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Utilisation des données du MRCC15 pour la détermination de la distribution spatiale optimale du réseau d’observations météorologiques en modélisation hydrologique distribuée et globale

Arsenault, Richard (2012). Utilisation des données du MRCC15 pour la détermination de la distribution spatiale optimale du réseau d’observations météorologiques en modélisation hydrologique distribuée et globale. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’objectif de cette étude est de déterminer s’il existe un nombre optimal de stations météorologiques dans un réseau d’observations utilisé à des fins de modélisation hydrologique. Puisqu’il n’existe pas assez de données réelles dans les emplacements faiblement peuplés, tels que les milieux nordiques, pour parvenir à réaliser une telle étude, un monde virtuel a été utilisé. Les données du Modèle Régional de Climat Canadien à 15 km de résolution (MRCC15) ont servi à créer une base de données complète sur le bassin de la rivière Toulnustouc. Trois modèles hydrologiques ont été utilisés, dont deux modèles globaux (HSAMI et HMETS) et un modèle distribué (Hydrotel). Les stations météorologiques servant d’intrants aux modèles hydrologiques ont été choisies de manière à optimiser la performance hydrologique des modèles tout en minimisant le nombre desdites stations. Un algorithme génétique d’optimisation multi-objective a été mis en place pour déterminer les stations à utiliser et, par conséquent, leur emplacement optimal.

Il a été démontré que le nombre de stations à utiliser pour le bassin versant virtuel de la rivière Toulnustouc devrait être d’au moins deux (2) mais ne pas dépasser cinq (5), et ce, peu importe le modèle hydrologique utilisé. L’ajout de stations supplémentaires ne procure aucune augmentation de la performance des modèles hydrologiques. L’algorithme d’optimisation démontre que les bonnes combinaisons de deux ou trois stations sont plus performantes en calage que si une haute densité de stations avait été utilisée. De plus, il a été démontré qu’un nombre élevé de stations placées au hasard se traduit par une variance plus faible dans la performance des modèles hydrologiques. Deux conclusions peuvent être directement tirées de cette étude :

1) Si un bassin doit être muni d’un réseau d’observation météorologique et que les stations sont placées de manière stratégique, il est possible d’obtenir des bases de données d’aussi bonne qualité pour la modélisation hydrologique en mode calage avec un faible nombre de stations que si un réseau de haute densité avait été utilisé

2) Si les stations sont placées aléatoirement sur le bassin versant, et s’il est financièrement acceptable de le faire, il est avantageux d’en installer le plus grand nombre possible pour réduire la variance des modélisations.

Résumé traduit

The objective of this study is to determine the optimal density of a weather station network when being used for hydrological modelling. Since there are no dense enough networks in sparsely populated areas, such as in Northern Canada, to perform such a study, a virtual world was used. Data from the Canadian Regional Climate Model at 15 km resolution (CRCM15) was used to create a virtual network of stations with long and complete series of meteorological data over the Toulnustouc River basin. Three hydrological models were used in this study. Two are lumped (HSAMI and HMETS) while the last is distributed (Hydrotel). The weather stations to be fed to the models were selected in order to minimize the number of stations while maintaining the best hydrological performance possible. A multi-objective genetic algorithm was put in place to determine which stations were to be used, and by the same occasion, where the stations should be located.

It was shown that the number of stations making up the network on the virtual Toulnustouc River basin should be at least two (2) but not higher than five (5), no matter what hydrological model is chosen. The optimization algorithm showed that combinations of two or three stations can result in better hydrological performance in calibration than if a high density network was fed to the models. Furthermore, it was shown that a high number of stations will definitely reduce the variance related to the selection of the stations to be used. Two conclusions can be reached through this study:

1) If a basin must be fitted with a weather network, it is possible to install a relatively small amount of stations in strategic locations and still get as good hydrological model performance in calibration mode as if a high density network was used;

2) If stations must be positioned randomly on the river basin and if financial resources are plentiful, it is advantageous to build a network as dense as possible to reduce model output variability.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’école de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise en génie de la construction". Bibliogr. f. [97]-100.
Mots-clés libres: Modélisation hydrologique Hydrologie Méthodes de simulation Stations météorologiques Bassins hydrographiques MRCC15, réseau d’observation, densité optimale, optimisation multi-objective
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Brissette, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt: 28 juin 2012 15:35
Dernière modification: 02 mars 2017 20:16
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1006

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