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Introduction
Le modèle hydrologique CEQUEAU, développé à l'INRS-Eau depuis 1971, est un modèle paramétrique matriciel à bilan. Le modèle hydrologique CEQUEAULe modèle hydrologique CEQUEAU est un modèle déterministe matriciel d'usage souple, qui prend en compte les caractéristiques physiques du bassin versant ainsi que leurs variations dans l'espace. Ceci est rendu possible par la schématisation du bassin versant à l'aide de deux découpages.Schématisation du bassin versant Le premier découpage délimite
le bassin versant en surfaces élémentaires que nous appellerons
"carreaux entiers". La dimension
à donner aux "carreaux entiers" dépend principalement de la
superficie du bassin versant étudié, des données
météorologiques disponibles, de la topographie du terrain, etc.
Les données physiographiques nécessaires pour chaque "carreau
entier" sont l’altitude, les pourcentages de forêts, de lacs et de
marais. Ces données sont déterminées à partir des
cartes topographiques du bassin versant étudié ou à l'aide
d'un système d'information géographique. Les dimensions actuelles
du modèle permettent un maximum de 1000 "carreaux entiers".
Le deuxième découpage consiste à subdiviser les "carreaux entiers" en
éléments partiels qu'on appelle “carreaux partiels”. Ces
éléments sont le résultat de la subdivision des "carreaux
entiers" en fonction des lignes de partage des eaux. On compte
jusqu’à quatre "carreaux partiels" par "carreau entier". Les
données nécessaires pour chaque "carreau partiel" sont le sens
d’écoulement de l’eau et son pourcentage de superficie par
rapport au "carreau entier" qu’il subdivise. Les dimensions actuelles du
modèle permettent un maximum de 2500 "carreaux partiels".
Ces deux découpages permettent: • d’utiliser des données
provenant de satellites ou de radars; Le modèle compte deux parties principales visant à décrire le mieux possible l'écoulement de l'eau vers l'exutoire du bassin versant. La première partie concerne l'écoulement vertical de l'eau, dont les principaux phénomènes sont la pluie, la fonte de neige, l'évapotranspiration, l'infiltration et les variations des réserves superficielles et profondes. On désigne cette première partie par le terme "fonction de production" et elle est calculée sur chaque carreau entier et à chaque pas de temps. La deuxième partie concerne le transfert de l'écoulement dans le réseau de drainage. Les processus compris dans cette partie tiennent compte de l'influence des lacs, des marécages et des ouvrages artificiels tels que barrage, détournement, etc. On désigne cette partie par le terme "fonction de transfert" et elle s'effectue à l'aide des carreaux partiels. Le bilan hydrologique est effectué sur chaque "carreau entier" et à chaque pas de temps (le modèle offre la possibilité de simuler selon le pas de temps de 1, 2, 3, 4, 6, 8, 12 heures ou journalier) à l'aide de la fonction de production qui a pour but de représenter de manière simple, mais réaliste, les différentes voies que suivra l'eau atmosphérique entre le moment ou elle atteint le sol et celui ou elle rejoint la rivière. L'origine de l'alimentation en eau atmosphérique du bassin versant est la pluie ou la neige. L'eau provenant des pluies est en principe immédiatement disponible pour les opérations de transformation conduisant aux débits. Pour la neige, il est nécessaire de définir, en outre, un modèle de fonte. Quelle que soit l'origine de l'eau atmosphérique arrivant au niveau du sol, sa disponibilité pour l'écoulement vers l'exutoire, elle sera soumise à divers processus qui auront une influence directe sur la formation de l'onde d'écoulement. Ces processus sont schématisés dans le modèle CEQUEAU par la présentation du sol sous forme de réservoirs communiquant entre eux à l'aide de relations mathématiques reproduisant, à l'échelle du pas de temps de la simulation, les différents transferts de masse.
Ces relations mathématiques ont pour but de reproduire les différentes composantes du bilan hydrologique qui sont:
Le schéma de production qui vient d'être décrit aboutit à l'obtention d'un volume d'eau sur chaque "carreau entier", disponible pour le transfert en rivière et dont l'origine (ruissellement direct ou retardé, vidange de la nappe, des lacs et des marais) n'a plus à être connue. Ce transfert est effectué de "carreau partiel" à "carreau partiel". Le volume d'eau disponible sur un "carreau partiel" est obtenu en multipliant le volume produit sur le "carreau entier" par le pourcentage de superficie du "carreau partiel" considéré. Ce volume est ajouté aux volumes entrant dans ce carreau depuis le ou les "carreaux partiels" directement en amont. Le volume résultant devient le volume disponible pour le transfert vers le carreau immédiatement en aval. Ce processus est répété de carreau en carreau jusqu'à l'exutoire. Les figures suivantes montrent la schématisation de la fonction de transfert.
Fonction de transfert du modèle CEQUEAU Par exemple sur la figure B) on voit que le carreau partiel A du carreau entier [2], reçoit la partie QB1 de l'écoulement de la partie B du carreau en amont [1], à laquelle s'ajoute sa production, avant d'écouler la partie QA2 dans le carreau partiel A du carreau en aval [3]. Le volume d'écoulement d'un carreau à un autre, pour un pas de temps donné, dépend de l'eau disponible dans les réserves et des caractéristiques physiques de la rivière sur le "carreau partiel" considéré. Le modèle CEQUEAU calcule ce volume à l'aide d'un coefficient de transfert propre à chaque "carreau partiel" et de la quantité d'eau disponible sur chacun de ces carreaux. Données physiographiques nécessaires Les données nécessaires pour
chaque "carreau entier" sont: Les données nécessaires pour
chaque "carreau partiel" sont: Données temporelles nécessaires Pour la
simulation: Pour la prévision à court
terme: Pour la
prévision à moyen terme:
L'environnement de CEQUEAUCEQUEAU pour Windows, dispose d'une interface des plus conviviale. L'information nécessaire aux simulations (données physiographiques et hydrométéorologiques ainsi que tous les paramètres reliés aux simulations) y est structurée sous la forme de projets pouvant être sauvegardés sur disque. Chaque projet réfère à un ou plusieurs bassins versants et peu comprendre plusieurs essais de simulation. Ce concept permet une gestion aisée des données d'entrée du modèle ainsi que des résultats de simulation que l'usager désire conserver.Voyez un aperçu de l'interface CEQUEAU Les trois premières figures ci-dessous montrent quelques-unes des fenêtres produites par l'interface de CEQUEAU pour la gestion d'un projet et pour la production des graphiques. Tous les fichiers de données utilisés par le modèle peuvent être créés ou édités à l'aide de l'éditeur de données de CEQUEAU. Cet éditeur est conçu de façon à assurer la conformité du format des données avec celui requis par les programmes de CEQUEAU. Pour chacun des champs d'un vecteur, l'éditeur vérifie la conformité du format et de la valeur. L'éditeur donne également en commentaire la description des vecteurs ou des champs. Les trois dernières figures ci-dessous montrent les fichiers des données physiographiques (*.PHY), des données hydrométéorologiques (*.DHM) et le fichier des paramètres du modèle (*.PAH) ouvert avec l'éditeur CEQUEAU.
Résultats des
simulations Graphiques des
données spatiales
(cliquez sur une figure ou sur la légende pour obtenir une version plus grande)
Graphiques des
données temporelles
Exemples: (clliquez sur
une figure ou sur la légende pour obtenir une version plus grande)
Graphiques des données de prévisions Quatre types de graphiques montrent les données de prévisions: • Débits prévus pour une date; • Débits prévus pour une période; Ce graphique peut être fait pour les pas de prévision 1 au nombre de pas prévus. Ce graphique peut être utilisé pour vérifier les prévisions faites précédemment. • Débits prévus à moyen terme; Ce graphique permet également de determiner les débits prévus avec une fréquence. • Débits prévus avec mise à jour manuelle. Ces graphiques permettent également de visualiser et de modifier si nécessaire, les données météorologiques et les variables d'états, pour que les jours précédents les prévisions, les débits observés et simulés soient comparables.
Exemples :
Configuration requise
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:10 mai 2000
Copyright © 1997 INRS-Eau, Terre & Environnement. Tous droits réservés. Les spécifications pourront faire l’objet de modifications sans préavis. Webmestre Sophie Renaud & Guy Morin |
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Fonction de production du modèle
CEQUEAU
