Modélisation des niveaux d’étiages

La volonté de prévoir les étiages a vu le jour dans les années 1980, lors du développement par le BRGM du modèle global à réservoir GARDENIA. Aujourd’hui, l’utilisation de ces outils s’est largement répandue afin d’aider les acteurs de l’eau dans leur mission de gestion de l’eau.

Sommaire de l’article :

  1. Modèles conceptuels : la mise en place d’indicateurs représentatifs
  2. Modèles maillés et globaux : la prévision des niveaux et des débits d’étiage
  3. Les modèles globaux développés à l’échelle du bassin Seine-Normandie ?

L’objectif principal des outils d’aide à la gestion en étiage est d’émettre pour les « n » mois à venir (durée de la prévision), une prévision probabiliste des débits et des niveaux piézométriques, à partir d’une situation hydrologique donnée (état de remplissage des aquifères et débit   des cours d’eau à la date d’émission de la prévision).

Ces outils opérationnels doivent permettre aux acteurs de l’eau de répondre aux questions de gestion qui se posent en période d’étiage :

  • Anticipation de la mise en place d’éventuelles actions pour préserver la ressource en eau (restrictions de prélèvement d’eau  , choix des cultures…)
  • Définition des indicateurs piézométriques pour la prévision de l’étiage des rivières
  • Soutien d’étiage (maintien d’un débit   minimum) et gestion de barrages–réservoirs (exemple des « Grands Lacs de Seine »)

Modèles conceptuels : la mise en place d’indicateurs représentatifs

L’analyse critique des chroniques piézométriques et de débits permet :

  • de rechercher des séries aussi représentatives que possible du fonctionnement du bassin versant   étudié
  • de définir des indicateurs représentatifs du fonctionnement du bassin versant   étudié

Le fonctionnement schématique de l’hydrosystème est représenté grâce au calcul d’autocorrélogramme de débits et de niveaux piézométriques.
Les graphiques d’autocorrélogramme obtenus permettent notamment d’observer les cycles annuels et pluriannuels et la présence d’étiages soutenus des cours d’eau.

L’analyse des relations nappes-rivières est basée sur la représentation schématique du fonctionnement de l’hydrosystème à travers l’élaboration des corrélogrammes croisés débit   de la rivière / niveau piézométrique  . Les piézomètres dont les niveaux sont les mieux corrélés avec les débits du cours d’eau sont ainsi sélectionnés comme indicateur représentatif pour la modélisation.

Les graphiques doivent être lus uniquement pour les valeurs en abscisses supérieures à zéro (relation dans le sens niveau -> débit   exprimée en jours). Une corrélation est d’autant plus forte qu’elle est proche de 1 (axe des ordonnées). Le seuil de significativité est souvent pris égal à 0,6 (ce qui représente d’ores et déjà une corrélation forte).

Corrélogramme croisé des niveaux piézométriques à Criquiers avec les débits de la Bresle à Pont-et-Marais (BRGM, Bault V et Bessière H., 2012)"
Corrélogramme croisé des niveaux piézométriques à Criquiers avec les débits de la Bresle à Pont-et-Marais (BRGM, Bault V et Bessière H., 2012)

Modèles maillés et globaux : la prévision des niveaux et des débits d’étiage

Du fait de leur rapidité de mise en œuvre, les modèles globaux ou boîte noire sont le plus souvent utilisés dans la prévision des étiages. Le bassin versant   est alors assimilé à un ou une succession de réservoirs (avec échanges).

Un modèle maillé, plus lourd à caler, permettra d’obtenir des résultats spatialisés, à chaque maille. Ce modèle peut être couplé avec des données géoréférencées de prévisions de volumes prélevés, d’objectifs de débits fixés sur les rivières, etc…

Il a été calé en basses eaux, afin d’évaluer l’exploitabilité de la ressource en eau souterraine de la nappe de la craie   de la Somme pour mieux anticiper et gérer les situations de crise en matière de sècheresse. Sur la base d’une analyse du comportement hydrogéologique de la nappe, d’une part, et de l’examen des prélèvements réalisés sur le bassin, d’autre part, un découpage du bassin de la Somme en sept unités de gestion a été opéré. Pour chaque unité de gestion, des couples piézomètre  /station de jaugeage ont été proposés. Enfin, des seuils de gestion ont été définis pour chaque couple piézomètre  /station de jaugeage, sur la base de débits d’objectif biologique (DOB).

Les modèles globaux développés à l’échelle du bassin Seine-Normandie ?

Dans le bassin Seine-Normandie, de nombreux bassins versants ont fait l’objet de modélisations globales, avec pour objectif la prévision des débits et des niveaux durant la période d’étiage de l’année en cours.

De telles démarches peuvent également être engagées lors de la détermination des volumes d’eau disponibles en fonction des conditions climatiques (volumes prélevables), tout en préservant les usages et le bon état des milieux aquatiques.

Pour en savoir plus :

Principales références bibliographiques des études réalisées à l’échelle du bassin Seine-Normandie par le BRGM

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