Le document présente l'application des systèmes d'information géographique (SIG) dans la modélisation hydrologique, illustrant comment ces technologies permettent d'analyser et de simuler les hydrologies en cas d'événements extrêmes avec une approche méthodologique détaillée. En utilisant des données variées, telle que la pluviométrie et les modèles numériques d'élévation, les recherches visent à estimer le débit de crue et le temps critique de réponse dans les bassins versants. La conclusion souligne que, malgré les limitations, les SIG offrent des outils précieux pour les modélisations hydrologiques, optimisant ainsi la gestion des ressources en eau.

1. UTILISATION DES SIG DANS LA
MODÉLISATION HYDROLOGIQUE
Présenté par :
TAIBI ABDELBASSAT
M’KAMLI MOHAMED
Encadré par : Mr Bouziane

2.  Plan
I. Introduction
II. Application des SIG dans la détermination HU
1. Description générale de la méthodologie
2. Les données
3. La méthodologie de calcul
4. Résultat
III. Conclusion

3. I. Introduction
 L'évolution technologique au cours des dernières années, en particulier dans le
domaine de la géo-informatique, a offert de nouvelles opportunités dans la
modélisation hydrologique. Les efforts actuels visent à optimiser les modèles
existants, à les évaluer (avec des méthodes statistiques, des analyses de
sensibilité, des données de terrain, etc.), à les combiner et à les comparer, et
surtout à en recommander de nouveaux sur la base d'idées originales et d'outils à
venir. Une partie de ces nouvelles technologies, peut-être la plus importante, est
occupée par les systèmes d'information géographique (SIG) et la télédétection
(RS). Ces technologies sont à la pointe des géosciences modernes et trouvent
une application directe dans l'analyse et la modélisation des phénomènes
naturels et la recherche dans des secteurs clés comme l'hydrologie.
 L'analyse hydrologique basée sur le SIG a un large éventail d'applications dans
les événements naturels qui nécessitent des recherches, une planification et une
gestion optimale. Une aide importante pour mettre en œuvre cette méthodologie
est l'augmentation constante des données numériques gratuites disponibles
(topographiques, morphologiques, météorologiques, couverture du sol, données
spatialement distribuées, etc.), offertes par des projets internationaux, bases de
données numériques nationales et de nombreuses autres sources disponibles.

4. II. Application des SIG dans la modélisation hydrologique
 1. Description générale de la méthodologie:
L’analyse hydrologique basée sur le SIG a une très grande variété d'applications dans
les événements naturels et les catastrophes naturelles. Cette partie de présentation
sert à mettre en évidence l'apport des SIG dans l'analyse et la simulation
hydrologique en présentant une analyse empirique.
L'objectif fondamental de cette simulation est d'estimer le débit de crue de pointe,
dérivé d'un événement de précipitations extrêmes, ainsi que le temps critique pour
atteindre ce pic juste après le pic de précipitations. Pour ce faire, un hydrogramme
unitaire synthétique (UH) est obtenu en estimant la courbe temps-zone. La courbe
(histogramme) de l'espace-temps montre la relation spatio-temporelle pendant
laquelle l'eau s'écoule dans le bassin. Cette courbe peut être exprimée avec une
reclassification de la concentration temporelle à des intervalles de temps
spécifiques. Ces périodes de temps sont distinguées par des isochrones. Ce sont les
lignes à l'intérieur du bassin versant.

6. 2. Données et Méthodes :
2.1. Données:
Le concept de base de la simulation est l'analyse du ruissellement dans un
environnement SIG en fonction d'une tempête spécifique. Les données d'initiation
nécessaires à cette simulation sont:
La pluie :
Le modèle peut incorporer divers types de données pluviométriques. Plus
précisément, les données dérivées des stations pluviométriques peuvent être
utilisées. Dans ce cas, leur utilisation dépend du nombre de stations de jaugeage
météorologiques. Ainsi, par exemple, s'il n'y a qu'une seule station pluviométrique
dans le bassin hydrographique (c'est-à-dire la zone d'étude), les données
pluviométriques sont entrées dans le modèle (la simulation) en tant que
précipitations cumulées (nombre unique). La distribution des précipitations est
utilisée après la modélisation pour construire l'hydrogramme de crue. Cette
simulation ne prend en compte que la distribution temporelle des précipitations
(modélisation temporelle).

7. La figure ci-dessus présente les types de données pluviométriques les plus courants pouvant être
utilisés dans le modèle. La figure 1a montre une zone d'étude qui n'est couverte que par une seule
station pluviale. La figure 1b présente une zone d'étude qui est couverte par de nombreuses
stations pluviométriques (c'est pourquoi les polygones de Thiessen sont utilisés), et la figure 1c
montre six présentations raster différentes d'une pluviométrie cumulée de 3 heures (chacune) et
toutes ensemble (dans un rangée) couvrent l'ensemble de l'événement d'inondation.

8. Coefficient de rugosité de Manning :
Afin d'effectuer la simulation, le coefficient de rugosité de Manning est nécessaire. La
construction d'une telle couche nécessite une carte d'occupation des sols/occupation des
sols de la zone d'étude. Chaque type de sols est affecté aux valeurs de coefficient de
rugosité de Manning à l'aide de tables de recherche appropriées comme celle du tableau 1

9. Les model numérique d’élévation MNE:
Les modèles numériques d'élévation ont été utilisés, au cours des dernières
décennies, parallèlement au développement des SIG, afin de dériver des propriétés
hydrologiques et hydrogéomorphologiques telles que les cours d'eau, les bassins, la
direction du débit, l'accumulation de débit, la longueur du débit et l'ordre des cours
d'eau. De nos jours, le développement de la technologie satellitaire permet d'obtenir
une très grande précision des données de télédétection en termes de topographie du
paysage. Alternativement, les données générées à partir de la numérisation des cartes
topographiques peuvent être utilisées après avoir appliqué les algorithmes appropriés
afin de créer un MNT, par exemple, l'algorithme ANUDEM. l'analyse hydrologique basée
sur le SIG, l'utilisation des MNT est exceptionnelle et d'une importance critique. La
taille de la cellule d'un MNT détermine en grande partie la précision de l'analyse qui
est effectuée à chaque fois.

11. 3. Méthodologie de calcul
méthodologie qui est présentée dans ce model est en fait basée sur l'estimation du temps
de concentration afin de construire une couche d'isochrones. En conséquence, des calculs
ont été effectués pour le temps d'écoulement dans le bassin, à la fois pour l'écoulement du
canal et l'écoulement de surface. Afin de discrétiser ces deux types de débit d'eau, un seuil
approprié sur l'accumulation de débit doit être sélectionné. Cela peut être fait en plusieurs
itérations jusqu'à ce que la couche de flux reflète la réalité. Par conséquent, les deux types
d'écoulement sont séparés, et il en résulte également une détermination et une
cartographie du réseau de drainage. le débit dans le canal (Q en m3/s) de la rivière est
calculé selon l'équation 1 :
Q =( R*flux d’accumulation*(taille de cellule)²)/Tr
où R est la quantité de précipitations (en mètres) et TR est la durée des
précipitations (en secondes).

12. Les cellules présentant une accumulation de flux élevée sont des zones de flux concentré qui peuvent être
utilisées pour identifier des canaux d'écoulement. Les cellules présentant une accumulation de flux nulle sont
des zones topographiques locales élevées qui peuvent être utilisées pour identifier des crêtes
Le temps de trajet (T dans s) dans chaque cellule a été calculé à partir de la distance
parcourue en utilisant comme trame de poids le 1/V comme illustré par l' équation :
T=longueur de l’écoulement *(1/ V)
Avec V est la vitesse de l’écoulement dans le canal, calculée par la formule de
Manning

13. Enfin, afin d'estimer le temps d'écoulement et les isochrones (c'est-à-dire les courbes
qui relient les zones du bassin où le ruissellement a besoin du même temps pour
atteindre la sortie du bassin), il est nécessaire de reclasser les valeurs de temps de
parcours T.

14. 4. Résultat
La théorie des hydrogrammes des unités de temps-espace, comme on l'appelle,
inaugure une association spécifique entre le temps de trajet T et une partie du
bassin versant supérieur qui peut contribuer au ruissellement pendant ce temps de
trajet T. La zone la plus proche de l'exutoire du bassin contribuera à
l'hydrogramme de ruissellement plus tôt que les autres zones situées à la limite du
bassin versant. Cette méthode indique que le bassin versant est divisé en zones de
temps de trajet approximatif (isochrones). Ces lignes à temps de parcours égal
sont appelées isochrones. Par conséquent, l'histogramme temps-zone est en fait
converti en un hydrogramme.

17. Conclusion
 Malgré les hypothèses/limitations du modèle, la modélisation proposée fournit une
estimation significative de la valeur maximale du débit et de l'heure de pointe
d'une crue.
 L'introduction de la technologie SIG a conduit les chercheurs à développer des
automatisations de traitement des données et à produire des modèles de
simulation fiables. Ils apprécient la réputation et le bien-être d'une telle
technologie qui leur permet d'évaluer les données, de faire face aux
complications, de générer des approches de visualisation instinctives et de tirer
des conclusions avec une plus grande efficacité.