Développement d’un modèle semi-empirique de prévision de la surcote due au vent sur le lac Champlain

Loiselle, Guillaume (2021). Développement d’un modèle semi-empirique de prévision de la surcote due au vent sur le lac Champlain. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La prévision des niveaux d’eau du lac Champlain est une composante clef du processus de prévision des inondations dans la région de la rivière Richelieu. Ces prévisions sont normalement réalisées avec des modèles hydrologiques qui prennent en considération uniquement les paramètres hydriques (précipitation, fonte, évapotranspiration, etc.), mais qui ne considèrent pas l’impact du vent sur les niveaux du lac. En effet, lorsque le vent souffle avec intensité sur un grand réservoir pendant une longue période de temps, un phénomène appelé « surcote » peut se produire. Cette surcote est le résultat du frottement entre le vent et la surface de l’eau et se traduit par une différence entre le niveau moyen et le niveau à l’exutoire du lac. L’objectif de cette étude est de créer un modèle semi-empirique de prévision de la surcote sur le lac Champlain dans le but d’améliorer la prévision des débits, et donc des inondations, dans la rivière Richelieu. Le modèle proposé utilise les prévisions de la vitesse et de la direction du vent à plusieurs endroits sur le lac, ainsi que la vitesse des rafales en plus d’être calibré sur plusieurs paliers de vitesses différents. Le modèle est calibré sur des observations provenant de stations météorologiques et hydrométriques et est validé sur un échantillon indépendant d’observations. L’étude présente aussi une comparaison entre le modèle proposé et un modèle développé par le USACE, inspiré de la formulation de Zuider Zee, réalisée sur vingt évènements de surcote survenus entre 2017-2019 en utilisant les données de prévisions de cinq systèmes numériques de prévision météorologiques (GDPS, RDPS, HRDPS, NOAA et ECMWF). Les données de prévision des cinq systèmes ont fait l’objet d’une correction de biais par quantiles. Les résultats montrent que le modèle proposé arrive à correctement prédire les évènements de surcote au moins 72 heures d’avance, une performance supérieure à celle du modèle du USACE. Ultimement, l’inclusion de la vitesse du vent et de la force des rafales à plusieurs endroits sur le lac améliore significativement la performance du modèle.

Titre traduit

A Semi-Empirical Wind Set-Up Forecasting Model for Lake Champlain

Résumé traduit

The precision of Lake Champlain’s water level estimation is a key component in the flood forecasting process for the Richelieu River. Hydrological models do not typically take in consideration the effects of the wind on the water level (also known as wind set-up). The objective of this study is to create an empirical wind set-up forecast model for Lake Champlain to ultimately improve flood forecasting during high-wind events. The proposed model uses wind speed and direction across the Lake, as well as wind gusts and atmospheric pressure difference between both ends of the Lake as inputs. The model is calibrated to a subset of the observations and evaluated on an independent sample. The model is tested and compared to a variant of the Zuider Zee equation on twenty wind set-up events that have occurred between 2017 and 2019 using hindcast data from five different numerical weather prediction systems (GDPS, RDPS, HRDPS, NOAA and ECMWF). A quantile mapping-based forecast calibration scheme is implemented for each of the forecast products to correct biases in the forecast products. The results show that events are successfully predicted by the proposed model at least 72 hours in advance. These results are better than the other comparative models found in the literature and tested herein. Overall, significant improvements are obtained by including wind speed and wind gusts from different weather stations.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 89-93).
Mots-clés libres:	surcote, prévisions, prévision numérique du temps, lac Champlain, rivière Richelieu
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Arsenault, Richard
Codirecteur:	Codirecteur Poulin, Annie Martel, Jean-Luc
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	25 nov. 2021 18:43
Dernière modification:	25 nov. 2021 18:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2797

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