Hydrologie quantitative : processus, modèles et aide à la décision

Auteur(s) :

Roche, Pierre-Alain (1956-....) Découvrir l'auteur

Résumé

Des outils pour évaluer les risques hydrologiques et gérer les réserves hydrauliques.

Autre(s) auteur(s)
- Gaume, Éric (1968-....)
- Miquel, Jacques (1946-....)
Contributeur(s)
- Marsily, Ghislain de (1939-....). Préfacier, etc.
Éditeur(s)
- Springer
Date
- DL 2012
Notes
- Bibliogr.
- Le DVD-ROM contient les annexes ainsi que l'ensemble des figures de l'ouvrage
Langues
- Français
Description matérielle
- 1 vol. (XXVII-590 p.) : ill., graph., tabl., couv. ill. en coul. ; 24 cm
- 1 disque optique numérique (DVD-R) : coul. ; 12 cm
Collections
- Ingénierie et développement durable
Autre(s) édition(s)
- Hydrologie quantitative
Sujet(s)
ISBN
- 978-2-8178-0105-6
Indice
- 550.6 Hydrosphère
Quatrième de couverture
- Hydrologie quantitative
  Processus, modèles et aide à la décision
  L'hydrologie, science du cycle continental de l'eau, est avant tout l'observation d'un milieu naturel complexe. Par une approche quantifiée elle a l'ambition de fournir un ensemble d'outils opérationnels utiles à l'ingénieur et au décideur, pour évaluer les ressources en eau et les risques associés (crue, sécheresse), anticiper grâce à la prévision en temps réel des événements dommageables et gérer au mieux les réserves hydrauliques.
  Le texte principal est un fil conducteur qui propose une vision intégrée des phénomènes, des modèles et de leurs applications, en mettant l'action sur la compréhension de leurs conditions d'emploi et la confrontation de ces outils aux réalités de terrain. On y insiste en particulier sur des développements récents, comme la non-stationnarité des phénomènes.
  Il est complété par des annexes sur DVD qui approfondissent les méthodes, les illustrent par des exemples opérationnels présentés par les professionnels qui les ont mis en oeuvre et proposent des outils permettant de s'entraîner et de tester ces méthodes. Ce DVD représente à lui seul l'équivalent d'un second ouvrage de 850 pages...
  Introduction méthodique à l'hydrologie quantitative à l'intention des étudiants, cet ouvrage s'adresse également aux professionnels expérimentés qui y trouveront un aperçu des développements scientifiques en cours et une très abondante bibliographie.
  Ingénierie et développement durable
  Le développement durable est devenu en quelques années un enjeu majeur au coeur de questions économiques, sociales ou politiques posées à nos sociétés.
  Dans ce contexte, l'expertise scientifique et technique a toujours joué un rôle clé permettant de diagnostiquer des états ou d'anticiper des évolutions - comme le débat autour du changement climatique en témoigne - ou d'avancer dans la recherche et l'expérimentation de solutions.
  Comment estimer les impacts des activités humaines sur l'environnement ? Quelles adaptations économiquement viables sont envisageables pour réduire les impacts négatifs ? L'objet de cette collection est de proposer des ouvrages qui répondent à ces questions.
  L'approche peut être scientifique (lorsque les sujets relèvent encore pour partie de la recherche) ou technique. Les transports, l'habitat, la production d'énergie, la gestion urbaine, la gestion de l'eau ou le management des risques sont les domaines privilégiés de ces ouvrages.
Tables des matières
- - Hydrologie quantitative
  - PréfaceVII
  - Avant-proposXI
  - I Les fondamentaux en hydrologie1
  - 1 Le cycle de l'eau3
  - 1.1 Évolution des conceptions du cycle de l'eau4
  - 1.2 Origine de l'eau sur Terre et paléoclimats6
  - 1.3 Le cycle de l'eau aujourd'hui7
  - 1.4 L'eau dans la régulation thermodynamique du globe10
  - 1.4.1 Bilans énergétiques et bilans en eau globaux10
  - 1.4.2 Une représentation zonale : l'eau, correcteur des déséquilibres radiatifs11
  - 1.5 Les grandes circulations atmosphériques14
  - 1.6 Précipitations16
  - 1.7 Climats et régimes hydrologiques18
  - 1.8 Ressources en eau et activités humaines20
  - 1.8.1 Eau verte, eau bleue : les activités humaines et le cycle de l'eau20
  - 1.8.2 Répartition et disponibilité de l'eau23
  - 1.8.3 Les ressources « mobilisables » ou « renouvelables »23
  - 1.8.4 Prélèvements et consommations par grandes classes d'usages24
  - 1.8.5 Utilisation et réutilisation25
  - 1.8.6 Échapper aux limites du bassin versant26
  - 1.8.7 Confrontation ressources-usages : une première approche27
  - 1.8.8 Exercices prospectifs : de la « vision pour l'eau en 2025 » à une vision globale intégrant irrigations pluviales et transferts d'eau virtuelle28
  - 1.8.9 Modéliser les influences anthropiques dans ou en dehors du modèle hydrologique30
  - 1.9 Le cycle de l'eau au coeur du débat autour du changement climatique31
  - 1.9.1 Les mécanismes en jeu32
  - 1.9.2 Les constats globaux concernant pluies et débits34
  - 1.9.3 Les évolutions constatées concernant l'Europe et la France métropolitaine34
  - 1.9.4 Les évolutions futures36
  - 1.10 La gestion des ressources en eau confrontée à des non-stationnarités38
  - 2 Processus physiques à l'échelle des bassins versants41
  - 2.1 Introduction41
  - 2.1.1 La notion de bassin versant42
  - 2.1.2 Compartiments et processus d'écoulement43
  - 2.1.3 La réponse pluie-écoulement45
  - 2.1.4 Hétérogénéité et complexité du milieu46
  - 2.2 Les échanges entre les sols et l'atmosphère47
  - 2.2.1 L'évapotranspiration47
  - 2.2.2 L'évapotranspiration potentielle48
  - 2.2.3 Les réserves en eau du sol : vision agronomique49
  - 2.2.4 Premiers pas vers les bilans hydrologiques56
  - 2.3 Circulation de l'eau dans les sols et le sous-sol61
  - 2.3.1 Écoulements dans les milieux poreux saturés61
  - 2.3.2 Écoulements de l'eau dans les milieux non saturés64
  - 2.3.3 L'importance des états de surface du sol : la battance68
  - 2.4 Fonctionnement des aquifères souterrains70
  - 2.4.1 Du permanent au transitoire70
  - 2.4.2 Les équations de diffusivité au captif et en libre70
  - 2.4.3 Différences de comportement des nappes libres et captives74
  - 2.4.4 Bilan sur le fonctionnement des aquifères souterrains75
  - 2.4.5 Les aquifères, leur recharge et leur drainage78
  - 2.5 Formation des écoulements sur les bassins versants81
  - 2.5.1 Origine des écoulements en période de crue81
  - 2.5.2 Zones saturées contributives et écoulements préférentiels84
  - 2.6 Analyse et comparaison de quelques hydrogrammes de crues86
  - 2.6.1 Élements méthodologiques86
  - 2.6.2 Analyse des hydrogrammes de crues88
  - 2.7 Quelques illustrations de la diversité des situations91
  - 2.8 Conclusion93
  - 3 Les crues : hydraulique et morphologie fluviale95
  - 3.1 Introduction95
  - 3.1.1 Hydraulique et morphologie fluviale : des déterminants pour l'hydrologie opérationnelle95
  - 3.1.2 La rivière : description et fonctionnement97
  - 3.2 Description des crues98
  - 3.2.1 Définition et caractérisation de la crue98
  - 3.2.2 Facteurs aggravants99
  - 3.2.3 Typologie des crues101
  - 3.2.4 Propagation des crues : l'onde de crue105
  - 3.3 Hydraulique fluviale107
  - 3.3.1 Rappels d'hydraulique fluviale appliquée aux crues107
  - 3.3.2 Modèles déterministes116
  - 3.3.3 Modèles conceptuels127
  - 3.3.4 Modèles empiriques133
  - 3.3.5 Quel modèle utiliser ?137
  - 3.4 Morphologie fluviale140
  - 3.4.1 Le transport solide140
  - 3.4.2 Morphodynamique155
  - 3.4.3 Modèles de transport solide et morphologie fluviale158
  - 3.5 Conclusion162
  - 4 Mesure en hydrologie165
  - 4.1 Mesure des précipitations165
  - 4.1.1 Mesure de pluie ponctuelle à l'aide de pluviomètres165
  - 4.1.2 Réseaux pluviométriques169
  - 4.1.3 Ordres de grandeur des valeurs de pluies ponctuelles170
  - 4.1.4 Interpolation spatiale des pluies174
  - 4.1.5 Mesure des pluies par radar179
  - 4.1.6 Mesure satellitaire187
  - 4.1.7 Mesure des précipitations solides et le suivi des stocks de neige et de glace188
  - 4.2 Mesure des écoulements189
  - 4.2.1 Introduction189
  - 4.2.2 Choix du site d'installation d'une station limnimétrique192
  - 4.2.3 Les dispositifs limnimétriques197
  - 4.2.4 La pratique du jaugeage198
  - 4.2.5 Établissement de la courbe de tarage208
  - 4.2.6 Construction et critique des chroniques de débits217
  - 4.2.7 Réseau hydrométrique et ordres de grandeur de débits217
  - 4.3 Mesures piézométriques et humidité des sols219
  - 4.3.1 Mesure de l'état et des propriétés des aquifères219
  - 4.3.2 Mesure de l'état et des propriétés des sols221
  - 4.4 Conception et gestion d'un réseau hydrométrique225
  - 4.5 Conclusion228
  - II Modélisation et aide à la décision231
  - 5 Principes de modélisation en hydrologie233
  - 5.1 Réflexions préliminaires233
  - 5.2 Notions de base et vocabulaire234
  - 5.2.1 Structure d'un modèle hydrologique234
  - 5.2.2 D'un modèle hydrologique à l'autre236
  - 5.2.3 Modèles déterministes et modèles stochastiques237
  - 5.2.4 Modèles à temps continu ou temps discret239
  - 5.2.5 Utilité des modèles en hydrologie241
  - 5.3 Incertitudes, erreurs et qualités d'un modèles hydrologique242
  - 5.3.1 Erreurs et incertitudes242
  - 5.3.2 Qualités d'un modèle244
  - 5.4 Élaboration d'un modèle hydrologique246
  - 5.4.1 Choix d'un modèle246
  - 5.4.2 Le calage : approche traditionnelle246
  - 5.4.3 Le calage : approche bayésienne247
  - 5.4.4 La validation251
  - 5.4.5 Traitement des incertitudes en cours d'exploitation252
  - 5.5 Retour sur la stationnarité temporelle253
  - 5.5.1 Types et causes de non-stationnarités254
  - 5.5.2 Contrôle de stationnarité et détection de non-stationnarités257
  - 5.5.3 Traitement des non-stationnarités258
  - 5.6 Conclusion259
  - 6 Modélisation pluie-débit et hydrogéologique263
  - 6.1 Les débuts de la modélisation hydrologique264
  - 6.2 Le modèle fondé sur les « lois de la physique266
  - 6.2.1 Enseignements de la modélisation d'une maquette de versant267
  - 6.2.2 Extrapolation à un versant élémentaire théorique273
  - 6.3 Un point de vue pragmatique : l'approche fonctionnelle276
  - 6.3.1 Les défis de la modélisation hydrologique276
  - 6.3.2 Décomposition théorique d'un hydrogramme de réponse aux pluies277
  - 6.4 Modélisation des échanges de surface279
  - 6.4.1 Interpolation et distribution spatiale279
  - 6.4.2 Calcul de précipitation totale : modèles de fonte de neige ou de glace279
  - 6.4.3 Estimation de l'ETR et de l'état hydrique des sols281
  - 6.5 Modélisation des hydrogrammes de réponse aux pluies284
  - 6.5.1 Les modèles de type réservoir285
  - 6.5.2 Fonctions de production287
  - 6.5.3 Fonctions de transfert292
  - 6.6 Modélisation des écoulements souterrains297
  - 6.6.1 Modèles simplifiés de récession et tarissement297
  - 6.6.2 Modélisation détaillée des aquifères profonds298
  - 6.7 Exemples de modèles hydrologiques310
  - 6.7.1 Un modèle global à réservoirs : GR4310
  - 6.7.2 Un modèle distribué événementiel : Cinecar312
  - 6.7.3 Un modèle distribué continu : SIM (SAFRAN ISBA MODCOU)314
  - 6.7.4 Les modèles linéaires (ARMAX) et les réseaux de neurones316
  - 6.8 Mise en oeuvre et utilisation des modèles hydrologiques319
  - 6.8.1 Le modèle comme outil d'aide à l'interprétation des observations319
  - 6.8.2 Le modèle comme outil de simulation320
  - 6.9 Retour d'expérience sur l'utilisation des modèles hydrologiques326
  - 6.9.1 Mérites comparés des modèles distribués et des modèles globaux326
  - 6.9.2 Mérites comparés des modèles de prévision hydrologique327
  - 6.9.3 Limites des modèles hydrologiques330
  - 6.10 Conclusion331
  - 7 Prédétermination des crues333
  - 7.1 Évaluer un risque de crue : pourquoi et comment ?334
  - 7.1.1 Les notions de risque et de prédétermination des crues334
  - 7.1.2 Variable aléatoire d'étude associée à l'événement « crue »336
  - 7.1.3 Analyses statistiques : approche classique et approche bayésienne338
  - 7.1.4 Notion de période de retour341
  - 7.1.5 Répartition des crues dans le temps344
  - 7.2 Principes et conditions d'application des analyses statistiques346
  - 7.2.1 Inférence statistique346
  - 7.2.2 Collecte et analyse critique des données347
  - 7.2.3 Constitution d'un échantillon de travail348
  - 7.2.4 Hypothèses et vérification349
  - 7.2.5 Choix d'un modèle : lois classiquement utilisées en hydrologie356
  - 7.2.6 Estimation des paramètres d'une loi théorique366
  - 7.2.7 Intervalles de confiance369
  - 7.2.8 Exemple d'estimations pour la Loi Normale372
  - 7.2.9 Qualité d'ajustement d'une loi théorique à un échantillon observé373
  - 7.2.10 Prise en compte de l'information historique378
  - 7.2.11 Incertitudes381
  - 7.2.12 Les analyses multivariées387
  - 7.3 Principales méthodes de prédétermination des débits de crue387
  - 7.3.1 La méthode des « Maxima annuels »388
  - 7.3.2 La méthode du « Renouvellement »391
  - 7.3.3 La méthode du « Gradex »397
  - 7.3.4 Autres méthodes faisant appel à l'analyse statistique403
  - 7.3.5 Méthodes ne faisant pas, ou peu, appel à l'analyse statistique409
  - 7.4 Fil conducteur d'une étude de prédétermination410
  - 8 Prédétermination des étiages413
  - 8.1 L'approche globale débit-durée413
  - 8.2 Les principaux indicateurs d'étiages415
  - 8.3 Analyse statistique des indicateurs d'étiages417
  - 8.4 Les courbes « débit-durée-fréquence »421
  - 8.5 Conclusion sur la prédétermination des étiages426
  - 9 Prévision hydrologique : cas général427
  - 9.1 Caractéristiques générales de l'exercice de prévision427
  - 9.2 Contexte de la prévision des étiages429
  - 9.2.1 Les principales phases de la prévision des étiages430
  - 9.2.2 Les phénomènes physiques propres aux étiages432
  - 9.2.3 Les échelles temporelles433
  - 9.2.4 La prévision des niveaux des nappes souterraines434
  - 9.2.5 Prévisions du bon indicateur débits d'étiage435
  - 9.2.6 Les modèles utilisés436
  - 9.2.7 La technique des scénarios439
  - 9.3 Prévision des débits journaliers en toutes saisons442
  - 9.4 Traitements des écarts444
  - 10 Prévisions hydrologiques en période de crue447
  - 10.1 La prévision des crues : principes généraux447
  - 10.1.1 La possibilité de prévoir les crues : trois délais d'anticipation potentiels448
  - 10.1.2 Le temps réel change tout449
  - 10.1.3 Contenu de la prévision des crues450
  - 10.2 Information hydrométéorologique en temps réel452
  - 10.2.1 L'information météorologique452
  - 10.2.2 L'information hydrologique455
  - 10.2.3 Prévision d'ensemble (EPS)460
  - 10.3 Les modèles de prévision des crues461
  - 10.3.1 Les modèles de prévision utilisés461
  - 10.3.2 Techniques de scénarios466
  - 10.3.3 Tester un modèle de prévision et croiser l'information467
  - 10.3.4 Superviseurs et plateformes de modélisation468
  - 10.4 Le retour d'expérience470
  - 10.5 Analyse et traitement des erreurs471
  - 10.5.1 Types d'erreurs471
  - 10.5.2 Détection des erreurs et des sources d'incertitude471
  - 10.5.3 Filtrage et assimilation de données473
  - 10.5.4 Procédures multi-modèles474
  - 10.6 Constitution d'un service opérationnel de prévision hydrologique475
  - 10.6.1 Équipe chargée du réseau métrologique475
  - 10.6.2 L'équipe chargée des modèles et des outils de prévision475
  - 10.6.3 L'équipe des prévisionnistes476
  - 10.7 Pistes de progrès et évolutions actuelles477
  - 11 Gestion des réserves hydrauliques481
  - 11.1 Introduction481
  - 11.2 La gestion au jour le jour d'une réserve hydraulique483
  - 11.2.1 Le système physique485
  - 11.2.2 Les usages, les besoins, les enjeux et leur quantification488
  - 11.2.3 Les aléas491
  - 11.2.4 Les décisions et leur « optimisation » en avenir plus ou moins incertain494
  - 11.3 Exemples de gestion court terme en avenir certain495
  - 11.3.1 Le cas mono-usage et fonction de coût connu à chaque instant495
  - 11.3.2 Un cas encore simple : multi-usage avec fonction de coût commune499
  - 11.3.3 Un cas fréquent : multi-usage avec optimisation sous contrainte501
  - 11.3.4 Les gestions multi-réservoirs ou de vallée504
  - 11.4 Exemples de gestion court terme en avenir incertain506
  - 11.4.1 Le cas favorable : fonction(s) de coût connue à chaque instant506
  - 11.4.2 Multi-usage et optimisation sous contrainte en avenir incertain510
  - 11.4.3 Les approches globales514
  - 11.5 La gestion long terme et le dimensionnement des réservoirs519
  - 11.5.1 Simuler la gestion long terme519
  - 11.5.2 Le bilan économique et le dimensionnement des réservoirs521
  - 11.5.3 Impacts des incertitudes et valeur de l'information529
  - 11.5.4 La gestion des réserves souterraines534
  - 11.6 Environnement et gestion de l'eau539
  - 11.6.1 L'environnement, partie prenante de la gestion des réservoirs539
  - 11.6.2 Formaliser des objectifs pour la gestion540
  - 11.6.3 Protection par la norme et l'interdiction542
  - 11.6.4 La dimension économique des services environnementaux543
  - 11.6.5 Les valeurs de référence ou tutélaires544
  - 11.6.6 La question du taux d'actualisation, de la résilience et des irréversibilités545
  - 11.6.7 Méthodes de monétarisation547
  - 11.6.8 Des exemples de valeurs environnementales positives548
  - 11.6.9 Explorer et quantifier pour partager ?548
  - 11.7 Conclusion549
  - Bibliographie551
  - Index583
Origine de la notice:
- FR-751131015 ;
- Electre