Outils et méthodes
1. Méthodes SHYPRE et SHYREG
La vocation première d’Hydris hydrologie est la mise en œuvre des méthodes SHYPRE et SHYREG développées par INRAE, centre d'Aix-en-Provence, pour lesquelles HYDRIS hydrologie bénéficie d'un contrat de transfert de savoir-faire.
La méthode SHYPRE a pour but de générer de très longues chroniques de hyétogrammes et d’hydrogrammes afin de déterminer des quantiles de pluie, de débit et de cote du plan d’eau d’un barrage. SHYPRE est mise en œuvre à partir d’une chronique de pluie observée. Sa version continue au pas de temps horaire, nommée SCHYPRE, a été développée en 2021.
Hydris hydrologie développe actuellement, en collaboration avec INRAE Aix-en-Provence, une version spatialisée de SHYPRE (générateur spatial de pluie horaire).
La méthode SHYREG est une régionalisation de la méthode SHYPRE qui permet de constituer une base de données des quantiles de pluie et de débit de la région étudiée au pas d’espace de 1 km².
Les quantiles de la base de pluies SHYREG de la France métropolitaine sont disponibles sur : shyreg.pluie.recover.inrae.fr
Les quantiles de débit SHYREG de la France métropolitaine sont disponibles,pour près de 140 000 exutoires contrôlant une surface de bassin versant comprise entre 5 et 5000 km² et répartis de façon homogène sur le territoire de la France métropolitaine, sur : shyreg.recover.inrae.fr
Sont disponibles sur commande auprès d’HYDRIS hydrologie :
- Les quantiles de débits SHYREG des bassins versants non disponibles sur shyreg.recover.inrae.fr
- Les Hydrogrammes Synthétiques Mono Fréquence (HSMF) SHYREG.
- Mise en application spécifique de la méthode SHYREG pour créer des bases de quantiles de pluies et de débits sur de nouvelles régions.
- Mise en application spécifique de la méthode SHYPRE sur un bassin versant pour calculer des catalogues d’hydrogrammes.
- Mise en application spécifique de la méthode SHYPRE sur un barrage et son bassin versant pour calculer la distribution de fréquence de la cote maximale du plan d’eau de ce barrage.
Limites de la méthode SHYREG-débit : Les superficies des bassins versants utilisés pour régionaliser la méthode SHYREG-débit en France métropolitaine varient de 2 à 10000 km² mais la majorité d’entre elles sont comprises entre 5 à 5000 km² ; de ce fait, l’application de la méthode SHYREG à des bassins versants de superficie sortant de la gamme [5, 5000] km² peut dégrader la qualité de ses résultats. De plus, la méthode reposant sur une approche régionale des débits naturels de bassins versants ruraux; elle ne prend pas en compte les éventuelles spécificités significatives à l’échelle du bassin versant telles que les karsts, les aménagements hydrauliques, les champs d’expansion des crues, le régime nival et n'est pas adaptée aux bassins versants très fortement urbanisés.
Télécharger la plaquette de présentation (format PDF) des méthodes SHYPRE et SHYREG.
Principales références bibliographiques
- P. Arnaud et J. Lavabre (1999). Nouvelle approche de la prédétermination des pluies extrêmes. C. R. Acad. Sci., Sciences de la Terre et des planètes, Géosciences de surface, hydrologie–hydrogéologie 328, 615–620.
- P. Arnaud & J. Lavabre (2002). Coupled rainfall model and discharge model for flood frequency estimation. Water Resour. Res. 38(6), doi: 10.1029/2001WR000474.
- P. Arnaud, J. Lavabre, B. Sol & C. Desouches (2006). Cartographie de l’aléa pluviographique de la France. La Houille Blanche. (5), 102-111.
- P. Arnaud, J-A. Fine & J. Lavabre (2007). An hourly rainfall generation model applicable to all type of climate, Atmospheric Research
- P. Arnaud, P. Royet, J-A. Fine & J. Lavabre (2009). Crue de projet ou cote de projet ? Exemple des barrages écrêteurs de crue du département du Gard. Colloque CFBR-SHF;
- D. Organde, P. Arnaud, J.A. Fine, C. Fouchier, N. Folton et J. Lavabre (2013) : Régionalisation d'une méthode de prédétermination de crue sur l'ensemble du territoire français : la méthode SHYREG. Rev. Sci. Eau 26 (1)
- Y. Aubert, P. Arnaud, P. Ribstein et J. A. Fine (2014) : La méthode SHYREG débit, application sur 1605 bassins versants en France Métropolitaine. Hydrological Sciences Journal, 59 (5), 1-13.
- P. Arnaud, Y. Aubert, D. Organde, P. Cantet, C. Fouchier, N. Folton (2014): Estimation de l’aléa hydro-météorologique par une méthode par simulation : La méthode SHYREG : Présentation – Performances – Base de données, La Houille Blanche n°2
- P. Cantet, P. Arnaud (2014): Extreme rainfall analysis by a stochastic model: impact of the copula choice on the sub-daily rainfall generation, Stochastic Environmental Research and Risk Assessment (10.1007/s00477-014-0852-0, 1479-1492, 2014).
- Arnaud P., Cantet P., Aubert Y. (2016) Relevance of an at-site flood frequency analysis method for extreme events based on stochastic simulation of hourly rainfall. Hydrological Sciences Journal DOI:10.1080/02626667.2014.965174
- Odry J., Arnaud P. (2017) Comparison of flood frequency analysis methods for ungauged catchments in France. Geosciences 2017, 7, 88; doi:10.3390/geosciences7030088
- Arnaud, P., Cantet, P., Odry, J. (2017) Uncertainties of flood frequency estimation approaches based on continuous simulation using data resampling, Journal of Hydrology 554(2017) 360-369, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jhydrol.2017.09.011
- Ding Q., Arnaud P. (2022) : Taking Account of Seasonality in a Regional Flood Frequency Estimation Approach Based on Event Simulations, Water 2022, 14, 1376.
- Cantet P., Renard B., Fine J.-A., Arnaud P. (2024) : Space-time simulation of hourly rainfall from areal statistics. Article soumis auprès de Water Resources Research
2. Méthode LOIEAU
La méthode LOIEAU, développée par INRAE centre d'Aix-en-Provence, pour laquelle HYDRIS hydrologie bénéficie d'un contrat de transfert de savoir faire, a pour fonction la détermination des débits mensuels de références d’étiage (QA, QMM, QMNA, VCN3, VCN10) en tout point du territoire sur lequel elle a été implantée.
Cette méthode est basée sur le modèle à deux réservoirs de transformation de la pluie en débit au pas de temps journalier GR2J comportant un module de stockage et déstockage de la neige.
Une nouvelle version du modèle au pas de temps journalier utilisant le modèle SMASH est actuellement en cours de développement.
Les données issues de la méthode LOIEAU ont été pré-calculées sur près de 140 000 exutoires contrôlant une surface de bassin versant comprise entre 5 et 10000 km², répartis de façon homogène sur le territoire de la France métropolitaine. Elles constituent la base de donnée LOIEAU.
Les données de cette base sont disponibles sur : loieau.recover.inrae.fr
Principales références bibliographiques
- N. Folton et J. Lavabre (2007). Approche par modélisation PLUIE-DEBIT pour la connaissance régionale de la ressource en eau : application à la moitié du territoire français. La Houille Blanche. (3), 64-70.
- Folton N., Arnaud P. (2020) : Indicateurs sur la ressource en eau estimés par une modélisation pluie-débit régionalisée : la base de données Web LoiEau. La Houille Blanche 2020, 3, 22–29
3. Modèle SMASH
SMASH (Spatially-distributed Modelling and ASsimilation for Hydrology) est un outil de modélisation et d’assimilation hydrologique distribué développé par INRAE Aix-en-Provence.
SMASH est mis en œuvre de façon continue, au pas d'espace kilométrique ou infra-kilométrique , au pas de temps 5 minutes à 1 jour, et permet de modéliser par divers méthodes, dont le modèle conceptuel distribué GRD-v2, les principaux processus hydrologiques générés par la pluie sur un bassin versant : interception initiale, évaporation, fonte nivale, infiltration, ruissellement Hortonien, transfert lent, transfert rapide, routage, échanges; et comporte un module d’assimilation variationnelle (4Dvar).
SMASH est utilisé par le système d’anticipation des crues rapides AIGA (Adaptation d'Information Géographique pour l'Alerte crues), qui a été développé par Météo-France et INRAE, et qui est utilisé dans le dispositif d'alerte aux crues soudaines Vigicrues Flash du SCHAPI.
Depuis juillet 2021, la visualisation des avertissements Vigicrues Flash est ouverte au grand public en complément des avertissements APIC basés sur la pluie.
apic-vigicruesflash.fr
Versions antérieurs : La version v1 de GRD est continue, de pas de temps horaire ou infra-horaire et comporte 3 paramètres (production, transfert, routage), elle est utilisée dans Vigicrues Flash depuis 2021 ; sa version v0 est événementielle, de pas de temps horaire, comporte 2 paramètres (production, transfert) et est initialisée par un modèle continu journalier, elle est utilisée dans Vigicrues Flash de 2017 à 2021.
Principales références bibliographiques
- C. Perrin, C. Michel, V. Andréassian (2003). Improvement of a parsimonious model for streamflow simulation. Journal of Hydrology 279 (1–4), 275–289.
- P. Javelle, C. Fouchier, P. Arnaud et J. Lavabre (2010) Flash flood warning at ungauged localisations using radar rainfall and antecedent soil moisture estimations. Journal of Hydrology, 394, 267-274.
- P. Arnaud, J. Lavabre, C. Fouchier, S. Diss, P. Javelle (2011). Sensitivity of hydrological models to uncertainties in rainfall input. Hydrological Sciences Journal 56(3): 397-410.
- Fouchier C., Saint-Martin C., Javelle P., Mériaux P., Organde D. et Demargne J. (2017): Mise en œuvre opérationnelle de la méthode AIGA pour anticiper les crues sur le cours d'eau non surveillés. Sciences Eaux & Territoires n° 23 – 2017, pp 48-55.
- Demargne J., Javelle P., Organde D.,Garandeau L., Janet B. : Intégration des prévisions immédiates de pluie a haute-résolution pour une meilleure anticipation des crues soudaines. La Houille Blanche 2019, 3-4, 13–21
- Javelle, P., Saint-Martin, C., Garandeau, L., Janet, B., 2019. Flash flood warnings: Recent achievements in France with the national Vigicrues Flash system. United Nations Office for Disaster Risk Reduction, Contributing Paper to the Global Assessment Report on Disaster Risk Reduction (GAR 2019). https://www.undrr.org/publication/flash-flood-warnings-recent-achievements-france-national-vigicrues-flash-system
- Jay-Allemand M., Javelle P., Gejadze I., Arnaud P., Malaterre P.O., Fine J.A., Organde D., (2020) : On the potential of variational calibration for a fully distributed hydrological model: application on a Mediterranean catchment.Hydrology and Earth System Sciences , hess-24-5519-2020 , https://hess.copernicus.org/articles/24/5519/2020/
- Piotte O., Montmerle T., Fouchier C., Belleudy A., Garandeau L., Janet B., Jauffret C., Javelle P., Demargne J., Organde D. (2020) : Le service d’avertissement sur les pluies intenses et les crues soudaines en France. La Houille Blanche 2020, Vol, 1–11
- Haruna A., Garambois P-A., Roux H, Javelle P. and Jay-Allemand M. (2022) : Does Flash Flood Model Performance Increase with Complexity? Signature and SensitivityBased Comparison of Conceptual and Process-Oriented Models on French Mediterranean Cases. Article dans MDPI Hydrology 2022, 9(8), 141 : https://doi.org/10.3390/hydrology9080141
- Huynh N. N. T., Garambois P-A. , Colleoni F.,Renard B., Roux H., Demargne J., Jay-Allemand M., Javelle P. (2023 ) : Learning Regionalization using Accurate Spatial Cost Gradients within a Differentiable High-Resolution Hydrological Model: Application to the French Mediterranean Region. Article soumis auprès de Water Resources Research.
- Jay-Allemand M., Demargne J., Garambois P.-A., Javelle P., Gejadze I., Colleoni F., Organde D., Arnaud P., Fouchier C. (2022-23) : Spatially distributed calibration of a hydrological model with variational optimization constrained by physiographic maps for flash flood forecasting in France. . Manuscrit PIAHS 2024 : https://doi.org/10.5194/piahs-385-281-2024