{"id":538,"date":"2015-02-26T09:30:26","date_gmt":"2015-02-26T08:30:26","guid":{"rendered":"http:\/\/www.sigterritoires.fr\/?p=538"},"modified":"2023-04-28T14:58:03","modified_gmt":"2023-04-28T12:58:03","slug":"lhydrologie-avec-un-sig-pour-les-nuls-que-nous-sommes-calcul-de-lecoulement1","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sigterritoires.fr\/index.php\/lhydrologie-avec-un-sig-pour-les-nuls-que-nous-sommes-calcul-de-lecoulement1\/","title":{"rendered":"L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’\u00e9coulement(1)"},"content":{"rendered":"

Une citation pour d\u00e9buter l’article:
\n\u00ab\u00a0De la m\u00eame mani\u00e8re que le manuel d\u2019un traitement de texte ne vous apprend pas \u00e0 \u00e9crire une nouvelle ou un po\u00e8me ou qu\u2019un tutoriel de CAO ne vous montre pas comment calculer la taille d\u2019une poutre pour un b\u00e2timent, ce guide ne vous apprendra rien sur l\u2019analyse spatiale. A la place, il vous montrera comment utiliser l\u2019environnement des Traitements QGIS qui est un outil puissant pour r\u00e9aliser des analyses spatiales. Il est de votre responsabilit\u00e9 d\u2019apprendre les concepts qui seront indispensables \u00e0 la compr\u00e9hension de ce type d\u2019analyses. Sans eux, vous n\u2019arriverez pas \u00e0 utiliser l\u2019environnement et ses algorithmes m\u00eame si vous pouvez \u00eatre tent\u00e9 de le faire.\u00a0\u00bb (Documentation QGis)<\/p>\n

Dans cette s\u00e9rie d’articles, on ne va pas essayer de vous apprendre l’hydrologie. Nous allons juste ouvrir quelques portes qui restent, le plus souvent ferm\u00e9es. Si cela ne vous apprend pas l’hydrologie, au moins nous esp\u00e9rons glisser le doute sur ce que vous faites, doute qui vous permettra d’apprendre (si vous le souhaitez).<\/p>\n

Dans les articles consacr\u00e9s au calcul des bassins versants (ArcHydro : d\u00e9termination des bassins versants d\u2019un territoire (1<\/a>), A rcHydro : d\u00e9termination des bassins versants d\u2019un territoire (2)<\/a>) vous pourrez remarquer que la base de pratiquement tous les calculs que nous avons fait est la couche des directions d’\u00e9coulement (Flow direction)<\/p>\n

Cette couche constitue l’\u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 de l’analyse hydrologique. De nombreuses alternatives existent, chacune d’elles ayant ses avantages et ses inconv\u00e9nients. Les expliquer en d\u00e9tail prendrait trop de temps, et nous allons simplement pr\u00e9senter les id\u00e9es qui sont int\u00e9ressantes d’un point de vue pratique, afin que vous puissiez avoir une id\u00e9e de la diff\u00e9rence d’utiliser une m\u00e9thode ou une autre.<\/p>\n

Fondamentalement, les m\u00e9thodes peuvent \u00eatre divis\u00e9s en deux groupes: celles qui consid\u00e8rent le flux comme un d\u00e9placement entre les centres des cellules et celles dans lesquelles les flux se d\u00e9placent \u00ablibrement\u00bb dans le MNT (algorithmes \u00ab\u00a0Flow tracing\u00a0\u00bb). Celles du premier groupe sont en relation avec la m\u00e9thode D8 (la plus ancienne et la seule que vous trouverez dans ArcGis), tandis que celles du deuxi\u00e8me sont plus complexe et son utilisation est plut\u00f4t restreinte.<\/p>\n

Une autre classification peut \u00eatre faite s\u00e9parant celles qui consid\u00e8rent un flux unidimensionnel (commun\u00e9ment appel\u00e9s algorithmes de direction d’\u00e9coulement unique) et ceux qui consid\u00e8rent un \u00e9coulement bidimensionnel (algorithmes de direction d’\u00e9coulement multiple). En d’autres termes, les premier consid\u00e8rent que l’\u00e9coulement d’une cellule se fait sur une, et une seule, autre cellule, tandis que les deuxi\u00e8mes consid\u00e8rent que l’\u00e9coulement peut se faire sur plus d’une cellule contigu\u00eb de la cellule consid\u00e9r\u00e9e.<\/p>\n

Pour rester sur des logiciels connus, nous allons voir les diff\u00e9rentes options propos\u00e9es par QGis, sachant que sous ArcGis il n’y a pas de choix possible. D’autres m\u00e9thodes peuvent \u00eatre utilis\u00e9es par des logiciels sp\u00e9cifiques au calcul hydrologique.<\/p>\n

Avec QGis, vous avez les choix entre 8 m\u00e9thodes de calcul de la direction d’\u00e9coulement:<\/p>\n

D\u00e9terministe 8 (D8): La m\u00e9thode classique, impl\u00e9ment\u00e9e dans ArcGis. Le flux va du centre d’une cellule jusqu’au centre d’une (et seulement une) des cellules environnantes. Les directions de flux sont donc limit\u00e9es \u00e0 des multiples de 45 \u00b0, ce qui est la raison principale des inconv\u00e9nients de la m\u00e9thode. (O\u2019Callaghan, J. F. y Mark D.M. The extraction of drainage networks from digital elevation data. Computer
\nVision, Graphics and Image Processing 28: 323\u201344. 1984<\/a>).<\/li>\n

Rho8: Comme la pr\u00e9c\u00e9dente, mais avec une composante stochastique qui devrait am\u00e9liorer les r\u00e9sultats. Le sens de circulation est d\u00e9termin\u00e9e par un argument al\u00e9atoire qui d\u00e9pend de la diff\u00e9rence entre l’orientation (\u00ab\u00a0aspect\u00a0\u00bb) et la direction des deux cellules voisines adjacentes. (Fairfield, J.; Leymarie P. Drainage networks from grid digital elevation models. Wat. Resour. Res. 27(5):709\u2013717, 1991).<\/li>\n

D\u00e9terministe infinie (D\u221e): Le flux passe d’une cellule \u00e0 deux cellules environnantes contigu\u00ebs, constituant ainsi un \u00e9coulement bidimensionnel, ce qui permet de r\u00e9soudre les inconv\u00e9nients de la m\u00e9thode D8. (Tarboton, D.G.; Shankar, U. (1998), The Identification and Mapping of Flow Networks from DigitalElevation Data, Invited Presentation at AGU Fall Meeting, San Francisco, 1998).<\/li>\n

Braunschweiger Digitales Reliefmodell: Un autre algorithme de direction de flux multiple. L’\u00e9coulement est divis\u00e9 entre la cellule environnante dont l’orientation est la plus proche de l’orientation (\u00ab\u00a0aspect\u00a0\u00bb) de la cellule centrale et de ses deux cellules adjacentes. (Bauer, J.; Rohdenburg, H.; Bork, H.-R. Ein Digitales Reliefmodell als Vorraussetzung fuer ein deterministisches Modell der Wasser- und Stoff-Fluess, Landschaftsgenese und Landschaftsoekologie, H.10, Parameteraufbereitung fuer deterministische Gebiets-Wassermodelle, Grundlagenarbeiten zu Analyse von
\nAgrar-Oekosystemen, (Eds.: Bork, H.-R.; Rohdenburg, H.), p.1\u201315, 1985).<\/li>\n

FD8 : un algorithme de calcul d’itin\u00e9raire d’\u00e9coulement bidimensionnel d\u00e9riv\u00e9 du D8. (Quinn, P.F.; Beven, K.J.; Chevallier, P.; Planchon, O.; The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modelling using digital terrain models, Hydrological Processes, 5: 59\u201379. 1991).<\/li>\n

algorithme de routage cin\u00e9matique (KRA). Un algorithme d’\u00e9coulement de flux unidimensionnel. L’\u00e9coulement se comporte comme une balle qui roulerait sur le MNT, sans restreindre sa position au centre des cellules. (Lea, N. L. An aspect driven kinematic routing algorithm. En Parsons, A. J.; Abrahams, A. D. Overland Flow: Hydraulics and Erosion Mechanics, New York, Chapman & Hill. 1992).<\/li>\n

R\u00e9seau Mod\u00e8le Num\u00e9rique de Terrain (Network DEMON): Le plus complexe. Un algorithme de tra\u00e7age de flux bidimensionnel. Tr\u00e8s gourmand en temps de calcul (Costa-Cabral, M. C.; Burges,S. J. Digital elevation model networks (DEMON): A model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas. Wat. Resour. Res. 30: 1681\u201392. (1994)<\/a>).<\/li>\n

Le meilleur moyen de les comparer c’est de les appliquer tour \u00e0 tour sur le m\u00eame terrain et voir le r\u00e9sultat du calcul du flux d’\u00e9coulement.<\/p>\n

Pour cela, nous allons utiliser QGis et son module de traitements. Pour beaucoup d’utlilisateurs de QGis, ce module est inconnu, car dans les versions pr\u00e9c\u00e9dentes il fallait l’activer pour qu’il soit accessible. A partir de la version 2.6 il est install\u00e9 par d\u00e9faut. Voil\u00e0 comment y acc\u00e9der.
\n $\"ouverture$ <\/a>
\nEt voil\u00e0 comment \u00e7a se pr\u00e9sente;
\n $\"fen\u00eatre$ <\/a><\/p>\n

Cette fen\u00eatre permet de lancer des traitement ext\u00e9rieurs \u00e0 QGis. Nous allons utiliser les traitements disponibles dans SAGA pour illustrer le calcul du flux d’\u00e9coulement.<\/p>\n

Pour mieux les comparer, au lieu de les appliquer \u00e0 un terrain plus ou moins complexe, nous allons les appliquer \u00e0 un MNT fictif correspondant \u00e0 une semi-sph\u00e8re.
\n $\"mnt$ <\/a><\/p>\n

Nous allons donc calculer les directions d’\u00e9coulement sur ce terrain. Afficher les directions de chaque cellule ne nous apporterait pas grand chose, par contre afficher le r\u00e9sultat de l’accumulation de flux est beaucoup plus parlant. Cette couche d\u00e9coule du calcul des directions d’\u00e9coulement et montre le nombre de cellules amont pour chaque cellule du raster.<\/p>\n

Si vous souhaitez faire vous-m\u00eame les test, vous pouvez t\u00e9l\u00e9charger le mnt de test en cliquant ici<\/a>.<\/p>\n

Premi\u00e8re m\u00e9thode : D8<\/h2>\n
C’est la m\u00e9thode utilis\u00e9e par ArcGis et ArcHydro. Le flux est calcul\u00e9 selon la pente la plus importante entre la cellule consid\u00e9r\u00e9e et ses 8 cellules contigu\u00ebs.
\nC’est donc un flux unidimensionnel: toute l’eau de la cellule passe vers une et une seule autre cellule.<\/p>\n
Dans QGis vous utiliserez, dans la fen\u00eatre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (parallel)<\/p>\n
$\"commande$ <\/a><\/p>\n
Parmi les diff\u00e9rentes couches r\u00e9sultat, celle qui nous int\u00e9resse c’est la couche \u00ab\u00a0catchment area\u00a0\u00bb. Voici le r\u00e9sultat pour cette m\u00e9thode:<\/p>\n
$\"flux$ <\/a><\/p>\n
Etant donn\u00e9 que nous sommes sur une semi-sph\u00e8re, le flux d’\u00e9coulement devrait \u00eatre homog\u00e8ne. Par contre on voit bien que le fait de n’avoir que des options s\u00e9par\u00e9es par 45\u00b0 (d’une cellule on ne peut que aller vers une des 8 directions correspondantes aux 8 cellules contigu\u00ebs) introduit un biais en cr\u00e9ant des zones d’accumulation forte dans ces directions (0\u00b0,45\u00b0,90\u00b0,…)<\/p>\n
Dans le prochain article nous verrons les r\u00e9sultats pour les autres m\u00e9thodes de calcul.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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