F. DELCLAUX & G. BOYER
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1.2. travailler en mode raster et Vecteur et pouvoir passer d un mode l autre pour faciliter l int gration d informations pixel image 484 F Delclaux amp G Boyer t l d tection photo a rienne MNT b existence de fonctions d analyse spatiale largies Il faut pouvoir laborer de nouvelles informations par des op rations math matiques logiques ou relationnelles sur les divers plans th matiques disponibles c ouverture aux structures de donn es standard L utilisation de donn es d origine tr s diverse la liaison avec les logiciels existants tableurs outils cartographiques et avec les p riph riques facilitent le travail d interfa age entre produits existants d possibilit de travailler en mode batch L automatisation de t ches de calcul et du d roulement de proc dures permet 1 de multiplier les traitements et de faciliter des op ration de tests et de calage 2 de r p ter les m mes op rations sur des sites diff rents pour d finir des liens entre bassins versants dits repr sentatifs ou dans la perspective de t ches op rationnelles e existence de fonctions d di es l environnement Des proc dures telles le traitement de MNT la gestion de r seau ou l interpolation spatiale largissent le potentiel du mod le hydrologique associ pour quel mod le Le choix du mod le d pend principalement de la probl matique hydrologique de
3. de savoir comment va s organiser le flux des donn es entre les deux outils et quelle sera la nature des traitements effectuer Notre travail s effectuera en deux temps a description des fonctions n cessaires au SIG pour op rer sur les informations MODLAC b valuation du potentiel d ILWIS r soudre les probl mes pos s D finition des liaisons MODLAC SIG Caract risation des mailles La complexit et le savoir faire hydrologique n cessaires la g n ration du maillage ne permettent pas d imaginer un SIG poss dant cette fonction Nous supposerons donc que le maillage a t g n r l ext rieur du SIG et mis sous forme d un fichier vecteur polygone o chaque maille est r f renc e par un num ro d ordre De mani re classique le mod lisateur superpose manuellement la repr sentation du maillage la carte th matique et en d duit les valeurs attribuer chaque maille Un SIG effectuera cette discr tisation automatiquement par des op rations de croisement de couches le plan de base est constitu par le maillage les autres plans contenant les informations th matiques La couche r sultante sera constitu e par les mailles caract ris es par les donn es projet es Le maillage ainsi d fini est export sous forme de tables pour mettre jour le fichier g om trie du mod le voir Figure 1 a attribut type de fonction de production on combine les plans occupation du sol et
4. g ologie La couche r sultante est classifi e et Exemple d utilisation d un SIG pour la gestion des donn es 479 g n ration du maillage fichier g om trie MODLAC passerelle carte th matique digitalis e fichier vecteur polygone importation preparauon dans SIG carte th matique trait e fichier vecteur polygone SIG rasterisation rasterisation fichier raster maille fichier th matique rasteris Jue H OPERATIONS SIG fichier vecteur polygone fichier raster r e r ill n maille amp attribut attribut th matique num ro maille I vectorisation exportation hors SIG exportation hors SIG passerelle passerelle m a j fichier g om trie MODLAC Fig 1 Caract risation du maillage Procedure g nerale projet e sur la couche maillage La couche finale est alors constitu e de mailles dont l attribut est l index correspondant au type de fonction de production La d termination des param tres des fonctions de production sera examin e ult rieurement attribut altitude minimale le SIG utilisera un MNT soit g n r partir des courbes hypsom triques import es soit calcul par un logiciel externe Le MNT est projet sur le maillage puis l int rieur de chaque maille on retient l altitude minimale attribut sens de drainage l utilisation d un MNT est ici vidente N anmoins la d termination du sens de drainage est complexe car MODLAC
5. altitude minimale par maille CONCLUSIONS Ad quation MODLAC ILWIS Certaines contraintes impos es par MODLAC d passent les possibilit s d ILWIS g n ration du maillage sens de drainage Ainsi il sera difficile de mettre en oeuvre ce genre de proc dure En ce qui concerne les autres op rations ILWIS r pond aux probl mes de discr tisation des donn es g ographiques sur un maillage de type MODLAC Le travail est compl ter Exemple d utilisation d un SIG pour la gestion des donn es 483 fichier point ILWIS stations dipitalis es rasterisation image raster fichier g om trie MODLAC des stations passerelle mise en relation avec une table descriptive des stations fichier vecteur polygone importation dans ILWIS fichier vecteur polygone ILWIS image raster Interpolation suivant la m thode de THIESSEN af lt 0 rasterisation image raster des fichier raster maille aires d influence CROISEMENT Table II agr gation suivant Poste Station 7 gt Lof 7 la station exportation pr dominante hors ILWIS passerelle fichier g om trie MODLAC Fig 4 D termination des aires d influence de stations par le d veloppement des outils n cessaires pour assurer les passerelles entre formats de fichiers Quel SIG Un SIG utilis dans une optique de couplage avec un mod le hydrologique doit pouvoir offrir les fonctionnalit s suivantes a capacit
6. g re un sens de drainage par maille et non par pixel Une premi re solution consiste utiliser un MNT import Il faut regrouper les pixels appartenant une m me maille puis rechercher la maille contigue d altitude minimale Le r sultat final sera une table des indices de mailles associ s aux mailles drainantes Cette m thode n est pas satisfaisante car il n y a pas de proc dure de contr le par l utilisateur sur les incoh rences topographiques Une autre solution consiste pr parer 480 F Delclaux amp G Boyer une couche r seau de drainage l aide d un logiciel adapt et poss dant ses propres outils de v rification et de correction puis faire subir cette couche les op rations d crites plus haut d attribut type de maille la recherche des mailles rivi re s effectue en parcourant le r seau hydrographique de l exutoire jusqu la derni re retenue C est cette portion de r seau d finissant les mailles rivi re qui sera projet e sur le maillage les mailles correspondantes seront d clar es et cod es en rivi re Les donn es de pluie et d ETP La gestion des donn es de pluie et ETP a deux aspects les s ries chronologiques par station tables et les aires d influence des stations donn es g ographiques a La gestion des s ries chronologiques par le SIG nous semble peu r aliste 1 la simulation du fonctionnement d un bassin versant s
7. physiographique FN valeur maximale possible de l infiltration sa variation doit aller en parall le avec celle de CQI une augmentation de sa valeur implique une r partition plus importante de l coulement souterrain dans l coulement global Ecoulement superficiel par classe physiographique QRMAX niveau maximal du r servoir superficiel une augmentation de sa valeur conduit une diminution du nombre de grandes crues CQR coefficient de vidange du r servoir superficiel une diminution de sa valeur conduit une diminution de l coulement dans la p riode de crue Infiltration par classe physiographique QIMAX niveau maximal du r servoir souterrain une augmentation de sa valeur conduit une augmentation du volume coul dans la p riode d tiage CQI coefficient de vidange du r servoir souterrain une augmentation de sa valeur conduit une augmentation rapide des d bits de base dans la p riode d tiage les param tres intervenant dans l ajustement du volume coul global et les param tres intervenant dans la forme de l hydrogramme cf Tableaux 1 et 2 DESCRIPTION DU SIG ILWIS Principes fonctionnalit s ILWIS mis au point par ITC Pays Bas est un SIG qui fonctionne dans un environnement informatique de type compatible PC La base ILWIS g re les donn es vecteur raster et table On peut tout moment importer de nouvelles cartes modifier ou d truire une couche ILWIS p
8. HydroGIS 93 Application of Geographic Information Systems in Hydrology and Water Resources Proceedings of the Vienna Conference April 1993 IAHS Publ no 211 1993 475 Exemple d utilisation d un SIG pour la gestion des donn es d un mod le hydrologique mailles carr es F DELCLAUX amp G BOYER Laboratoire d Hydrologie Institut Fran ais de Recherche Scientifique pour le D veloppement en Coop ration ORSTOM B P 5045 34032 Montpellier France R sum Le couplage SIG mod le hydrologique est d un int r t particulier pour la gestion de donn es spatialis es dans la mod lisation hydrologique Nous examinons ce probl me sous le double aspect pratique et m thodologique partir d outils existants le mod le distribu mailles carr es MODLAC ORSTOM et le SIG ILWIS ITC Apr s une description de leurs fonctionnalit s nous d finissons les op rations r aliser dans le SIG pour traiter les informations n cessaires au mod le puis nous valuons les capacit s d ILWIS r aliser ces t ches Nous d finissons enfin les caract ristiques minimales d un SIG que l on d sire interfacer avec un mod le hydrologique distribu ou global INTRODUCTION Le cadre de cette tude est la connexion entre logiciels hydrologiques et g ographiques existants et non con us l un en fonction de l autre Nous avons utilis le mod le hydrologique distribu MODLAC Girard 1992 ce mod le bas sur un
9. as de temps est journalier Les donn es des am nagements Chaque am nagement hydraulique est localis sur une maille et poss de des caract ristiques propres Pour une retenue nous aurons par exemple le niveau d eau la relation hauteur surface la date de mise en service les d bits d riv s etc Les param tres du mod le Ce sont les param tres des fonctions de production qui optimisent la restitution des donn es L op ration de calage n cessite une bonne connaissance du fonctionnement math matique et hydrologique du mod le car la proc dure est manuelle de type essai erreur Ces param tres sont class s en deux groupes Exemple d utilisation d un SIG pour la gestion des donn es 477 Tableau 1 Les param tres du mod le MODLAC ler groupe Stockage dans le sol par classe physiographique CRT niveau correspondant la capacit moyenne de r tention dans le sol Une diminution de sa valeur conduit une augmentation de la lame d eau coul e DCRT capacit minimale de r tention dans le sol Une augmentation de sa valeur conduit une augmentation des forts d bits pics sans trop faire varier le volume global RI quantit d eau initiale dans le sol une augmentation de sa valeur conduit une l g re augmentation du volume coul total et une forte augmentation en d but de p riode Tableau 2 Les param tres du mod le MODLAC 2 me groupe R servoir conceptuel par classe
10. e La Figure 3 montre le cheminement effectu pour d terminer une altitude minimale par maille Le r sultat final est une table n maille lt gt altitude minimale La Figure 4 indique comment g n rer la table n maille lt gt n station Nous avons ici utilis un module d ILWIS de calcul d aire suivant la m thode de Thiessen Aucun diagramme satisfaisant n a pu tre r alis pour l affectation d un sens de drainage aux mailles Cette question pourrait tre r solue l chelle du pixel d un MNT entre autres gr ce au logiciel DEMIURGE ORSTOM Mais MODLAC utilise des mailles de taille variable 1 32 pixels il faut donc travailler sur des ensembles de pixels De plus nous ne disposons dans ILWIS d aucun moyen de contr le interactif lors de la constitution de ce r seau nous ne sommes donc pas l abri des incoh rences hydro topographiques parfois contenues dans un MNT 482 F Delclaux amp G Boyer fichier g om trie MODLAC passerelle fichier vecteur polygone format DXF VTE G MNT importation dans ILWIS l importation raster rasterisation fichier raster MNT fichier vecteur polygone ILWIS fichier raster maille E e e CROISEMENT Table II agr gation C gt N maille Aidid a a minimum exportation table hors ILWIS iji passerelle fichier g om trie MODLAC N maille Altituda Nbre Pixels Table I Fig 3 D termination de l
11. e discr tisation de l espace en mailles carr es n cessite une quantit importante d informations g ographiques En ce qui concerne le SIG nous avons utilis le logiciel ILWIS ITC 1992 mis au point par ITC Pays Bas Cependant au del du travail particulier du couplage d un SIG avec un mod le hydrologique nous avons essay de r pondre une question plus g n rale et plus pragmatique quel SIG pour quel mod le DESCRIPTION DU MODELE HYDROLOGIQUE MODLAC MODLAC est un mod le hydrologique conceptuel bas sur une discr tisation du bassin versant en mailles carr es et fonctionnant au pas de temps journalier Ses objectifs sont la mise disposition d un outil math matique permettant de simuler divers sc narios d am nagement Le conceptuel discr tis Le mode conceptuel repose sur deux fonctions qui simulent le fonctionnement du bassin versant a la fonction de production qui value la partie de la pluie qui contribue l coulement et qui r partit la lame d eau coul e entre les diff rentes formes de l coulement b la fonction de transfert qui transforme les lames d eau produites en 476 F Delclaux amp G Boyer d bits coul s l exutoire du bassin La discr tisation permet de diviser le bassin en surfaces l mentaires homog nes sur chacune desquelles ce sch ma conceptuel est appliqu Les donn es g ographiques Le maillage Le bassin est inscrit dans un prem
12. ermet chaque type d information d tre g r ind pendamment de mettre directement en relation les donn es g ographiques avec les attributs ILWIS dissocie pour une m me couche les informations descriptives les informations g ographiques stock es dans des tables et les donn es purement graphiques Les attributs sont g r s par un gestionnaire de base de donn es relationnelle pseudo SQL 478 F Delclaux amp G Boyer Les traitements ILWIS inclut les traitements n cessaires l analyse spatiale On peut appliquer toute forme de combinaison sur les couches d information arithm tique logique relationnelle et math matique Il poss de galement des fonctions de traitement d image histogramme fonctions de transfert filtrage classification Sont galement inclus des modules de g or f ren age et de calculs statistiques Enfin l utilisation d ILWIS peut tre enti rement automatis e par un langage de commande fichiers batch Les entr es sorties ILWIS poss de un module de digitalisation de cartes et d import export pour les donn es vectorielles raster et table format DXF ARC pour les couches vectorielles TIFF GIS BMP en raster DBF DIF pour les tables L INTERFACAGE MODLAC ILWIS M thodologie L utilisation d un SIG a pour but de faciliter la mise en oeuvre du mod le dans l acquisition et la pr paration des donn es g ographiques Le probl me se pose
13. ier maillage r gulier quadrillage primaire qui permet une premi re approche de la discr tisation et un calage ais des photographies a riennes ou images satellite Ce quadrillage initial tant trop grossier pour repr senter correctement la complexit spatiale du bassin il est d coup en mailles plus fines les mailles secondaires qui permettent de respecter les caract ristiques de la zone tudi e superficie localisation des postes pluviom triques et des am nagements hydrauliques informations physiographiques Caract ristiques et attributs des mailles Des attributs sont d finis pour chaque maille physiographie altitude minimale sens de drainage type de fonction de production nature de la maille une maille est d clar e rivi re si elle contient un poste hydrom trique ou un am nagement hydraulique ou si elle est comprise entre deux mailles rivi re Sinon elle est dite maille bassin Les donn es hydrologiques Les donn es hydrologiques sont class es en deux cat gories les s ries chronologiques pluie d bit hauteur d eau ETP et les donn es des am nagements Les s ries chronologiques Les donn es de pluie et d ETP sont les seules donn es chronologiques fournies en entr e On attribue chaque station s lectionn e une aire d influence Les s ries de hauteurs d eau dans les retenues et de d bits aux stations hydrom triques sont utilis es pour le calage du mod le Le p
14. la nature du site tudi et du type et du volume de donn es traiter L int r t d un SIG dans le cas de mod les distribu s est vident la saisie et la gestion de donn es g ographiques l laboration de nouvelles informations spatiales les possibilit s de cartographie automatique et de restitution sont autant de facteurs permettant une optimisation dans la mise en oeuvre de ce type d mod le Le cas des mod les globaux est diff rent Dans cette approche le bassin versant est consid r comme une entit unique il y a peu d informations spatiales traiter les param tres du mod le ont un sens physique difficile d finir et il n est pas certain que le travail d acquisition des donn es repr sente r ellement un gain On peut n anmoins envisager le couplage SIG mod le global dans l tude de la repr sentativit de bassins versants la recherche syst matique de corr lations entre le comportement des bassins versants et leurs caract ristiques g ographiques pent tre grandement facilit e par le SIG REFERENCES Girard G 1992 Manuel d utilisation et d exploitation du model MODLAC Institut Fran ais de Recherche Scientifique pour le D veloppement en Coop ration ORSTOM Rapport interne ITC 1992 Integrated Land and Water Information System ILWIS User s Manual Version 1 3 Computer Department ITC May 1992 International Institute for Aerospace and Earth Sciences Enschede The Netherlands
15. llage attribuera chaque maille le descriptif de la station qui la caract rise Les donn es de d bit et hauteur d eau Les donn es de d bit n ont pas besoin de spatialisation La gestion des donn es de d bit est laiss e elle aussi un outil sp cialis HYDROM ORSTOM Les donn es des am nagements Le SIG peut tre utilis pour d terminer plus facilement la localisation des retenues le pourcentage d occupation de la maille par la retenue les surfaces irrigu es etc Les param tres du mod le Les param tres d pendent des classes physiographiques pr c demment d finies Ces param tres peuvent tre estim s par une relation entre les th mes occupation du sol g ologie ou d une autre variable caract ristique de l tat du bassin versant l utilisation du SIG Sous cet aspect facilitera la d termination Syst matique de ces param tres et leur optimisation ILWIS le potentiel Nous pr sentons les proc dures utiliser sous forme d organigrammes La majorit des op rations d crites dans ces Oorganigrammes ont t r alis es dans ILWIS Par contre les manipulations externes ILWIS n ont pas t programm es et sont l tat de projet La Figure 2 permet de g n rer la table n maille lt gt indice fonction de production Le probl me principal est hydrologique comment combiner les informations occupation du sol et g ologie pour d finir une valeur de la physiographi
16. ur une dizaine d ann es conduirait le SIG g rer des tables de plusieurs milliers de lignes par station et 2 ces donn es sont g n ralement g r es par d autres logiciels ce qui multiplierait le nombre de fichiers correspondants Nous choisirons donc une gestion externe des donn es fichiers vecteur ILWIS occupation CS o g ologie CO fichier g om trie MODLAC du sol l rasterisation passerelle fichier vecteur polygone format DXF VTE importation dans ILWIS combinaison type de sol occupation du sol rasterisation classification fichier raster maille fichier raster physiographie E CROISEMENT g Table I N maille fonc Prod Nbre Pixel 10 7 14 agr gation de la table I suivant la valeur pr dominante I traitement table II m a j fichier g om trie MODLAC Fig 2 D termination indice fonction de production par maille Table H Exemple d utilisation d un SIG pour la gestion des donn es 481 de pluie par des outils sp cialis s tel le logiciel PLUVIOM ORSTOM b Le calcul des aires d influence et le croisement avec le maillage est par contre typiquement une op ration SIG Celui ci devra tre quip d une fonction automatique de d limitation d aires m thode de Thiessen par exemple Sinon il sera n cessaire de calculer ou de digitaliser cette information et de l importer dans le SIG La projection de la couche aires d influence sur la couche mai
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