ArcHydro : détermination des bassins versants d’un territoire (1)

Nous allons utiliser ArcHydro pour calculer les différents bassins versants d’un territoire. Il est important de connaître les différentes étapes pour arriver au résultat, mais aussi de savoir sur quelles hypothèses on se base. En effet, les hypothèses utilisées par ArcHydro ne sont pas les seules existantes pour faire ce travail, par contre elles sont les seules disponibles dans le cadre d’ArcGis.

La détermination des bassins versants se fait en suivant les étapes:

    1- Détermination de la direction d’écoulement
    2- Détermination de l’accumulation d’écoulement
    3- Détermination du réseau d’écoulement
    4- Segmentation du réseau d’écoulement
    5- Détermination du bassin versant de chaque tronçon du réseau d’écoulement
    6- Fusion des bassins versants de chaque élément pour constituer des bassins versant de la taille souhaitée.

1- Détermination de la direction d’écoulement

Chaque cellule du MNT est entourée par 8 autres cellules.
directions d'écoulement
Le principe d’ArcHydro est d’établir vers quelle cellule s’écoule l’eau, à partir de la cellule centrale. Pour cela il calcule la pente entre la cellule centrale et les 8 cellules environnantes. Il considère que l’eau s’écoule vers la cellule qui a la pente la plus forte.
Cette hypothèse est une des bases d’ArcHydro, mais elle n’est pas universelle. D’autres algorithmes (non disponibles avec ArcGis) considèrent que, bien qu’il y ait un écoulement plus important vers la cellule avec plus forte pente, il y aura un écoulement vers toutes les cellules plus basses que la cellule centrale.

Pour suivre le processus nous allons utiliser le MNT corrigé lors des articles précédents (ArcHydro : 2- Préparer un MNT corrigé pour l’hydrologie – 1ère partie et ArcHydro : Préparer un MNT corrigé pour l’hydrologie – 2ème partie).

Pour calculer la direction d’écoulement cliquez sur « Terrain Preprocessing »-> « Flow direction »
calcul de la direction d'ecoulement
Le résultat montre les différentes directions d’écoulement calculées à partir du MNT.
carte des directions d'écoulement

2- Détermination de l’accumulation d’écoulement

La deuxième étape consiste à calculer combien de cellules s’écoulent, en amont, vers chacune des cellules du MNT.
calcul de l'accumulation d'écoulement

Quand aucune cellule s’écoule vers la cellule considérée, la valeur est de 0. Quand plusieurs cellules s’écoulent vers la cellule considérée, la valeur est égale à la somme de valeurs d’écoulement de ces cellules.

Pour calculer la direction d’écoulement cliquez sur « Terrain Preprocessing »-> « Flow accumulation »
Les seuls champs à renseigner sont le raster en entrée (Flow direction) et le nom du raster en sortie.

Le résultat se présente comme suit:

carte de l'accumulation d'écoulement

3- Détermination du réseau d’écoulement

Pourquoi réseau d’écoulement et pas réseau hydrographique? Le réseau hydrographique répertorie les « cours d’eau ». La qualification de cours d’eau repose essentiellement sur les deux critères suivants :

  • la présence et la permanence d’un lit naturel à l’origine, distinguant ainsi un cours d’eau d’un canal ou d’un fossé creusé par la main de l’homme;
  • la permanence d’un débit suffisant une majeure partie de l’année.
  • Dans notre cas, on ne tiendra pas compte de ces critères. Nous allons construire un réseau seulement à partir des données d’accumulation. On construit un réseau à partir d’un seuil d’accumulation, par exemple 150. Ceci revient à dire que, du moment où l’accumulation atteint 150 cellules, on considère que l’on est sur un tronçon de notre réseau hydrographique. Ceci est complètement indépendant du fait que cette cellule se trouve ou non sur le tracé d’un cours d’eau « officiel ». Il est clair qu’à partir d’un certain seuil, on se trouvera forcément sur les cours d’eau « officiels ».

    La définition du seuil ne répond à aucune règle absolue. Il dépend de l’objectif de l’étude, de la taille de votre zone d’étude, du type de terrain, bref, de beaucoup de paramètres. Ceci dit, ça ne vous avance pas beaucoup. Alors, comment trouver la bonne valeur?

    Dites vous que vous allez, à la fin du traitement, obtenir une photographie de l’ensemble de votre territoire. La valeur que vous allez choisir ici, pour créer votre réseau hydrographique, s’apparente au grain de votre photo. C’est la taille la plus petite pour laquelle vous pourrez avoir une information. En fonction de votre objectif, et sachant que plus vous ajoutez de la définition à votre photo, plus long et compliqué est le processus, vous devez trouver un bon compromis. Il est inutile d’ajouter de la définition très fine si vous ne recherchez qu’une vue globale, et il serait malvenue de choisir un gros grain si vos objectifs sont des études de détail de votre territoire.

    Pour calculer le réseau d’écoulement cliquez sur « Terrain Preprocessing »-> « Stream definition ». La fenêtre de définition s’ouvre:

    construction du réseau d'écoulement

    Vous pouvez rentrer soit le nombre de cellules d’accumulation, soit la surface moyenne de bassin versant à partir desquelles on considère qu’il y a « cours d’eau ». Ce qui est très utile c’est que, dès que vous rentrez une des deux valeurs, ArcHydro calcule automatiquement l’autre.

    Pour notre exemple, nous rentrons 150 cellules, ce qui correspond à un bassin versant d’environ 0,84 km².

    Le résultat de la commande est le suivant:
    carte du réseau hydrographique calculé

    Dans le prochain article on utilisera ce réseau calculé pour obtenir les bassins versants.

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