valorisation hydrologique des informations anciennes … · variable de gumbel-2 6 8 0 2 4 forte...
TRANSCRIPT
1
Valorisation hydrologique des informations anciennessur les crues : cas de l’Ardèche, du Gard et de l’Hérault
ADA, 24 Fi 38709
Pont d’Aubenascrue du 22 sept. 1890 crue du 22 sept. 1992
M. Lang
5° journées d’étude de l’OHM-CV, Grenoble, 17 nov. 2005
L. Neppel
2
1. Introduction
Pourquoi étudier les crues anciennes ?•••• Entretenir la mémoire des événements passés
Inondation catastrophique
Mesures de réparation Travaux de protection
• phase d’oubli
Développement de l’urbanisme en zone inondable
• perte de mémoire des événements• relâchement dans l’entretien des ouvrages
• forte mobilisation• demande de protection maximale
���� meilleure culture du risque
3
1. Introduction
•••• Elargir le cadre chronologique d’analyse
Pourquoi étudier les crues anciennes ?
-2
0
2
4
6
8
1 51 101 151 201 251 301 351 401 451 501 551 601 651 701 751 801 851 901 951
Année
Var
iabl
e ré
duite
de
Gum
bel
T=1000 ans
T=10 ans
T=100 ans
50 ans 50 ans 50 ans
���� variabilité d’échantillonnage
4
1. Introduction
•••• Réduire l’incertitude d’échantillonnage
Pourquoi étudier les crues anciennes ?
Années simulées0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
Q10
Q100
Q1000
EV1(
1,0)
Périodes de retour
Déb
its10 100 1000
-2 0 2 4 6 8Variable de Gumbel
-2
6
8
0
2
4
Forte variabilité d’estimation
5
10 1001
MODELE 1
MODELE 2
Choix du modèle ?
10000
100
200
300
400
500
600
600
700
T : Période de retour (années)
Chronique continue de débits
1. Introduction
•••• Améliorer l’estimation des crues fortes
Pourquoi étudier les crues anciennes ?
Débit (m3/s)
T : Période de retour (années)
Débit (m3/s)
10 1001
MODELE 1
MODELE 2
10000
100
200
300
400
500
600
600
700
6
2. Analyse des crues de l’Ardèche
Projet européen SPHERE (2000-2003)
•••• ObjectifMontrer l’intérêt des informations historiques et géologiques sur les crues pour la prévention des inondations
•••• Partenaires scientifiques����Coordination : CSIC Madrid����Paléo-hydrologie : CSIC Madrid / Univ. Jérusalem�Hydrologie/Hydraulique : Cemagref Lyon / Univ. Valence / INRS Québec����Histoire : Acthys-Diffusion Grenoble / Univ. Barcelone���� Climatologie : Univ. Barcelone / Univ. Stuttgart
•••• Services opérationnels����France : Syndicat Mixte Grenoble / DDE Ardèche����Espagne : Protection civile Madrid / Institut Géologique Madrid /
Agence de l’eau Barcelone
7
Bassin versant
2.1 Les crues de l’Ardèche
Profil en long
Pont
d'A
rc
Ruo
ms
Prad
ons
Pont
de
Bal
azuc
Vog
uëPo
nt d
e St
Did
ier\A
uben
asPo
nt d
' Uce
l-A
uben
asPo
nt d
e V
als
Pont
de
Labe
aum
e
Bar
nasM
ayre
sSo
urce
de l’
Ard
èche
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
020406080100120140
Distance auRhône (km)
L'ArdècheLe ChassezacLa Beaume
Altitude (m NGF)
Pont
de
Sala
vas-
Val
lon
Pont
d'A
rc
St-M
artin
d’A
rdèc
he
Gorges
710 720 730 740 750 760 770 780
710 720 730 740 750 760 770 780
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
1920
1930
1940
1950
1960
1970
1980
N
le Lignon
l'Ardèche
la Baume
la Fontolière
la Bourges
la Drobie
la Baume
l'Ard
èche
la Bé
zorguesla Volane
le Sandron l'O
ize
le Luol l'Auz
onla
Cla
duèg
ne
la Bou
e
ln
og
la Lignela L ande
l'Ibie
la Borne
R. de Salindres
le C
hassezac
R. de Thi nes
l'Altier
le Chassezac
l'Ardèche
le R
hône
Contribution du bassin de la Loire : centrale
hydroélectrique de Montpezat
3
6
8 9
15
17
20
44
41
22
48
1 2
4
7
11
12
13
14
18
19
21
26
28
31 25
39
40
4246
4951
GARD30
LOZERE48
ARDECHE07
5
10
16
3033
35
47
50
43
29
36
23
37
34
32
24
27
38
4553
Thueyts
Pont deLabeaume
Aubenas
Voguë
Ruoms
Salavas
VallonPontd'Arc
St-Martin-d'Ardèche
Pont-St-Esprit
Joyeuse
Largentière
Les Vans
Villefort
Prévenchère
St-Laurent-les-Bains Valgorge
France
Coordonnées Lambert II (km)
0 10 km
Stations Hydrométriques43
•••• ruissellement rapide dans la zone amontfortes pentes, vallées encaissées, formations granitiques
•••• configuration différente dans la partie avalconfluences de la Beaume et du Chassezac , formations calcaires
Vallon St-Martin
8
Quelques valeurs remarquables récentes au XX° siècle
•••• Précipitations cévenoles (cf. inventaire Météo-France, 1961-1996)����dépassement du seuil de 400 mm à sept reprises� 710 mm au poste de Mayres (10-12 novembre 1996)� 579 mm au poste de Mazan-l’Abbaye (20-21 septembre 1980)
•••• Débits de crue (cf. communication D. Duband, 1994)����dépassement du seuil de 2 m3/s.km2 à deux reprises à Vallon (1930 km2)
� 4550 m3/s (30 novembre 1958)� 3660 m3/s (8 novembre 1982)
2.1 Les crues de l’Ardèche
9
Quelques valeurs extrêmes au XIX° sièclePrécipitations
1807 : 248 mm (20h)1827 : 792 mm (21h)1846 : 254 mm (24h)1859 : 512 mm (2 jours)1865 : 290 mm (24h)1872 : 275 mm (20h)1890 : 971 mm (5 jours)1907 : 519 mm (24h)
Inventaire 1807-1994 (Météo-France, 1995)
1890 : 7500 m3/s1900 : 5600 m3/s
Estimations à St-Martin de M. Pardé (1925, 1942)
(2370 km2)
Débits
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0:00 6:00 12:0018:00 0:00 6:00 12:00
Temps(h)
Cote (m)
Vallon, sept. 1857(de Mardigny, 1860)
Hydrogramme de crue
2.1 Les crues de l’Ardèche
10
Méthodologie d’analyse Trois phases
2. 2 Valorisation hydrologique des crues historiques sur l’Ardèche
•••• mise au point d’une grille de lecture
1/ Recherche des informations historiques sur les inondations
•••• collecte des informations���� première chronologie des événements
•••• confection d’un état général des sources
•••• estimation des débits de crue
2/ Analyse hydraulique
���� reconstitution d’une grande série de débits
•••• critique des données limnimétriques
•••• analyse probabiliste
3/ Exploitation statistique
���� évaluation de l’apport de l’information historique
•••• étude de stationnarité
11
Trois niveaux d’investigation2.3 Collecte des informations historiques
•••• archives militaires (topographie)
1/ Niveau national (Paris)
•••• autres fonds : ENPC, BNF, Académie des Sciences, Observatoire deParis, Ville de Paris, SHF …
•••• archives nationales : fonds des ministères (Travaux Publics, Agriculture)
•••• établissements : EdF, Agences de l’Eau
2/ Niveau régional
•••• bibliothèques et fonds spécialisés (M. Pardé, Sogreah, universités …)
•••• archives régionales : Diren, Météo-France …
•••• archives municipales
3/ Niveau local
•••• autres sources : administrations, bibliothèques, musées, associations …
•••• archives départementales : administrations, collectivités, entreprises …
12
Exploitation de l’état général des sources
•••• affichage clair des limites du paysage documentaire (lacunes)•••• appréciation qualitative des informations : nombre de témoignages et
qualité des sources
•••• document de référence pour un secteur donné
1/ Historique des services producteurs d’informations•••• cibler les sources d’information : topographie, hydrométrie, annonce des
crues, météorologie, aménagement du territoire …
2.3 Collecte des informations historiques
���� s’assurer de la traçabilité et de la qualité de l’information
Utilisation d’une grille de lecture���� recherche des informations pertinentes pour l’hydrologue
2/ Historique des méthodes et matériels de mesure•••• situer spatialement les données (topographie) et les incertitudes de mesure
3/ Historique des événements sur le bassin•••• reconstituer une chronologie, à partir des informations en crue et des données sur l’aménagement de la rivière et du bassin versant
13
2.3 Collecte des informations historiques
Collecte et critique des cotes de crues à Vallon
•••• Période récente : 1980-2000� banque HYDRO : chronique de hauteurs et débits instantanés
•••• XXe siècle : 1892-1979� relevés systématiques à partir de 1892 (création du service d’annonce des crues)� comblement des lacunes des fiches mensuelles (examen de plusieurs sources) � confrontation avec les données pluviométriques� stabilité du zéro de l’échelle et historique du nivellement
•••• Période historique : 1644-1891� première échelle à partir de 1857� marques de crue sur le moulin de Salavas� mention de crues historiques (rapports Ingénieurs des Ponts & Chaussées)
1644
16.0
186118881872185318911859184618571772187818271890Année
9.09.410.0*11.111.313.113.514.014.516.117.3Cote
14
Modélisation hydraulique du secteur de Vallon2.4 Reconstitution des débits de crue
Vallon-Pont-d’Arc
Salavas
Pont d’Arc
Pont de Salavas
≈≈≈≈ Ardèche
Moulin de Salavas
Le méandre
15
Modélisation hydraulique du secteur de Vallon2.4 Reconstitution des débits de crue
•••• Calage du modèle sur la crue du 22 septembre 1992 (2800 m3/s)
Profil 1994
Q=4500 m 3 /s
Pont d'ArcPont de Salavas Entrée des gorgesTour du moulin
Q=2800 m 3 /s
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
100
103
41800 42800 43800 44800 45800 46800 47800PK (en m)
Alti
tude
s (m
NG
F)
1992 1958laisses 1992 Laisses 19581992 sans seuil
16
Modélisation hydraulique du secteur de Vallon•••• Test du modèle sur 6 crues historiques (1827, 1846, 1855, 1857, 1859, 1890)
Profil estimé 1849
Q=6930 m3/s
Q=5150 m3/s
Q=1866 m3/s
Q=5400 m3/s
Q= 4080 m3/s
Q=7750 m3/s
Pont d'ArcPont de Salavas Entrée des gorgesTour du moulin
67
70
73
76
79
82
85
88
91
94
97
100
103
41800 42800 43800 44800 45800 46800 47800PK (en m)
Alti
tude
s (m
NG
F)
1827 18461855 18571859 1890laisses 1827 Laisses 1846Laisses 1855 Laisses 1857Laisses 1859 Laisses 1890
2.4 Reconstitution des débits de crue
17
Modélisation hydraulique du secteur de Vallon
���� Courbe de tarage
� partie extrapolée : ± 45%� étude du méandre : actif pour les crues de 1827 et 1890
•••• Analyse de sensibilité� condition aval� déformation de la géométrie� effet du laminage� calage du Strickler
2.4 Reconstitution des débits de crue
18
Définition de seuils d’exhaustivité
VallonVallon
2.5 Traitement statistique
19
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 10 100 1000Période de retour T (an)
Déb
it d
e po
inte
(m3/
s)
1955 - 2000Méthode du Gradex
1955 - 2000loi GEV
Q100 = 5200 m3/s (débits)6600 m3/s (Gradex)
•••• Distribution des crues (1955-2000) •••• Avec information historique� 1827-1954 : Q100 = 7300 m3/s� 1645-1954 : Q100 = 6900 m3/s
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
1 10 100 1000Période de retour T (an)
Déb
it d
e po
inte
(m3/
s)
1955 - 2000Méthode du Gradex
1955 - 2000loi GEV
XIX-XX° siècle : loi GEV
XVIII-XX° siècle : loi GEV
Extrapolation de la distribution des crues avec ou sans information historique (Ardèche à St-Martin)
2.5 Traitement statistique
20
2.6 Analyse des dépôts de crue
Choix du site de Vallon
���� le méandre n’est actif que pour les crues exceptionnelles
21
2.6 Collecte des données paléohydrologiques
(repris de Sheffer et al., 2003) Site AMT4
Exemple d’analyse stratigraphique et de datation
N
56
7
8
9
1011
12
310310±±15 (210)15 (210)
30603060±±170170(2720)(2720)
53505350±±310310(4750)(4750)
OSL Sample
22
2.6 Collecte des données paléohydrologiques
(repris de Sheffer et al., 2003)
Exemple d’analyse stratigraphique et de datation
N
���� cohérence entre les deux sites
Site AMT4
Site AMT1
23
2.6 Collecte des données paléohydrologiques
Soil (break)
Laminated Ripples
(flood)
Gravel (break)
N
1
23
Site AA(repris de Sheffer et al., 2003)
24
Principaux résultats de l’analyse paléo-hydrologique
•••• Depuis 2000 ans, aucune trace de crue trouvée, supérieure au niveau de la crue de 1890
•••• Non stationnarité des crues depuis l’Holocène :�d’après Sheffer et al. (2003) existence d’une période plus active
pendant le petit âge glaciaire
•••• Cohérence des résultats sur les plus fortes crues du XVIII et XIXe siècles
2.6 Interprétation des données paléohydrologiques
25
Principaux résultats du projet SPHERE sur l’Ardèche
•••• Bonne cohérence entre l’estimation actuelle des crues fortes et la sériedes crues historiques
•••• Non stationnarité des crues depuis 2000 ans
•••• Reconstitution du débit des plus fortes crues connues depuis 1644
2.7 Bilan sur la valorisation de l’information des crues anciennes de l’Ardèche
•••• Poursuite de l’analyse paléo-hydrologique sur d’autres sites,et comparaison avec une analyse historique sur le Moyen-Age
•••• Mise en place d’un site Internet de consultation des données ancienneset des photographies de crues contemporaines
•••• Analyse régionale des événements de crue sur le secteur des Cévennes
•••• Evaluation de la plus-value apportée par l’information historique
Développements possibles
26
Partenaires scientifiques :
- Cemagref Lyon : Michel Lang, Elodie Renouf
- Cereve : Eric Gaume, Olivier Payrastre
- UMR Hydrosciences Montpellier : Luc Neppel
- Acthys-Diffusion : Denis Cœur
- UMR Gester : Freddy Vinet, Nicolas JacobNancy Mechinet de Richemond
Service gestionnaire :-Conseil Général 34 : B.Dartau
-CLE du SAGE Hérault : C.Vivier
-DDE 11 : M.Gaulet
-DIREN LR : R.Claudet, B.Braudeau
Projet InondHis (MEDD/RDT)Analyse régionale des précipitations et crues anciennes
en Languedoc-Roussillon
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
27
Projet InondHis : contexte d’étude
Suite aux événements pluvieux remarquables dans l’arc méditerranéen :
- A l’échelle communale →→→→ porter à connaissance les risques naturels Loi sur la prévention des risques technologiques et naturels de juillet 2003
- Conclusions du Groupe d ’Appui et d ’Expertise Scientifique (GAES) :compléter sur le plan géographique et historique les données hydrométéo disponibles, pour compenser la faible densité et les chroniques courtes des séries de mesures
- Aléa de référence à prendre en compte ?
PPRI : - petits BV : non instrumentés- grands BV : période de mesures systématiques courtes
SAGE Hérault : - événements majeurs ayant affectés le bassin ?- conséquences si ils se reproduisaient actuellement ?
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
28
Etat d’avancement (novembre 2005)
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
•••• Etat général des sources
� achevé sur l’Hérault (AD34, DDE34, …) : perte des relevés du SACsur la période 1890-1968
� à terminer sur le Gard : fonds DDE30 récemment mis à disposition
•••• Collecte des données� saisie des références documentaires dans une base de données (IBHIS)� recueil des données disponibles : hauteur, pluie, débit, topographie
�������������� ������������� �������������������� �������������
�Niveau des crues :1890, 1848, 1850
29
Etat d’avancement (novembre 2005)
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
•••• Classement des crues de l’Hérault (période 1868-1910)
30
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
•••• Cohérence et extension spatialedes crues de l’Hérault (période 1868-1910)
31
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
Extrapolation des courbes de tarage
Qmax < x0
T(Qmax) < 2 ans
2 ≤ T(Qmax) < 10 ans
10 ≤ T(Qmax) < 100 ans
T(Qmax) ≥ 100 ans
•••• Bilan sur un jeu de 327 stations hydrométriques (banque HYDRO)
�60 % des stations non jaugées au-delà crue de période de retour 2 ans
� peu de stations jaugées au-delà de la crue décennale (9%)
� grands bassins mieux renseignés (crues plus lentes et faciles à anticiper)
32
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
•••• Construction d’un modèle hydraulique
� géométrie (lit mineur, lit majeur, ouvrages)
� hydrométrie (chronique débit, courbes de tarage, jaugeages)
� données de calage (laisses de crue)
Principe d’analyse des courbes de tarage
•••• Production des courbes de tarage
� calage du modèle (lit mineur, lit majeur)
� analyse de sensibilité aux erreurs sur les jaugeages (H, Q) :
(H – 5 cm, Q + 10%) et ((H + 5 cm, Q - 10%)
33
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
0
20
40
60
80
0 0.5 1 1.5 2 2.5
Hauteur (m)
Déb
it (m
3/s)
H-5 H H+5
Q+10%QQ-10%
Calage du modèle pour un point (Q,H) pour 3 conditions :• (Q, H) � K• (Q+, H-) � K+
• (Q-, H+) � K-
Analyse de sensibilité sur le calage du modèle
34
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
Exemple de simulation pour un point (Q, H)
115
117
119
121
123
125
127
-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Distance (m)
Cot
e (m
) fondk = 17k = 22k = 27
Pont Echelle limnimétrique
3 lignes d’eau pour un débit Q(coefficient K1, K2, K3)
Courbe bleue interpolée (débit Q)Courbes verte et rouge (débits Q- et Q+)
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
15 17 19 21 23 25 27 29
K (m1/3 /s)
Hau
teur
(m)
Q = 30 m3/sQ = 27 m3/sQ = 33 m3/s
Droite d'approximation
18.2 27.5
Q+
Q-
H+
K- K+
H-
35
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
Evolution du Strickler en fonction du débit
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60 70
Débit (m3/s)
K (m
1/3
/s)
qq-10%q+10%
Débits débordants
Débits d’étiage
� Kmineur � [18 , 28], valeur idéale : 22
36
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
Résultat sur une rivière du centre de la France
Courbe de tarage de la Bouzanne à Velles
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Hauteur (m)
Déb
it (m
3/s)
courbe de tarageenveloppe maxenveloppe minPoints de jaugeageextrapolation Diren
Erreur relative : dQ/Q = 35 à 50%
37
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
Résultat sur l’Hérault à Ganges - Laroque
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Hauteur (m)
Déb
it (m
3/s) Courbe de tarage Diren
jaugeagesextrapolation minextrapolation max
H dQ/Q %7.3 228.5 229.5 28
Q dH/H %900 111100 101300 91600 9
Erreur relative :
dQ/Q = 20 à 30%
38
3. Analyse des crues du Gard et de l’Hérault
•••• Reconstitution des débits sur l’Hérault et le Gard
•••• Analyse de la distribution des crues
�Intérêt de l’information historique
�Cohérence avec la méthode du Gradex
•••• Analyse régionale des données (précipitations, débits)
•••• Mise à disposition des données et résultats dans le cadre de l’OHM-CV
Programme de travail (2° année projet Inondhis)
���� Analyse détaillée des crues de 4 sous-bassins de l’Aude par O. Peyrastre