Simulation d'une crue sous HEC-HMS

Dans le cadre de l'étude des crues, nous avons voulu simuler l'hydrogramme d'une crue grâce aux données pluviomètriques à l'aide du logiciel HEC-HMS. Le but de cette étude va être de comparer deux simulations différentes notées A et B pour la crue d'octobre 1992.

Simulation A B
Modèle d'infiltration Initial & Constant Initial & Constant
Modèle de ruissellement SCS Unit Hydrograph Snyder Unit Hydrograph
Modèle d'écoulement souterrain Constant Monthly Constant Monthly

 

Modèle d'infiltration: Initial & Constant

  • Initial loss (mm): ce paramètre correspond à Ia capacité de rétention initiale du sol. Celle-ci dépend de l'occupation du sol. Le projet se situe principalement sur des forêts de feuillus ce qui nous donne une capacité de rétention du sol égale à 10% des précipitations totales.
     
  • Constant rate (mm/hr): ce paramètre correspond à la vitesse d'infiltration de l'eau dans le sol. Pour fixer ce paramètre, nous nous sommes aidés de la table 5-1 du manuel HMS Technical intitulée "SCS soil groups and infiltration (loss) rates" (SCS, Skaggs and Khaleel, 1982). D'après la carte géologique, nous sommes principalement en présence de calcaire sur le bassin versant, ce qui donne sur la table 5-1 une classe intermédiaire entre les groupes A et B soit une valeur d'environ 7,5 mm/h.
     
  • Impervious (%): ce paramètre représente le pourcentage de la surface du sous-bassin représentant les zones imperméables. Cependant les pertes initiales ne sont pas calculées à partir de ce paramètre. En effet, toutes les précipitations qui tombent sur ces zones imperméables sont prises en compte comme des précipitations en excès et seront donc modélisées en écoulement direct de surface via un autre sous-modèle spécifique.

Modèle de ruissellement: SCS Unit Hydrograph

  • Lag time (min): ce paramètre représente le temps de retard du ruissellement. Ce temps de retard est égal en premier abord à 60% du temps de concentration (exprimé en minutes).

Modèle de ruissellement: Snyder Unit Hydrograph

  • Lag time (hr): ce paramètre va permettre de jouer sur le délai entre les pics de précipitations du hyétogramme et les pics correspondants pour l'hydrogramme simulé. Il est égal à 60% du temps de concentration (exprimé en heures).
     
  • Peaking coefficient: ce coefficient permet de jouer sur les pics de l'hydrogramme simulé. Il va permettre d'ajuster à la fois l'amplitude et l'étalement par rapport à l'hydrogramme observé.

Modèle d'écoulement souterrain: Constant Monthly

  • On renseigne pour chaque mois de l'année le débit minimal observé afin d'avoir à chaque moment de la simulation un débit non-nul dans le cours d'eau.

 

Etude de la crue d'octobre 1992

Pour la simulation, nous nous sommes intéressés à la crue de 1992 du mois d'octobre ayant eu lieu du 2 au 8 octobre. Lors de cette crue on a observé un pic maximum de débit de $230,12~m^3/s$. Le temps de montée de la crue est d'environ $53~h$ soit $2~jrs~5~h$. Le temps de décrue est de $77~h$ soit $3~jrs~5~h$. La descente des eaux met donc 1 jours de plus par rapport à la montée.

- Débits pour la crue d'octobre 1992 -

Pour effectuer la simulation sous HEC-HMS, nous avons utilisé les données de précipitations observées lors de l'année 1992.

- Précipitations en 1992 -

Nous sommes ici en présence d'un événement de crue particulièrement important. Cette crue d'octobre 1992 a été répertoriée à la station de St Girons comme une crue de temps de retour 10 ans. Or l'étude statistique des débits de crue du Salat nous montre qu'au niveau du Pont de la Taule, nous sommes en présence d'une crue beaucoup moins importante, caractérisée par un débit d'environ $120~m^3/s$. Cette simulation ne sera donc pas représentative quantitativement des crues au Pont de la Taule.

 

Simulation de la crue sous HEC-HMS

  • Simulation A: Après avoir effectué une première simulation avec les paramètre initiaux puis une série d'optimisation de chacun des paramètres, nous avons obtenu une série de paramètres qui semblent les plus optimaux.
     
    Paramètres Initial loss Constant rate Lag time
    Valeurs initiales $22~mm$ $7,5~mm/h$

    $128~min$

    Optimisation maximale $23,5~mm$ $21,827~mm/h$

    $1418,3~min$

    L'hydrogramme de crue obtenu avec les paramètres optimisés est le suivant :

- Hydrogramme de crue avec les paramètres optimisés -

 

  • Simulation B: Nous effectuons les mêmes étapes que pour la simulation A afin d'obtenir une série de paramètres qui semblent les plus optimaux.
     
    Paramètres Initial loss Constant rate Lag time Peaking coefficient
    Valeurs initiales

    $22~mm$

    $7,5~mm/h$ $2,1~h$ $0,4$
    Optimisation maximale $15~mm$ $13,6~mm/h$

    $6,08~h$

    $0,1$

    L'hydrogramme de crue obtenu avec les paramètres optimisés est le suivant :

- Hydrogramme de crue avec les paramètres optimisés -

 

Avec les deux simulations, nous obtenons deux hydrogrammes très différents.

  • Avec la simulation A - modèle de ruissellement dépendant d'un temps de retard - nous obtenons une courbe lisse. Ceci montre que la diffusion est prédominante, mais cela ne permet pas d'avoir une exactitude dans le débit maximum de crue. Cependant, il est envisageable d'utiliser cette première simulation afin de déterminer au mieux les temps caractéristiques de la crue comme le temps de montée des eaux ou bien le temps de décrue.
  • Avec la simulation B - modèle de ruissellement dépendant cette fois-ci de 2 paramètres qui vont interagir sur le pic de l'hydrogramme en fonction des pics de précipitation - nous obtenons une courbe présentant des oscillations dues aux différents pics de précipitations. Ces oscillations montrent l'importance de l'advection dans cette deuxième simulation. Cet hydrogramme simulé peut-être utile si l'on veut s'intéresser au débit maximum atteint lors de la crue.