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Modélisations des écoulements fluviaux adaptées aux observations spatiales et assimilations de données altimétriques / Thibault Malou (2022)
Titre : Modélisations des écoulements fluviaux adaptées aux observations spatiales et assimilations de données altimétriques Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Thibault Malou, Auteur ; Jérôme Monnier, Directeur de thèse ; Pierre-André Garambois, Directeur de thèse Editeur : Toulouse [France] : Institut National des Sciences Appliquées INSA Toulouse Année de publication : 2022 Importance : 207 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse pour obtenir le grade de Docteur de l'Université de Toulouse, Spécialité : Mathématiques et ApplicationsLangues : Français (fre) Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale
[Termes IGN] altimétrie satellitaire par radar
[Termes IGN] assimilation des données
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] données altimétriques
[Termes IGN] données Jason
[Termes IGN] écoulement des eaux
[Termes IGN] image Sentinel-3
[Termes IGN] modélisation spatio-temporelle
[Termes IGN] niveau de l'eau
[Termes IGN] problème inverse
[Termes IGN] réseau hydrographique
[Termes IGN] rivièreIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Ces travaux de thèse portent sur la modélisation des rivières adaptée à l'altimétrie spatiale, qui permet de mesurer la hauteur d'eau des rivières. Pour estimer le débit sur la base de ces données, les modèles mathématiques ont besoin d'être consistants avec l'échelle spatio-temporelle des observations (centaines de mètres et dizaines de jours) ainsi qu'une estimation de certaines grandeurs non-mesurées par ces satellites d'altimétrie, notamment la hauteur du fond et une paramétrisation physique (coefficient de friction).La difficulté de l'estimation du débit à partir des données altimétriques vient notamment de la pente de la surface libre, qui n'est pas non plus mesurée à une échelle assez fine. Une nouvelle méthodologie pour déterminer des lois algébriques locales d'estimation de débit (lois dites Stage-Fall-Discharge, SFD) à partir des données altimétriques issues de plusieurs satellites (e.g. Jason-3, Sentinel-3A et Sentinel-3B) est alors proposée. La méthode se base sur une modélisation hydrodynamique calibrée par assimilation des données altimétriques. Ces lois SFD sont déterminées de manière à reproduire le débit estimé par la modélisation hydrodynamique à partir de données altimétriques et de grandeurs hydrauliques simulées.Ces lois sont obtenues avec succès sur le réseau hydrographique complexe du Rio Negro-Rio Branco.La méthode devrait être applicable pour estimer le débit de manière opérationnelle.La modélisation adaptée aux observations spatiales nécessite donc de choisir des modèles cohérents avec les données disponibles et les échelles spatio-temporelles observées. De ce fait, l'équation de l'onde diffusante a l'avantage d'avoir comme variable d'état la hauteur d'eau de la rivière qui est directement mesurée contrairement au débit.Dans ces travaux, une double échelle spatio-temporelle est introduite pour prendre en compte l'échelle de la physique (petite échelle) et celle des observations (grande échelle). Les variations de la largeur sont négligeables à l'échelle de la physique, ce qui n'est pas le cas à l'échelle des observations. Une équation de l'onde diffusante adaptée à l'échelle des observations spatiales est établie. Cette nouvelle équation de l'onde diffusante prend en compte les variations de la largeur grâce à deux termes additionnels par rapport à l'équation classique.Une étude numérique met en avant que l'équation à l'échelle des observations estime avec une meilleure précision la pente de la surface libre et donc le débit par rapport à l'équation classique. Un des termes additionnels de l'équation à l'échelle des observations est aussi mis en avant grâce à une quantification de l'importance des termes d'un dictionnaire basée sur une régression parcimonieuse.Pour obtenir une estimation de la hauteur du fond et du coefficient de friction (non-observés par les satellites d'altimétrie), les données altimétriques sont assimilées dans les modèles hydrodynamiques en minimisant une fonction coût basée sur l'écart entre la hauteur modélisée et la hauteur mesurée. La qualité de cette assimilation de données dépend notamment de l'estimation de la covariance de l'erreur d'ébauche, i.e. erreur entre la valeur d'ébauche et la vraie valeur du paramètre, qui préconditionne la hessienne de la fonction coût. Cependant, cette covariance est couramment définie de manière empirique.Ainsi, ces travaux proposent une méthode pour estimer la covariance de l'erreur d'ébauche et la longueur de corrélation à partir des équations de la physique (équations de l'onde diffusante dans le cas présent) en utilisant les noyaux de Green.Ces nouveaux opérateurs ainsi que la longueur de corrélation consistante avec la physique couplée avec un noyau exponentiel décroissant donnent de meilleurs résultats que les opérateurs empiriques. Note de contenu : Introduction
1. Données satellitaires, modélisations d’écoulements fluviaux et problèmes inverses
1.1 Altimétrie spatiale et données satellitaires
1.2 Modélisation mathématique des écoulements
1.3 Problèmes inverses et assimilation de données
2. Generation and analysis of stage-fall-discharge laws from coupled hydrological-hydraulic river network model integrating sparse multi-satellite data
2.1 Introduction
2.2 Flow models and observables
2.3 Study zone and calibrated river network model
2.4 SFD calibration and analysis
2.5 Discussions
2.6 Conclusion
3. Double-scale diffusive wave equations dedicated to spatial rivers observations
3.1 Introduction
3.2 Derivation of the double-scale diffusive wave model
3.3 Numerical results
3.4 Quantification of each term importance
3.5 Conclusion
4. Covariance operators investigation from diffusive wave equations for data assimilation in hydrology
4.1 Introduction
4.2 Variational Data Assimilation based on classical covariance operators
4.3 Covariance operators from Green-like kernels of the double scale diffusive wave equations
4.4 Inference of the bathymetry zb(x) using the physically-derived covariance operators
4.5 Inference of the pair (zb, Ks)(x) from lower quality data
4.6 Conclusion
5. Travaux en perspectives et conclusion générale
5.1 Travaux en perspectives
5.2 ConclusionNuméro de notice : 26907 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : MATHEMATIQUE/POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Mathématiques et Applications : Toulouse : 2022 Organisme de stage : Institut de Mathématiques de Toulouse IMT nature-HAL : Thèse DOI : sans Date de publication en ligne : 14/10/2022 En ligne : https://hal.science/tel-03630148v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101921 Regionalization of flood magnitudes using the ecological attributes of watersheds / Bahman Jabbarian Amiri in Geocarto international, vol 35 n° 9 ([01/07/2020])
Titre : Regionalization of flood magnitudes using the ecological attributes of watersheds Type de document : Article/Communication Auteurs : Bahman Jabbarian Amiri, Auteur ; Bahareh Baheri, Auteur ; Nicola Fohrer, Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2020 Article en page(s) : pp 917 - 933 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Géomatique
[Termes IGN] bassin hydrographique
[Termes IGN] Caspienne, mer
[Termes IGN] crue
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] estimation quantitative
[Termes IGN] humidité du sol
[Termes IGN] inondation
[Termes IGN] modèle de simulation
[Termes IGN] occupation du sol
[Termes IGN] prévention des risques
[Termes IGN] régionalisation (segmentation)
[Termes IGN] ressources en eau
[Termes IGN] utilisation du sol
[Termes IGN] zone inondableRésumé : (auteur) Estimating flood discharge at ungauged sites is a significant challenge facing water resources planners and engineers during the planning and design of hydraulic structures, managing flood prone zones, and operating artificial waterbodies. Developing more robust models to improve the reliability of flood discharge estimations is thus very useful. The role of ecological attributes including land use/land cover (LULC), hydrologic soil groups (HSG), and watershed physical characteristics (area, main stream length, average slope), and watershed shape coefficients (form, compactness, circularity, and elongation) in explaining the overall variation in flood magnitude in 39 watersheds, located in the southern basin of the Caspian Sea, was investigated. As the LULC and HSG were found to play a significant role in explaining total variation (40–89%) in flood magnitudes, their inclusion in the estimation of flood magnitudes can provide more reliable estimates of flood risk and magnitude. Numéro de notice : A2020-428 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : GEOMATIQUE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1080/10106049.2018.1552321 Date de publication en ligne : 07/02/2019 En ligne : https://doi.org/10.1080/10106049.2018.1552321 Format de la ressource électronique : url article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=95494
in Geocarto international > vol 35 n° 9 [01/07/2020] . - pp 917 - 933[article]Exemplaires(1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 059-2020091 RAB Revue Centre de documentation En réserve L003 Disponible
Titre : sUAS-based remote rensing of river discharge using thermal particle image velocimetry and bathymetric lidar Type de document : Article/Communication Auteurs : Paul J. Kinzel, Auteur ; Carl J. Legleiter, Auteur Année de publication : 2019 Article en page(s) : 19 p. Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Lasergrammétrie
[Termes IGN] bathymétrie laser
[Termes IGN] Colorado (Etats-Unis)
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] données lidar
[Termes IGN] image captée par drone
[Termes IGN] image thermique
[Termes IGN] lidar bathymétrique
[Termes IGN] Matlab
[Termes IGN] rivière
[Termes IGN] série temporelle
[Termes IGN] surveillance hydrologique
[Termes IGN] vitesseRésumé : (auteur) This paper describes a non-contact methodology for computing river discharge based on data collected from small Unmanned Aerial Systems (sUAS). The approach is complete in that both surface velocity and channel geometry are measured directly under field conditions. The technique does not require introducing artificial tracer particles for computing surface velocity, nor does it rely upon the presence of naturally occurring floating material. Moreover, no prior knowledge of river bathymetry is necessary. Due to the weight of the sensors and limited payload capacities of the commercially available sUAS used in the study, two sUAS were required. The first sUAS included mid-wave thermal infrared and visible cameras. For the field evaluation described herein, a thermal image time series was acquired and a particle image velocimetry (PIV) algorithm used to track the motion of structures expressed at the water surface as small differences in temperature. The ability to detect these thermal features was significant because the water surface lacked floating material (e.g., foam, debris) that could have been detected with a visible camera and used to perform conventional Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV). The second sUAS was devoted to measuring bathymetry with a novel scanning polarizing lidar. We collected field measurements along two channel transects to assess the accuracy of the remotely sensed velocities, depths, and discharges. Thermal PIV provided velocities that agreed closely ( R2 = 0.82 and 0.64) with in situ velocity measurements from an acoustic Doppler current profiler (ADCP). Depths inferred from the lidar closely matched those surveyed by wading in the shallower of the two cross sections ( R2 = 0.95), but the agreement was not as strong for the transect with greater depths ( R2 = 0.61). Incremental discharges computed with the remotely sensed velocities and depths were greater than corresponding ADCP measurements by 22% at the first cross section and Numéro de notice : A2019-554 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.3390/rs11192317 Date de publication en ligne : 05/10/2019 En ligne : https://doi.org/10.3390/rs11192317 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=94207
in Remote sensing > vol 11 n° 19 (October-1 2019) . - 19 p.[article]
Titre : Use of high-resolution satellite data, GIS and NRCS-CN technique for the estimation of rainfall-induced run-off in small catchment of Jharkhand India Type de document : Article/Communication Auteurs : Anamika Shalini Tirkey, Auteur ; A. C. Pandey, Auteur ; M.S. Nathawat, Auteur Année de publication : 2014 Article en page(s) : pp 778 - 791 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection
[Termes IGN] analyse diachronique
[Termes IGN] bassin hydrographique
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] estimation statistique
[Termes IGN] image à haute résolution
[Termes IGN] image satellite
[Termes IGN] précipitationRésumé : (Auteur) The present study demonstrates the use of NRCS-CN technique for rainfall-induced run-off estimation using high-resolution satellite data for small watershed of Palamu district, Jharkhand. The CN model was applied to the daily rainfall data of 15 years (1986–2000) along with use of large-scale thematic maps (1:10,000) pertaining to land use/land cover using IRS-P6 LISS-IV satellite data. The LU/LC map was spatially intersected with the hydrological soil group map to calculate the watershed area under different hydrological similar units for assigning CN values to compute discharge. The study showed that Daltonganj watershed exhibits an average run-off volume of 7,881,019 m3 from an average cumulative monsoon rainfall of 821 mm and the average actual direct run-off generated during the southwest monsoon season was 203 mm. The strong correlation between rainfall and run-off as well as between observed run-off and estimated run-off indicated high accuracy of run-off estimation by NRCS-CN technique. Numéro de notice : A2014-467 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1080/10106049.2013.841773 En ligne : https://doi.org/10.1080/10106049.2013.841773 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=74044
in Geocarto international > vol 29 n° 7 - 8 (November - December 2014) . - pp 778 - 791[article]Exemplaires(1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 059-2014041 RAB Revue Centre de documentation En réserve L003 Disponible
Titre : A method to generalize stream flowlines in small-scale maps by a variable flow-based pruning threshold Type de document : Article/Communication Auteurs : Michael Tinker, Auteur ; Peter Anthamatten, Auteur ; Jeff Simley, Auteur ; Michael P. Finn, Auteur Année de publication : 2013 Article en page(s) : pp 444 - 457 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Bases de données localisées
[Termes IGN] courant fluvial
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] données hydrographiques
[Termes IGN] Etats-Unis
[Termes IGN] généralisation cartographique automatisée
[Termes IGN] hydrographie de surface
[Termes IGN] précipitation
[Termes IGN] régression
[Termes IGN] représentation cartographique
[Termes IGN] seuillageRésumé : (Auteur) The aim of this paper is to explore and describe a method of automated generalization designed to produce a map which strikes a balance between cartographic and hydrologic representations. Following a discussion of scholarly literature on generalization, we describe a novel method for automated generalization of hydrographic stream data, using the National Hydrography Data Set (NHDPlus) as an example. Traditional hydrography shows a fairly uniform density of stream flowlines over space. While this is pleasing to the eye, traditional methods tend to under-represent rivers in humid areas and over-represent them in arid areas. We address this problem through a method in automated generalization to produce a high-quality presentation of hydrographic data, suitable for display as a wall map or in an atlas. Streams are pruned based on a variable flow threshold, derived from the local mean annual precipitation by a regression equation. After running the model using different parameters, we produce a more satisfactory portrayal of stream networks in the United States that communicates the flow of water through rivers and reflects the regional climate. Specific advantages in generalizing with variable flow threshold include (1) the method allows for fine gradations in output scale; (2) the output maps tend to minimize density variations in the raw data; (3) the subjective criteria are easily derived; and (4) the method can be performed rapidly on large data sets, as long as the stream data has been enriched with reliable flow rates. Numéro de notice : A2013-765 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : GEOMATIQUE/INFORMATIQUE Nature : Article DOI : 10.1080/15230406.2013.801701 En ligne : https://doi.org/10.1080/15230406.2013.801701 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=32901
in Cartography and Geographic Information Science > vol 40 n° 5 (November 2013) . - pp 444 - 457[article]Exemplaires(1)
Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 032-2013051 RAB Revue Centre de documentation En réserve L003 Disponible PermalinkPermalinkPermalinkPermalinkPermalinkPermalinkPermalinkL'eau et la production végétale [problème de l'alimentation en eau des cultures] / Institut national de la recherche agronomique (1946 - 2019) (1963)
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