Analysis of the sensitivity to rainfall spatio-temporal variability of an operational urban rainfall-runoff model in a multifractal framework
Notice bibliographique
Résumé
In large urban areas, storm water management is a challenge with enlarging impervious areas. Many cities have implemented real time control (RTC) of their urban drainage system to either reduce overflow or limit urban contamination. A basic component of RTC is hydraulic/hydrologic model. In this paper we use the multifractal framework to suggest an innovative way to test the sensitivity of such a model to the spatio-temporal variability of its rainfall input. Indeed the rainfall variability is often neglected in urban context, being considered as a non-relevant issue at the scales involve. Our results show that on the contrary the rainfall variability should be taken into account. Universal multifractals (UM) rely on the concept of multiplicative cascade and are a standard tool to analyze and simulate with a reduced number of parameters geophysical processes that are extremely variable over a wide range of scales. This study is conducted on a 3 400 ha urban area located in Seine-Saint-Denis, in the North of Paris (France). We use the operational semi-distributed model that was calibrated by the local authority (Direction Eau et Assainnissement du 93) that is in charge of urban drainage. The rainfall data comes from the C-Band radar of Trappes operated by Météo-France. The rainfall event of February 9th, 2009 was used. A stochastic ensemble approach was implemented to quantify the uncertainty on discharge associated to the rainfall variability occurring at scales smaller than 1 km x 1 km x 5 min that is usually available with C-band radar networks. An analysis of the quantiles of the simulated peak flow showed that the uncertainty exceeds 20 % for upstream links. To evaluate a potential gain from a direct use of the rainfall data available at the resolution of X-band radar, we performed similar analysis of the rainfall fields of the degraded resolution of 9 km x 9 km x 20 min. The results show a clear decrease in uncertainty when the original resolution of C-band radar data is used. This analysis highlights the interest of implementing X-band radars in urban areas. Indeed such radars provide the rainfall data at a hectometric resolution that would enable a better nowcasting and management of storm water. The multifractal properties of the simulated hydrographs were analysed with the help of simulated rainfall fields of resolution 111 m x 111 m x 1 min, lasting 4 hours, and corresponding to a 5 year return period event. On the whole, the discharge exhibits a good scaling behaviour over the range 4 h - 5 min. Both UM parameters tend to be greater for the discharge than for the rainfall. The notion of maximum probable singularity was used to clarify the consequences on the assessment of extremes. It appears that the urban drainage network basically reproduces the extremes, or only slightly damps them, at least in terms of multifractal statistics. The results were obtained with the financial support from the EU FP7 SMARTesT Project and the Chair "Hydrology for Resilient Cities" (sponsored by Veolia) of Ecole des Ponts ParisTech.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,003 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».