Étude de cas sur la prévision des crues : édition internationale

Introduction

Logigramme des étapes de la prévision des crues

Ce module permettra à l'étudiant d'explorer les étapes de la prévision des crues en jouant le rôle d'hydrologue stagiaire au sein du Service hydrologique national (SHN) du Pays principal. Des hydrologues expérimentés guideront le stagiaire tout au long d'un épisode de crue fictif dans le bassin central et les bassins tributaires du Grand-Fleuve, qui présentent des paysages divers et renferment des systèmes d'observation différents. Nous verrons comment ces différences influent sur la qualité et sur le type de prévisions qu'il est possible d'établir. L'étudiant découvrira également les problèmes courants de la prévision des crues et la manière d'adapter les prévisions en conséquence. Ce module s'adresse à un large public qui dispose d'une variété d'outils d'observation et de calcul ; il s'inscrit dans le prolongement des modules suivants :

À l'issue du module, l'étudiant devrait être en mesure d'accomplir ce qui suit :

  • Énumérer plusieurs facteurs climatologiques et météorologiques de base à prendre en considération lors de la prévision des crues
  • Expliquer de quelle manière les caractéristiques du bassin et du sol peuvent influer sur le ruissellement en surface
  • Exposer les principales différences entre les crues éclair et les grandes inondations fluviales, s'agissant des aspects suivants :
    • l'échelle spatiale et temporelle
    • les outils de prévision et les technologies disponibles
    • les types d'indications ou d'avis qu'il est possible d'émettre
  • Utiliser simultanément plusieurs outils d'observation et de modélisation pour établir une prévision
  • Déceler et résoudre les écarts entre les conditions hydrologiques observées et modélisées pendant l'exercice de prévision
  • Énumérer quelques avantages et inconvénients des différents outils et différentes méthodes de prévision des crues

Pour permettre au plus grand nombre d'atteindre ces objectifs d'apprentissage, le module renferme plusieurs questions dites « ouvertes ». Le « complément d'information de l'expert » à ces questions est une explication poussée des phénomènes vraisemblablement en cours, le but étant de guider l'étudiant et de l'inciter à rechercher et à analyser les multiples causes et résultats possibles des processus météorologiques et hydrologiques.

Géographie locale

Vous êtes sur le point de commencer votre première journée de travail en tant qu'hydrologue stagiaire au sein du Service hydrologique national (SHN) du Pays Principal. Votre tâche consistera à observer et à seconder les hydrologues principaux pendant les deux premières semaines de votre stage.

Prévisionniste du Pays Principal à son poste de travail, modifiant un communiqué en fonction des données satellitaires affichées.

Vous avez hâte de découvrir le travail des hydrologues pendant les prochains jours, qui s'annoncent orageux. Vous avez séjourné brièvement dans le Pays Principal quelques années plus tôt, mais vous ne vous rappelez pas grand-chose concernant des bassins versants et des caractéristiques du territoire national. Vous décidez d'étudier quelques cartes hydrologiques et géologiques du pays afin de pouvoir contribuer plus utilement aux discussions de la journée sur les conditions hydrologiques.

Étude des caractéristiques des bassins

Le Pays Principal est formé de trois grands bassins en amont et d'un vaste bassin central, comme le montre la carte ci-dessous.

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste.

Question 1

Selon ce que vous savez de la forme des bassins, de leur taille et de la propagation des crues, dans quel bassin l'écoulement sera le plus lent après un épisode pluvieux assez uniforme sur l'ensemble du pays ?
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est b).

La taille et la forme d'un bassin déterminent fortement le temps de réponse des cours d'eau à un épisode de précipitation. Le drainage prend plus de temps dans les grands bassins, car les eaux doivent parcourir de plus longues distances. C'est dans le bassin central, en raison de sa taille, que l'écart sera le plus grand entre le début du ruissellement et l'atteinte du débit de pointe. Il s'écoulera beaucoup moins de temps entre le début du ruissellement et l'atteinte du débit de pointe dans les petits bassins, comme le bassin du Mystère.

Veuillez choisir une réponse.

La carte suivante montre la topographie de la région. Les trois bassins tributaires comportent des zones de pente abrupte et des terrains accidentés. Étudiez la carte avec soin puis, selon ce que vous savez des caractéristiques des bassins et de leur incidence sur le phénomène de ruissellement, répondez à la question ci-dessous.

Question 2

Délimitez au moins deux secteurs qui devraient présenter un volume de ruissellement important ou un temps de réponse court ou les deux en raison du relief. L'expert vous en dira plus quand vous aurez cliqué sur « Terminé ».

La réponse au ruissellement est plus rapide et le ruissellement de surface est plus abondant dans les secteurs zones pentues. Dans les zones pentues, le contact de l'eau avec la surface n'est pas perpendiculaire comme en terrain plat. La pesanteur n'attire pas la pluie directement dans le sol, si bien qu'un plus grand volume d'eau s'écoule en surface. De même, quand l'inclinaison augmente, l'eau s'écoule plus vite et reste moins longtemps en contact avec la surface du sol. Elle a donc moins de temps pour s'infiltrer dans le sol. En général, plus la pente est forte et plus les canaux de drainage sont inclinés, plus la réponse de l'écoulement est rapide et plus le débit de pointe est élevé. Il est très important d'en tenir compte dans les petits bassins où il risque de se former des inondations soudaines.

Les secteurs qui risquent le plus de présenter un ruissellement accru en raison de leur forte pente sont surlignés en rouge. Ces zones se trouvent le long et en aval de pentes raides. Les endroits où convergent plusieurs affluents dans les zones accidentées sont particulièrement préoccupants.

La carte suivante montre la couverture terrestre de la région. Étudiez la carte avec soin puis, selon ce que vous savez des caractéristiques de la surface et de leur incidence sur le phénomène de ruissellement, répondez à la question ci-dessous.

Question 3

Délimitez au moins trois zones qui devraient présenter un volume de ruissellement important ou un temps de réponse court ou les deux en raison du couvert terrestre. L'expert vous en dira plus quand vous aurez cliqué sur « Terminé ».

Plusieurs zones du Pays Central pourraient présenter un ruissellement accru et une réponse rapide car elles sont dépourvues de couverture végétale u sont revêtues d'un matériau imperméable ou les deux. Les zones beiges et blanches surlignées en bleu par l'expert sont des agglomérations. Ici, les canaux lisses réduisent le temps que prennent les eaux de ruissellement pour rejoindre les cours d'eau. Le ruissellement augmente aussi parce que les chaussées et autres surfaces imperméables empêchent l'infiltration dans le sol.

La zone surlignée dans le bassin de l'Ouest est un secteur où l'on pratique la coupe à blanc des forêts. Bien que cette zone n'ait subi une imperméabilisation additionnelle, l'absence de végétation et la raideur des pentes augmentent les risques de crue soudaine.

Dans ce module, nous supposerons que le sol des bassins montagneux est formé d'un mélange à peu près égal de sable, d'argile et de limon et que sa profondeur est assez faible et uniforme. Dans le bassin central et le sud-est du bassin de la Chance, les sols sont plus profonds, limoneux et partiellement cultivés.

Météorologie régionale et climatologie hydrologique

Vous avez pu découvrir jusqu'ici les types de terres et les bassins versants du Pays Principal. Vous avez encore du temps devant vous, car la réunion des hydrologues se prolonge. Vous décidez de consulter d'autres données et cartes pour en apprendre davantage sur les conditions météorologiques locales et sur la climatologie hydrologique.

Deux prévisionnistes étudient les cartes météorologiques affichées sur leur terminal

Climatologie locale

Après avoir pris connaissance des perspectives hydrologiques saisonnières établies pour l'année, il vous apparaît que les bassins viennent d'entrer dans la saison des pluies ou l'hivernage. Les vents de basse altitude qui se chargent d'humidité au-dessus de l'océan et qui soufflent vers la côte apporteront davantage d'humidité qui favorisera la formation de précipitations.

Vous savez que la saison des pluies et la saison hivernale coïncident souvent avec des températures plus élevées dans de nombreuses régions du globe. Cela signifie que la fonte de la neige a sans doute déjà atteint son maximum et ne constitue pas un facteur important. Un coup d'œil rapide à quelques tableaux et cartes vous indique que le mince manteau neigeux qui s'accumule sur le Pays Principal a déjà fondu en grande partie.

Analyse de l'épaisseur de neige sur le Pays Principal. Il reste 3 centimètres ou moins de neige aux altitudes les plus élevées.

Si la fonte de la neige est un aspect important dans votre région, vous pouvez consulter le module intitulé Processus de fonte des neiges: Edition internationale.

Après avoir examiné quelques cartes de précipitations hebdomadaires et lu une poignée d'échanges sur les conditions météorologiques quotidiennes passées, vous concluez que des orages épars se forment presque tous les après-midis sur les bassins, surtout en zone montagneuse.

Les zones montagneuses de conifères qui forment une masse sombre au premier plan s'étendent jusqu'à une colonne de pluie ou de grêle très nette, éclairée par le soleil, qui descend d'un nuage orageux gris foncé. Au-delà des précipitations, le ciel bleu clair est parsemé de nuages convectifs qui semblent petits en comparaison.

Il semble que ces tempêtes engendrent des précipitations faibles ou modérées sur les trois bassins en amont. Il arrive que des orages intenses se développent au-dessus du bassin central, mais cela ne semble pas survenir tous les jours.

D'après les échanges météorologiques passés que vous lisez, des perturbations atmosphériques de grande ampleur passent de temps à autre au-dessus des bassins supérieurs et du bassin central; c'est ainsi que le bassin central reçoit une bonne partie de ses précipitations saisonnières.

Réseau d'observation

Comme la réunion des hydrologues se prolonge, vous décidez d'examiner des données hydrologiques et météorologiques récentes pour vous préparer aux activités de prévision de la journée. Vous examinez les conditions météorologiques et hydrologiques des dernières semaines. La semaine passée, une perturbation météorologique bien organisée a traversé la région et a entrainé des précipitations abondantes. Mais vous ne trouvez pas la carte la plus récente de l'humidité du sol dans la région.

C'est alors que Josef et Ana, deux prévisionnistes principaux, arrivent de leur réunion, enfin terminée. Après de brèves présentations, vous expliquez que vous rafraîchissiez vos connaissances sur les caractéristiques et les données locales et que vous vous demandiez où trouver les plus récentes informations sur l'humidité du sol. Josef et Ana vous expliquent que la tâche n'est pas terminée, que le personnel procède encore au contrôle de la qualité des données en raison de divergences apparues entre les différentes sources d'observations. Ils expliquent aussi que leurs estimations de la répartition de l'humidité du sol sont plus ou moins bonnes, étant donné que les bassins du Mystère et de l'Ouest ne sont pas couverts par un radar et que seul le bassin de l'Ouest est équipé de stations pluviométriques près de sa frontière sud.

Instruments d'observation dans le Pays Principal. Des stations hydrométriques se trouvent à l'exutoire de chaque bassin et juste en amont de la ville Chance, ainsi qu'à l'extrême nord de Grande-Ville. Deux stations pluviométriques se trouvent dans le sud-est du bassin de l'Ouest. Le bassin du Mystère n'a pas de station pluviométrique. Le bassin de la Chance dispose d'un dense réseau de stations pluviométriques et le bassin central compte une douzaine d'appareils répartis de manière assez uniforme. Un radar est situé à l'extrême est du bassin central, près du littoral, il couvre efficacement tout le bassin de la Chance, à l'exception de l'extrême nord, et le bassin central, à l'exception de l'extrême sud-ouest.

Les deux appareils de mesure en question n'indiquent que très peu de précipitations sont tombées la semaine dernière. De ce fait, les hydrologues du Pays Principal se fient souvent aux estimations par satellite de la pluie et de l'humidité du sol pour évaluer les conditions récentes dans ces deux bassins supérieurs.

Vous précisez que vous ne connaissez pas très bien ce domaine ; Josef vous décrit alors brièvement les différents procédés et produits d'estimation des précipitations par satellite.

« On utilise parfois un produit qui combine des informations fréquemment mises à jour sur la température au sommet des nuages, provenant de satellites géostationnaires, et des données environnementales issues de modèles numériques du temps. On voit ici la quantité d'informations supplémentaires que l'on peut tirer de ce genre de produit ; la carte montre clairement que des pluies sont tombées sur une bonne partie de l'océan Indien, où il y a très peu d'observations en surface pour indiquer ce genre de choses. »

Produit expérimental de l'estimateur hydrologique NOAA/NESDIS pour l'océan Indien, précipitations sur 24 h.

« La résolution la plus fine des estimations par satellite est actuellement de l'ordre de 4 km, ce qui est à peu près 3 fois plus que les portées de mesure les plus larges de la plupart des radars. L'écart de résolution entre un produit satellitaire et les données radar est facile à voir ici :

Estimation de la hauteur totale de précipitations de la tempête tropicale Fay tombées sur 24 h en août 2008 selon l'estimateur hydrologique.
Estimation de la hauteur totale de précipitations de la tempête tropicale Fay tombées sur 24 h en août 2008 selon les données radar.

C'est pourquoi les prévisions hydrologiques établies pour le bassin de la Chance et le bassin central sont souvent meilleures, surtout lorsque les conditions sont propices aux crues éclair. »

« Un autre inconvénient de l'utilisation de l'intensité des précipitations fournie par les satellites géostationnaires est que les températures au sommet des nuages dans l'infrarouge ne sont qu'une indication indirecte des zones des nuages qui entrainent des pluies, elles ne mesurent pas les précipitations elles-mêmes. Les algorithmes indiquent parfois que des nuages de niveau bas ou moyen ne produisent pas de pluie, alors qu'ils en produisent. Les algorithmes conviennent bien à la convection profonde dans les régions tropicales et aux latitudes moyennes, surtout quand les vents environnementaux varient peu avec l'altitude. »

« Pour avoir une meilleure idée de ce qui se passe, on utilise souvent des produits qui allient l'intensité des précipitations par micro-ondes, provenant de satellites à orbite polaire, et des données géostationnaires sur la température au sommet des nuages. Ces produits sont d'ordinaire plus précis qu'une simple estimation géostationnaire parce qu'ils reposent sur l'observation directe des émissions des hydrométéores. Cependant, étant donné leur couverture spatiale et temporelle réduite, on ne peut obtenir de véritable mesure des précipitations par micro-ondes dans un lieu donné que toutes les 3 ou 4 heures en moyenne, ce qui limite parfois leur utilité pour estimer la gravité et le moment de formation des crues éclair. »

Anna, qui a entendu la discussion, vous dit de ne pas oublier que, si les produits satellitaires sont extrêmement utiles, surtout quand on manque d'instruments de mesure et d'autres capacités d'observation, ils sont moins exacts et offrent une résolution moindre que les produits de radar et de bons instruments de jaugeage. Mais, poursuit-elle, « cela ne veut pas dire que les données de radars et d'instruments de mesure ne posent aucun problème ! C'est même la raison pour laquelle nous venons à peine de finir de tracer la toute dernière carte sur l'humidité du sol. La voici, jetons-y un coup d'œil... »

Précipitations récentes

Ana précise : « Heureusement, nous disposons d'estimations quantitatives de précipitation et d'estimations de l'humidité du sol très fiables pour le bassin de la Chance et le bassin central, car tous deux sont couverts par un radar spécialisé et disposent d'un dense réseau de pluviomètres. »

Anomalies d'humidité du sol dans le Pays Principal. La majeure partie du bassin de la Chance et du bassin central présentent des anomalies positives de 40 à 60 mm. Les bassins du Mystère et de l'Ouest ainsi que l'extrême nord-ouest du bassin de la Chance présentent des anomalies positives de 60 à 80 mm. L'anomalie atteint 80 à 100 mm dans une bande étroite qui traverse le centre des bassins du Mystère et de l'Ouest et l'extrême ouest du bassin de la Chance. D'autres valeurs maximales, entre 60 et 100 mm, occupent le nord-est du bassin central.

« On voit que l'ensemble du bassin présente des anomalies positives d'humidité du sol, qui vont de 20 mm à 100 mm. Une bande où l'anomalie excède 80 mm traverse le centre des bassins de l'Ouest et du Mystère et pénètre légèrement dans le nord-ouest du bassin de la Chance. Une deuxième zone de forte humidité du sol occupe le nord-est du bassin central. »

Question 1

Selon les informations tirées de cette carte d'humidité du sol et des exercices précédents de traçage et d'ombrage, délimitez les zones de fort ruissellement potentiel à la suite de pluies de hauteurs uniformes sur tous les bassins. Rappelez-vous que l'ombrage rouge désigne les secteurs de forte pente et l'ombrage bleu les secteurs dont le couvert favorise le ruissellement. L'expert vous en dira plus quand vous aurez cliqué sur « Terminé ».

Le ruissellement ne se produira pas nécessairement là où les pluies seront les plus abondantes, là où le sol est le plus humide ou encore là où les propriétés du sol réduisent l'infiltration. Le plus fort ruissellement surviendra très probablement là où ces trois facteurs sont réunis. Les zones entourées d'une ligne blanche sont celles où l'humidité du sol est élevée, où les pentes sont abruptes et où la couverture terrestre accroît les possibilités de ruissellement. Le pointillé blanc délimite les zones de forte pente et d'humidité élevée du sol.

À quel type d'épisode de précipitation s'attendre ?

Vous savez qu'il est crucial de savoir quel type d'épisode de précipitation devrait se produire pour émettre des avis ou des alertes assez tôt pour qu'elles soient utiles, en particulier dans les situations où les débits réagissent rapidement. À ce moment-ci, vous savez que le sol est déjà très humide dans une grande partie du bassin central et des bassins en amont. Étant donné que certains de ces bassins sont montagneux, ont des sols peu profonds et abritent des zones urbaines aux surfaces imperméables, il est logique de penser que des pluies locales intenses pourraient amener le niveau de petits cours d'eau à pleins bords (niveau critique de crue) en quelques heures ou moins. Cela correspondrait à une crue éclair, définie comme suit :

  • Organisation météorologique mondiale (OMM) : Crue de courte durée avec un débit de pointe relativement élevé.
  • Service météorologique national des États-Unis d'Amérique (ou instance similaire qui énonce des critères plus précis) : Crue dangereuse qui débute dans les 6 heures – souvent dans les 3 heures – suivant l'événement qui en est la cause.
Une rivière en crue s'engouffre sous une route dans l'Utah, États-Unis d'Amérique.

Dans cette optique, vous avez hâte de voir les dernières prévisions des précipitations et des débits issues des modèles numériques lors de la prochaine discussion sur la situation météorologique et hydrologique.

Prévisions quantitatives de précipitation

Josef et Ana vous invitent à leur principale discussion de la journée sur la situation météorologique et hydrologique. Ils vous précisent qu'ils ont accès à un modèle d'échelle synoptique (plus de 1 000 km dans l'espace, plusieurs jours dans le temps) dont la maille mesure environ 28 km, ainsi qu'à un modèle d'échelle moyenne (quelques centaines de kilomètres, nombreuses heures) exploité par le Service météorologique national, qui présente une maille d'environ 4 km. Ils vous rappellent que, comme tous les modèles, leur aptitude à prévoir les conditions atmosphériques et la pluviosité est optimale aux échelles excédant 10 fois la taille de la maille. Ils n'attendent donc pas une prévision exacte des conditions locales à une échelle de 20 km avec un modèle à maille de 4 km, même si les résultats donneront certaines indications, par exemple sur les structures de précipitations attendues et un calendrier général d'occurrence. Il est impossible, à cette résolution, de prévoir le moment et l'emplacement précis des différentes cellules convectives.

La toute dernière prévision quantitative des précipitations (PQP) d'échelle synoptique pour le secteur du Grand-Fleuve signale un épisode pluvieux important au cours des 48 prochaines heures.

PQP 0-12 h

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 0 à 12 heures d'après une simulation à 0 h. Une bande de précipitations s'étend du nord-est au sud-ouest, centrée sur l'ouest du bassin du Mystère et sur le bassin de l'Ouest. La hauteur maximale dans cette zone se situe entre 51,2 et 102,4 mm.

PQP 12-24 h

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévisions de 12 à 24 h d'après une simulation à 0 h. Tout le territoire devrait recevoir des précipitations, généralement inférieures à 12,8 mm. Une zone circulaire concentrique (œil de bœuf) de fortes précipitations occupe l'ouest du bassin de la Chance et le nord-est du bassin du Mystère. La hauteur maximale attendue à cet endroit va de 25,6 à 51,2 mm.

PQP 24-36 h

Prévisions Quantitatives de Précipitations (PQP) pour les bassins du Pays Principal, prévision de 24 à 36 h d'après une simulation à 0 h. Des précipitations se déversent sur tout le territoire, avec une zone de hauteur maximale (51,2 à 102,4 mm) orientée d'est en ouest sur le centre-est. La majorité du territoire devrait recevoir au moins 12,8 mm de pluie.

PQP 36-48 h

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 36 à 48 h d'après une simulation à 0 h. Au moins 3,2 mm de pluie sont attendus sur la majeure partie du territoire et une zone de hauteur maximale (12,8 à 25,6 mm), orientée est-ouest, occupe le sud du bassin central.

Carte de fond

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste. La ville de Chance se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin, mais en amont d'un affluent important au sud. Le village Mystère se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin. Le bassin de l'Ouest renferme une zone de coupe à blanc des forêts dans ses montagnes occidentales. Grande-Ville se trouve dans le centre-sud du bassin central, juste en aval du lieu où le Mystère et l'Ouest rejoignent le Grand-Fleuve.

Les prévisionnistes principaux Josef et Ana vous laissent un peu de temps pour étudier les cartes, puis vous posent les questions ci-après :

Question 1

« Dans quel bassin, selon vous, devrions-nous craindre le plus la formation de crues ? »
(Choisissez toutes les bonnes réponses).

La bonne réponse est a), b), c) et d).

On sait qu'une bonne partie des bassins du Mystère et de l'Ouest et la partie sud du bassin de la Chance présentent un relief et des conditions d'humidité du sol propices aux crues, et les cartes annoncent des chutes de pluie abondantes sur ces régions. Bien que l'humidité du sol et les accidents de terrain soient moindres dans le bassin central qu'ailleurs, c'est la région qui devrait recevoir le plus de précipitations, peut-être au-delà de 100 mm, de sorte que les crues sont certainement à craindre là aussi.

Veuillez choisir une réponse.

Question 2

« Selon ces cartes PQP, quel type de crue risque le plus de se former dans le Pays principal ?
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est c).

Avec seulement des cartes comme celles-ci, on ne peut pas voir l'intensité des pluies attendues, facteur qui conditionne le plus fortement le risque de crue éclair. De plus, comme ces cartes portent sur des intervalles de 12 heures, le déplacement et la durée des précipitations sont inconnus ; il est difficile, dans ces conditions, de dire si des crues soudaines se produiront. Avec des hauteurs totales de pluie dépassant 50 mm sur une grande partie de la zone, tombant sur des sols gorgés d'eau en général, il est très probable que des crues surviennent ici ou là.

Veuillez choisir une réponse.

Au moment où vous allez demander à voir d'autres cartes de prévision pour répondre à la question sur la possibilité de crue éclair, Josef et Ana vous suggèrent de regarder les sorties de leur modèle méso-échelle pour vous faire une idée de l'évolution de l'épisode de précipitation dans le temps et dans l'espace. Ils vous montrent la réflectivité radar simulée issue de leur modèle mésoéchelle exécuté sur place.

Boucle de réflectivité maximale simulée toutes les deux heures pour les prévisions de 0 à 36 h

Question 3

« Et maintenant, voyez-vous quelque chose qui peut nous aider à déterminer le type de crue auquel nous aurons affaire ? Si oui, quoi ? »


Le modèle méso-échelle indique qu'une zone de pluie intense parviendra sur l'ouest et le nord du Pays Principal d'ici 6 heures environ. L'intensité des pluies, alliée de l'humidité élevée du sol et du relief de la région, pourrait provoquer des crues éclair à cet endroit. La seconde vague de précipitations s'annonce beaucoup moins intense, plus étendue et de longue durée. Il en résultera probablement des crues assez généralisées des cours d'eau et des grands fleuves.

Après avoir écouté vos réponses, Josef et Ana s'empressent de vous rappeler que des crues éclair peuvent survenir n'importe quand pendant la période de prévision dans les zones qui reçoivent des pluies très intenses ou qui se trouvent sous des cellules au déplacement lent. Ils soulignent également que ces modèles de prévision comportent un certain degré d'erreur et que les valeurs de réflectivité sont souvent surestimées dans la région.

Sur la base de ces indications des modèles numériques et d'autres observations atmosphériques, Josef et Ana concluent qu'une crue éclair pourrait survenir rapidement dans le bassin du Mystère, le bassin de l'Ouest et l'ouest du bassin de la Chance. Ils estiment également que la combinaison de précipitations intenses attendues à court terme dans les bassins supérieurs suivies d'un épisode prolongé de pluie régulière sur l'ensemble des bassins pourrait entraîner des crues importantes dans le Grand-Fleuve et ses affluents, débutant dans 12 heures et se poursuivant pendant les 48 heures suivantes.

Question 4

« Bien, avec tout ce qu'on a appris ici jusqu'ici, que faut-il faire maintenant selon vous à ce stade ? »
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est b).

C'est le comportement le plus avisé à ce stade. Bien que le sol renferme déjà beaucoup d'humidité et que de fortes précipitations soient attendues, cela peut être sans conséquence si les débits et les niveaux sont bas. Il est donc préférable de pousser un peu plus les analyses avant d'émettre un éventuel avis de crue immédiate. Il faudrait étudier les données actuelles sur les débits et les hauteurs d'eau et examiner les résultats d'un modèle numérique de ruissellement, s'il en existe un pour les cours d'eau en question.

Veuillez choisir une réponse.

Évaluer l'incidence des précipitations attendues

Josef et Ana consultent les météorologues du Service Hydrologique National et concluent que les modèles météorologiques numériques procurent une prévision tout à fait raisonnable ; ils n'ont cessé de produire des résultats similaires lors des dernières simulations. Comme la première vague d'orages devrait passer principalement sur les bassins du Mystère et de l'Ouest, ils commencent par concentrer leur attention sur cette région. Josef vous dit que les données passées montrent que les petits affluents des deux bassins sont sujets à des crues éclair quand les précipitations moyennes dépassent 25 mm h-1 environ. Il précise toutefois que cette règle empirique s'appuie avant tout sur des estimations des satellites, puisque ces bassins ne disposent ni de réseau pluviométrique ni de couverture radar. Il ajoute que l'humidité du sol était souvent inconnue dans les cas historiques qui ont servi à établir cette règle. Il parle alors d'un outil récent qui s'est avéré utile pour les nombreuses zones dépourvues de mesures et d'observations dans les bassins du Mystère et de l'Ouest : les indications relatives aux crues éclair.

Indications relatives aux crues éclair

Josef et Ana reçoivent l'appel d'un SHN voisin qui souhaite s'entretenir de la situation météorologique imminente. Pendant leur absence, vous lancez un tutoriel du SHN du Pays Principal sur les indications relatives aux crues éclair que Josef vous a remis avant de prendre l'appel...

  • Une indication de crue éclair (Flash Flood Guidance ou FFG) est une estimation chiffrée de la hauteur moyenne de pluie qui doit tomber sur une zone donnée pendant une période donnée pour que les petits cours d'eau débordent.
  • Habituellement, les précipitations et l'humidité du sol servent à calculer le ruissellement quand on utilise un modèle pluie-ruissellement. Le calcul de la valeur FFG se fait en sens inverse. Le seuil de ruissellement et le degré d'humidité du sol au moment présent servent à calculer la hauteur de pluie nécessaire pour déclencher une crue. La quantité de pluie ainsi calculée est la valeur FFG.
Relation entre le seuil de ruissellement et l'écoulement
  • Le seuil de ruissellement désigne le volume de ruissellement nécessaire pour déclencher une crue. C'est une valeur fixe basée sur les mesures historiques des caractéristiques géographiques et hydrologiques du bassin et du cours d'eau. Il s'agit le plus souvent du débit au niveau critique de crue divisé par le pic de l'hydrogramme unitaire pour une durée donnée. La valeur du débit au niveau critique de crue est déterminée à partir de la courbe de tarage établie pour le cours d'eau.
  • Le calcul du seuil de ruissellement n'est pas aussi simple dans les bassins du Mystère et de l'Ouest. Comme peu de cours d'eau sont jaugés, on ne connaît pas les niveaux de crue et on ne dispose pas de courbe de tarage pour déterminer simplement l'écoulement à pleins bords. Au lieu du niveau de crue, on peut déterminer un niveau de débordement à partir d'études sur le terrain des cours d'eau non jaugés.
Graphique montrant que le seuil de ruissellement peut être obtenu en calculant simplement l'écart entre le niveau d'eau du moment et le niveau de débordement.

De retour, Josef et Ana souhaitent reprendre l'étude des cartes d'indications relatives aux crues éclair de la journée. Ils se demandent surtout s'ils devraient émettre un avis de crue éclair pour les bassins du Mystère et de l'Ouest et pour une partie du bassin de la Chance, qui devraient subir la première vague d'orages. Ils vous demandent ce que vous en pensez.

FFG 1 heure

Carte des valeurs d'indication relative aux crues éclair sur une heure pour les bassins du Pays Principal. Les valeurs les plus basses, moins de 30 mm, se situent dans le nord-ouest du bassin de la Chance. Entre 30 et 45 mm de pluie en une heure doivent se déverser sur les parties occidentales des bassins du Mystère et de l'Ouest pour que se forment des crues éclair. Les parties orientales des bassins du Mystère, de l'Ouest et de la Chance ont besoin de 45 à 60 mm de pluie. La majeure partie du bassin central a besoin de plus de 60 mm de précipitation.

Carte de fond

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste. La ville de Chance se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin, mais en amont d'un affluent important au sud. Le village Mystère se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin. Le bassin de l'Ouest renferme une zone de coupe à blanc des forêts dans ses montagnes occidentales. Grande-Ville se trouve dans le centre-sud du bassin central, juste en aval du lieu où le Mystère et l'Ouest rejoignent le Grand-Fleuve.

Question 1

« Quelles régions, le cas échéant, risquent le plus de subir des crues éclair d'après votre analyse de la carte FFG ? Expliquez. »


N'oubliez pas que la valeur FFG indique la hauteur de pluie minimale requise pour qu'un cours d'eau sorte de son lit. Selon la carte, les petits cours d'eau situés dans le sud-ouest du bassin de la Chance déborderaient si la hauteur totale de pluie approchait de 30 mm en une heure. Les parties occidentales des bassins de l'Ouest et du Mystère risquent, elles aussi, de subir des crues éclair si elles reçoivent entre 30 et 45 mm de pluie environ en une heure.

Question 2

« Selon ce que vous savez des bassins et selon vos connaissances des phénomènes de crue soudaine, y a-t-il des zones qui pourraient subir des crues éclair si elles recevaient plus ou moins de précipitation que ne l'indique la carte FFG de 1 heure ? Expliquez. »


Comme le système d'indications relatives aux crues éclair utilise nécessairement les caractéristiques moyennes des bassins pour calculer la réponse des cours d'eau, il ne tient pas compte des différences de faible étendue, comme les zones urbaines. Le village Mystère et la ville de Chance auraient besoin de moins de pluie que ne l'indique la carte. La zone de coupe à blanc dans le bassin de l'Ouest aurait aussi besoin de moins de précipitations que ce qui est indiqué. Des secteurs très bien drainés, comme les marais, pourraient recevoir sans problème plus de pluie que ce qui est indiqué.

Josef et Ana sont d'accord avec votre estimation du risque de crue éclair et pensent qu'il est raisonnable de s'attendre à la formation de telles crues dans la moitié ouest des bassins du Mystère et de l'Ouest et, peut-être, dans le sud-ouest du bassin de la Chance.

Ils décident de diffuser un avis de crue éclair de niveau 1 pour la totalité des bassins du Mystère et de l'Ouest ainsi que pour la partie du bassin de la Chance qui se trouve au sud de l'affluent le plus méridional de la rivière. Ils vous disent qu'ils surveilleront les images de satellite et les données des rares stations hydrométriques de ces bassins afin de diffuser au besoin des avis de niveau supérieur à mesure que se déroule l'épisode pluvieux.

Tableau des communiqués publics visant les conditions hydrologiques. Les bassins du Mystère et de l'Ouest ainsi que les zones situées au sud de l'affluent Sud dans le bassin de la Chance font l'objet d'un avis de crue éclair de niveau 1, ce qui signifie que des pluies abondantes pourraient déclencher une crue éclair.

Indications fournies par les modèles hydrologiques

Une fois émis les avis de crue éclair, Josef et Ana souhaitent vous parler des résultats des modèles de propagation des crues. Ils disposent d'un modèle distribué complexe pour le bassin de la Chance et utilisent un modèle semi-distribué pour le bassin central, qui inclut des apports globaux des deux affluents, le Mystère et l'Ouest.

Vous leur indiquez n'avoir jamais utilisé de modèles distribués et ne pas connaître leurs avantages et leurs inconvénients. Ana vous donne des renseignements importants à ce sujet pendant que Josef examine les hydrogrammes prévus :

  • « Les modèles globaux sont assez simples, le bassin y est traité comme une seule et même unité. Les entrées sont des moyennes hydrologiques et météorologiques à l'échelle du bassin. Les sorties d'un modèle global sont généralement des hydrogrammes à l'exutoire du bassin. Ces modèles exigent moins de données et moins de puissance de calcul que les méthodes plus modernes. »
  • « Les modèles distribués simulent en détail les caractéristiques hydrologiques et météorologiques en représentant les paramètres de chaque bassin sur des points de grille. » Elle énonce quelques aspects importants à retenir sur les modèles distribués :
  • Avantages
    • Ils représentent beaucoup mieux la variabilité de la réponse hydrologique dans le bassin
    • Ils sont plus proches de la réalité dans le cas de crues éclair
  • Inconvénients
    • Ils exigent plus de puissance de calcul que les modèles globaux
    • Ils ont davantage besoin de données d'entrée exactes, à haute résolution

  • « Dans cette approche, chaque cellule est dotée de paramètres qui permettent une estimation indépendante de l'écoulement. Le débit en tout point peut être estimé mathématiquement. L'un des inconvénients de la modélisation distribuée est qu'il faut entrer un grand volume de données pour chaque maille. S'il manque des données, il faut les estimer d'une manière ou d'une autre, ce qui introduit un facteur d'incertitude. C'est pourquoi l'approche distribuée n'est utilisée que pour le bassin de la Chance, où les observations sont nombreuses. »

Josef vous appelle pour discuter des hydrogrammes de prévision. « Commençons par les bassins du Mystère et de l'Ouest, qui seront les premiers à recevoir des précipitations. »

Mystère

Station hydrométrique sur le Mystère

Ouest

Hydrogramme prévu à la station sur l'Ouest. Selon la prévision du modèle global, l'écoulement augmente rapidement peu après 6 heures et atteint une crête légèrement inférieure au niveau critique de crue vers 14 heures. Il diminue ensuite rapidement jusqu'aux environs de 20 heures, puis recommence à augmenter assez vite. L'écoulement atteint un pic proche du niveau de crue vers 38 heures, puis diminue régulièrement pendant le reste de la période de prévision.

Fond de carte

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste. La ville de Chance se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin, mais en amont d'un affluent important au sud. Le village Mystère se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin. Le bassin de l'Ouest renferme une zone de coupe à blanc des forêts dans ses montagnes occidentales. Grande-Ville se trouve dans le centre-sud du bassin central, juste en aval du lieu où le Mystère et l'Ouest rejoignent le Grand-Fleuve.

Ana vous rappelle qu'il n'y a pas de mesures in situ dans le bassin du Mystère ; le modèle hydrologique global utilisé pour cet affluent a été étalonné avec des observations effectuées dans les bassins voisins. C'est, dit-elle, pratique courante dans ce SHN et dans d'autres Services hydrologiques de la région. Elle précise que, d'ordinaire, les prévisions du modèle ne sont pas aussi bonnes dans ce cas-là. Ana explique que l'étalonnage du modèle pour le bassin de l'Ouest repose en partie sur deux stations pluviométriques situées dans la partie sud, si bien que les précipitations moyennes dans le bassin présentent parfois un écart important et, comme dans le cas du Mystère, les prévisions du modèle pour l'Ouest comportent souvent d'assez grandes erreurs.

Question 1

Ana vous demande : « À votre avis, pourquoi voit-on un double pic d'écoulement ici ? Pourquoi le débit ne s'élève-t-il pas régulièrement jusqu'à un point culminant à la fin de la pluie ? Ce qu'on a dit sur les prévisions issues de modèles atmosphériques devrait vous aider à répondre. »


Le double pic semble dû aux deux épisodes distincts de précipitation, comme le prévoyait le modèle méso-échelle. La première vague de pluie attendue sur le bassin du Mystère, le bassin de l'Ouest et, éventuellement, certains secteurs du bassin de la Chance devrait être de courte durée, il s'écoulera assez de temps entre la fin de cet épisode et l'épisode suivant pour qu'une partie du ruissellement soit sortie du bassin d'ici là.

Vous déclarez que la situation semble s'aggraver sur le Mystère, le débit de pointe dépassant nettement le niveau de crue. Josef et Ana sont d'accord, ils s'inquiètent beaucoup des effets que ces débits élevés auront sur le Grand-Fleuve, et la populeuse Grande-Ville, plus tard dans la période de prévision. Ils étudient ensuite les hydrogrammes de prévision pour la Chance et le Grand-Fleuve.

Chance S1

Hydrogramme prévu à la station 1 sur la Chance. L'écoulement fluctue pendant les 16 premières heures environ avant d'augmenter régulièrement. Le débit de pointe est atteint vers 36 heures, à peu près au niveau critique de crue.

Chance S2

Hydrogramme prévu à la station 2 sur la Chance. L'écoulement fluctue pendant les 24 premières heures, puis augmente régulièrement jusqu'à atteindre à peu près le niveau critique de crue vers 40 heures.

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme prévu à la station 1 sur le Grand-Fleuve. L'écoulement fluctue pendant les douze premières heures, puis augmente de manière régulière et prononcée jusqu'à un pic d'environ 12,0 m, légèrement au-dessus du niveau critique de crue, vers 50 heures.

Vous remarquez tous que la Chance et le Grand-Fleuve devraient atteindre ou dépasser le niveau critique de crue.

En conséquence, Josef et Ana émettent des avis de crue de niveau 1 pour le Mystère, la Chance et le Grand-Fleuve, qui pourraient déborder à la fin de la deuxième journée de la période de prévision.

Tableau des communiqués publics visant les conditions hydrologiques. Les bassins du Mystère et de l'Ouest ainsi que les zones situées au sud de l'affluent Sud dans le bassin de la Chance font l'objet d'un avis de crue éclair de niveau 1, ce qui signifie que des pluies abondantes pourraient déclencher une crue éclair. Les cours principaux du Mystère, de la Chance et du Grand-Fleuve font l'objet d'un avis de crue fluviale de niveau 1, ce qui signifie que les rivières et les fleuves pourraient sortir de leur lit.

Vous leur demandez s'ils devraient indiquer l'amplitude des crues attendues, d'autant que les hauteurs prévues sont proches du niveau record sur le Mystère.

Josef répond : « Étant donné l'efficacité médiocre, dans le passé, du modèle hydrologique utilisé pour ce bassin, je pense préférable de ne pas mentionner la possibilité d'une crue record. Nous en saurons beaucoup plus dans quelques heures, quand on verra avec quelle exactitude le modèle méso-échelle a prédit la première vague de précipitations à cet endroit. S'il faut diffuser des avis de niveau 2, ce qui sera sans doute le cas si les modèles météorologiques sont exacts, on pourra indiquer le niveau de crue auquel s'attendre. »

Suivre et actualiser les prévisions

6 heures

Après avoir observé les conditions météorologiques avec le reste du personnel, vous êtes prêts à actualiser les prévisions hydrologiques au besoin. Au bout d'une heure environ, Ana vient vous demander si vous avez vu, sur les dernières images satellite infrarouge, les orages qui semblent amorcer la première vague de précipitations. Elle sort l'image la plus récente afin que vous l'examiniez :

Satellite IR

Image satellite infrarouge au-dessus du Pays Principal aux environs de 7 heures de la période de prévision. Une étroite bande de couleur blanche brillante (indiquant des sommets de nuages élevés) s'étire de l'ouest du bassin de la Chance vers le sud–sud-ouest, à travers les bassins du Mystère et de l'Ouest.

PQP valide 0 - 12 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 0 à 12 heures d'après une simulation à 0 h. Une bande de précipitations s'étend du nord-est au sud-ouest, centrée sur l'ouest du bassin du Mystère et sur le bassin de l'Ouest. La hauteur maximale dans cette zone se situe entre 51,2 et 102,4 mm.

Question 1

« Est-ce que l'orientation et l'emplacement de la première ligne d'orages correspondent en gros à ce que prévoyaient les modèles météorologiques numériques ? » Ouvrez l'autre onglet pour revoir la précédente carte PQP pour la période en question.
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est d).

S'agissant de la modélisation du temps et de la prévision des orages, et sachant que nous observons le début du développement de l'orage et non les précipitations, on peut dire que les modèles ont assez bien prédit le lieu des premiers orages.

Veuillez choisir une réponse.

Question 2

« Est-ce que cela vous donne plus confiance ou moins confiance dans les prévisions et avis hydrologiques que vous, Ana et Josef avez préparés pour la première vague d'orages sur les bassins du Mystère et de l'Ouest ? »
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est c).

En principe, votre confiance dans la qualité des prévisions devrait être plus grande. Il arrive de temps en temps que les prévisions de la PNT s'écartent très nettement de la réalité, par exemple que des orages prévus ne se développent pas du tout. Plus souvent, les orages se forment dans la région comme prévu mais présentent une configuration inattendue, par exemple celle d'orages épars. Il est également fréquent avec un modèle méso-échelle que les orages se forment près de l'endroit prévu, mais soient décalés de quelques centaines de kilomètres peut-être, ou que la ligne soit orientée différemment, par exemple du sud au nord et non du sud-ouest au nord-est.

Veuillez choisir une réponse.

Ana vous suggère de faire une courte pause maintenant, avant que les précipitations ne commencent vraiment, afin de ne rien manquer des discussions, appels téléphoniques et éventuels avis de crue éclair à venir.

8 heures

De retour de votre pause, vous constatez que l'imagerie satellite a été actualisée et que les nuages se sont propagés vers l'ouest. On voit aussi qu'il pleut sur la partie ouest du pays. Vous faites un zoom avant pour voir de plus près l'intensité des pluies dérivée des données des satellites...

Intensité des pluies (satellite)

Image satellite mixte (géostationnaire et micro-ondes) de l'intensité des pluies au-dessus du Pays Principal aux environs de 8 heures de la période de prévision. Une large bande de nuages recouvre les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest. L'image indique des pluies d'intensité de 10 mm par heure sur le centre des bassins du Mystère et de l'Ouest, ainsi que dans l'ouest du bassin de la Chance. Deux petites zones d'intensité maximale (environ 25 mm par heure) se dégagent – l'une dans le centre du bassin de l'Ouest, l'autre dans le centre du bassin du Mystère près du village portant le même nom.

Fond de carte

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste. La ville de Chance se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin, mais en amont d'un affluent important au sud. Le village Mystère se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin. Le bassin de l'Ouest renferme une zone de coupe à blanc des forêts dans ses montagnes occidentales. Grande-Ville se trouve dans le centre-sud du bassin central, juste en aval du lieu où le Mystère et l'Ouest rejoignent le Grand-Fleuve.

Question 3

« Étant donné les valeurs de l'intensité de pluie des satellites sur la carte et selon ce que vous savez des données passées dans la région, que devraient faire maintenant les superviseurs selon vous ? »
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est c).

L'option c) est sans doute la meilleure chose à faire, puisque le satellite montre que l'intensité de la pluie (en vert clair) s'approche de 25 mm h-1 qui, selon Josef et Ana, provoque souvent des crues éclair dans les petits cours d'eau.

Veuillez choisir une réponse.

Josef voit que vous êtes de retour de la pause et vous appelle à son poste de travail. Il parle avec Ana de la meilleure façon d'actualiser les avis de crues éclair qu'ils ont émis plus tôt. Vous leur demandez s'ils vont vraiment émettre des avis de niveau 2 pour les bassins du Mystère et de l'Ouest. Josef répond : « Oui, étant donné l'intensité de 25 mm h-1 et l'emplacement des fortes pluies au-dessus du village Mystère et dans le secteur de coupe à blanc, nous devrions diffuser tout de suite un avis de crue éclair de niveau 2 pour ces zones, ainsi que pour tous les secteurs de forte pente qui longent les petits cours d'eau et pour toute autre zone urbaine. »

Tableau des communiqués publics visant les conditions hydrologiques. Les zones urbaines, de faible altitude et déboisées des bassins du Mystère et de l'Ouest font l'objet d'un avis de crue éclair de niveau 2, ce qui signifie que des conditions propices à la formation de crues éclair sont présentes ou devraient survenir dans les prochaines heures. Ce genre de phénomène peut causer des pertes humaines et matérielles. Les autres secteurs des bassins du Mystère et de l'Ouest, ainsi que les zones situées au sud de l'affluent Sud dans le bassin de la Chance, font toujours l'objet d'un avis de crue éclair de niveau 1, ce qui signifie que des pluies abondantes pourraient déclencher une crue éclair. Les cours principaux du Mystère, de la Chance et du Grand-Fleuve font l'objet d'un avis de crue fluviale de niveau 1, ce qui signifie que les rivières et les fleuves pourraient sortir de leur lit.

10 heures

Tout le monde a suivi de près la situation sur les bassins du Mystère et de l'Ouest. Ana montre la carte satellitaire la plus récente des hauteurs totales de pluie pendant cette première période :

Image satellite mixte, infrarouge et micro-ondes, de l'intensité des pluies au cours des 3 dernières heures, montrant une bande de précipitations qui s'étire du nord-est au sud-ouest et recouvre l'ouest du bassin de la Chance, le centre du bassin du Mystère et l'ouest du bassin de l'Ouest. Des petites zones d'intensité maximale (30 à 40 mm) apparaissent près du village Mystère et dans la partie sud de la zone de coupe à blanc.

Ana et Josef se réjouissent du fait que peu de pluies sont tombées sur le sud-ouest du bassin de la Chance, où les valeurs FFG étaient les plus élevées. Comme les précipitations sont sorties de cette zone par l'ouest, ils estiment pouvoir supprimer l'avis de crue éclair de niveau 1 pour le bassin de la Chance. Josef demande à Ana s'ils devraient modifier les avis de crue éclair de niveau 2 pour le bassin du Mystère ou de l'Ouest.

« C'est difficile à dire, surtout qu'il n'y a pas de stations pluviométriques aux endroits où il a plu, ce qui empêche de savoir quelle est la qualité des estimations par satellite. »

Pour avoir une meilleure idée de la situation, Ana appelle brièvement un observateur de confiance dans le village Mystère et un exploitant forestier près du secteur de coupe à blanc. Entre les parasites provoqués par les éclairs et sur fond de bruyantes rafales de vent, Ana comprend qu'il a plu très fort aux deux endroits et que le niveau d'eau dans les ruisseaux dans les environs monte assez rapidement. Elle discute avec Josef et ils concluent que, s'il continue à pleuvoir sur les cours supérieurs dans les deux bassins, il est probable que des crues éclair se formeront dans les zones de forte pente.

Vous examinez les données les plus récentes des stations hydrométriques pour voir les réponses des cours principaux, mais vous êtes un peu confus pourquoi les instruments de mesure ne donnent pas de valeurs plus élevées.

Hydrogramme du Mystère

Hydrogramme observé à la station sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,0 m à 10 heures, ce qui est nettement inférieur au niveau de crue.

Hydrogramme de l'Ouest

Hydrogramme observé à la station sur l'Ouest. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 10 heures, ce qui est nettement inférieur au niveau de crue.

Fond de carte

Croquis du bassin central et des bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest, avec les cours d'eau et affluents qui les traversent. Les bassins de la Chance, du Mystère et de l'Ouest s'étendent au nord et à l'ouest du bassin central, plus vaste. La ville de Chance se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin, mais en amont d'un affluent important au sud. Le village Mystère se trouve sur la rivière du même nom, au centre du bassin. Le bassin de l'Ouest renferme une zone de coupe à blanc des forêts dans ses montagnes occidentales. Grande-Ville se trouve dans le centre-sud du bassin central, juste en aval du lieu où le Mystère et l'Ouest rejoignent le Grand-Fleuve.

Question 4

Si les ruisseaux près de la zone d'exploitation forestière et du village Mystère sont près de déborder, pourquoi les stations hydrométriques ne montrent-elles pas la même chose dans les cours principaux ?
(Choisissez toutes les bonnes réponses).

Les bonnes réponses sont a) et b).

Les cours principaux des rivières sont plus larges et peuvent drainer davantage d'eaux de ruissellement sans déborder. De plus, il faut un certain temps pour que les eaux de ruissellement s'acheminent vers l'aval de ces petits chenaux proches de la source. Si nous avions les hydrogrammes d'un petit cours d'eau situé dans l'ouest du bassin du Mystère ou de l'Ouest, on verrait que le débit de pointe est beaucoup plus prononcé et survient plus tôt que sur un hydrogramme à l'exutoire du bassin. Ces phénomènes sont couramment appelés « atténuation » et « temps de réponse ».

Veuillez choisir une réponse.

Josef et Ana jettent un coup d'œil par-dessus votre épaule et déclarent avoir confiance dans les résultats de leurs modèles hydrologiques jusqu'ici, dont les estimations sont assez proches de la façon dont le Mystère et l'Ouest ont réagi. C'est pourquoi ils n'émettront pas d'avis de crue à brève échéance pour les bassins du Mystère ou de l'Ouest, d'autant que les précipitations quittent la région par un déplacement régulier vers l'ouest.

12 heures

Les précipitations ont cessé au-dessus du Pays Principal. Quelques crues éclair mineures ont été signalées près de la zone d'exploitation forestière dans le bassin de l'Ouest, dans le village Mystère et dans plusieurs vallées étroites et encaissées du bassin du Mystère. Mais les nouveaux messages indiquent que la pluie a cessé de tomber partout. Les exutoires des deux rivières ont réagi rapidement aux pluies intenses tombées sur les sols déjà humides. Voici les débits observés, reportés sur les hydrogrammes de prévision des modèles hydrologiques sont comme suit :

Mystère

Hydrogramme observé et prévu à la station sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 12 heures, ce qui est nettement inférieur au niveau critique de crue. Il devrait diminuer et le niveau descendre à 1,5 m environ avant le début de la deuxième vague de précipitations, puis atteindre un pic d'environ 4,6 m vers 39 heures.

Ouest

Hydrogramme observé et prévu à la station sur l'Ouest, d'après une simulation à 12 heures. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, ce qui est nettement inférieur au niveau de crue. Il devrait diminuer et le niveau redescendre à 1,5 m environ avant le début de la deuxième vague de précipitations, puis atteindre un pic d'environ 4,0 m vers 40 heures.

Josef et Ana suppriment les avis de crue éclair pour tous les secteurs des bassins. Ils remarquent que l'estimation quantitative des précipitations par satellite visant les deux bassins était inférieure à la prévision quantitative des précipitations introduite dans le modèle hydrologique. Cela peut expliquer en partie le fait que le modèle ait prévu plus tôt un écoulement plus élevé dans les deux rivières. On voit que le dépassement du niveau de crue est encore prévu dans le Mystère lors de la deuxième vague de précipitations. Ils décrivent la situation aux hydrologues principaux qui prennent la relève, Alfonso et Mei, ainsi qu'à l'autre stagiaire, Fatima, et leur souhaitent bonne chance. Josef, Ana et vous-même avez terminé votre journée de travail.

De nouveaux résultats des modèles atmosphériques arrivent et les PQP issues des modèles de grande échelle et de moyenne échelle concordent assez bien avec les prévisions antérieures. Voici les PQP d'échelle synoptique :

PQP 12-24 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 12 à 24 h d'après une simulation à 12 h. Des précipitations sont attendues sur la quasi-totalité du territoire, où l'on attend au moins 12,8 mm de pluie ; une zone circulaire concentrique (œil de bœuf) au centre du bassin de la Chance devrait recevoir 51,2 à 102,4 mm de pluie.

PQP 24-36 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 24 à 36 h d'après une simulation à 12 h. L'ensemble du territoire devrait recevoir au moins 12,8 mm de pluie. Une zone s'étendant du nord-ouest au sud-est, où l'on attend 25,6 mm à 51,2 mm de pluie, couvre la majeure partie du bassin central et du bassin de la Chance. Dans le centre-est du bassin central, une petite zone devrait recevoir la hauteur maximale de pluie, soit entre 51,2 et 102,4 mm.

PQP 36-48 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 36 à 48 h d'après une simulation à 12 h. Des pluies sont prévues sur la moitié sud du Pays Principal, avec un maximum est-ouest de 12,8 à 25,6 mm sur le tiers sud du bassin central.

Alfonso et Mei étudient les hydrogrammes tracés pour les bassins du Mystère et de l'Ouest, puis montrent à Fatima les nouvelles indications des modèles hydrologiques pour les bassins de la Chance et du Grand-Fleuve :

Chance S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur la Chance, à 12 heures. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué avant d'augmenter légèrement vers 12 heures. Le nouvel hydrogramme prévu montre une augmentation régulière du débit à partir d'environ 16 heures et l'atteinte d'un pic juste au-dessus du niveau critique de crue vers 36 heures.

Chance S2

Hydrogramme prévu à la station 2 sur la Chance, à 12 heures. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 12 premières heures. Les prévisions montrent peu de variation de l'écoulement jusqu'aux environs de 24 heures, puis une augmentation régulière jusqu'à une hauteur d'environ 9 m à 42 heures, soit à peu près 1 m au-dessus du niveau critique de crue.

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur le Grand-Fleuve. L'écoulement a fluctué pendant les douze premières heures. Il augmente ensuite de manière régulière et prononcée jusqu'à un pic d'environ 12 m vers 52 heures.

Alfonso remarque que les pics de la deuxième période de pluie sont moins élevés maintenant qu'à la simulation précédente des modèles hydrologiques, au moins pour le Mystère et l'Ouest. C'est sans doute parce qu'il n'a pas plu autant que l'annonçaient les modèles atmosphériques à 0 heure pour la première vague de précipitations. Les autres hydrogrammes, pour la Chance et le Grand-Fleuve, ne sont pas très différents de ceux fournis précédemment par les modèles, une concordance qui rassure tout le monde. Alfonso et Mei pensent que même si les PQP surestiment à nouveau les précipitations dans les mêmes proportions, il pleuvra quand même assez pour faire déborder au moins le Grand-Fleuve et le Mystère. Ils maintiennent en vigueur les avis initiaux de crue de niveau 1 et décident de mentionner la possibilité d'une crue record du Mystère dans les derniers avis. La plupart des employés sortent ensuite prendre leur repas.

Tout le monde a presque terminé sa pause lorsque l'hydrologue resté en poste accourt vers Alfonso et Mei pour leur dire qu'il vient de recevoir des appels téléphoniques d'observateurs et de fonctionnaires, indiquant que le niveau d'eau a recommencé à s'élever dans la rivière Ouest. Mei et Alfonso se précipitent pour étudier les dernières données de la station hydrométrique à l'exutoire du bassin qui, elles aussi, indiquent que la rivière continue de monter.

Hydrogramme observé à la station sur l'Ouest. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures, pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, nettement sous le niveau de crue. Il s'est stabilisé ensuite pendant une très courte période (moins d'une heure) avant d'augmenter à nouveau fortement.

Question 5

La pluie ayant cessé sur les bassins du Mystère et de l'Ouest, qu'est-ce qui pourrait expliquer la montée des eaux dans la rivière à ce moment-là ?
(Choisissez toutes les bonnes réponses).

La bonne réponse est b).

L'explication donnée au point b) est la plus plausible ici. Il est peu probable que le satellite fonctionne mal (point a) : les images ont montré que les précipitations s'éloignaient du Pays Principal et les messages locaux indiquent qu'il ne pleut plus sur les bassins du Mystère et de l'Ouest. La réponse c) serait parfaitement logique dans le cas d'un bassin grand et plat, mais elle ne convient pas ici puisque le bassin est assez petit, compte beaucoup de pentes abruptes et renferme surtout des ruisseaux. Il est probable qu'une station hydrométrique défectueuse cesserait simplement de fonctionner, ou transmettrait sans arrêt sa mesure la plus récente. Ceci, ajouté aux rapports de témoins oculaires, exclut l'option d). La réponse b), ou un autre événement particulier, est probablement la cause de la montée continue des eaux ici.

Veuillez choisir une réponse.

Alfonso et Mei envisagent de diffuser une annonce de crue pour l'Ouest, mais des volontaires signalent qu'à la suite de crues locales soudaines, des débris ont été emportés par les affluents des zones déboisées au nord, bloquant temporairement l'écoulement et empêchant les eaux de descendre vers l'aval.

Amas de troncs, branches et débris de bois obstruant un cours d'eau en zone forestière.

Les messages indiquent que ces amas de débris sont maintenant disloqués, libérant les eaux retenues. Alfonso et Mei décident de publier un avis qui décrit les causes des variations du débit et précise que la rivière restera sans doute dans son lit, mais que les résidents doivent surveiller les risques de crue mineure pendant les deux prochaines heures.

18 heures

Le personnel du SHN du Pays Principal suit de près les conditions météorologiques et les cours d'eau, car le deuxième système commence à apporter des pluies.

Boucle de réflectivité radar de 16 heures à maintenant

24 heures

Vous reprenez vos fonctions avec Josef et Ana. Mei, Alfonso et Fatima vous ont résumé brièvement la situation avant de rentrer chez eux. Ils vous ont dit que les précipitations avaient commencé dans le nord-ouest du pays aux environs de 16 heures et que leur ampleur et leur intensité n'avaient cessé d'augmenter depuis.

Boucle de réflectivité radar de 16 à 24 heures

Ils vous montrent les plus récentes estimations radar et satellite des hauteurs totales associées à ce deuxième épisode pluvieux :

Hauteur totale de satellite

Image satellite mixte, géostationnaire et micro-ondes, de la hauteur totale des pluies tombées sur le Pays Principal entre 16 heures et 24 heures environ de la période de prévision. On voit qu'il a plu sur le centre du bassin central, avec une hauteur maximale de 25 mm, et sur le sud du bassin de la Chance.

Hauteur totale de radar

Image radar de la hauteur totale des pluies tombées sur le bassin central et le bassin de la Chance entre 16 heures et 24 heures environ au cours de la période de prévision. On voit qu'il a plu sur la majorité des deux bassins, les hauteurs maximales (37,5 mm à 50 mm) formant une bande qui traverse le centre-sud du bassin central, du nord-ouest au sud-est.

Question 6

Quelles sont les hauteurs maximales de précipitations cumulées selon l'estimation satellite et selon l'estimation radar ?
(Choisissez la meilleure réponse).

La bonne réponse est c).

Les nuances bleu-vert sur l'image satellite représentent 25 à 35 mm de pluie environ selon l'échelle de couleurs. Les nuances magenta sur l'image radar représentent une hauteur totale de 50 à 62,5 mm selon l'échelle de couleurs.

Veuillez choisir une réponse.

Vous faites remarquer à Josef et à Ana que les estimations radar et satellite diffèrent grandement. Vous leur demandez si c'est courant dans la région.

Ana vous dit que si les estimations obtenues par radar et satellite présentent parfois des écarts beaucoup plus grands, il arrive aussi qu'elles soient très proches. Cela dépend surtout des conditions météorologiques, dit-elle. Bien qu'il n'y ait pas d'observations pour vérifier la hauteur de pluie qui est tombée plus tôt sur les bassins du Mystère et de l'Ouest, elle demande votre avis sur la qualité de l'estimation par satellite des précipitations qui ont arrosé ces bassins au cours du premier épisode.

Question 7

Pensez-vous que les mesures par satellite ont sous-estimé la hauteur de précipitation dans une proportion équivalente lors de la première vague de précipitations ? Expliquez.


Il est possible que les données de satellite n'aient pas sous-estimé avec la même amplitude les hauteurs de pluie au cours du premier épisode. Les modèles hydrologiques ont fourni de bonnes prévisions pour les bassins du Mystère et de l'Ouest à ce moment-là, ce qui signifie que les PQP introduites correspondaient de près aux précipitations tombées. Des observateurs ont également signalé des crues mineures dans les ruisseaux, ce qui est fréquent quand l'intensité de la pluie excède 25 mm h-1, valeur proche des intensités de pluie estimées par satellite.

Question 8

Ana vous demande : « Alors, pourquoi pensez-vous qu'il y a un tel écart entre les estimations radar et satellite maintenant ? » Rappelez-vous l'explication donnée au début, sur l'emploi de produits mixtes (satellites géostationnaires et micro-ondes), et la situation météorologique indiquée par les récentes boucles radar pour trouver la réponse.


La cause probable de cet écart est que nombre des nuages qui ont fait tomber les pluies récentes sur le bassin central et le bassin de la Chance sont plus bas que ce que l'on observe d'ordinaire avec les systèmes orageux continentaux. Cette hypothèse est appuyée par le radar, car il n'y a pas eu beaucoup de cellules d'intenses précipitations (couleurs rouges), ce qui est courant avec la convection continentale en saison chaude. Comme les estimations par satellite reposent fortement sur la température au sommet des nuages et sont calibrées pour les orages intenses de saison chaude, une intensité trop faible est sans doute attribuée aux systèmes de précipitation actuels. Cela peut également expliquer pourquoi le premier épisode de convection semble avoir été bien estimé – ces orages intenses sont le type de systèmes pluvieux que la méthode par satellite est censée estimer le mieux.

Question 9

Ana vous demande : « Si l'écart entre les estimations radar et satellite persistait tout au long de l'épisode pluvieux, quel impact cela aurait-il sur les prévisions des modèles hydrologiques ? Dans votre réponse, comparez les valeurs de débit fournies par les simulations aux valeurs qui seront réellement mesurées. »


Les débits/hauteurs prédits par les modèles hydrologiques seraient inférieurs à ce qui se produira, car les valeurs de satellite qui sont utilisées comme conditions initiales dans les modèles hydrologiques sous-estiment les volumes. L'effet pourrait être important du point de vue de la contribution du ruissellement issu des bassins du Mystère et de l'Ouest, où il n'y a pas de radar et peu de stations hydrométriques pour affiner les estimations par satellite.

Après cette discussion animée sur l'estimation des précipitations par satellite et par radar, Josef vous demande de venir tous les deux discuter des prévisions les plus récentes des modèles. Tout d'abord, il veut déterminer le degré d'exactitude des PQP pour la période allant de 12 à 24 heures. Il vous montre les PQP de la simulation précédente pour cette période-là, et les hauteurs totales de précipitation estimées par radar et par satellite pour le deuxième épisode pluvieux :

PQP 12-24 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 12 à 24 h d'après une simulation à 12 h. Des précipitations sont attendues sur la quasi-totalité du territoire, où l'on attend au moins 12,8 mm de pluie ; une zone circulaire concentrique (œil de bœuf) au centre du bassin de la Chance devrait recevoir 51,2 à 102,4 mm de pluie.

Hauteur totale par satellite

Image satellite mixte, géostationnaire et micro-ondes, de la hauteur totale des pluies tombées sur le Pays Principal entre 16 heures et 24 heures environ de la période de prévision. On voit qu'il a plu sur le centre du bassin central, avec une hauteur maximale de 25 mm, et sur le sud du bassin de la Chance.

Hauteur totale par radar

Image radar de la hauteur totale des pluies tombées sur le bassin central et le bassin de la Chance entre 16 heures et 24 heures environ au cours de la période de prévision. On voit qu'il a plu sur la majorité des deux bassins, les hauteurs maximales (37,5 mm à 50 mm) formant une bande qui traverse le centre-sud du bassin central, du nord-ouest au sud-est.

Josef déclare : « On dirait qu'il n'a pas plu autant que l'annonçaient les PQP, dans l'ensemble. Les PQP indiquaient aussi que le gros des précipitations serait centré sur le bassin de la Chance, mais le radar et le satellite montrent tous les deux que la pluie a surtout arrosé le centre du bassin central. »

Josef montre ensuite les nouvelles prévisions fournies par les modèles météorologiques et hydrologiques :

PQP 24-36 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 24 à 36 h d'après une simulation à 24 h. L'ensemble du territoire devrait recevoir au moins 6,4 mm de pluie. Le sud du bassin de la Chance et l'est des bassins du Mystère et de l'Ouest, ainsi que la totalité du bassin central, peuvent s'attendre à recevoir 25,6 à 51,2 mm de pluie. La hauteur maximale (51,2 à 102,4 mm) est prévue dans une zone nord-sud au cœur du bassin central.

PQP 36-48 heures

PQP pour les bassins du Pays Principal, prévision de 36 à 48 h d'après une simulation à 24 h. Des pluies sont prévues sur la moitié sud du Pays Principal, avec une zone est-ouest de 12,8 à 25,6 mm qui occupe le tiers sud environ du bassin central. La hauteur maximale (25,6 à 51,2 mm) est attendue sur une petite zone au sud de Grande-Ville, dans l'extrême sud du bassin central.

Vous remarquez que les PQP sont à peu près les mêmes que lors du passage précédent, sauf que l'on s'attend à un peu plus de précipitations entre 24 et 36 heures et que les systèmes pluvieux pourraient prendre un peu plus de temps à quitter la région par le sud-ouest, entre 36 et 48 heures.

Mystère

Hydrogramme observé et prévu à la station sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 12 heures, avant de redescendre à 1,0 m vers 20 heures. Le niveau s'est ensuite élevé sans cesse pour atteindre environ 1,6 m à 24 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 4,8 m vers 39 heures.

Ouest

Hydrogramme observé et prévu à la station sur l'Ouest, d'après une simulation à 24 heures. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, s'est stabilisé brièvement puis est monté jusqu'au niveau de 4,0 m environ à 14 heures. Il a ensuite diminué jusqu'à une hauteur d'environ 2,0 m à 22 heures avant d'entamer une légère hausse jusqu'à 24 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 4,5 m vers 40 heures.

Chance S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur la Chance, à 24 heures. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué et augmenté légèrement jusqu'à 16 heures, avant de s'élever régulièrement jusqu'à une hauteur d'environ 2,25 m à 24 heures. Le nouvel hydrogramme prévu montre une hausse régulière de l'écoulement jusqu'aux environs de 38 heures, où un pic de 6 m est atteint, juste sous le niveau critique de crue.

Chance S2

Hydrogramme observé et prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter régulièrement jusqu'à une hauteur de 2,4 m environ. Les prévisions montrent une hausse continue et régulière de l'écoulement jusqu'aux environs de 42 heures, lorsque le débit culmine à 8,5 m.

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter légèrement jusqu'à une hauteur d'environ 4,0 m à 24 heures. On prévoit une augmentation régulière et rapide du débit jusqu'aux environs de 52 heures, pour atteindre un pic de 13,5 m, à mi-chemin entre le niveau critique de crue et le niveau record.

Dans l'ensemble, les hydrogrammes sont très similaires à ceux du passage précédent, si ce n'est la baisse des valeurs de pointe aux stations du bassin de la Chance, où il n'a pas plu autant que prévu. La hausse de l'écoulement à la station hydrométrique 1 sur le Grand-Fleuve est un peu plus rapide et légèrement plus accentuée qu'avant, car les pluies tombent plus en aval que prévu dans le bassin. Étant donné que les PQP et les modèles hydrologiques ont été assez précis ces dernières 24 heures et que la zone principale de précipitation devrait s'étendre au cours des 12 prochaines heures, Josef et Ana décident d'émettre des avis de crue fluviale de niveau 2 pour tous les cours d'eau.

Au moment où ils vont diffuser les nouveaux avis publics, ils reçoivent l'appel téléphonique d'une observatrice bénévole expérimentée qui se trouve dans l'est du bassin du Mystère. Elle leur dit que des orages forts ont traversé la région et que les petits cours d'eau situés près de sa résidence sont en train de déborder. Josef et Ana ajoutent donc un avis de crue éclair de niveau 2 au communiqué public.

Tableau des communiqués publics visant les conditions hydrologiques.

30 heures

Il n'a cessé de pleuvoir sur une grande partie du Pays Principal. Selon les estimations satellite et radar pour le deuxième épisode pluvieux, il est tombé jusqu'à 75-100 mm de pluie sur le bassin central et certains secteurs des bassins du Mystère et de la Chance ; la concordance est assez bonne sur les valeurs élevées.

Hauteur totale par satellite

Image satellite mixte, infrarouge et micro-ondes, de la hauteur totale des pluies tombées entre 16 heures et 30 heures environ de la période de prévision. La hauteur maximale de précipitation (à peu près 75 mm) se situe dans l'est du bassin du Mystère et le nord du bassin central ; une bande de valeurs élevées traverse le centre du bassin central en direction du sud-est.

Hauteur totale par radar

Image radar de la hauteur totale des pluies tombées entre 16 heures et 30 heures environ de la période de prévision. Les hauteurs maximales (environ 100 mm) se situent dans le centre du bassin central, à l'intérieur d'une bande de valeurs élevées qui traverse le centre-sud du bassin central, du nord-ouest au sud-est.

L'emplacement des valeurs maximales est cependant décalé entre les deux sources. Le satellite situe les précipitations maximales dans l'est du bassin du Mystère et le nord du bassin central, avec une bande de valeurs élevées qui traverse le centre du bassin central avec une inclinaison sud-est. Le radar situe les précipitations maximales dans une bande qui occupe le centre-sud du bassin central. On peut attribuer en partie cette différence à l'atténuation radar ainsi qu'au fait que, plus la distance augmente, plus le faisceau voit les parties hautes des nuages.

Étant donné la concordance des précipitations maximales obtenues par radar et par satellite, Josef et à Ana font confiance à l'estimation par satellite selon laquelle une zone concentrique (œil de bœuf) dans le bassin du Mystère devrait recevoir 70 mm et plus de pluie, provenant sans doute de cellules orageuses intenses. Ils pensent donc avoir eu raison d'émettre quelques heures plus tôt un avis de crue éclair de niveau 2 pour le bassin du Mystère.

Ils estiment maintenant qu'un niveau record pourrait être atteint dans le Mystère, ce qu'ils précisent dans la mise à jour du communiqué public. Des responsables appellent pour dire qu'ils ont posé des sacs de sable autour de certaines maisons situées en contrebas, mais que la force des vents et de la pluie rendent les opérations difficiles.

Josef et Ana s'inquiètent aussi du fait que, si la pluie continue au même rythme, les hauteurs totales seront plus élevées que prévues et le Grand-Fleuve pourrait atteindre un niveau record près de Grande-Ville. Vous leur demandez si des crues comparables ont déjà eu lieu dans la région. Josef répond : « Très bonne question... J'allais justement rechercher des cas similaires de fortes pluies généralisées, pour voir quel volume les bassins du Mystère et de l'Ouest acheminent généralement vers le Grand-Fleuve quand le niveau de crue est nettement dépassé. »

Quelques données passées sur les crêtes mesurées dans l'Ouest, le Mystère, la Chance (à la station 2) et le Grand-Fleuve (à la station 1) lors de trois crues proches des niveaux records. En 2003, le Grand-Fleuve a atteint une crête de 14,5 m, la Chance 6,8 m, le Mystère 4,4 m et l'Ouest 4,1 m. Lors de la crue record du Grand-Fleuve en 1987, la crête s'élevait à 15,3 m ; les hauteurs maximales mesurées dans les autres rivières s'établissaient à 6,5 m dans la Chance, 5,0 m dans le Mystère et 4,6 m dans l'Ouest. En 1983, le Grand-Fleuve a atteint une crête de 14,8 m, la Chance 7,5 m, le Mystère 4,7 m et l'Ouest 4,3 m.

Le tableau montre que, lors d'une crue record et de deux crues majeures survenues dans le Grand-Fleuve, la crête s'est établie entre 4,4 et 5,0 m dans le Mystère et entre 4,1 et 4,6 m dans l'Ouest.

Question 10

Selon les derniers hydrogrammes modélisés (reproduits ci-dessous), pensez-vous que les niveaux de crête indiqués pour le Mystère et l'Ouest pourraient être atteints ou dépassés pendant l'épisode pluvieux actuel ?
(Choisissez la meilleure réponse).

Mystère

Hydrogramme observé et prévu à la station sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 12 heures, avant de redescendre à 1,0 m vers 20 heures. Le niveau s'est ensuite élevé sans cesse pour atteindre environ 1,6 m à 24 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 4,8 m vers 39 heures.

Ouest

Hydrogramme observé et prévu à la station sur l'Ouest, d'après une simulation à 24 heures. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, s'est stabilisé brièvement puis est monté jusqu'au niveau de 4,0 m environ à 14 heures. Il a ensuite diminué jusqu'à une hauteur d'environ 2,0 m à 22 heures avant d'entamer une légère hausse jusqu'à 24 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 4,5 m vers 40 heures.

Chance S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur la Chance, à 24 heures. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué et augmenté légèrement jusqu'à 16 heures, avant de s'élever régulièrement jusqu'à une hauteur d'environ 2,25 m à 24 heures. Le nouvel hydrogramme prévu montre une hausse régulière de l'écoulement jusqu'aux environs de 38 heures, où un pic de 6 m est atteint, juste sous le niveau critique de crue.

Chance S2

Hydrogramme observé et prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter régulièrement jusqu'à une hauteur de 2,4 m environ. Les prévisions montrent une hausse continue et régulière de l'écoulement jusqu'aux environs de 42 heures, lorsque le débit culmine à 8,5 m.

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter légèrement jusqu'à une hauteur d'environ 4,0 m à 24 heures. On prévoit une augmentation régulière et rapide du débit jusqu'aux environs de 52 heures, pour atteindre un pic de 13,5 m, à mi-chemin entre le niveau critique de crue et le niveau record.

La bonne réponse est a).

Le modèle prévoit une crête d'environ 4,5 m dans l'Ouest, ce qui correspond à la hauteur mesurée quand le Grand-Fleuve a atteint son niveau record en 1987. La crête prévue dans le Mystère se situe à environ 4,8 m, soit plus que la hauteur mesurée quand le Grand-Fleuve a presque atteint son niveau record, en 1983, et juste un peu moins que ce qui s'est produit quand il a atteint son niveau record, en 1987. La consultation de données anciennes comme celles-ci peut aider à affiner une prévision ou à accroître la confiance des prévisionnistes dans le fait qu'un événement se produira ou non. Utilisées seules comme outil de prévision, elles créeraient sans doute des erreurs importantes en raison des multiples variables inconnues, comme la répartition des précipitations lors de l'épisode ancien.

Veuillez choisir une réponse.

Après avec parlé avec Ana, Josef appelle des responsables à Grande-Ville pour les informer de l'intensité déjà élevée des pluies de même que des données historiques qu'ils ont étudiées. Il leur dit que la montée des eaux dans le Grand-Fleuve pourrait atteindre des niveaux records et ajoute dans les avis publics la possibilité de crue majeure.

Avant de partir, vous faites le point avec Alfonso, Mei et Fatima qui reprennent leur service, mais vous ne pensez pas pouvoir vous reposer en pensant à toutes ces personnes qui risquent d'être touchées.

36 heures

Heureusement, la plupart des systèmes pluvieux ont quitté la région assez rapidement depuis la dernière mise à jour.

Boucle de réflectivité radar de 30 à 36 heures

Les hauteurs totales estimées jusqu'ici pour le deuxième épisode pluvieux (ci-dessous) concordent bien et ne sont que légèrement inférieures aux PQP des modèles pour la période.

Hauteur totale par satellite

Image satellite mixte, infrarouge et micro-ondes, de la hauteur totale des pluies tombées entre 16 heures et 36 heures environ de la période de prévision. La hauteur maximale de précipitation (à peu près 105 mm) se situe dans l'est du bassin du Mystère et l'extrême ouest du bassin central, à l'intérieur d'une bande de valeurs élevées qui traverse le centre du bassin central en direction du sud-est.

Hauteur totale par radar

Image radar de la hauteur totale des pluies tombées entre 16 heures et 36 heures environ de la période de prévision. Les hauteurs maximales (environ 125 mm) se situent dans le centre du bassin central, à l'intérieur d'une bande de valeurs élevées qui traverse le centre-sud du bassin central, du nord-ouest au sud-est.

Alfonso et Mei examinent ensuite les plus récents hydrogrammes observés et prévus.

Mystère

Hydrogramme observé et prévu à la station sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 12 heures, avant de redescendre à 1,0 m vers 20 heures. Le niveau s'est ensuite élevé sans cesse pour atteindre environ 4,9 m à 36 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 5,1 m vers 39 heures.

Ouest

Hydrogramme observé et prévu à la station sur l'Ouest, d'après une simulation à 24 heures. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, s'est stabilisé brièvement puis est monté jusqu'au niveau de 4,0 m environ à 14 heures. Il a ensuite diminué jusqu'à une hauteur d'environ 2,0 m à 22 heures avant d'entamer une hausse régulière jusqu'à 4,5 m à 36 heures. Le débit devrait augmenter régulièrement et culminer autour de 4,8 m vers 40 heures.

Chance S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur la Chance, à 36 heures. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué et augmenté légèrement jusqu'à 16 heures, avant de s'élever régulièrement jusqu'à une hauteur d'environ 5 m à 36 heures. Le nouvel hydrogramme prévu montre que le débit se stabilise pendant l'heure suivante et commence à diminuer à 37 heures.

Chance S2

Hydrogramme observé et prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter régulièrement jusqu'à une hauteur de 6,5 m environ. Les prévisions montrent une hausse continue et régulière de l'écoulement jusqu'aux environs de 40 heures, lorsque le débit culmine à 8,3 m, hauteur légèrement supérieure au niveau critique de crue (8,2 m).

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur le Grand-Fleuve. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter légèrement jusqu'à une hauteur d'environ 7,5 m à 36 heures. On prévoit une augmentation régulière et rapide du débit jusqu'aux environs de 52 heures, pour atteindre un pic de 14,0 m, soit à peu près 1 m sous le niveau record.

Alfonso et Mei constatent avec soulagement que la Chance semble rester dans son lit dans la ville du même nom. Il n'en va pas de même ailleurs sur les autres points du fleuve, mais les crues dans les bassins de l'Ouest et du Mystère devraient commencer à baisser d'ici deux heures. Il semble encore que la crête dans le Grand-Fleuve s'approchera du niveau record. Mei actualise les communiqués publics et attend les appels téléphoniques des responsables gouvernementaux.

48 heures

La pluie a totalement cessé sur le Pays Principal et les responsables se sont entretenus avec le SHN en vue de coordonner la préparation aux inondations et les secours. Les dernières observations et prévisions montrent que les modèles ont bien fonctionné :

Mystère

Hydrogramme observé et prévu à la station hydrométrique sur le Mystère. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 2,5 m à 12 heures, avant de redescendre à 1,0 m vers 20 heures. Le niveau s'est ensuite élevé sans cesse pour atteindre environ 5,1 m à 39 heures, avant de diminuer.

Ouest

Hydrogramme observé et prévu à la station sur l'Ouest, d'après une simulation à 24 heures. L'écoulement a augmenté rapidement peu après 6 heures pour atteindre une hauteur d'environ 3,0 m à 12 heures, s'est stabilisé brièvement puis est monté jusqu'au niveau de 4,0 m environ à 14 heures. Il a ensuite diminué jusqu'à une hauteur d'environ 2,0 m à 22 heures avant d'entamer une hausse régulière jusqu'à 4,8 m à 40 heures.

Chance S2

Hydrogramme observé et prévu à la station 2 sur la Chance. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, a augmenté régulièrement jusqu'à une hauteur de 8,5 m environ avant de descendre à 7,0 m environ à 48 heures. Les prévisions montrent une diminution continue et régulière du débit jusqu'à la fin de la période de prévision.

Grand-Fleuve S1

Hydrogramme observé et prévu à la station 1 sur le Grand-Fleuve. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter légèrement jusqu'à une hauteur d'environ 12,0 m à 48 heures. On prévoit une augmentation régulière et rapide du débit jusqu'aux environs de 52 heures, pour atteindre un pic de 14,5 m, soit à peu près 0,8 m sous le niveau record.

Josef et Ana, de retour au travail avec vous, communiquent aux responsables gouvernementaux et aux services d'urgence des informations sur les dernières observations et prévisions. Ils leur disent que la crue dans le Grand-Fleuve devrait s'arrêter juste sous le niveau record. Tout le personnel du bureau s'efforce de donner les meilleurs conseils possibles pendant que le pays en a besoin.

Quelques heures plus tard, vous recevez un appel téléphonique de responsables locaux qui vous disent que la hauteur d'eau semble stabilisée et qu'on dirait, à certains endroits en périphérie nord de Grande-Ville, que le niveau commence à baisser. D'autres fonctionnaires appellent pendant l'heure suivante, ils disent la même chose et Ana leur confirme que la station 1 indique effectivement que l'écoulement diminue. Vous êtes tous soulagés que le pire ait été évité, bien qu'on ne saisisse pas très bien pourquoi les eaux de crue se retirent si rapidement, et à des niveaux nettement inférieurs à ce que les modèles et les données historiques indiquaient. Josef et Ana annoncent au personnel et aux responsables gouvernementaux qu'ils vont analyser l'événement avec soin, et rédiger un rapport à ce sujet, afin d'expliquer pourquoi les prévisions concernant le Grand-Fleuve ont été si inexactes.

Étude rétrospective

Hydrogramme observé à la station 1 sur le Grand-Fleuve. Les observations montrent que l'écoulement a fluctué autour des niveaux de base habituels pendant les 20 premières heures, avant d'augmenter régulièrement jusqu'à une hauteur d'environ 12,6 m à 50 heures puis de diminuer.

Au cours de l'évaluation conduite après la tempête, vous aidez les hydrologues principaux et Fatima à vérifier le bon fonctionnement des nombreuses stations hydrométriques gérées par le SHN. Vous observez également deux spécialistes venus réévaluer le fond du lit des cours d'eau et établir de nouvelles courbes de tarage. Grâce à ces analyses, le personnel du SHN découvre qu'un volume considérable de limon, provenant de la zone déboisée du nord, et les débris emportés lors des crues éclair ont rehaussé le fond du lit de la rivière Ouest près de l'exutoire du bassin. Il en a résulté de graves erreurs dans les tables hauteur-débit. L'actualisation de ces valeurs montre que, dans le cas de cet événement, les hauteurs étaient associées à des débits inférieurs de 15 à 30 % aux valeurs obtenues avec la relation hauteur-débit utilisée en temps réel. La même chose s'est produite dans le Mystère, quoiqu'à un degré moindre, en raison de l'affectation incessante de terres à l'agriculture près du village du même nom. Comme la relation hauteur-débit utilisée se soldait par un écoulement excessif, le débit que le modèle acheminait vers le Grand-Fleuve en aval était beaucoup trop élevé.

Le personnel du SHN est déterminé à redemander un meilleur financement public, afin qu'il soit procédé plus souvent aux relevés de l'hydromorphologie des cours d'eau, cet événement ayant montré clairement l'importance de détenir ce genre de données.

Veuillez consulter le module intitulé Propagation de l’écoulement : édition internationale, pour en apprendre davantage sur les relations hauteur-débit : https://www.meted.ucar.edu/hydro/basic_int/routing_fr/.

Ressources supplémentaires

Modules COMET utiles :

« Estimation des précipitations (1re partie) : la mesure », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/precip_est/part1_measurement_fr/

« Estimation des précipitations: 2ème partie », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/precip_est/part2_analysis/

« Modèles hydrologiques distribués pour la prévision de débit : partie 1 », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/DHM/dhm2/part1_fr/

« Modèles hydrologiques distribués pour la prévision de débit : partie 2 », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/DHM/dhm2/part2_fr/

« Introduction à la vérification des prévisions hydrologiques », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/verification/intro_fr/

« Techniques dans la vérification des prévisions hydrologiques », module COMET
https://www.meted.ucar.edu/hydro/verification/techniques_hydro_verif/

Informations sur l'estimation des précipitations par satellite :

Institut virtuel de formation à l'intégration des satellites (VISIT), liens et didacticiels
http://rammb.cira.colostate.edu/training/visit/links_and_tutorials/

CMORPH:
hhttps://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/janowiak/cmorph_description.html

HYDRO-ESTIMATOR:
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/HydroEst.php

HE Data for World:
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/HEworld.php

EUMETSAT MPE:
https://eumetview.eumetsat.int/static-images/MSG/PRODUCTS/MPE/

PERSIANN:
https://chrsdata.eng.uci.edu/

SCaMPR:
http://www.star.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/ff/SCaMPR.php

Contributeurs

Parrainages COMET

The COMET® Program bénéficie du parrainage du Service météorologique national de la NOAA et reçoit un financement supplémentaire des organismes suivants :

  • Organisation européenne pour l'exploitation de satellites météorologiques (EUMETSAT)
  • Service météorologique du Canada (SMC)
  • Service national d'information, de données et de satellites pour l'étude de l'environnement (NESDIS)
  • Commandement de la météorologie et de l'océanographie navales (NMOC)

Contribution au projet

Chef de projet/conception pédagogique/création multimédia

  • Andrea Smith — UCAR/COMET

Conseillers scientifiques principaux

  • Chris Hill — NWS (retraité)
  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET

Conseiller scientifique adjoint

  • Claudio Caponi — OMM

Conception graphique/interface

  • Brannan McGill — UCAR/COMET
  • Steve Deyo — UCAR/COMET

Administrateur principal de projet

  • Patrick Parrish — UCAR/COMET

Contribution au projet initial de cours sur les notions fondamentales d'hydrologie

Chef de projet/conception pédagogique

  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Conseillers scientifiques principaux

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET
  • Richard Koehler — UCAR/COMET

Création multimédia

  • Dan Riter — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Édition/production audio

  • Seth Lamos — UCAR/COMET

Narration audio

  • Richard Koehler — UCAR/COMET

Conception graphique/interface

  • Steve Deyo — UCAR/COMET
  • Heidi Godsil — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Essais des logiciels/assurance qualité

  • Michael Smith — UCAR/COMET
  • Linda Korsgaard — UCAR/COMET

Administration des droits d'auteur

  • Michael Smith — UCAR/COMET

Équipe d'intégration HTML COMET 2020

  • Tim Alberta — Administrateur de projet
  • Dolores Kiessling —Cheffe de projet
  • Steve Deyo — Graphiste
  • Gary Pacheco — Développeur Web principal
  • David Russi — Traductions
  • Gretchen Throop Williams — Développeur Web
  • Tyler Winstead — Développeur Web

Equipe de traduction française

  • Dr Bi Tozan Michel N'GUESSAN — Docteur-Ingénieur en Génie Civil et Environnement Enseignant-chercheur
  • Rokhaya Ba — OMM
  • Alexandre Alix — Partenariat Français pour l'Eau (PFE) / French Water Partnership (FWP)

Personnel COMET, printemps 2011

DIRECTEUR

  • Timothy C. Spangler

DIRECTEUR ADJOINT

  • Joe Lamos

ADMINISTRATION

  • Elizabeth Lessard, gestion administrative et commerciale
  • Lorrie Alberta
  • Michelle Harrison
  • Hildy Kane
  • Ellen Martinez

SUPPORT MATÉRIEL/LOGICIEL ET PROGRAMMATION

  • Tim Alberta, chef de groupe
  • Bob Bubon
  • James Hamm
  • Ken Kim
  • Mark Mulholland
  • Victor Taberski — Assistant stagiaire
  • Chris Webber — Assistant stagiaire
  • Malte Winkler

CONCEPTION PÉDAGOGIQUE

  • Patrick Parrish, administrateur principal de projet
  • Alan Bol
  • Maria Frostic
  • Lon Goldstein
  • Bryan Guarente
  • Vickie Johnson
  • Tsvetomir Ross-Lazarov
  • Marianne Weingroff

GROUPE DE PRODUCTION MÉDIA

  • Bruce Muller, chef de groupe
  • Steve Deyo
  • Seth Lamos
  • Brannan McGill
  • Dan Riter
  • Carl Whitehurst

MÉTÉOROLOGUES/SCIENTIFIQUES

  • Greg Byrd, administrateur principal de projet
  • Wendy Schreiber-Abshire, administratrice principale de projet
  • William Bua
  • Patrick Dills
  • Stephen Jascourt
  • Matthew Kelsch
  • Dolores Kiessling
  • Cody Kirkpatrick
  • Dave Linder
  • Elizabeth Mulvihill Page
  • Amy Stevermer
  • Warren Rodie

RÉDACTION SCIENTIFIQUE

  • Jennifer Hodge

TRADUCTIONS EN ESPAGNOL

  • David Russi

NOAA/SERVICE MÉTÉOROLOGIQUE NATIONAL —DIRECTION DE LA FORMATION À LA DÉCISION EN MATIÈRE DE PRÉVISION

  • Anthony Mostek, chef de service
  • Richard Koehler, responsable de la formation en hydrologie
  • Brian Motta, formation IFPS
  • Robert Rozumalski, coordonnateur des ressources scientifiques et didactiques (SOO/STRC)
  • Ross Van Til, météorologue
  • Shannon White, formation AWIPS

SERVICE MÉTÉOROLOGIQUE DU CANADA — MÉTÉOROLOGUE INVITÉ

  • Brad Snyder

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