Acquisition et nettoyage des données

Ce projet de recherche fait partie d’une collaboration entre l’École de technologie supérieure et la Universidad Veracruzana du Mexique. Il a inclus un stage d’études de trois mois au Mexique, avec comme objectifs principaux l’acquisition de données de terrain, la collecte d’information en format électronique sur des bassins jaugés (ces données sont fournies, via téléchargement, par différents organismes mexicains), ainsi que la rencontre avec les différentes organisations en ressources hydriques mexicaines collaboratrices au projet : le département de génie civil et la faculté de biologie de la Universidad Veracruzana et la commission municipale de l’eau de la municipalité de Naolinco de Victoria. Il a aussi permis de se familiariser avec les ressources naturelles du pays, d’avoir une meilleure connaissance quant à la nécessité de bien calculer les débits des rivières, et de récolter la majeure partie des données qui ont servi aux calculs. Les autres données ont par la suite été téléchargées par l’entremise de collaborateurs locaux. Finalement, le stage a permis de mieux connaître une partie du territoire à l’étude, de mieux saisir les problématiques associées à la gestion de l’eau à l’échelle des bassins versants au Mexique.

3.2.1 Manipulation des données brutes

Une fois les données physiographiques et hydrométéorologiques en main et avant de pouvoir procéder à la modélisation hydrologique, plusieurs manipulations ont dû être effectuées afin de délimiter (et donc, créer) les bassins versants à partir de modèles numériques d’élévation (MNE). Ces étapes sont décrites ci-dessous.

L’INEGI donne accès à l’ensemble des données de relief du Mexique à une résolution variant de 15 à 120 mètres. Pour la nécessité de ce projet, les MNE de l’ensemble des états de la partie centrale du Mexique, à la plus fine résolution, soit de 15 mètres, ont été extraits. La zone utilisée dans les calculs préliminaires est plus élargie que celle de la zone d’étude pour s’assurer que, lors du découpage des bassins versants, l’ensemble de la surface contributrice au débit soit intégrée au calcul. Aussi, afin d’avoir un secteur représentatif du Mexique central, une plus grande aire d’étude a été conservée jusqu’à la toute fin et c’est simplement

lors du choix final des bassins versants qui sont utilisés dans l’étude qu’un certain raffinement de la surface d’étude a été fait. En se basant sur le MNE, un ensemble d’étapes a été complété à l’aide du module ARC Hydro Tool Box de ArcGIS 10.3 (Esri, 2014). ArcGIS est un logiciel de système d’information géographique des données qui permet entre autres la construction de cartes basées sur des données satellites. C’est ainsi qu’il a été possible de modéliser les bassins versants en fonction d’un exutoire qui était en fait une station hydrométrique pour chaque bassin. Les étapes qui ont été suivies à cette fin sont résumées à la Figure 3.2.

Figure 3.2 Étapes de modélisation réalisées à l’aide du logiciel ArcGIS pour arriver à la modélisation de bassins versants spécifiques puis aux découpages des caractéristiques

descriptives de chacune des aires de drainage

Bien qu’une multitude de stations hydrométriques soit disponible au Mexique, peu sont concrètement utilisables pour les fins de cette analyse. Plusieurs ont d’importantes lacunes dans leurs données, certaines sont de qualité jugée inacceptable ou encore plusieurs sont localisées dans des canaux non naturels avec un débit contrôlé ou sont approvisionnées par

Implantation du Modèle numérique d'élévation (résolution 15m) dans ArcGis Extraction du modèle de direction de l'eau en fonction du MNE Schéma d'accumulation des eaux en fonction de la direction

Création des rivières en fonction de l'aire de drainage d'accumulation

en amont

Création des bassins associés à chacune

des rivières

Modélisation des bassins versants associés à des exutoires précis, identifiés par les stations

hydrométriques disponibles

Identification des différentes caractéristiques en fonction

de très petites aires de drainage. Il faut donc, préalablement à la création des bassins versants, s’assurer que les débits des différentes stations sont utilisables et que celles-ci soient correctement localisées sur les cours d’eau principaux de façon à ce que la résolution et la taille de bassin soient acceptables. De plus, étant des processus itératifs souvent coûteux en temps de calcul, plusieurs des étapes qui mènent à la modélisation des bassins versants sur ArcGIS ont demandé plus de 48h de calcul sur l’ordinateur utilisé pour ces travaux (Intel® Core™ i7-4510U CPU, 8.00 GB de Ram).

Une fois les bassins versants extraits, les caractéristiques physiques peuvent être identifiées à partir de chacune des aires de drainage et être associées aux bassins. Cette étape permet de calculer les aires représentatives pour chacune des catégories de caractéristiques du terrain qui serviront de descripteurs physiques lors de l’étape de régionalisation. Les caractéristiques ayant été extraites des bassins versants sont les unités édaphologiques, les utilisations et types de sol, l’altitude moyenne, les coordonnées des centroïdes ainsi que la pente des bassins versants.

Suite à la modélisation des bassins versants ainsi qu’à l’acquisition de l’ensemble de propriétés des bassins versants, une moyenne spatialisée des variables météorologiques (précipitations, températures) a été trouvée par la méthode des polygones de Thiessen (Rhynsburger, 1973). Cette méthode utilise le ratio des aires représentatives de chacune des stations météo disponibles par rapport à la superficie totale d’un bassin, de façon à déterminer le poids de chacune des stations lors du moyennage spatial des données météorologiques. Les aires représentatives des stations sont issues d’un découpage géométrique de l’espace en fonction de leur localisation par rapport au bassin versant étudié. Un exemple d’application de la méthode se trouve à la Figure 3.3, où les polygones de Thiessen sont illustrés en noir, les points numérotés indiquent les stations météorologiques et le bassin apparaît en gris. La moyenne selon Thiessen a été calculée sur une base journalière. Cette dernière étape complétant l’ensemble des étapes préliminaires à la modélisation hydrologique, il a donc été possible, ensuite, de commencer l’étape de calibration des différents modèles hydrologiques choisis pour cette étude.

Figure 3.3 Exemple d’application de la méthode des polygones de Thiessen pour le calcul de moyenne des données météorologiques pour le secteur de la région hydrographique de

Papaloapan, dans l’état de Veracruz