Analyse de la valeur des composantes de la chaîne de prévision hydrologique en contexte de gestion de réservoirs hydroélectriques

Résumé

Les prévisions hydrologiques sont des outils devenus indispensables au domaine de la gestion de la ressource en eau, entre autres en contexte de gestion de réservoirs hydroélectriques. Au fil du temps, les prévisions hydrologiques sont passées de prévisions déterministes (la meilleure prévision que possible), à probabilistes (estimation d’une gamme de débits possibles) afin de tenir compte de l’incertitude présente au sein des divers éléments composant la chaîne de prévision. Cependant, malgré l’importance économique et sociale de la gestion de la ressource en eau, et les efforts déployés afin d’en améliorer la performance, la valeur des différents éléments de la chaîne hydrologique les uns par rapport aux autres n’est pas bien définie. Ce manque de connaissances quant à la valeur relative de ces éléments ne permet pas aux chercheurs et gestionnaires de systèmes hydriques de bien axer leurs efforts et ressources afin d’améliorer de façon efficace la valeur globale de la chaîne de prévision hydrologique. La présente étude vise à établir la valeur relative de cinq éléments de la chaîne de prévision hydrologique en contexte de gestion de réservoirs hydroélectriques, soit le modèle hydrologique, le jeu de données hydrométéorologiques, la fonction-objectif pour la calibration du modèle, le score de calibration ainsi que le biais et la dispersion présent dans les membres de l’ensemble. Afin d’y parvenir, un plan factoriel complet a été développé, dans lequel des ensembles de prévisions hydrologiques sont générés en modifiant un à un ces éléments de la chaîne. Ces ensembles sont par la suite transmis à un banc d’essai ayant été fourni par le partenaire industriel, Rio Tinto, qui simule une version simplifiée du réservoir du Lac-Saint-Jean et de la centrale hydroélectrique de l’Isle-Maligne, au Québec, Canada. Le banc d’essai est muni d’un algorithme d’optimisation prenant des décisions quant à la gestion du réservoir hydroélectrique basée sur des règles de gestion réalistes. Afin de déterminer la valeur relative des différents éléments étudiés, les profits générés moyens sont regroupés selon l’élément analysé (ou la combinaison d’éléments), et la variance attribuable aux différents éléments est comparée. Afin de déterminer si les résultats obtenus peuvent être généralisés à d’autres systèmes l’exercice est répété en modifiant certains paramètres du banc d’essai tels que le coût d’achat de l’énergie, le volume du réservoir, et la présence ou non d’une charge d’exploitation minimale. Les résultats ont démontré que pour le système analysé, les éléments pris individuellement ont sensiblement la même valeur et que l’interaction entre ceux-ci est responsable de la plupart de la variance dans les résultats. Afin d’améliorer la performance globale du système, plusieurs des éléments étudiés devront être améliorés. En effet, les interactions entre trois et quatre éléments représentent 71.2% de la variance, tandis que les effets principaux (sans interactions) ont un impact marginal. Par ailleurs, les résultats de la présente étude montrent que le biais et la dispersion ont un impact presque nul sur la variance des profits générés moyens. Cependant, trois éléments permettent d’expliquer près du tiers de la variance, soit le score de calibration, le jeu de données hydrométéorologiques et la fonction-objectif. Au-delà des résultats obtenus, la présente étude propose une structure de projet de recherche qui permettra de déterminer de manière exhaustive la valeur des différents éléments de la chaîne de prévisions hydrologiques, et même de la chaîne de gestion de réservoir hydroélectrique, et ce pour des systèmes hydriques dont les propriétés et la complexité varient.

Date	19 mai 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Richard Arsenault (Directeur(-trice))