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Hydrologie spatiale sur les fleuves et zones inondées

Par gohs — Dernière modification 06/06/2013 10:33

Les résultats de la thématique « Hydrologie spatiale sur les fleuves et zones d'inondation » se déclinent selon trois axes : validation sur les fleuves de données d'altimétrie collectées par les différentes missions d'altimétrie spatiale, interprétation des séries temporelles en terme de variabilité climatique interannuelle, et intégration de ces séries dans des modèles hydrodynamiques.


Il est important de noter que les eaux de surfaces n'ont encore fait l'objet d'aucune mission spatiale et que l'équipe est très fortement impliquée dans une proposition de mission dédiée aux eaux de surface continentales (voir fiche mission spatiale SWOT).



Validation des mesures d'altimétrie spatiale sur les fleuves

Suite aux travaux préliminaires menés dans l'équipe depuis plusieurs années et qui ont conduit à caractériser les problèmes spécifiques à l'utilisation des données d'altimétrie radar sur les fleuves, l'équipe a entrepris la constitution d'une base de données de hauteurs d'eau sur les eaux de surfaces continentales (fleuves, zones inondées, lacs), à l'aide des missions Topex/Poséidon, Jason-1, ERS-2, ENVISAT et GFO (voir fiche HydroWEB).


La validation des séries temporelles de hauteur d'eau sur les fleuves a été réalisée pour un certain nombre de stations altimétriques (intersection de la trace du satellite avec le fleuve) par comparaison avec des données in situ (M. Cauhope, 2005)

Au problème du prétraitement, se superpose le problème de la validité des corrections de propagation qu'il faut appliquer aux mesures pour calculer les hauteurs d'eau. Afin de tester/valider les corrections, des campagnes GPS et ADCP ont été conduites dans le basin du Rio Negro en Amazonie pour comparer les hauteurs déduites de l'altimétrie à des hauteurs effectivement mesurées in situ (Frappart et al. 2005a). L'équipe travaille aussi à la validation des données de l'altimètre laser ICESat sur les fleuves (Calmant et al., 2005; Seyler et al.2005).







Variabilité inter-annuelle des niveaux d'eau des fleuves et des plaines inondées

Plusieurs études menées à partir des séries temporelles de hauteurs d'eau déduites de l'altimétrie spatiale dans plusieurs grands basins hydrographiques ont eu pour objectif d'étudier la réponse des eaux de surface à la variabilité climatique saisonnière et interannuelle. La figure 1 ci-dessous présente les inondations saisonnières des plaines du delta du Mékong liées à la mousson.

Alors que la mousson culmine en août, l'inondation est maximale en octobre. On note aussi une importante variabilité interannuelle (Frappart et al., 2006). Un autre exemple concerne le bassin de la Plata en Amérique su sud mettant en évidence le lien entre fluctuations interannuelles des hauteurs d'eau des fleuves Parana et Paraguay, précipitations et événement ENSO de 1997-1998 (Maheu et al., 2003).

Hydrologie spatiale e-fig1


Figure 1 : Variations du niveau d'eau de la plaine inondée dans le delta du Mékong : la grande inondation de 2000 est liée à un épisode de mousson particulièrement intense en 2000. L'année 1998 est en revanche caractérisée par une faible inondation. (Frappart et al., 2006). Image SPOT5 du Delta du Mekong



Etude des débits des fleuves et des volumes d'eau de surface

Pour quantifier les flux hydrauliques, il est important de déterminer non seulement des hauteurs d'eau mais aussi les débits. L'équipe s'est engagée dans cette voie en établissant des courbes de tarage reliant mesures in situ de débits et mesures de hauteurs par altimétrie.

L'intérêt de cette approche est qu'il suffit de 2-3 ans de mesures in situ pour établir une courbe de calibration qui permet ensuite de calculer des séries temporelles de débits sur la durée de vie d'une mission d'altimétrie spatiale (14 ans pour Topex/Poséidon) (Kouraev et al., 2004 ; Zakharova et al., 2005). Un exemple est présenté sur la figure 2 pour le fleuve Amazone.


Hydrologie spatiale e-fig2

Figure 2 : Estimation du débit de l'Amazone à Juatarana d'après Topex/Poséidon (en rouge) et mesures in situ (en bleu).
La courbe du bas en vert représente la différence entre les débits et mesures déduits de Topex/Poséidon.
(Zakharova et al., 2005)

Un autre volet des études menées dans l'équipe (en collaboration avec le LMTG) concerne la détermination des variations temporelles des volumes d'eau de surface dans les bassins hydrographiques.

La détermination des volumes se base sur l'utilisation combinée des hauteurs d'eau altimétriques des zones inondées et des surfaces déduites de l'imagerie spatiale radar ou visible.

Plusieurs études de ce types ont été réalisées ; par exemple sur le bassin du Rio Negro (Amazonie) (Frappart et al., 2005b) et sur le bassin du Mékong. (Frappart et al., 2006). La figure 3 montre l'évolution du volume d'eau dans le bassin du Mekong au cours de l'inondation saisonnière, basée sur l'analyse combinée de hauteurs d'eau ENVISAT et de données NDVI de l'instrument Vegetation sur SPOT-4 (d'après Frappart et al., 2006).

La détermination des variations spatio-temporelles du volume d'eau des plans d'eau de surface par cette méthode et du volume total (eaux des sols plus eaux de surface) déduit de GRACE permet d'estimer la part due à l'eau des sols et le déphasage éventuel entre les fluctuations des eaux superficielles et profondes.

Un troisième volet des études menées dans l'équipe concerne enfin le « routage » des flux avec assimilation de hauteurs altimétriques dans des modèles hydrodynamiques (Leon et al., 2005) et la mesure de pentes hydrauliques le long des fleuves (Seyler et al., 2005).

Hydrologie spatiale e-fig3

Figure 3 : Evolution du volume d'eau dans le bassin du Mekong au cours de l'inondation saisonnière.

Contacts : S. Calmant, J.F. Crétaux, F. Frappart, K. Do Minh, A. Kouraev, E. Zakharova, M.C. Gennero,
N. Mognard-Cambell, A. Cazenave

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