Prévisions d’apports probabilistes à Hydro‐Québec Production Problématiques, Orientations et Réalisations ACRH ‐ Des prévisions hydrologiques opérationnelles vers une optimisation de la gestion des réservoirs 17–19 septembre 2014, Québec, QC, Canada Plan de la présentation ¾ Contexte • Hydro‐Québec Production • Processus de prévision des apports • Système opérationnel de prévision des apports ¾ Pistes de recherche • Comportement temporel des variables hydro‐météo et changements climatiques • Modélisation et calage des modèles hydrologiques • Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique • Intégration des incertitudes de la prévision météo 2 Contexte Hydro‐Québec Production ¾ 60 centrales hydroélectriques : 35 900 MW ¾ 26 réservoirs d’une capacité de stockage de 175 TWh ¾ 656 barrages et 97 structures de contrôle ¾ 350 groupes turbine‐alternateur 3 Contexte Processus de prévision des apports Réseaux de stations météorologiques, hydrométriques et nivométriques Acquisition des données en temps réel Validation des données hydrométriques et météorologiques Calibration du modèle hydrologique Prévision des apports Prévision météorologique 4 Optimisation de la production Contexte Système opérationnel de prévision des apports: principe de fonctionnement Prévision météo Séries météorologiques historiques jour 2 jour 6 jour 3 jour 7 jour 4 jour 8 jour 1 jour 5 jour 9 jour 2 jour 6 jour 3 jour 7 jour 4 jour 8 jour 1 jour 5 jour 9 jour 2 jour 6 jour 3 jour 7 jour 4 jour 8 63 années jour 1 jour 5 jour 9 Modèle hydrologique 5 189 scénarios Scénarios prévisionnels d'apports Contexte Système opérationnel de prévision des apports: pistes de recherche identifiées Prévision météo déterministe sur une grille allant jusqu’à 9 jours Historique Météo (1950‐2014) Variables d'états des modèles Météo observée (période courante) 6 Procédure de construction des scénarios météo 3 scénarios prévisionnels météo 1‐ 9 jours Procédure d’indexation de la climato historique à partir du 9e jours Bruitage des variables d’états Modèle Hydrologique HSAMI 3 ensembles de séries‐mères d’apports journaliers 0 – 200 jours ou plus (800 jours) Outil de génération des scénarios d’apports probabilistes (HMAPPORT) Séries prévisionnelles d’apports probabilistes 15%‐50%‐85% Contrôle de qualité Indicateurs de qualité des apports prévus Comportement temporel des variables hydro‐météo et changements climatiques Prévision météo déterministe sur une grille allant jusqu’à 9 jours Historique Météo (1950‐2014) Variables d'états des modèles Météo observée (période courante) 7 Procédure de construction des scénarios météo 3 scénarios prévisionnels météo 1‐ 9 jours Procédure d’indexation de la climato historique à partir du 9e jours Bruitage des variables d’états Modèle Hydrologique HSAMI 3 ensembles de séries‐mères d’apports journaliers 0 – 200 jours ou plus (800 jours) Outil de génération des scénarios d’apports probabilistes (HMAPPORT) Séries prévisionnelles d’apports probabilistes 15%‐50%‐85% Contrôle de qualité Indicateurs de qualité des apports prévus Comportement temporel des variables hydro‐météo et changements climatiques Problématiques liées à la longueur de l’historique météo et à la présence potentielle de non‐stationnarité dans l’historique météo Événements extrêmes sous représentés Hausse plus fréquente des apports en fin d’automne Pieds de crue devancés Hausses d’apports en hiver 8 Étiages plus sévères Comportement temporel des variables hydro‐météo et changements climatiques • Orientations ¾ Améliorer la représentativité de l’historique météo (harmonisation des séries météo historiques, utilisation de réanalyses climatiques) ¾ Évaluer la présence de non‐stationnarité dans les séries météo historiques sur le système de la Manicouagan ¾ Évaluer le potentiel de l’approche par générateur de climat sur le système de la Manicouagan • Réalisations ¾ Tests de trois générateurs de climat existants: WeaGETS, LARS‐WG, ClimGen sur la base d’indicateurs climatiques développés avec OURANOS ¾ Début de caractérisation de l’évolution du comportement temporel des variables météorologiques (Tmin, Tmax, Pluie, Neige) du système de la Manicouagan 9 Modélisation et calage des modèles hydrologiques Exemple : Modélisation des moyennes de température pour les jours secs à Manic 2 Températures minimales Températures maximales Tiré de Pascale Girard (2014) 10 Modélisation et calage des modèles hydrologiques Prévision météo déterministe sur une grille allant jusqu’à 9 jours Historique Météo (1950‐2014) Variables d'états des modèles Météo observée (période courante) 11 Procédure de construction des scénarios météo 3 scénarios prévisionnels météo 1‐ 9 jours Procédure d’indexation de la climato historique à partir du 9e jours Bruitage des variables d’états Modèle Hydrologique HSAMI 3 ensembles de séries‐mères d’apports journaliers 0 – 200 jours ou plus (800 jours) Outil de génération des scénarios d’apports probabilistes (HMAPPORT) Séries prévisionnelles d’apports probabilistes 15%‐50%‐85% Contrôle de qualité Indicateurs de qualité des apports prévus Modélisation et calage des modèles hydrologiques Problématiques liées à la modélisation et au calage des modèles Effet du réservoir Ruissellement et infiltration Évaporation en Été Fonte de la neige Écoulement dans le sol 12 Modélisation et calage des modèles hydrologiques • Orientations ¾ Ajouter des formulations (modules) pour le calcul de différents processus physiques du modèle HSAMI ¾ Développer des nouvelles stratégies d’étalonnage pour le modèle HSAMI ¾ Intégrer Hydrotel au processus opérationnel • Réalisations ¾ Version modulaire d’HSAMI intégrant : – plusieurs modèles d’ETP, d’infiltration, de fonte de la neige et d’écoulement souterrain – la prise en compte de l’effet des réservoirs (pluie directe et dépôt de glace sur les berges) ¾ Outil de calage du modèle Hydrotel ¾ Montage d’Hydrotel et calage sur les bassins du Saint‐Maurice 13 Modélisation et calage des modèles hydrologiques Exemple : Ajout du modèle de fonte mixte degrés‐jours et bilan énergétique Baskatong •‐ Observations Q •‐ Modèle mixte degré‐jour •‐ HSAMI (degré‐jour) ÉEN Tiré de Minville et al. (2014) 14 Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique Prévision météo déterministe sur une grille allant jusqu’à 9 jours Historique Météo (1950‐2014) Variables d'états des modèles Météo observée (période courante) 15 Procédure de construction des scénarios météo 3 scénarios prévisionnels météo 1‐ 9 jours Procédure d’indexation de la climato historique à partir du 9e jours Bruitage des variables d’états Modèle Hydrologique HSAMI 3 ensembles de séries‐mères d’apports journaliers 0 – 200 jours ou plus (800 jours) Outil de génération des scénarios d’apports probabilistes (HMAPPORT) Séries prévisionnelles d’apports probabilistes 15%‐50%‐85% Contrôle de qualité Indicateurs de qualité des apports prévus Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique Problématiques du contrôle de qualité de la prévision météorologique et hydrologique Absence de scores globaux Absence d’intervalles de confiance sur les scores 16 Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique • Orientations ¾ Développer des scores de qualité globaux ¾ Fournir des intervalles de confiance sur les scores • Réalisations ¾ Application du score « Énergie » pour une prévision probabiliste multi‐ variables ou multi‐sites (Gneiting et al., 2008) ¾ Calcul des intervalles de confiance associés à différents scores (EVA, CRPS, Score « Énergie» et autres) 17 Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique Exemple: Score « Énergie» sur Baskatong (2013) Tiré de Simon Châtelain (2014) 18 Intégration des incertitudes de la prévision météo Prévision météo déterministe sur une grille allant jusqu’à 9 jours Historique Météo (1950‐2014) Variables d'états des modèles Météo observée (période courante) 19 Procédure de construction des scénarios météo 3 scénarios prévisionnels météo 1‐ 9 jours Procédure d’indexation de la climato historique à partir du 9e jours Bruitage des variables d’états Modèle Hydrologique HSAMI 3 ensembles de séries‐mères d’apports journaliers 0 – 200 jours ou plus (800 jours) Outil de génération des scénarios d’apports probabilistes (HMAPPORT) Séries prévisionnelles d’apports probabilistes 15%‐50%‐85% Contrôle de qualité Indicateurs de qualité des apports prévus Intégration des incertitudes de la prévision météo Problématiques de la procédure statistique de construction des prévisions météorologiques ¾ l’incertitude de la prévision météo expertisée est calculée à l’aide de l’historique de l’erreur du prévisionniste via la recherche de voisins ¾ les voisins sont sélectionnés à l'échelle journalière et sont indépendants d'une journée à l'autre ¾ les voisins sélectionnés sont indépendants d'un bassin à l'autre 20 Intégration des incertitudes de la prévision météo • Orientations ¾ Évaluer le potentiel des prévisions météorologiques d’ensemble (PME et prévision saisonnière) ¾ Développer une approche robuste pour le post‐traitement des prévisions météorologiques et hydrologiques d’ensemble en tirant profit de travaux réalisés chez nos partenaires (ex: travaux de Marie Courbariaux) • Réalisation ¾ Évaluation du potentiel des PME d’Environnement Canada sur des bassins de Outardes, de la Gatineau et de La Grande 21 Intégration des incertitudes de la prévision météo Exemple: Évaluation de la performance des prévisions d’ensemble d’Environnement Canada sur Baskatong et Outardes 4 Baskatong Outardes 4 ♦ ♦ Observation Prévision HQ PME d’Env. Can. 22 Intégration des incertitudes de la prévision météo Exemple: Évaluation de la performance des prévisions d’ensemble d’Environnement Canada sur Outardes 4 Prévision HQ non exp. Prévision HQ exp. PME d’Env. Can. (moyenne des membres) PME d’Env. Can. (20 membres) 23 Tiré de Luc Perreault (2014) Contrôle de qualité de la prévision hydrologique et météorologique Exemple: Performance des prévisions d’ensemble d’Environnement Canada à l’aide du score « Énergie» sur Baskatong (2013) Prévision HQ non exp. Prévision HQ exp. PME: Déterministe PME: Prob. NP Tiré de Simon Châtelain (2014) 24 Intervenants d’Hydro‐Québec IREQ Unité HOA Unité OAD Lucie Bibeau France Brabant Jocelyn Gaudet Catherine Guay Frédéric Guay Louis‐Alexandre Leclaire James Merleau Marie Minville Benoit Morin Luc Perreault René Roy Dominique Tapsoba Marc Durocher Éric Crobeddu Brou Konan Jonathan Roy Marie‐Claude Simard Simon Tardif Claude Gignac Charles Mathieu Mathurin Daynou Leslie Dolcine Éric Vatri François Gilbert Jasmin Marinelli Jean‐Pierre Deslandes 25 Unité SC Laura Fagherazzi
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