Statistical Modelling of Sediment Supply in Torrent Catchments of the Northern French Alps

The ability to understand and predict sediment transport in torrent catchments is a key element for the protection and prevention against the associated hazards. In this study, we collected data describing sediment supply at 100 torrential catchments in the Northern French Alps. These catchments have long records of past events and sediment supply due to debris deposition basin management enabling estimation of sediment supply frequency. The mean annual, the 10-year return period and the reference volume (i.e. the 100-year return level or the largest observed volume) of sediment supply were derived for studied torrents. We examined the relationships between sediment supply volumes and several explanatory variables using multivariate statistical analyses. Several predictive models were developed in order to estimate the sediment supply in torrents that are not equipped with sedimentation structures

Major floods of the V\'esubie and Roya Rivers (Alps, France) in October 2020: hydrogeomorphological caracterisation and management perspectives

On October 2nd, 2020, under the combined effect of the winter Alex storm formed off the Brittany coast, and a strong Mediterranean episode, very intensive rainfalls affected in the south eastern France, both Roya and V{\'e}subie catchments (locally up to 600 mm in 24h). This paroxysmal event with a heavy human toll (10 dead, 8 missing) generated extreme flash floods over a large part of the hydrographic network. The result is an almost generalized fluvial metamorphosis of rivers, from sinuous single-thread channels to braided channels. The characterization of morphological effects of these floods is based on a diachronic aerial picture analysis highlighting a strong increase of the active channel width (up to 900%) reaching -- or even pushing back in few sectors -- front limits of the valley bottom. In the V{\'e}subie, the 2D morphological effect of the Alex storm was 10 times higher than that of the 100-yrs return period flood of November 1997. Comparison of digital terrain models (DEM) before- and after-flood also allows us to foresee the altitudinal variations (erosion/deposition) that affected beds and their riverine margins. The analysis of the impacts caused by these floods changes the perception of the ``freedom space'' of these alpine rivers, which now must be taken into account in the perspective of resilient reconstruction.Comment: in French language. IS Rivers 2022, ZABR; GRAIE, Jul 2022, Lyon, Franc

Small-scale study of Debris-Flows Interactions with a Lateral Debris Basin and Crossings: The Manival Torrent case study

Small-scale models are useful tools to study the interactions between debris flows and structures and channels. Small-scale modelling of debris flows remains however complicated because of the complex rheology and scaling challenges of these geophysical processes. An on-going study of a debris basin and the downstream channel where two fords and a bridge are located is presented in this extended abstract. The studied torrent is the Manival catchment, located near Grenoble in France. We present the catchment features, the scientific questions studied, some preliminary calibration results describing the mixtures used to model debris flows as well as results from three debris-flood and two debris-flow runs. In essence, the model highlighted that the structure enable a large share of the bedload transport to pass downstream. Debris flows can be more or equally trapped depending on their rheology which controls the surges dynamics and the deposition slope in the debris basin

Integrated wastewater system management,aplicability of uv/visible spectroscopy and system identification techniques

Depuis 1964 et la première loi sur l'eau, une attention toujours plus ne est portée à la préservation des milieux aquatiques. La stratégie la plus récente de lutte contre la pollution des milieux récepteurs est l'approche intégrée, consacrée par la directive cadre sur l'eau du 23 octobre 2000. Sa mise en application nécessite l'emploi de techniques d'évaluation des ux de pollutions rejetés dans les milieux récepteurs par l'ensemble du système. Dans ce cadre, la thèse a illustré l'intérêt de la spectrophotométrie UV/Visible et des techniques d'identi cation de systèmes. La première application concerne la mesure en continu de DCO et MES par spectrophotométrie UV/Visible en entrée de station de traitement des eaux usées. Il a été montré que les performances des modèles statistiques Partial Least Squares (PLS) utilisés pour la mesure des concentrations pouvaient être améliorées par une sélection optimisée des longueurs d'onde. Une démarche d'établissement de domaine de validité des modèles a également été proposée. La détection de pics de pollution bactériologique par spectrophotométrie UV/Visible a ensuite été explorée. Des problèmes expérimentaux ont rendu impossible l'utilisation de méthodes d'analyse multivariables. En n, des techniques d'identi cation de modèle à temps continu ont été appliquées dans le cadre d'une modélisation pluie-débit en contexte urbain. Elles permettent de formaliser le problème mathématique d'estimation paramétrique d'une manière performante et présentent également l'avantage de ne pas xer a priori la structure mathématique du modèle à identi er, tout en conservant la possibilité d'une interprétation hydrologique.Integrated wastewater system management is the most recent strategy developed in order to minimize wastewater discharges impacts on receiving waters. Global, dynamic and complex, this strategy requires to assess the loads of wastewater discharged by the whole system. Within this framework, the thesis has shown the interest of: a) continuous-time measurements of pollutants by UV/Visible spectroscopy ; b) system identi cation techniques. The rst study carried out concerns the real-time measurement of COD and Suspended Solids at the inlet of a wastewater treatment plant. It has been shown that the performance of PLS models used for the measurement of concentrations can be improved by an optimized selection of wavelengths. Moreover, when the dataset used for calibration is small, it is crucial to restrict the use of models within a validity domain. We propose a methodology mainly based on normalized spectra classi cation and on comparison of calibration data with statutory measurements. Detection of bacteriological peaks of pollution with UV/Visible spectroscopy has also been investigated. Experimental issues made impossible the calibration of statistical models. Finally, system identi cation techniques have been applied to the rainfall-runo modelling of an urban catchment. A continuous-time model taking into account in ltration processes and runo transfer was identi ed. This method allows to formalize the mathematical problem of parameter estimation in a elegant and successful way. Another bene t is that the model structure does not need to be xed a priori, while preserving the possibility of an hydrological interpretation of the identi ed model

Prise en compte de l'imperfection des données pour l'estimation du débit centennal d'un bassin versant torrentiel non jaugé

Dans les études hydrauliques réalisées sur des bassins versants torrentiels non jaugés, l'estimation du débit centennal est souvent effectuée en comparant les résultats de plusieurs modèles (statistiques, conceptuels,...). Cette approche est critiquable : elle sous-entend en effet que les incertitudes d'estimation sont principalement dues au choix du modèle et que la confrontation de plusieurs d'entre eux révèlera une " vérité ". Or, il convient de ne pas oublier que les données utilisées en montagne sont sujettes à des incertitudes liées principalement au faible nombre de mesures expérimentales. L'objectif de cet article est donc de comparer plusieurs approches prenant en compte l'imperfection des paramètres, de manière à fournir un intervalle d'estimation et non pas une valeur unique. Les méthodes testées sont dites probabiliste, possibiliste et déterministe. Pour chacune d'entre elles, la première étape est le choix et la justification a priori d'un ou plusieurs modèles pour l'estimation du débit centennal. Ensuite, les imperfections des paramètres sont identifiées, représentées et propagées dans le(s) modèle(s). Les résultats sont alors donnés sous forme d'intervalles d'estimation auxquels peuvent être liés pour les deux premières méthodes des probabilités ou des possibilités. L'application sur un bassin versant test (torrent de l'Ormente, Savoie) révèle que l'approche probabiliste présente le meilleur compromis entre représentation des imperfections des paramètres, interprétation des résultats et caractère opérationnel. Au-delà de ce résultat, le travail mené constitue un changement de paradigme avec l'introduction d'une démarche de prise en compte des imperfections pour l'estimation des débits de crue encore peu courante en ingénierie

Mettre une grille (ou non) dans les barrages à fentes des pièges à laves torrentielles ? Retour d’expérience français

International audienceSlit dams are typical structures used in torrent control to trap debris flows and debris floods. While the question of the interval between bars of a grill is widely covered by the literature, the more basic question of whether or not to put a grill in the slit dam is less clear. The Maurienne valley is a debris flow hotspot in France. Since the 1980s, several torrents in the valley were equipped with dams with slits 4-6 m wide, initially with steel grills. Most of the grills were removed after a few events. The first grills were initially set down to the slit bottom thus creating chronic sediment trapping during small events unlikely to cause damage. In addition, grills impacted by debris flows transporting huge rocky boulders, typically 3-6 m in diameter, were damaged if not fully destroyed. Nonetheless, debris flows were partially trapped because such huge boulders often jam in slits and suddenly obstruct them. This note reports why slit dams are no longer equipped with steel grills in the debris flow torrents of the Maurienne valley and in other sites with similar characteristics.Les barrages à fente sont des structures typiques utilisées dans la correction torrentielle pour piéger les laves torrentielles et les crues torrentielles transportant de gros volumes solides. Si la question de l'intervalle entre les barreaux d'une grille est largement couverte par la littérature, la question plus fondamentale de savoir si l'on doit ou non placer une grille dans les barrages à fentes est moins claire. La vallée de la Maurienne présente une forte concentration de bassins versants à laves torrentielles en France. Depuis les années 1980, plusieurs torrents de la vallée ont été équipés de barrages à fente. Ces dernières, faisant 4 à 6 m de large, étaient initialement équipées de grilles en poutrelles métalliques dont certaines ont été enlevées après quelques événements. Les premières grilles ont d'abord été posées jusqu’au fond de la fente, créant ainsi un piégeage chronique des sédiments lors de petits événements peu susceptibles de créer des dommages. En outre, les grilles touchées par des laves torrentielles transportant d'énormes blocs rocheux, généralement de 3 à 6 m de diamètre, ont été endommagées, voire entièrement détruites. Néanmoins, les laves torrentielles ont été partiellement piégées parce que ces énormes blocs rocheux bloquent généralement les fentes et les obstruent soudainement. Cette note rapporte pourquoi les barrages à fentes ne sont ainsi plus équipés de grilles en acier dans les grands torrents à laves torrentielles de la vallée de la Maurienne et dans d'autres sites aux caractéristiques similaires

Mettre Une Grille (Ou Non) Dans Les Barrages A Fentes Des Pieges A Laves Torrentielles ? Retour D’experience Français

Slit dams are typical structures used in torrent control to trap debris flows and debris floods. While the question of the interval between bars of a grill is widely covered by the literature, the more basic question of whether or not to put a grill in the slit dam is less clear. The Maurienne valley is a debris flow hotspot in France. Since the 1980s, several torrents in the valley were equipped with dams with slits 4-6 m wide, initially with steel grills. Most of the grills were removed after a few events. The first grills were initially set down to the slit bottom thus creating chronic sediment trapping during small events unlikely to cause damage. In addition, grills impacted by debris flows transporting huge rocky boulders, typically 3-6 m in diameter, were damaged if not fully destroyed. Nonetheless, debris flows were partially trapped because such huge boulders often jam in slits and suddenly obstruct them. This note reports why slit dams are no longer equipped with steel grills in the debris flow torrents of the Maurienne valley and in other sites with similar characteristics.Les barrages à fente sont des structures typiques utilisées dans le contrôle des torrents pour piéger les laves torrentielles et les crues torrentielles transportant de gros volumes solides. Si la question de l'intervalle entre les barreaux d'une grille est largement couverte par la littérature, la question plus fondamentale de savoir si l'on doit ou non placer une grille dans les barrages à fentes est moins claire. La vallée de la Maurienne présente une forte concentration de bassins versants à laves torrentielles en France. Depuis les années 1980, plusieurs torrents de la vallée ont été équipés de barrages à fente. Ces dernières, faisant 4 à 6 m de large, étaient initialement équipées de grilles en poutrelles métalliques dont certaines ont été enlevées après quelques événements. Les premières grilles ont d'abord été posées jusqu’en fond de fente, créant ainsi un piégeage chronique des sédiments lors de petits événements peu susceptibles de créer des dommages. En outre, les grilles touchées par des laves torrentielles transportant d'énormes blocs rocheux, généralement de 3 à 6 m de diamètre, ont été endommagées, voire entièrement détruites. Néanmoins, les laves torrentielles ont été partiellement piégées parce que ces énormes blocs rocheux bloquent généralement les fentes et les obstruent soudainement. Cette note rapporte pourquoi les barrages à fentes ne sont plus équipés de grilles en acier dans les grands torrents à laves torrentielles de la vallée de la Maurienne et dans d'autres sites aux caractéristiques similaires

Prise en compte de l'imperfection des données pour l'estimation du débit centennal d'un bassin versant torrentiel non jaugé

Dans les études hydrauliques réalisées sur des bassins versants torrentiels non jaugés, l'estimation du débit centennal est souvent effectuée en comparant les résultats de plusieurs modèles (statistiques, conceptuels,...). Cette approche est critiquable : elle sous-entend en effet que les incertitudes d'estimation sont principalement dues au choix du modèle et que la confrontation de plusieurs d'entre eux révèlera une " vérité ". Or, il convient de ne pas oublier que les données utilisées en montagne sont sujettes à des incertitudes liées principalement au faible nombre de mesures expérimentales. L'objectif de cet article est donc de comparer plusieurs approches prenant en compte l'imperfection des paramètres, de manière à fournir un intervalle d'estimation et non pas une valeur unique. Les méthodes testées sont dites probabiliste, possibiliste et déterministe. Pour chacune d'entre elles, la première étape est le choix et la justification a priori d'un ou plusieurs modèles pour l'estimation du débit centennal. Ensuite, les imperfections des paramètres sont identifiées, représentées et propagées dans le(s) modèle(s). Les résultats sont alors donnés sous forme d'intervalles d'estimation auxquels peuvent être liés pour les deux premières méthodes des probabilités ou des possibilités. L'application sur un bassin versant test (torrent de l'Ormente, Savoie) révèle que l'approche probabiliste présente le meilleur compromis entre représentation des imperfections des paramètres, interprétation des résultats et caractère opérationnel. Au-delà de ce résultat, le travail mené constitue un changement de paradigme avec l'introduction d'une démarche de prise en compte des imperfections pour l'estimation des débits de crue encore peu courante en ingénierie