Faisabilité et utilité du recueil de données historiques pour l'étude des crues extrêmes de petits cours d'eau (étude du cas de quatre bassins versants affluents de l'Aude)

MARNE-LA-VALLEE-ENPC-BIBL. (774682303) / SudocFONTAINEBLEAU-MINES ParisTech (771862302) / SudocSudocFranceF

Information historique et étude statistique des crues extrêmes: quelles caractéristiques souhaitables pour les inventaires de crues historiques ?

Historical information and flood frequency analyses: a sensitivity analysis to the features of historical inventories. This paper explores the links between the detail of available information on historical floods (length of historical period, number of documented floods, accuracy of peak discharge estimates), and the value of this information for the estimation of flood quantiles. The results presented here are mainly based on simulations, and aim to complement, in a more general framework, the results of a case study (Aude region in France) presented in Payrastre [ 2005, 2006]. Based on simulated series and on a GEV candidate distribution, a Bayesian Monte Carlo Markov Chain inference approach is used in order to provide credibility intervals on the estimated 100-year quantiles. The width of these credibility intervals reflects the information content of the series used for the inference. Based on this approach, the Aude case study clearly showed a great added value of available historical information. A sensitivity analysis to the characteristics of historical information used is conducted here based on simulations. The following situations are considered : 1 – no historical data available, 2 – historical information limited to the main flood that occurred during the historical period, 3 – binomial historical information (number of floods that exceeded the perception threshold), 4 -peak discharges of historical floods are known with uncertainty, 5 – accurate information on historical floods peak discharges is available. The sensitivities to length of the historical period considered and to the level of the perception threshold are also considered. The results confirm the great effect of the length of the historical period documented, but also illustrate the limited sensitivity to the position of the perception threshold, and the limited added value of information on the peak discharges of historical floods. Lastly, the possible effect of bias of estimation of historical discharges (concerning both the perception threshold and historical floods) is illustrated.Le travail présenté ici permet d’explorer les liens entre la nature de l’information disponible sur les crues historiques (durée de la période documentée, nombre de crues concernées, précision du débit reconstitué), et la valeur de cette information pour l’estimation statistique des crues. Ce travail fait suite à une étude de cas déjà publiée [Payrastre, 2005, 2006], et qui est complétée ici par des simulations théoriques permettant une interprétation de portée plus générale. L’analyse statistique des séries de crues simulées est réalisée par une approche Bayésienne MCMC permettant d’associer des intervalles de crédibilité à la distribution statistique ajustée (GEV). La largeur des intervalles de crédibilité obtenus est utilisée comme un indicateur du contenu informatif des séries utilisées. Une analyse de sensibilité à la nature des informations historiques valorisées est conduite. Différentes situations sont considérées : 1 – aucune information historique disponible, 2 – information historique limitée à la plus forte crue enregistrée, 3 – information de type binomiale (limitée au nombre de dépassements du seuil de perception), 4 – information imprécise sur les débits des crues historiques supérieures au seuil, 5 – information précise sur les débits des crues historiques. Les résultats obtenus permettent de confirmer le caractère déterminant de la durée de la période historique documentée, la sensibilité limitée à la position du seuil de perception, et enfin le caractère souvent secondaire de l’information sur les débits des crues historiques ayant dépassé le seuil. Enfin, l’impact possible de biais d’estimation des débits historiques (portant à la fois sur le seuil de perception et les crues inventoriées) est illustré.Payrastre Olivier Renaud, Gaume Eric, Andrieu Hervé. Information historique et étude statistique des crues extrêmes: quelles caractéristiques souhaitables pour les inventaires de crues historiques ?. In: Evénements extrêmes fluviaux et maritimes. Leurs variabilités spatiales et chronologiques dans l'ouest de l’Europe. 34èmes journées de l’hydraulique Paris, 1 et 2 février 2012. 2012

Inventaires de crues extrêmes sur des sites non jaugés et analyse statistique régionale des débits: réflexions méthodologiques et évaluation des performances

Inventories of extreme floods ar ungauged sites and regional flood frequency analyses: methodological reflexions. This paper presents additional developments about a flood frequency approach proposed by Gaume [2010], that aimed to incorporate available information on extreme floods at ungauged sites in a regional flood frequency analysis. Extreme floods, indeed, may represent a very large additional record length if compared with gauged series, and therefore may highly improve the accuracy of flood quantiles estimates. However, the proposed approach requires to calibrate an index flood relationship (here an exponent of catchment surface), which represents a complement of parametrisation of the regional statistical model. The performances and robustness of this approach are tested here and compared to the conventional regionalisation approach of Hosking [ 1997]. The comparison is based both on simulations and on a case study. The inference procedure used is based on a GEV distribution associated with a specific likelihood formulation and a Bayesian MCMC approach for parameters estimation. The parameters of the index flood relationship and the GEV distribution are all calibrated in the same time using the MCMC algorithm, and therefore the uncertainty associated with the index flood relationship calibration is taken into account. The inference results obtained without incorporation of extreme events are first compared, with focus on the effects of the index flood relationship estimation and on the presence of heterogeneities around this relationship. This first comparison is based on simulations and illustrates some limitations of both of the methods : sensitivity to the length of local series in the case of the Hosking approach, presence of bias for small catchment surfaces and relative sensitivity to heterogeneities in the case of the proposed approach. As far as the available information is limited to gauged series and if heterogeneity remains limited, the two approaches finally show similar performances. The two approaches are then applied to a case study : the Ardèche region in south east of France (168 gauged records at 5 sites and 19 ungauged extremes). This application confirms the very positive effect of the information on extreme floods, that clearly enables to outperform the results based only on gauged series.Cet article présente des développements et une évaluation de l’approche d’analyse régionale des débits proposée par Gaume [ 2010], consistant à incorporer dans l’analyse régionale les informations relatives aux crues extrêmes observées sur des bassins non jaugés. L’information sur les crues extrêmes s’apparente en effet à une longue durée d’enregistrements supplémentaires qui est susceptible d’améliorer grandement l’estimation des quantiles de crue. Toutefois, cette approche nécessite de calibrer une relation d’index de crue (ici un exposant de la surface du bassin versant), ce qui représente un complément de paramétrisation du modèle régional utilisé. Une évaluation des performances et de la robustesse de la méthode sont proposées ici par comparaison à une approche régionale plus classique proposée par Hosking [ 1997]. La procédure d’inférence utilisée s’appuie sur une distribution GEV, associée à une formulation spécifique de la vraisemblance et une approche Bayésienne MCMC pour l’estimation des paramètres. Les paramètres de la relation d’index de crue et de la distribution GEV sont évalués ici conjointement au sein de l’algorithme MCMC, ce qui permet de tenir compte de l’incertitude associée à l’ajustement de la relation d’index de crue. Dans un premier temps, les performances des deux méthodes sont comparées à partir de simulations, sans utiliser d’informations sur les crues extrêmes. La sensibilité aux hétérogénéités autour de la relation d’index de crue est notamment examinée. Dans un deuxième temps, les deux approches sont appliquées à une étude de cas : la région de l’Ardèche (168 années stations sur 5 site et 19 crues extrêmes sur sites non jaugés).N’guyen Chi Cong, Payrastre Olivier Renaud, Gaume Eric. Inventaires de crues extrêmes sur des sites non jaugés et analyse statistique régionale des débits: réflexions méthodologiques et évaluation des performances. In: Evénements extrêmes fluviaux et maritimes. Leurs variabilités spatiales et chronologiques dans l'ouest de l’Europe. 34èmes journées de l’hydraulique Paris, 1 et 2 février 2012. 2012

Analyse hydrologique de la catastrophe du 15 juin 2010 dans la region de Draguignan (VAR, France)

Hydrological analysis of the catastrophic flash flood of 15th June 2010 in the area of Draguignan (Var, France). The 15th of june 2010 an exceptional flash-flood occurred the in the Var region in south east of France. This flood caused 25 casualties and very strong damages in the area of Draguignan. After this event several researchers and engineers teams conducted field surveys in order to gather information on the dynamics of the flood : peak discharge estimates for the main Argens river and all the tributaries touched by the event, and information on the chronology of the flood based on interviews of eyewitnesses. The SCHAPI and the DREAL PACA organised exchanges between the different teams involved in order to ensure a global coherence of discharge estimates, and to examine the question of the possible return period of the flood. This work of comparison revealed that despite the several sources of uncertainty, the discharge estimates proposed by the different teams were relatively close to each other. This work finally led to a complete cartography of peak discharges including almost 40 local estimates. The spatial repartition of peak discharges appears coherent with rainfall accumulations estimated based on radar data. A more detailed hydrological analysis of the flood was then conducted based on the comparison of estimated peak discharges and hydrographs simulated using a simple distributed rainfall-runoff model. This analysis revealed a great disparity of the hydrological answer of the tributaries of the Argens river. The strongest reactions were observed on the Florieye and the Real rivers for which rainfall accumulations exceeded 350 mm in 24 hours. The Aille river also had a strong reaction despite of much more limited rainfall accumulations on this watershed (200 to 250 mm). On the other hand, the Nartuby river showed a very attenuated answer despite of very elevated rainfall accumulations (exceeding 350 mm) : this could be attributed to the presence of large karst formations in this last watershed. Lastly, the discussion on the return periods of the flood enabled to identify the river reaches where a 100-year return period had probably been exceeded.Suite à la crue exceptionnelle qui s’est produite le 15 juin 2010 dans la région de Draguignan (Var), plusieurs équipes de chercheurs et d’ingénieurs sont intervenues sur le terrain afin de documenter et de caractériser cet événement, en proposant notamment des estimations des débits de pointe sur le cours principal de l’Argens ainsi que l’ensemble des affluents touchés. Des informations sur la chronologie des crues ont également été obtenues auprès de témoins oculaires. Un travail de coordination et d’échanges entre ces équipes a été organisé par le SCHAPI et la DREAL PACA, et a permis de confronter et de mettre en cohérence les résultats obtenus, et d’engager une discussion sur les périodes de retour de la crue. Cette comparaison a révélé que malgré les différentes sources possibles d’erreurs d’estimation, les valeurs de débits proposées par les différentes équipes restaient globalement assez proches. Cette première étape a permis de cartographier les débits sur la base d’une quarantaine d’estimations au total. La répartition spatiale obtenue apparaît, de premier abord, cohérente avec l’estimation des cumuls pluviométriques fournie par les lames d’eau radar. L’analyse hydrologique de l’événement a été complétée en comparant les débits estimés à des hydrogrammes simulés à l’aide d’un modèle pluie-débit simple. Ces résultats mettent en évidence une grande disparité des comportements hydrologiques des affluents de l’Argens. La Nartuby se distingue notablement avec une réponse hydrologique très progressive et atténuée ce qui peut être attribué à l’effet du karst très présent sur ce bassin. Enfin, le travail sur les périodes de retour a permis d’identifier les secteurs pour lesquels la crue a dépassé un niveau centennal.Payrastre Olivier Renaud, Gaume Eric, Javelle P., Janet B., Fourmigué P., Lefort Philippe, Martin A., Boudevillain B., Brunet Pascal, Delrieu Guy, Marchi Lorenzo, Aubert Yoann, Dautrey E., Durand L., Lang Michel, Boissier Laurent, Douvinet Johnny, Martin C., Ruinet I. Analyse hydrologique de la catastrophe du 15 juin 2010 dans la region de Draguignan (VAR, France). In: Evénements extrêmes fluviaux et maritimes. Leurs variabilités spatiales et chronologiques dans l'ouest de l’Europe. 34èmes journées de l’hydraulique Paris, 1 et 2 février 2012. 2012