Développement d'une procédure de calibration et d'analyse de l'incertitude automatisée pour tout modèle hydrosédimentaire basé sur le logiciel SRH-1D

«La modélisation numérique des rivières est essentielle pour cartographier les zones inondables, étudier la sédimentation et l’érosion en rivière, quantifier les conséquences d’une rupture de barrage et mener des études environnementales. Devant la demande de réduction des incertitudes due à la complexité croissante des projets, les ingénieurs sont confrontés à deux problèmes : 1. la calibration manuelle fastidieuse des modèles hydrosédimentaires et 2. le faux sentiment de justesse des modèles causé par l’application du principe de modélisation déterministe. Des méthodes de calibration et d’analyse de l’incertitude automatisées sont couramment utilisées en hydrologie pour répondre à ces problématiques. Cependant, en hydraulique, la calibration par essais erreurs et l’analyse de sensibilité manuelle sont encore largement répandues dans la pratique. Afin de répondre aux problématiques soulevées, OptiSRH-1D, un outil de calibration et d’analyse de l’incertitude automatisé a été développé pour les modèles 1D de rivière. Cet outil combine le logiciel d’optimisation PEST et le modèle hydrosédimentaire SRH-1D. Il inclut six algorithmes d’optimisations qui peuvent être utilisés pour obtenir les paramètres qui minimisent l’écart entre les valeurs calculées par SRH-1D et les valeurs observées. Cet outil est adapté à la calibration de paramètres continus et discontinus comme le choix de l’équation de transport de sédiments. Le logiciel OptiSRH-1D comprend un module d’analyse de l’incertitude basé sur le principe de modélisation probabiliste. Ce module peut fournir un intervalle de confiance sur les prédictions permettant de représenter l’impact de l’incertitude associée à la modélisation hydrosédimentaire et aux intrants hydrologiques (débit en régime permanent ou non permanent). En régime non permanent, une fonctionnalité a été développée pour générer un ensemble d’hydrogrammes qui considère l’incertitude associée aux paramètres de brèche pour la rupture des barrages en remblais par submersion.»

Abstract

«Numerical modeling of rivers is an essential tool to map flood plains, to study river sedimentation and erosion, to quantify the consequences of dam failures, and to conduct environmental studies. As the need for accuracy arises due to the growing complexity of projects, engineers are facing two problems: 1.the tedious manual calibration of hydrosedimentary models and 2. the false sense of accuracy conveyed by deterministic modeling. Automatic calibration and uncertainty analysis methods are commonly used in hydrology to address these issues. However, in hydraulics, trial-and-error calibration and manual sensitivity analysis are still prevailing in practice. To address these issues, OptiSRH-1D, an automated calibration and uncertainty analysis tool, was developed for 1D river models. This tool combines the PEST optimization software with the SRH-1D hydrosedimentary model. It includes six different optimization algorithms that can be used to obtain the parameters that minimize the discrepancy between the values calculated by SRH-1D and the observed values. The tool is suitable for calibrating continuous parameters (Manning coefficient, critical shear stress, hiding factor, etc.) and/or discrete parameters such as the choice of the sediment transport equation. The uncertainty analysis module has been developed based on the probabilistic modeling approach. It can provide a likely range of predictions to represent the impact of the uncertainty associated with hydrosedimentary modeling and hydrological inputs (steady-state or unsteady-state flow). For unsteady-state flow, a feature has been developed to generate a set of hydrographs that consider the uncertainty associated with breach parameters for the failure of embankment dams by overtopping.»