Quantification de l’impact de l’incertitude météorologique sur les prévisions de température de l’eau d’une rivière

Charles, Paul (2022). Quantification de l’impact de l’incertitude météorologique sur les prévisions de température de l’eau d’une rivière. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Prévoir efficacement la température de l’eau des rivières est essentiel pour en garantir la qualité et anticiper les menaces pouvant atteindre les écosystèmes. Pour les bassins versants gérés, prévoir cette variable permet d’en adapter le débit, qui est un facteur influençant grandement les variations thermiques d’une rivière. Dans ce contexte, ce sont les prévisions météorologiques qui deviennent la source principale d’incertitude des prévisions de température de l’eau. L’objectif de ce projet est ainsi de quantifier l’impact de l’incertitude météorologique sur les prévisions de température de l’eau d’une rivière dont les débits sont influencés par l’opération de systèmes hydriques.

L’effort de recherche a été effectué sur la Rivière Nechako (Colombie-Britannique). Des prévisions de température de l’eau ont été produites à l’aide du logiciel HEC-RAS et de prévisions météorologiques probabilistes. Les prévisions météorologiques ont ensuite été manipulées en adaptant les délais considérés, pour réduire fictivement leur incertitude et produire de nouveaux ensembles thermiques. L’incertitude des différentes prévisions a été caractérisée d’après leur finesse, leur précision, et leur fiabilité.

Les résultats ont montré que les prévisions de température de l’eau étaient significativement améliorées au niveau de la finesse des ensembles et de leur précision individuelle. Néanmoins, aucun impact notable n’a été remarqué concernant la précision probabiliste des ensembles. Concernant la fiabilité, il est apparu que les prévisions thermiques originales étaient sousdispersées, et que ce défaut était accentué lorsque la démarche impactant l’incertitude était appliquée. Des causes probables de cette faiblesse ont été discutées.

Finalement, les analyses conduites montrent que manipuler l’incertitude des prévisions météorologiques a un impact significatif sur l’incertitude des prévisions de température de l’eau d’un bassin versant géré. Chercher à réduire l’incertitude météorologique pour d’autres rivières permettrait certainement d’impacter celle de leurs prévisions thermiques. Néanmoins, il conviendra alors d’identifier les forces et faiblesses des prévisions originales, afin de cibler les besoins spécifiques du bassin versant étudié.

Titre traduit

Quantifying the impact of meteorological uncertainty over the water temperature forecasts of a river

Résumé traduit

Producing river water temperature forecasts is crucial to guarantee water quality and to anticipate the threats that could impact ecosystems. For a managed watershed, forecasting this variable allows adapting the streamflow to respond to thermal threats, since it is an important influencing factor of the river thermal variations. In this context, it is the meteorological forecasts that become the main uncertainty source for water temperature forecasts. Thus, the goal of this project is to quantify the impact of meteorological uncertainty over the water temperature forecasts of a managed watershed.

The Nechako River, a managed river system in British-Columbia, is used in this project as a study case. Probabilistic water temperature forecasts were produced by feeding meteorological forecast ensembles into the HEC-RAS model of the river. This process was then reproduced by introducing variations over the meteorological lead-time, in order to reduce their uncertainty and produce new water temperature forecasts. The uncertainty of the different ensembles was considered using three characteristics: their sharpness, their accuracy, and their reliability.

The results of this study show that the thermal forecasts were indeed significantly improved in terms of their sharpness and their individual accuracy, but no significant impacts were noted over the probabilistic accuracy of the ensembles. Reliability was also investigated, and it was revealed that water temperature forecast ensembles were initially under-dispersed over the Nechako River, and that this issue was exacerbated when the HEC-RAS model was forced with more certain ensemble weather forecasts. The geographical disposition of the river and the meteorological forecast’s reliability are considered and discussed as causes of this issue.

In the end, the analysis showed that acting on the meteorological uncertainty has a significant impact on the uncertainty of water temperature forecasts of a managed watershed. Looking into meteorological uncertainty reductions over other such managed watersheds could certainly help to reduce the thermal uncertainty. Nevertheless, it would then be necessary to identify the strengths and the weaknesses of the original forecasts prior to any adaptations, to aim for the specific needs of the studied watersheds.

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 avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 64-69).
Mots-clés libres:	température de l’eau, prévisions, incertitude, délai de prévision, ensembles probabilistes
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Arsenault, Richard
Codirecteur:	Codirecteur Poulin, Annie
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	22 juin 2022 17:13
Dernière modification:	22 juin 2022 17:13
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3022

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