Estimating uncertainties for urban floods modelling

Incertitudes lors de la modélisation des inondations en milieu urbain

¹ Irstea, UR HHLY, Unité de Recherche Hydrologie Hydraulique, 5, rue de la Doua - CS70077 - 69626 Villeurbanne - France,
andre.paquier@irstea.fr
² Irstea, UR HHLY,
pierre-henri.bazin@irstea.fr

Abstract

Because stakes are concentrated in urban environment, flood modelling should be carried out there with high accuracy. However, uncertainties remain important because of:

- the estimate of the inputs, these inputs being either rainfalls, or flows coming from the upstream basin or from the exchanges with the sewage network;

- the complexity of the processes, which includes a frequent change of the flow regime -from subcritical to supercritical and oppositely -, the difficulty in predicting the flow distribution at the street junctions, the oscillations created by waves reflecting against , for instance, obstacles or walls of houses;

- the parameters of the flooded area: variable roughness, very irregular topography, moving obstacles in the streets, water entering the built-up areas, etc.

An assessment of these uncertainties is presented for a few examples coming from laboratory experiments or from the two-dimensional modelling of flood events in French towns. These latter results can be used in order to estimate the range of uncertainty during field studies.

Résumé

Compte tenu de la concentration des enjeux en milieu urbain, la modélisation des inondations doit y être effectuée avec le maximum de précision. Or, les incertitudes y sont fortes et tiennent à trois types de facteurs :

- à la définition des apports, que ceux-ci soient les précipitations, les débits venant du bassin amont ou les échanges avec le réseau d'assainissement ;

- à la complexité des processus qui se traduit par le changement fréquent de régime (de torrentiel à fluvial et inversement), par la difficulté de prévoir la répartition des débits aux intersections de rue ou par la création d'oscillations lors des réflexions contre, par exemple, des obstacles ou les façades des bâtiments;

- à la caractérisation du milieu qui s'effectue par : une rugosité variable, une topographie très irrégulière, la présence d'obstacles mobiles, la pénétration de l'eau dans les espaces bâtis, etc.

Pour chacun de ces types de facteurs, une estimation de l'incertitude est présentée à partir d'un ou plusieurs exemples. Ces exemples proviennent généralement d'expérimentations en laboratoire ou de résultats de modèles bidimensionnels d'événements d'inondation dans des villes françaises.

Les valeurs d'incertitude proposées varient fortement en fonction des facteurs mais aussi des variables cibles (hauteurs d'eau ou vitesses) et des caractéristiques du modèle hydrodynamique utilisé. De manière opérationnelle, il est ainsi rare d'obtenir une incertitude inférieure à 10%. Cette incertitude croît souvent si on s'intéresse à des paramètres de plus en plus locaux.