Possibility and usefulness flood series reconstruction, for the study of extreme floods in small watersheds. Case study of four small tributaries of the Aude river, France.
Faisabilité et utilité du recueil de données historiques pour l'étude des crues extrêmes de petits cours d'eau - Etude du cas de quatre bassins versants affluents de l'Aude
Résumé
This study deals with the estimation of flash flood frequency, in small watersheds of the French Mediterranean area. In order to improve statistical analysis of these events, the idea developped was to gather, as made as possible, historical information concerning floods over a two century period. Four small tributaries of the Aude river (south-east of France) were studied. Each of them has a catchment area of less than 200 km2. For historical information gathering, a methodology that already gave successful results in the case of larger French rivers was applied. Using this methodology it was possible to identify archive sources that were of real interest to the particular case of small watersheds. These sources are essentially local archive collections ("archives départementales", archives from hydrometry and flood warning services). On the other hand, national archive collections ("Archives Nationales", M.Pardé collection, and the ENPC's historical collection) contained little useful information, and archives from newspapers were equally disappointing. Archive documents that were finally used, come essentially from the "Services des Ponts et Chaussées" or the "Services Vicinaux" (archives located in the S and O series in the Archives Départementales collection). Nevertheless, in the four cases studied these documents gave sufficient information to build historical flood series of one to two centuries in length. The perception thresholds associated with these series, and also the peak discharge of the main historical floods, could be estimated. Considering the large uncertainty of these estimations, discharges were represented in the form of possible upper and lower bounds. The statistical study of these series first reveals the high heterogeneity of flood peak discharges among the four studied watersheds. The usefulness of historical data is then highlighted, for the selection of appropriate statistical distributions for the series, as well as for the fitting of these distributions. As only short systematic series are used, the application of such methods, which consist of fitting a statistical distribution to the observed series, can lead to very important errors. Historical data make these methods more reliable, even in the case of very limited information (number of times a threshold is exceeded, or information limited to just one historical flood). In comparison, the Gradex method appears much more robust when only systematic data is available. This method gives flood quantile estimates that are largely coherent with historical data. Moreover, the variability of flood discharges among the four case studies is well represented using this method, due to high variations of the shape factor (this factor must be carefully estimated in each case). Finally, in order to extend these results to other watersheds, especially ungauged ones, the reasons for this variability on flood discharges must first be better understood.
Ce mémoire traite de l'estimation de la fréquence d'occurrence des crues éclair, dans des petits cours d'eau de la région méditerranéenne. Pour préciser l'étude statistique de ces événements, relativement rares, l'idée développée a été de reconstituer des historiques de crues sur une période pouvant aller jusqu'à deux siècles. Quatre petits cours d'eau affluents de l'Aude, dont la surface n'excède pas 200 km2, ont été étudiés. Une méthodologie de recherche d'informations historiques, déjà appliquée avec succès à des cours d'eau français plus importants, a été reprise. Elle a permis de mettre en évidence les fonds d'archives dignes d'intérêt dans le cas de l'étude des cours d'eau de petite taille. Ces fonds sont essentiellement locaux (archives départementales, et archives des services de l'état chargés de l'hydrométrie et de l'annonce des crues). Les fonds à caractère national (Archives Nationales, fonds M.Pardé, fonds historique de l'ENPC), en revanche, présentent un intérêt secondaire, et l'exploitation des archives de la presse s'est également avérée décevante. Les documents d'archives finalement valorisés proviennent pour l'essentiel des Services des Ponts et Chaussées, et des Services Vicinaux (séries S et O aux Archives Départementales). Ces documents s'avèrent suffisamment riches, dans les quatre cas étudiés, pour reconstituer des historiques de crues d'une durée d'un à deux siècles. Il est également possible d'évaluer le seuil de perception associé à ces séries, ainsi que le débit de pointe des principales crues. Les estimations de débit réalisées restent toutefois incertaines et ont pour cette raison été représentées sous forme d'intervalles de débits possibles. L'exploitation statistique de ces séries met tout d'abord en évidence l'hétérogénéité des débits de crues parmi les cours d'eau étudiés. L'intérêt des données historiques est ensuite clairement mis en évidence, à la fois pour effectuer le choix de distributions statistiques aptes à représenter les séries observées, puis pour préciser le calage de ces distributions. Il apparaît surtout que les risques d'erreurs sont extrêmement importants, lorsque ces méthodes consistant à ajuster des distributions statistiques aux séries observées, sont appliquées à partir des séries systématiques de courte durée. Les informations historiques permettent de fiabiliser ces méthodes, même lorsque les informations valorisées sont très incomplètes (par exemple limitées au décompte des dépassements d'un seuil ou à une crue historique unique). Par comparaison, la méthode du Gradex apparaît beaucoup plus robuste lorsque seules les données systématiques sont disponibles. Elle donne des résultats très cohérents avec les données historiques, et reproduit notamment très bien, à condition d'évaluer correctement le facteur de forme, la variabilité des débits parmi les bassins étudiés. Mais cette variabilité des débits devra tout de même être mieux expliquée, avant d'espérer extrapoler les résultats obtenus à des bassins non jaugés notamment.