Apport de la modélisation hydraulique et évaluation des incertitudes sur les débits estimés dans les parties extrapolées des courbes de tarage

La Direction de l’hydrométrie et des prévisions hydrologiques du Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les Changements Climatiques, de la Faune et des Parcs (MELCCFP) est responsable de l’opération des stations hydrométriques du Québec. Les débits à ces stations sont estimés à l’aide de courbes de tarage qui relient la hauteur d’eau au débit d’un cours d’eau. Les niveaux d’eau sont ensuite mesurés et transposés en débits en utilisant ces courbes. Les incertitudes sur les débits ainsi estimés sont inconnues. Il s’agit toutefois d’une information de première importance pour les utilisateurs de ces données.

• Quantifier les incertitudes sur les débits estimés dans les parties extrapolées des courbes de tarage

• Évaluer l’apport potentiel de la modélisation hydraulique au développement des courbes de tarage et à l’estimation des incertitudes

• Proposer des versions simplifiées des modèles d’incertitudes

• Évaluer les effets de la saisonnalité et des conditions d’écoulement non permanents sur les courbes de tarage

• Ajuster les jaugeages de 173 stations hydrométriques opérées par le MELCCFP à l’équation couramment utilisée de la relation niveau-débit des ouvrages hydrauliques

• Ajuster les courbes de tarage, estimer les écarts relatifs à partir des courbes de tarage, et estimer et ajuster les débits jaugés à divers modèles

• Examiner de possibles effets d’hystérésis (effet qui apparait en conditions d’écoulement transitoire où, pour un niveau donné, le débit en crue est différent du débit en décrue) et de saisonnalité sur les courbes de tarage

• Analyser par rééchantillonnage et en utilisant les modélisations hydrauliques réalisées dans le cadre du projet INFO-Crue les incertitudes en extrapolation des courbes de tarage (c’est-à-dire pour des niveaux supérieurs au plus grand niveau jaugé ou inférieurs au plus petit niveau jaugé)

• Comparer les courbes de tarages obtenues à partir des modélisations hydrauliques avec celles estimées à partir des jaugeages. Cela permettra de déterminer si les modélisations hydrauliques peuvent apporter une information utile pour le développement des courbes de tarage

• Comparer les courbes de tarage de la méthode BaRatin (Bayesian rating curve framework) aux courbes de tarage basées sur les jaugeages afin de voir quand il est avantageux d’utiliser cette méthode

Les principaux résultats et conclusions du projet sont les suivants :

• Les courbes de tarage avec leurs incertitudes ont été produites pour l’ensemble des stations hydrométriques de la DHPH

• Les courbes de tarage et jaugeages problématiques ont été identifiés et devront faire l’objet d’un examen détaillé

• Les écarts-types des incertitudes sur les débits estimés dans les parties interpolées sont de l’ordre ±5% à ±10% pour une large majorité des courbes de tarage

• Les incertitudes dans les parties extrapolées (au-delà du plus grand et du plus petit niveaux jaugés) des courbes de tarage augmentent rapidement à mesure que l’extrapolation est importante. Des biais sont également observés en extrapolation des courbes de tarage

• Des stations hydrométriques et courbes de tarage potentiellement affectées par les effets de saisonnalité ont été identifiées. Une caractérisation plus détaillée de ces sites (type de contrôle et présence de végétation) permettra d’identifier ceux qui pourraient être soumis à un effet de saisonnalité

• Aucun effet d’hystérésis n’a été détecté sur les courbes de tarage. Des données sur les pentes des tronçons où sont localisées les SH seraient nécessaires pour compléter l’analyse. On peut présumer que les effets d’hystérésis sont dans l’ensemble négligeables

• Il est difficile de statuer sur le niveau de confiance à accorder aux courbes de tarage estimées à partir des modélisations hydrauliques et dès lors aucune conclusion générale ne peut être tirée quant à l’apport de la modélisation hydraulique au développement des courbes de tarage. Un examen cas par cas est nécessaire

• L’approche BaRatin permet d’ajouter une information hydraulique importante permettant d’améliorer la fiabilité des courbes de tarage dans plusieurs cas notamment dans les parties en extrapolation des jaugeages, par exemple lors de la transition en plaine inondable. En ce sens, une application à grande échelle pourrait s’avérer tout à fait intéressante et pertinente. Elle exige toutefois de procéder à une analyse in fine de chaque site

• Le modèle d’incertitude le plus simple suppose un écart-type moyen de l’ordre de 8.5% à 10% sur les débits estimés à partir des courbes de tarage

Ce projet a été financé par Ouranos dans le cadre du soutien à l'initiative INFO-Crue du MELCCFP.

• Guillaume Talbot, INRS

• Samuel Bolduc, INRS

• Claudine Fortier, MELCCFP

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