Influence de la mesure du débit sur l’incertitude liée au calcul de flux de mes et de carbone organique particulaire. Application sur un cours d’eau alpin (l’Isère à Grenoble, France)

Influence of flow measurement uncertainty related to the calculation of TSS and particulate organic carbon fluxes: application to an alpine river (Isère, France)

¹ Université Grenoble Alpes, CNRS, IRD, LTHE, F-38000 Grenoble, France
e-mail : julien.nemery@grenoble‑inp.fr
² Grenoble-Alpes Métropole, Grenoble, France

Résumé

L’estimation des flux particulaires (sédiment en suspension et substances associées telles que la matière organique ou les micropolluants) est un enjeu majeur dans les rivières de montagne. Une base de données haute fréquence (30 minutes) de débit, matières en suspension (MES) et carbone organique particulaire (POC) sur l’Isère à Grenoble a été utilisée pour le calcul des flux annuels et pendant des crues majeures sur 6 années de mesures (2006‑2011). L’étude présente une méthode de calcul d’incertitude des flux basée sur des simulations Monte Carlo utilisant les erreurs sur les relations entre mesure en continu et mesure expérimentale (hauteur/débit, MES/Turbidité, MES/POC). L’effet du débit sur le calcul d’incertitude est analysé pour différents scenarios d’erreur (0, 3, 10, 20 et 30 % et utilisation d’un débit moyen journalier). La méthode permet d’estimer des incertitudes inférieures à 10 % pour les flux annuels de MES et POC quel que soit le scénario. En revanche, les incertitudes sont plus importantes pour les événements de crue (jusqu’à 30 % avec l’utilisation d’un débit moyen journalier). Il ressort de l’étude que l’influence de l’erreur sur le débit est relativement moins importante que celle des erreurs déterminées sur les paramètres MES et POC. Il est également montré que le débit moyen journalier peut entrainer d’importantes incertitudes sur les calculs de flux notamment en période de crues, durant lesquelles une grande partie du flux de MES annuel de l’Isère peut avoir lieu. Il ressort de l’étude que la base de données haute fréquence reste la meilleure alternative pour une bonne estimation des flux.

Abstract

Particulate Flux estimation (suspended sediment and associated substances such as organic matter or micropolutants) is a major issue in mountain rivers. A database of high‑frequency (30 minutes) discharge, suspended solids (TSS) and particulate organic carbon (POC) on Isère River in Grenoble was used for the calculation of annual fluxes and during major floods over 6 years (2006‑2011). Fluxes were calculated by summing the 30 minutes fluxes. The study presents a method for calculating uncertainty fluxes based on Monte Carlo simulations using the errors on the relationships between continuous measurement / experimental measurements (height / flow, TSS / Turbidity, TSS / POC). In particular, the effect of discharge for the calculation of uncertainty is analyzed for different error scenarios (0, 3, 10, 20, 30 % and using a mean daily discharge). The method allowed estimating uncertainties < 10 % for annual fluxes of TSS and POC whatever the scenario. However, uncertainties are more important for flood events (up to 30 % with the use of a mean daily discharge). It appears from the study that the influence of the error on the discharge is relatively less important than the errors on the parameters MES and POC. It is also shown that the mean daily discharge should be avoided for flux calculations and that high frequency database remains the best alternative for a good estimate of the fluxes.