La courbe de fréquence des inondations (FFC) - une expression mathématique de la distribution de probabilité des inondations - est un outil important pour estimer le risque d'inondation, avec une hypothèse conventionnelle de données de séries de crues stationnaires. Cependant, les changements environnementaux au cours des dernières décennies modifient cette hypothèse. Une équipe de recherche comprenant des scientifiques du Pacific Northwest National Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis a développé un nouveau cadre analytique pour quantifier les effets des réservoirs qui modifient les caractéristiques des FFC. Le cadre a révélé comment la régulation du réservoir affecte la forme de la courbe de probabilité FFC.

Les inondations causent des dommages socio-économiques et écologiques importants. Les analyses des enregistrements de débit aux États-Unis combinées à la modélisation des réservoirs ont révélé une influence importante de la régulation des réservoirs sur la fréquence des crues. Cette étude suggère la nécessité d'analyser séparément les enregistrements des crues avant et après le barrage, chacun satisfaisant l'hypothèse stationnaire pour une analyse plus robuste de la fréquence des crues. De telles données pourraient aider à guider la planification à l'échelle régionale des structures hydrauliques dans les systèmes fluviaux complexes.

La courbe de fréquence des crues fournit une description complète de la réponse d'un bassin à la tempête. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur la façon dont le climat et l'urbanisation affectent la fréquence des inondations. Cependant, les opérations du réservoir peuvent également modifier les caractéristiques des FFC et remettre en cause l'hypothèse de base de la stationnarité (c'est-à-dire, séries temporelles avec des propriétés statistiques constantes dans le temps) utilisées dans l'analyse de la fréquence des crues.

Dans cette étude, les scientifiques ont utilisé un indice d'impact du réservoir (RII) sans dimension, défini comme la capacité totale de stockage du réservoir en amont normalisée par le volume annuel du débit fluvial, pour quantifier les effets de la régulation du réservoir. L'équipe a effectué des analyses à l'aide d'enregistrements de crues pour 388 stations fluviales des États-Unis contigus pour les périodes pré- et post-barrage. Les chercheurs ont analysé deux moments statistiques de la FFC :la crue annuelle maximale et le coefficient de variations, correspondant à l'extrême et à la variabilité du débit. Les résultats ont montré que la crue annuelle maximale diminuait généralement avec l'augmentation du RII mais se stabilisait lorsque le RII dépassait une valeur seuil. Pendant ce temps, le coefficient de variations augmente avec RII jusqu'à une valeur seuil au-delà de laquelle le coefficient de variations diminue avec RII.

Trois modèles de réservoir avec différents niveaux de complexité ont capturé les relations non linéaires de la crue annuelle maximale et du coefficient de variation avec RII. Les modèles ont fourni des informations pour comprendre les impacts des réservoirs à partir de leur fonction de base de contrôle des crues. Bien que les trois modèles de réservoir puissent saisir la dépendance du FFC vis-à-vis de RII, les valeurs de seuil RII dans les relations non linéaires ne peuvent être capturées que par les modèles de réservoir plus complexes. Le cadre analytique développé dans cette étude peut être utilisé pour améliorer davantage l'évaluation et la gestion des risques d'inondation dans les systèmes fluviaux régulés à l'échelle régionale.