Modélisation distribuée

Exemple de maillage de données distribuées sur un bassin.

Une approche de modélisation véritablement distribuée est une approche qui représente les processus à travers des éléments de modèle distincts à haute résolution. Cela peut être effectué de manière maillée, ou à travers des sous-bassins plus petits, des plans d'écoulement, des réseaux triangulaires irréguliers ou des unités de réponse hydrologique. Cette approche fournit des prévisions détaillées en de nombreux points d'un bassin. Par souci de simplicité, nous examinerons ici le concept de modélisation distribuée selon l'approche en réseau de mailles.

Avec ce type d'approche, chaque cellule a des paramètres permettant ses propres estimations de débit. Le débit à n'importe quel point du maillage peut être estimé mathématiquement. Un inconvénient de la modélisation distribuée vient du fait que des données d'entrée supplémentaires sont requises pour chaque cellule. Si ces données ne sont pas disponibles, elles doivent en quelque sorte être estimées, en introduisant un facteur d'incertitude.

Comparaison de données distribuées de précipitations et de ruissellement de surface sur le maillage d'un bassin.

Ci-dessus, nous observons les données de précipitations et de ruissellement du maillage d'un bassin. Très peu de pluie est tombée sur la partie supérieure du bassin. Il n'y a pas de réponse du ruissellement au point A. De faibles quantités de pluie sont tombées au milieu du bassin, donc le ruissellement montre une légère réponse au point B.

Les pluies les plus abondantes sont tombées dans la partie inférieure du bassin entraînant un débit de pointe important et rapide au point C.

Une simulation globale pour ce bassin ne montrerait que les effets moyens sur l'ensemble du bassin. Elle sous-estimerait le début de pointe au point C et le délai au point C serait faussement retardé.

Le modèle distribué, cependant, est capable de saisir la variabilité spatiale des précipitations et de produire une simulation plus raisonnable au point C ainsi que des estimations de débit aux points A et B.

Données distribuées montrant la connectivité des cellules dans le maillage d'un bassin.

Dans cette illustration, nous voyons les vecteurs de débit vers l'aval pour chaque cellule. Des paramètres et des équations basés sur la physique sont utilisés pour transporter les débits d'une cellule à l'autre jusqu'à l'exutoire.

Gardez à l'esprit que cela représente une estimation de la trajectoire du ruissellement. Nous observons que certaines parties du bassin ne sont pas prises en compte dans la conversion vers la représentation du maillage. Dans le même temps, d'autres zones qui se trouvent réellement à l'extérieur du bassin sont incluses dans la zone maillée.

L'ancien Institut d'hydraulique danois, un groupe de conseil international à but non lucratif opérant sous le nom de DHI, a développé une suite de modèles qui simulent de nombreux processus hydrologiques en fonction des besoins. MIKE 11, le modèle pluie-débit, peut être exécuté à plusieurs niveaux de complexité, en fonction des besoins et des données disponibles. Il peut être exécuté en mode global qui simule uniquement les ruissellements de surface, écoulement hypodermique et écoulement de base ou il peut être exécuté en mode entièrement distribué qui simule le ruissellement, les écoulements hydrologiques et hydrauliques et d'autres processus comme les échanges nappe-rivière. Il existe des types de modèles pluie-débit intermédiaires qui incluent une approche de modélisation évènementielle, aussi bien qu'une fonction de calcul de l'humidité du sol et une fonction semi-distribuée. Ceux-ci et divers autres outils de modélisation de l'eau de DHI sont répandus dans le monde à la fois pour les activités de prévision opérationnelle ainsi que pour la recherche. Pour plus d'informations, veuillez consulter le site Web de DHI : http://www.mikebydhi.com

Les modèles hydrologiques distribués sont toujours plus répandus et deviennent spatialement complexes au fur et à mesure que des technologies comme le radar Doppler, les systèmes de positionnement global (GPS) et les systèmes d'information géographique (SIG) sont de plus en plus utilisées dans la création de bases de données géoréférencées et maillées.