Modéliser le flot

Image du mois - juin 2019

Débit et bathymétrie déduits de mesures de type Cal/Val quotidiennes Swot pour la Garonne (amont) (Sud-Ouest de la France). A gauche, le débit. A droite, l'élévation du lit moins l'élévation d'une tendance linéaire de l'élévation réelle du lit. Les premières approximations (données a priori) sont fournies par le modèle de faible complexité. (Crédits Insa-IMT/Cnes-CS corp./ICube/Legos/IFMT)

Deux exemples avec des données Swot simulées à haute résolution (à gauche, élévation médiane de la surface de l'eau de la rivière Sacramento, en amont) ou l'expérience AirSwot (à droite, données du profil de la surface de l'eau le premier jour des vols AirSwot (16 mars 2015 sur la rivière Willamette) pour un sous-groupe du tronçon étudié.  Les élévations des pixels d'AirSwot sont indiquées en bleu, tandis que les élévations moyennées par nœud (tous les 100 m) et les élévations in situ sont indiquées en rouge et en jaune, respectivement, avec une barre d'erreur d'un écart-type). (Crédits Insa-IMT/Cnes-CS corp./ICube/Legos / AirSwot investigation team OSU/USGS/U. Oregon)

 

Exemple d'une rivière en tresse, le Rio Negro. Les fauchées Swot sont indiquées.
Exemple d'une rivière en tresse, le Rio Negro. Les fauchées Swot sont indiquées (Crédits Insa-IMT/Cnes-CS corp./ICube/Legos)

Comme nous l'avons mentionné il y a quelques mois, l'un des défis de Swot sera d'estimer opérationnellement le débit des cours d'eau, à chaque fois que des mesures seront prises au-dessus d'une rivière par le satellite. Les études ont progressé, et des solutions sont maintenant proposées. L'une des principales difficultés est que si le satellite mesure la hauteur de l'eau, la pente et la largeur de la rivière, l'estimation du débit doit aussi tenir compte de la rugosité du lit et de sa bathymétrie pour être calculée de façon analytique. Or celles-ci ne sont pas connues pour chaque rivière qui sera survolée par Swot, et, de plus, elles peuvent varier.
Pour y remédier, un algorithme a été proposé par l'Insa-IMT avec Cnes-CS corp./ICube/Legos. Cet algorithme est basé sur un modèle hiérarchique dédié d'écoulement fluvial (constitué d'un modèle 0,5D et du classique modèle dynamique 1D St-Venant), et sur un processus avancé d'assimilation variationnelle des données. L'estimation d'une valeur moyenne a priori de l'une des quantités recherchée (bathymétrie ou débit) peut être cruciale. Ensuite, le modèle 0,5D dédié permet de fournir une première estimation du débit, de la bathymétrie et de la rugosité qui sont ensuite ré-estimés en minimisant la différence entre le résultat du modèle et les données. Le modèle de débit et l'algorithme d'estimation ont également été appliqués à des rivières tressées assez complexes (par exemple dans une partie du Rio Negro en Amazonie). Avec une seule mesure in situ de la section transversale on peut estimer la bathymétrie avec précision (~100 km de long). Après une année d'apprentissage, le modèle dérivé 0.5D de faible complexité permettra dans le futur de fournir des valeurs de débit en temps réel à partir de mesures Swot.
Swot ouvrira de toutes nouvelles possibilités de mesures et d'études hydrologiques. Les préparatifs sont en cours afin que les données puissent être utilisées par une communauté aussi large que possible une fois la phase d'étalonnage terminée.

Voir aussi:

Autres sites sur ce thème : 

Références :

  • K. Larnier, J. Monnier, P.-A. Garambois, J. Verley. "On the estimation of river discharges from altimetry". Submitted
  • P. Brisset, J. Monnier, P.-A. Garambois, H. Roux. "On the assimilation of altimetry data in 1D Saint-Venant river models". Adv. Water Ress., vol. 119, pp 41-59, 2018.
  • P.-A. Garambois, S. Calmant, H. Roux, A. Paris, J. Monnier, P. Finaud-Guyot, A. Montazem, J. Santos da Silva, "Hydraulic visibility: using satellite altimetry to parameterize a hydraulic model of an ungauged reach of a braided river". Hydrological Processes, Vol. 31, 4, 756-767, 2017.