre automnes du projet : jaugeages en crue, échantillonnage de l’humidité des sols, échantillonnages géochimiques. Cette stratégie d’observations s’est révélée pertinente et a permis de documenter non seulement plusieurs épisodes de crues rapides à différentes échelles mais aussi le fonctionnement « normal » des bassins versants. Le projet a aussi permis de tester et valider des méthodes de mesure innovantes telles que le saturomètre pour les capacités d’infiltration des sols, ainsi que l’intérêt de mesures sans contact pour 1/ l’estimation des profondeurs de sols ou le suivi des flux d’eau grâce à la résistivité électrique, 2/ les mesures de débit de crue (utilisation de radars de vitesse, de caméras fixes, analyses de vidéo amateurs). Des méthodes de fusion de données radar et pluviomètres ont aussi été proposées et développées et se sont aussi révélées pertinentes pour améliorer la connaissance de la pluviométrie et sa variabilité spatiale et temporelle. Mentionnons aussi les avancées méthodologiques permettant de quantifier les incertitudes sur les pluies et les débits. L’analyse des données collectées a permis de mettre en évidence une forte variabilité spatiale des propriétés hydrodynamiques des sols intra-versant, mais une relative stabilité de ces propriétés inter-versants. A l’échelle des Cévennes, la géologie et l’occupation des sols apparaissent comme des éléments discriminants sur la variabilité spatiale de ces grandeurs. La variabilité des profondeurs des sols est aussi une caractéristique des milieux étudiés, qu’il est nécessaire de prendre en compte dans les modèles. Les expérimentations de versants, mais aussi l’analyse des données géochimiques des campagnes sur alerte ou mesurées en continu confirment la prépondérance d’écoulements latéraux de sub-surface rapides en terrain granitiques ou sur schiste et végétation naturelle, et leur importance, même sur terrains sédimentaires et agricoles. Il a aussi été montré que les capacités de stockage des sols issues de bases de données sols étaient largement sous-estimées car elles ne prennent pas en compte le stockage dans les horizons de socle altéré et fracturé. L’interface sol-bedrock s’est par ailleurs révélée perméable, avec des capacités d’infiltration élevées. Les mesures d’humidité des sols combinées à l’analyse de la réponse hydrologique mettent en évidence un effet de seuil au moment du passage de conditions de sol sèches à humides avec une réponse hydrologique très faible en conditions sèches et une forte variabilité de la réponse hydrologique en conditions humides. La modélisation et la simulation des crues rapides ont été abordées dans un esprit d’évaluation/comparaison de différentes hypothèses de fonctionnement en s’appuyant sur les données collectées et l’analyse des différences entre simulation et observation. Les résultats du projet ont aussi permis de valider la pertinence de cette approche itérative. A l’échelle des petits bassins, différents modèles reposant sur différentes hypothèses de processus dominants ont été mis en ½uvre et testés. Ces essais montrent qu’un seul processus ne peut suffire à expliquer les réponses observées et que les flux de sub-surface doivent impérativement être considérés pour une simulation correcte des observations, de même que la variabilité spatiale des capacités de stockage des sols. En particulier, une modélisation distribuée, construite à partir des observations de terrain s’est révélée particulièrement pertinente et robuste au changement d’échelle. A l’échelle régionale, deux approches de modélisation « top-down » et « bottom-up » ont été mise en ½uvre et évaluée. Les études confirment la nécessité de prendre en compte les horizons altérés pour la bonne représentation des capacités de stockage dans les sols. Elles mettent en évidence la nécessité de bien prendre en compte la géologie pour simuler correctement la variabilité des réponses hydrologiques et que les deux types d’approches permettent de représenter de manière satisfaisante cette variabilité, notamment pour les crues rapides. Ces modèles permettent d’obtenir des simulations en bassins non jaugés. Durant le projet, un effort important a été consacré à l’acquisition, la validation et la mise à disposition de riches jeux de données documentant différents aspects pertinents pour la compréhension des crues rapides. Ces données ont été exploitées de manière fragmentaire durant le projet, avec une focalisation sur des analyses par site d’études visant à confirmer la cohérence des données acquises. Une des perspectives les plus prometteuses est maintenant la mise en perspective des données des différents sites et une analyse globale des comportements à l’échelle de toute la région cévenole. Les efforts menés pour caractériser les incertitudes sur la pluie et les débits offrent aussi d’intéressantes perspectives pour une meilleure prise en compte dans les modèles, leur évaluation et leur calibration.

International audience; Ce poster présentent les développements réalisés pour la conception de l'application web BUVARD online, destinée au dimensionnement des bandes tampons végétalisées.

International audience; The objective of this study is to evaluate the influence of soil hydrodynamic characteristics variability on surface and subsurface flows at a vegetative buffer strip scale, using mechanist modeling. Cathy (CATchment HYdrology, Camporese et al. 2010) is a research partial-differential-equation-based model, solving Richards equation in 3 dimensions for water fluxes in the soil, and a simplified scheme of Navier-Stokes equation for surface runoff. Its particularity is to handle interactions between surface and subsurface, which is a key point concerning water but also solute transport in vegetative filter strips. Balance between runoff and infiltration, flow pathways, water content, are very sensitive to hydrodynamic characteristics, especially saturated hydraulic conductivity (Ksat). This soil property is very difficult to measure and to describe at a fine scale, since it is highly variable spatially in the 3 dimensions. Models described by PDE such as Richards equation need a value of Ksat at each soil layer and each node, though simpler conceptual modeling run with average values of larger cells or storages, using some 'representative Ksat' at a larger scale. This kind of models however can simulate with high quality the processes despite the simplifications they make on parametrization. Using a mechanist and physically-based modeling, we evaluate the influence of Ksat high spatial variability on fluxes, by comparison with observations from an experimental vegetative filter strip. It should allow to understand until which degree of simplification one can describe hydrodynamic characteristics in modeling for more conceptual models.

International audience; The objective of this study is to evaluate the influence of soil hydrodynamic characteristics variability on surface and subsurface flow at a vegetative buffer strip scale, using mecanistic modeling. Cathy (CATchment HYdrology, Camporese et al. 2010) is a research physically based model able to simulate coupled surface/subsurface flow. The evaluation of soil hydrodynamic characteristics variability is based essentially on saturated hydraulic conductivity because of its large spatial variability in the 3 dimensions and its important influence on flow pathways, as well as its high influence on the model output variables. After testing the model sensitivity to some input variables, to the boundary conditions and to the mesh definition, the work focuses on hydraulic conductivity parametrization. The study was first conducted with uniform (by horizons) conductivity domains based on field measurements. In a second step, heterogeneous fields were generated by a statistical tool which allows the user to choose the statistical law (in this case, lognormal or Gauss), the hydraulic conductivity auto-correlation length and the possibility to condition the fields with measured points. With all these different ways to represent spatial variability of hydraulic conductivity, model simulated surface and subsurface fluxes consistent with datasets from artificial run-off experiments on an French wineyard hillslope (Morcille catchment, Beaujolais, France). Model simulations are evaluated and compared to observations on several criteria: consistency, stability, interaction with water table, etc...

National audience; La Directive Inondation impose aux pays membres de l'Union Européenne un diagnostic du risque inondation sur l'ensemble du territoire, et l'établissement de cartes d'aléa pour trois périodes de retour sur les Territoires à Risque d'Inondation, identifiés comme prioritaires. Les travaux de cartographie comportent donc des volets techniques sur l'hydrologie (comment construire un hydrogramme de crue représentatif d'une période de retour, la « centennale » par exemple), sur l'hydraulique (quel code de calcul pour des inondations étendues en lit majeur, comment caler le modèle...) ou encore sur le traitement de données topographiques (pour construire la géométrie du modèle). Toutefois, il ne faut pas négliger la phase de cartographie : les cartes doivent être informatives et claires pour des acteurs locaux ou pour le public. Nous proposons ici d'identifier des sources d'ambiguïté nécessitant clarification, comme : •l'objectif de la carte et son échelle, les variables représentées ; •la définition d'une période de retour ; •est-ce que la zone inondée tient compte des infrastructures existantes (digues, barrages), et de la possibilité de rupture ; •comment interpréter les zones inondables autour des confluences : dans les cartes monofréquences, les modélisations sont conduites de manière indépendante dans chaque tronçon ; la zone inondée après une confluence n'est pas la conséquence de la somme des zones inondées à l'amont •le domaine étudié : les points situés hors zone inondable peuvent-ils être soumis à d'autres sources d'inondation (affluents non modélisés, ruissellement, débordement de réseaux.. ). Nous proposons ensuite quelques moyens pour faire passer ces explications, tirés notamment d'expériences d'autres pays européens. Un titre et une légende claire, des symboles astucieux, des encadrés dans la carte sont autant de moyen d'aider le lecteur. Pour un public plus curieux, ou pour des acteurs locaux, il est possible d'approfondir certains points. Nous comparerons une carte monofréquence et un événement réel, ce dernier avec des périodes de retour estimées différentes sur les affluents et d'éventuels incidents. Cette mise en parallèle donne du recul, et met en évidence l'intérêt des cartes monofréquence en diagnostic et leurs limites pour la gestion de crise. En perspective, nous évoquerons des travaux de recherche visant à remplacer les approches actuelles, basées sur un hydrogramme supposé représentatif d'une période de retour, par une simulation continue. On réintègre ainsi les variabilités spatiale et temporelle de la pluie, fondamentales dans la genèse de la crue mais plus encore sur l'efficacité des mesures structurelles.

National audience; Le projet Rosenhy vise à étudier l’impact de l’occupation du sol sur la modélisation météorologique et hydrologique en termes de flux énergétiques et hydriques, en milieu urbain et périurbain. Trois sites appartenant aux observatoires français OTHU et ONEVU sont au centre de ce projet. Le quartier urbain hétérogène du Pin sec (Nantes), imperméabilisé à environ 45%, a fait l’objet d’une campagne expérimentale durant le mois de juin 2012, visant à estimer les flux de chaleur sensible et latente avec une haute résolution spatiale et temporelle par rapport aux mesures réalisées en continu sur ce site depuis 5 ans. Deux bassins versant périurbains (La Chézine à Nantes et l’Yzeron à Lyon), avec un taux d’imperméabilisation moins important (environ 10%) mais grandissant depuis plusieurs décennies, sont aussi étudiés. Ces deux derniers sites bénéficient d’un suivi hydrométéorologique depuis 10 ans pour la Chézine et 15 ans pour l’Yzeron. Sur ces trois sites, différentes sources de données d’occupation du sol à différentes résolutions sont disponibles :différentes bases de données géographiques communément utilisées par la communauté scientifique et les collectivités et des données télédétectées (multispectrales et hyperspectrales). L’utilisation de ces données en entrée de différents modèles météorologiques et hydrologiques implique un travail d’analyse et de classification pour adapter les informations aux besoins des modèles. Dans ce projet, les différents modèles adaptés au milieu urbain ou périrubain sont évalués et améliorés. Ainsi, les modèles hydrologiques périrubains sont en développement pour prendre en compte les différentes pratiques de gestion des eaux pluviales existantes (noues, toitures végétalisées, ...). L’utilisation conjointe des données simulées par les différents modèles aidera à déterminer le rôle de la part des surfaces naturelles et artificielles sur les bilans énergétique et hydrique en milieu plus ou moins urbanisé. Le milieu périurbain étant en évolution, le projet s’intéressera aussi à des scénarios d’urbanisation prospectifs en regardant d’une part l’impact de la densification sur les scénarios construits pour l’Yzeron lors du projet AVuPUR (ANR-VMCS, 2008-2011) et d’autre part, en réfléchissant conjointement avec Nantes Métropole, aux possibles voies d’évolution sur le bassin de la Chézine.

National audience; Le projet Rosenhy vise à étudier l’impact de l’occupation du sol sur la modélisation météorologique et hydrologique en termes de flux énergétiques et hydriques, en milieu urbain et périurbain. Trois sites appartenant aux observatoires français OTHU et ONEVU sont au centre de ce projet. Le quartier urbain hétérogène du Pin sec (Nantes), imperméabilisé à environ 45%, a fait l’objet d’une campagne expérimentale durant le mois de juin 2012, visant à estimer les flux de chaleur sensible et latente avec une haute résolution spatiale et temporelle par rapport aux mesures réalisées en continu sur ce site depuis 5 ans. Deux bassins versant périurbains (La Chézine à Nantes et l’Yzeron à Lyon), avec un taux d’imperméabilisation moins important (environ 10%) mais grandissant depuis plusieurs décennies, sont aussi étudiés. Ces deux derniers sites bénéficient d’un suivi hydrométéorologique depuis 10 ans pour la Chézine et 15 ans pour l’Yzeron. Sur ces trois sites, différentes sources de données d’occupation du sol à différentes résolutions sont disponibles : différentes bases de données géographiques communément utilisées par la communauté scientifique et les collectivités et des données télédétectées (multispectrales et hyperspectrales). L’utilisation de ces données en entrée de différents modèles météorologiques et hydrologiques implique un travail d’analyse et de classification pour adapter les informations aux besoins des modèles. Dans ce projet, les différents modèles adaptés au milieu urbain ou périrubain sont évalués et améliorés. Ainsi, les modèles hydrologiques périrubains sont en développement pour prendre en compte les différentes pratiques de gestion des eaux pluviales existantes (noues, toitures végétalisées, …). L’utilisation conjointe des données simulées par les différents modèles aidera à déterminer le rôle de la part des surfaces naturelles et artificielles sur les bilans énergétique et hydrique en milieu plus ou moins urbanisé. Le milieu périurbain étant en évolution, le projet s’intéressera aussi à des scénarios d’urbanisation prospectifs en regardant d’une part l’impact de la densification sur les scénarios construits pour l’Yzeron lors du projet AVuPUR (ANR-VMCS, 2008-2011) et d’autre part, en réfléchissant conjointement avec Nantes Métropole, aux possibles voies d’évolution sur le bassin de la Chézine.

National audience; Climate variability, non-optimal water resources management and increase of human pressure are three possible factors influencing runoff and water resources in semi-arid Algerian catchments, such as the Tafna catchment (western Algeria). This catchment is subject to a semi-arid climate. In addition to rainfall impact, we examine the influence of other factors, such as geology, topography and human activity, on the runoff variability in the Tafna catchment. For this purpose, to complement the rainfall and discharge series analysis, we considered baseflow and the baseflow index (BFI). The analysis was conducted for five sub-catchments of the Tafna basin, where daily rainfall and discharge series were available for the 1976–2006 period. In the analysis, we distinguished two domains defined from the topography: a highaltitude area and a plain area. According to their geological setting, the hydrological regime is different. High-altitude catchments have a larger baseflow and BFI than catchments in the plain. This may be related to the differences in lithology, as high-altitude catchments have a large area of karstic geological formations. No significant trends or step changes were found in the annual rainfall for the 1976–2006 period. We found a decrease in the mean annual discharge of two high-altitude discharge stations (significant at the 1% and 10% levels, respectively). A decreasing trend was also found for two high-altitude catchments and a plain catchment (significant at both the 1% and 5% level). The BFI decrease is only significant for one high-altitude catchment. This is evidence of a decrease in storage within high-altitude catchments. Runoff change in the Tafna catchment could therefore be related to other factors, such as human impact, rather than to rainfall change.; La variabilité du climat, une gestion non optimale de la ressource en eau et l’intensification des activités anthropiques pourraient être les trois facteurs majeurs menaçant les écoulements et l’état de la ressource en eau dans les sous-bassins algériens. C’est le cas du bassin de la Tafna dans la partie occidentale de l’Algérie. Ce bassin est situé dans une région au climat semi-aride. Outre l’influence des précipitations, nous examinerons dans cet article la contribution possible d’autres facteurs (géologiques, topographiques et anthropiques) à la variabilité des écoulements dans le bassin de la Tafna. Pour cela, en plus de l’analyse du régime pluviométrique et des débits, nous avons choisi d’analyser le baseflow index ou BFI et les débits de base. Cinq sous-bassins de la Tafna, où des données journalières de pluie et de débit étaient disponibles sur la période 1976–2006 ont été étudiés. L’analyse, qui a distingué deux sous-régions déterminées par la topographie: les bassins d’altitude et ceux de plaine, montre que, selon leur contexte géologique, les sous-bassins ont des comportements différents en terme d’écoulement. Les zones en altitude présentant un écoulement de base et un BFI plus importants que les bassins de plaine. Ceci peut être relié à la nature lithologique des formations, les bassins d’altitude présentant une composante karstique importante. Les analyses de tendance/rupture sur les précipitations annuelles ne montrent aucune tendance significative sur la période 1976–2006. On note une baisse des débits moyens annuels uniquement sur deux stations en altitude (significatives aux seuils 1 et 10% respectivement). Une tendance à une diminution significative des débits de base est obtenue sur deux bassins d’altitude et un bassin de plaine (au seuil 1 ou 5%). La baisse du BFI est significative au seuil 1% pour seulement une station d’altitude. Ceci serait le signe d’une baisse du stock dans les bassins d’altitude. La modification des écoulements de base sur certains sous-bassins de la Tafna serait donc imputable à des causes, notamment de nature anthropique, ne relevant pas d’une diminution de la pluviométrie.

International audience; Rainfall is one of the most important inputs of hydrologic models. Lumped models use the areal rainfall as input (i.e. the rainfall spatially averaged within the catchment boundaries), while distributed models use the whole rainfall field. In both cases, understanding and quantifying the spatial variability of rainfall is required to improve the calibration and prediction of hydrologic models. Unfortunately, spatial rainfall is not measured directly. Instead, it is generally estimated based on: (i) (sparse) measurements from the raingauge network; (ii) (imprecise) indirect radar estimates; or (iii) a combination of them. Such estimates are affected by significant uncertainties that need to be quantified. This poster focuses on the estimation of spatial rainfall based on raingauge measurements, and aims at assessing the reliability of a geostatistical approach to quantify the uncertainty in spatial rainfall. This approach is based on a turning-band based spatio-temporal rainfall generator used in conditional simulation (CS) mode: the generated rainfall fields match the observed values at the raingauge locations, but differ elsewhere. In other words, the rainfall generator simulates multiple realizations of the rainfall in between raingauges, therefore quantifying the uncertainty associated with the incomplete spatial coverage of the raingauge network. A case study is used to illustrate the application of the rainfall generator and to assess the reliability of its conditional simulations. It is based on hourly data from 64 raingauges over the period 2000-2008, located within or near the Ardèche catchment at Sauze (South-Eastern France, 2240 km²). 25 raingauges are used to calibrate the rainfall generator, which includes: (i) a clustering procedure to define a restricted number of homogeneous “rainfall types”; (ii) the estimation of the geostatistical properties of rainfall within each type (spatial and temporal variograms, local distribution). The conditional simulation of 100 replicates (using the 25 calibration raigauges as conditioning values) is then performed. Those 100 CS replicates are finally evaluated against 39 validation raingauges, which were use neither for calibration nor for conditioning. Overall, this validation exercise highlights an acceptable reliability of the CS replicates. However, the reliability differs significantly for different rainfall types: in general, CS replicates are far more reliable for heavy autumnal rainfall types than for types corresponding to small and scattered rainfall events. These results suggest several avenues to improve the geostatistical model behind the simulation.

International audience; Along the French Mediterranean Coast, floods are causing more and more damages although statistical analysis of river peak flows did not show a significant trend. A first cause is the increase of economical value but other climatic factors should be studied. In the case of the 2000 flood in the centre of the city of Marseilles, the rivers have disappeared inside the city and run off associated to flow in the streets are the visible features of the flood. A first cause of the rapid flooding is the lack of infiltration in the soils, which reaches more than 80% of the basin. A second cause may be the more intense rainfalls that influence directly the water depths in the streets due to the short time of concentration of the flows: half an hour to one hour. With such rapid flows (slopes are often steeper than 10%), the distribution of rainfalls has also an influence. Near the harbour (Vieux Port), the sea level can also reinforce the damages. Looking at the second case of the lower Agly flood plain, protected by levees from the extreme floods, other factors can be emphasized. Of course, sea level rise will change the drainage conditions both to the sea and to the coastal lakes of which the level adjusts to the sea level. This high sea level is often accentuated by the wind that comes from East during extreme flood events and thus prevents the flow of the river going from West to East to evacuate into the sea. The sediment and vegetation carried by the flow tends also to raise the water level. For a 100 year flood such as the one of November 1999, this high water level between the dikes, can lead to overtopping, which can destroy houses in the near field. For both cases, numerical models solving 2-D shallow water equations are used to evaluate the relative influence of all these parameters. In the centre of the city of Marseilles, the flow is concentrated in the streets; also, because the flash flood in 2000 passed through most of the area in a few minutes, water cannot enter the buildings. In the Agly case, most of the flow remains in the main channel but the pattern of the drainage network is very important when water invades the flood plain. A right estimate of the roughness is thus essential to estimate the peak water elevation. Moreover, the uncertainty due to climate change trends can lead to an increased risk above all when the safety of the inhabitants relies on the protection by levees.

2-D hydrodynamic modeling of urban flood was performed to simulate the September 19, 2000 event in the city center of Marseille. The whole basin of the Vieux Port was modeled using as direct input the rainfall. A rainfall simulator permitted to obtain realistic distribution of the rainfall during the whole event and over the whole basin. Then, the rainfall produced was distributed along the streets to simulate real inputs to the street network. For the latter, various modelling methods were used, which provide some high differences only in the areas with low building density. Conversely, the differences using various runs of the rainfall simulator can be higher showing also a difference in the peak occurrence. The uncertainty resulting from the choice either of one of these rainfall simulator runs or of one of these distribution methods is higher than the one resulting from the choice of hydrodynamic software, La modélisation hydrodynamique 2D de l'inondation urbaine du centre ville de Marseille lors de l'évènement du 19 septembre 2000 a été effectuée. Le bassin du vieux Port a été modélisé avec en entrée la pluie. Un simulateur de pluie a permis d'obtenir une répartition réaliste pendant l'évènement. Ensuite, la pluie a été répartie le long des rues pour simuler le réseau de rues. Différentes méthodes ont été utilisées et fournissent des différences uniquement dans les zones de faible densité. A l'opposé, les différences entre plusieurs jeux de pluie du simulateur montrent une forte différence sur le temps de la pointe de hauteur. L'incertitude qui résulte du choix du jeu de pluie ou de la méthode de répartition est plus fort que l'incertitude liée au choix du modèle hydrodynamique.

[Departement_IRSTEA]RE [TR1_IRSTEA]RIE / TRANSFEAU [TR2_IRSTEA]METHODO / SYNERGIE; National audience; Le développement de l'urbanisation et les pollutions associées augmentent la pression sur les rivières péri-urbaines ainsi que le risque d'inondation. Il est important de bien identifier les facteurs sur lesquels les gestionnaires peuvent agir pour limiter ces risques et définir des scénarios d'aménagement adaptés. La directive cadre sur l'eau impose notamment aux gestionnaires de limiter l'impact des rejets dans les cours d'eau et de mettre en ½uvre des aménagements permettant de restaurer leur qualité écologique. Pour mener à bien cette tâche, il est donc important de disposer, sur ces bassins versants péri-urbains, d'outils de modélisation intégrée du cycle de l'eau, couplés à une stratégie de mesure et de suivi adaptée afin d'établir un diagnostic de l'état actuel et d'évaluer l'impact de différents scénarios d'aménagement. L'objectif général du projet est donc de progresser sur la simulation de long terme du cycle hydrologique des bassins péri-urbains en prenant mieux en compte la variabilité spatiale et temporelle des facteurs naturels (topographie, sols, géologie) et anthropiques (occupation des sols, routes, zones urbanisées, déversoirs d'orage, réseaux d'eau pluviale) qui peuvent l'influencer. Le projet se propose de développer/améliorer des outils de modélisation de ces bassins versants en s'appuyant sur une instrumentation renforcée et une description fine de l'espace. Ces modèles seront ensuite utilisés pour quantifier l'impact des modifications d'occupation des sols sur le régime hydrologique (notamment la fréquence des crues) et la géomorphologie des cours d'eau. Les sites d'étude choisis sont deux bassins versants soumis à une urbanisation rapide en périphérie de Lyon (Yzeron, 150 km2, voir Figure 1) et de Nantes (Chézine, 34 km2, Figure 7). Le premier est situé en zone de relief assez marqué avec un climat de type Méditerranéen. Le second est en zone de plaine avec un climat de type océanique. Les gestionnaires de ces bassins versant sont partie prenante du projet.

National audience; Cette contribution est une synthèse des travaux relatifs au changement climatique portant sur le bassin du Rhône.

Le projet RIVES s'intéresse à l'amélioration de la modélisation numérique des inondations urbaines. Il doit répondre à la question suivante : quelle est la complexité requise par un code de calcul d'écoulement en ville pour obtenir une estimation fiable du risque d'inondation. Les principales actions du projet sont (1) la génération des scénarios de pluie, (2) l'étude expérimentale des écoulements dans les carrefours et de l'impact des embâcles sur la réponse hydraulique, (3) la comparaison de différents modèles hydrauliques 2D pour la simulation des inondations urbaines (4) le couplage d'un modèle 2D d'écoulement en surface et d'un modèle 1D d'écoulement en réseau d'assainissement, et (5) l'évaluation des incertitudes de simulations numériques. Cet article présente les objectifs, approches et quelques résultats du projet.

Extrait de document; The specific objective of this paper is to provide an overview of the collaborative projects between the University of Oslo (Norway) and Cemagref (France). The research undertaken concentrated on the development of methods for estimating statistical properties of the water balance components (especially runoff) at ungauged locations. Probability and Statistical Theory is used to estimate runoff characteristics related to various scales in time and space. A river basin is studied as a system consisting of interacting entities without splitting it into these entities - looking for patterns rather than isolated steps of causality, i.e. letting the data speak for themselves. Links between the water balance statistics and the way they develop in time or/and in space, i.e. along the river network, are analysed and these dependences are introduced explicitly in interpolation procedures. Thus the approach preserves the statistical properties in terms of covariances and semi-variograms at a basin scale as well as satisfying water balance constraints. A review of the basic concepts is first given. Second, applications of the concepts are presented with examples of their application to different extensive datasets (France and Costa Rica) and for different hydrological variables. Mean annual and monthly discharges and flow duration curves are investigated in this article.

This present report is the synthesis of the research project RDT 2003, which focuses on the vulnerability of water resources to the climatic fluctuations with an application to the Rhone basin. Several approaches were considered. This report first investigates whether river flow data provide evidence of climate change. The analysis is based on statistical tests performed on several descriptors of water resources. The study area covers the south-eastern part of France. A significant trend towards less severe low flows in winter was detected in the North of the Alps. It would be due to an increase of the air temperature which would reduce accumulation of snowpacks. There is no regional coherence in the southern part of the study area. Second, an impact study of CO2-induced climate change is performed. We have downloaded climate projections based on the results of several GCMs. Conceptual rainfall-runoff models are calibrated and validated against observed streamflow series. The most efficient hydrological model is selected. Then climate change scenarios are built by perturbing the observed series with increments deduced from GCMs simulations. Lastly, the model is run under these future climate conditions. The impacts are analysed by comparing the low flows indices with the ones deduced from the baseline simulation. The impacts on the low flows strongly differ from one scenario to another. It is not possible to plan a reliable water resources management for the future: for all the scenarios, all the catchments present a decrease of low flows but the magnitude of the change is diverse. In the last part, an indicator of sensitivity of basin to climate variability is proposed. This index characterizes the sensitivity of the river around the current climatic conditions., Ce présent rapport fait la synthèse du projet soumis à l`appel d`offre RDT 2003, dont l`objet est l`examen de la vulnérabilité de la ressource en eau vis à vis des fluctuations climatiques sur le secteur du Rhône. Plusieurs approches ont été considérées. La première a pour objectif de détecter des éventuels changements dans le régime hydrologique induits par l`augmentation des gaz à effet de serre. L`analyse repose sur des tests statistiques appliqués à un ensemble de variables caractéristiques sur le secteur sud-est de la France. Une évolution significative vers des étiages moins sévères en hiver a été détectée dans le Nord des Alpes. Ce serait la conséquence d`une augmentation des températures de l`air qui réduirait la rétention des précipitations sous forme de neige. Pour la partie méditerranéenne, il est délicat de conclure : quelques anomalies ont pu être identifiées pour certaines stations et sur certaines variables mais la cohérence régionale n`est pas acquise. La seconde s`inscrit dans une étude d`impact. Nous avons rapatrié les prédictions des modèles climatiques mises à disposition par la communauté scientifique internationale, calée sur les observations des modèles de transformation pluie-débit puis examiné la réponse aux perturbations annoncées par les scénarios. Force est de constater que les modifications sur les étiages diffèrent fortement d`un scénario à l`autre. Il n`est pas possible à ce jour d`asseoir une future gestion de la ressource sur ces éléments : les prédictions s`accordent toutes sur une diminution des basses eaux mais dans des ordres de grandeur bien différents sur le secteur analysé. Dans la dernière partie, nous avons proposé un indicateur de sensibilité des étiages aux forçages météorologiques qui caractérise le fonctionnement de la rivière autour des points de fonctionnement actuels, pour identifier de prime abord quels sont les bassins les plus sensibles.

Interpolation of flow patterns, as defined by the variation over the year of the twelve mean monthly discharges, should account both for the auto-correlation in time series and consider the river network, as discharge records are relative to the outlet of the upstream basin. An objective approach of flow pattern mapping along the river implemented within a Geographical Information System (GIS) is presented. Preprocessing of the digital elevation model enables extraction of the main river network (water paths) and basin descriptors and offers a convenient background for the interpolation scheme. Monthly values are standardised to overcome scale dependence with basin size. Expansion into Empirical Orthogonal Function (EOF) allows interpreting each standardised time series as a linear combination of amplitude functions defined at the regional scale with the weights that need to be interpolated. Empirical dependencies relating these weights to basin characteristics are used for this purpose. Finally, kriging is applied for interpolating the residuals of the weights. The approach has been used for interpolation along river net of flow patterns of an extensive monthly runoff sample for south-eastern France and has been successfully validated on a sample of eleven stations. Predicted flow patterns have been also introduced into a simple regime classification scheme to finally derive a map of flow regime in a formal and objective manner, L'interpolation des régimes hydrologiques saisonniers définis par les fluctuations des douze débits mensuels moyens interannuels doit tenir compte de l'autocorrélation entre les termes mensuels successifs et des liens entre le réseau hydrographique et les débits. Une méthode objective de cartographie des régimes hydrologiques a été développée en lien avec des procédures d'exploitation d'information géographique qui offrent un support graphique et logistique (extraction des caractéristiques du bassin versant, explicitation des liens entre les bassins hiérarchisés par le réseau hydrographique). Les douze débits mensuels moyens interannuels ont été centrés réduits pour se dégager de l'hétrogénéité des tailles des supports des données. Chaque chronique de douze débits mensuels moyens interannuels est interprétée comme une combinaison linéaire de fonctions de forme définies à l'échelle de la zone étudiée et déduites d'une analyse EOF. Ce sont les poids de ces fonctions de forme qui sont interpolés. Cette régionalisation repose sur des relations ajustées entre les pondérations et les descripteurs du bassin versant pour représenter les dépendances entre les débits et le réseau hydrographique. Les résidus de ces formules sont ensuite interpolés par krigeage. Le bassin de gestion Rhône-Méditerranée-Corse (France) a servi de cas d'application. La méthode d'interpolation des variables centrées réduites a pu être validée sur un échantillon de onze points de mesure. Les séries de douze débits mensuels moyens interannuels ainsi reconstituées ont été finalement introduites dans une classification adaptée pour obtenir une carte des régimes hydrologiques saisonniers.