Les chercheurs ont identifié une nouvelle méthode – décrite comme un type d’analyse non stationnaire de la fréquence des crues – pour prédire la fréquence des crues de manière plus fiable que les modèles actuellement utilisés en tenant compte des conditions changeantes, telles que le changement climatique.
Selon des chercheurs de l’Université Xi’an Jiaotong-Liverpool, Chine; Université Chung-Ang, Corée; et l’Université de Liverpool, Royaume-Uni, l’analyse conventionnelle de la fréquence des inondations suppose que les inondations suivent les modèles historiques, et les méthodes utilisées ne tiennent souvent pas compte des conditions changeantes telles que le changement climatique, la régulation des rivières et la variation de la couverture terrestre. Cela crée un risque plus élevé de sous-estimer la fréquence et la gravité des inondations et de concevoir des infrastructures moins résilientes.
Dans une étude récente Modèles de régression linéaires, non linéaires, paramétriques et non paramétriques pour l’analyse de la fréquence des crues non stationnairespublié dans le Journal d’hydrologie, l’équipe de chercheurs propose un modèle qui est un type d’analyse non stationnaire de la fréquence des crues. Les modèles non stationnaires fournissent des estimations plus fiables pour les structures liées à l’eau et les mesures de prévention des inondations car ils tiennent compte des variations des facteurs influençant la fréquence des inondations.
Bien que l’analyse non stationnaire de la fréquence des crues soit désormais un sujet de recherche brûlant, il existe un manque de consensus sur les méthodes les plus appropriées. Les modèles existants sont soit trop compliqués soit trop chers pour être mis en pratique par des ingénieurs ou des hydrologues.
Mengzhu Chen, le premier auteur de l’article, est doctorant au département de génie civil de XJTLU. En 2021, elle a publié une étude qui utilisait un modèle différent de fréquence d’inondation non stationnaire à travers le Royaume-Uni. Cependant, elle a constaté qu’il y avait des limites à l’application de cette approche à des pratiques telles que la conception technique et la conception de structures hydrauliques.
« Nous n’avons pas été en mesure d’exprimer le modèle sous la forme d’une formule mathématique simple, ce qui le rendait difficile à interpréter et à calculer. Par conséquent, nous voulions trouver un modèle plus adapté », explique Chen.
Pour évaluer et comparer différentes techniques de modélisation dans l’étude actuelle, les chercheurs ont analysé les données historiques sur les inondations de 161 bassins versants à travers le Royaume-Uni. Ces zones, également appelées bassins versants ou bassins versants, ont des limites naturelles telles que des crêtes, des collines ou des montagnes, et toutes les eaux de surface s’écoulent vers un canal commun pour former des rivières ou des ruisseaux.
Ils ont constaté que le modèle de «régression basée sur un polynôme fractionnaire» est le plus flexible, le plus efficace et le plus convivial de tous les modèles. Cette méthode est un outil émergent dans certains domaines de recherche appliquée comme les statistiques médicales et la recherche clinique mais est actuellement très peu utilisée dans le domaine de l’hydrologie.
Combler le fossé
Chen déclare : « Actuellement, il existe un fossé entre la recherche hydraulique et la pratique, car la plupart des praticiens ne sont pas familiers avec les modèles non stationnaires, même s’ils ont gagné en popularité dans le milieu universitaire.
« Les résultats de notre récente étude fournissent des recommandations aux hydrologues et aux ingénieurs pour les aider à choisir parmi les modèles d’analyse disponibles.
« Pour les praticiens, le modèle polynomial fractionnaire que nous proposons dans notre article peut être un outil supplémentaire précieux pour l’application. Il peut être exprimé sous forme de formule mathématique et est plus convivial.
«Après tout, l’objectif principal de l’analyse de la fréquence des crues non stationnaires est de fournir des estimations pour la conception, la construction et la gestion des infrastructures liées à l’eau.
« Néanmoins, il y a encore un long chemin à parcourir avant que les méthodes non stationnaires puissent être largement utilisées dans la pratique. Une approche plus conviviale, simple et généralement acceptée pour l’analyse de la fréquence des crues non stationnaires mérite toujours d’être explorée à l’avenir », a déclaré Chen.
« Nous avons également besoin d’une enquête plus approfondie sur les facteurs sous-jacents complexes qui influencent la fréquence des inondations pour aider à nous préparer aux futurs événements météorologiques extrêmes », ajoute-t-elle.
L’équipe de recherche est composée de Mengzhu Chen et du professeur Konstantinos Papadikis de XJTLU, du Dr Changhyun Jun de l’Université Chung-Ang et du professeur Neil Macdonald de l’Université de Liverpool.
