Traitement et analyse de séries chronologiques continues de ...
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Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation de la contribution de temps sec Des queues de distribution sont toutefois observées, spécialement dans le cas de la turbidité avec des valeurs pouvant aller jusqu’à plus de 2000 FNU. La Figure 11.3 montre les caractéristiques des résidus pour les classes 1, 2, 3 et l’ensemble des classes les deux périodes de test ensemble. Les valeurs extrêmes de turbidité ne sont pas représentées dans les distributions, afin de permettre une meilleure lisibilité des graphiques. L’analyse de l’évolution des résidus en fonction de la valeur du signal de référence montre que les résidus ne sont pas homoscédastiques, spécialement pour le cas de la turbidité, avec des valeurs au delà de 500 FNU pour les valeurs moyennes et extrêmes du signal de référence. Ces dernières correspondent aux pics de turbidité aléatoires observés pendant les périodes de fort débit. Cependant, aucune tendance simple ne se dégage. Probabilité 0.2 0.1 Classe 1 0 -40 0 40 Résidus (L/s) Résidus (L/s) 40 20 0 -20 -40 0 40 80 Q ref (L/s) Probabilité 0.2 0.1 Classe 2 0 -40 0 40 Résidus (L/s) Résidus (L/s) 40 20 0 -20 -40 0 40 80 Q ref (L/s) Probabilité 0.01 0.005 0 -1000 0 1000 Résidus (FNU) Résidus (FNU) 2000 1000 0 -1000 0 750 1500 Tu ref (FNU) Probabilité 0.01 0.005 0 -1000 0 1000 Résidus (FNU) Résidus (FNU) 2000 1000 0 -1000 0 750 1500 Tu ref (FNU) Probabilité 0.2 0.1 Classe 3 0 -40 -20 0 20 40 Résidus (L/s) Résidus (L/s) 40 20 0 -20 -40 0 40 80 Q ref (L/s) Probabilité 0.2 0.1 Toutes classes 0 -40 -20 0 20 40 Résidus (L/s) Résidus (L/s) 50 0 -50 0 40 80 Q ref (L/s) Probabilité 0.01 0.005 0 -1000 0 1000 Résidus (FNU) Résidus (FNU) 2000 1000 0 -1000 0 750 1500 Tu ref (FNU) Probabilité 0.02 0.01 0 -1000 0 1000 Résidus (FNU) Résidus (FNU) 2000 1000 0 -1000 0 750 1500 Tu ref (FNU) Figure 11.3. Caractéristiques des écarts pour le débit et la turbidité entre les signaux de test et les signaux de référence estimés, pour les classes 1, 2, 3 et les trois classes ensemble, pour les deux périodes de test ensemble (J & N) ; distribution des écarts et valeurs des écarts en fonction de la valeur de référence Au vu de ces observations, il semble raisonnable en première approche de considérer une incertitude de substitution, pour le débit et la turbidité, dont les caractéristiques sont les suivantes: i) L’incertitude de substitution est uniforme dans la gamme de débit et de turbidité de temps sec. 168
Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation de la contribution de temps sec ii) Elle suit une loi normale centrée, dont l’écart type est évalué en ignorant les valeurs extrêmes des distributions observées afin de ne pas surestimer les incertitudes types de la contribution de temps sec estimée. Les incertitudes de substitution ont été calculées à partir des résultats obtenus pour les trois classes ensemble et les deux périodes de test ensemble. Les écarts types ont été calculés en ignorant les valeurs extrêmes liées aux pics aléatoires, afin de ne pas surestimer l’incertitude de substitution (Figure 11.4). Les écarts au delà de +/- 2 fois les écarts types de départ ont été ignorés. Les incertitudes de substitution obtenues suivant l’application de cette règle d’exclusion sont de 3.33 L.s -1 et 47.0 FNU, respectivement pour le débit et la turbidité. Ces valeurs sont comparables aux incertitudes de mesure des périodes de temps sec, dont les ordres de grandeurs sont de 6 L.s -1 et 30 FNU en 2007-2008. Il est donc nécessaire de prendre en compte les incertitudes de mesure et de substitution pour l’estimation de l’incertitude de la contribution de temps sec pendant les événements pluvieux. 0.15 Probabilité 0.1 0.05 0 -40 -20 0 20 40 Résidus (L/s) 0.01 Probabilité 0.005 0 -400 -200 0 200 400 Résidus (FNU) Figure 11.4. Distribution des écarts entre les signaux de test et les signaux de référence estimés et loi normale ajustée en ignorant les valeurs extrêmes (rouge pointillé), pour le débit et la turbidité, pour les trois classes ensemble et les deux périodes de test ensemble (J & N) 11.2.2 Estimation des contributions événementielles Les contributions de temps sec ont d’abord été déterminées en appliquant la méthode présentée dans le paragraphe 11.2.1., puis dans un deuxième temps, les contributions de temps de pluie ont été évaluées. Les volumes ruisselés, les masses et les concentrations moyennes événementielles de temps sec et de temps de pluie ont été calculées. 11.2.2.1 Calcul des volumes ruisselés et des masses de polluants A l’échelle d’un événement pluvieux, le volume ruisselé total et la masse totale d’un polluant X (MES ou DCO) s’écrivent : 169
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Partie 4 – Chapitre 11 : Estimation <strong>de</strong> la contribution <strong>de</strong> temps sec<br />
ii) Elle suit une loi normale centrée, dont l’écart type est évalué en ignorant les valeurs<br />
extrêmes <strong>de</strong>s distributions observées afin <strong>de</strong> ne pas surestimer les incertitu<strong>de</strong>s types<br />
<strong>de</strong> la contribution <strong>de</strong> temps sec estimée.<br />
Les incertitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> substitution ont été calculées à partir <strong>de</strong>s résultats obtenus pour les trois<br />
classes ensemble <strong>et</strong> les <strong>de</strong>ux pério<strong>de</strong>s <strong>de</strong> test ensemble. Les écarts types ont été calculés en<br />
ignorant les valeurs extrêmes liées aux pics aléatoires, afin <strong>de</strong> ne pas surestimer l’incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong><br />
substitution (Figure 11.4). Les écarts au <strong>de</strong>là <strong>de</strong> +/- 2 fois les écarts types <strong>de</strong> départ ont été<br />
ignorés. Les incertitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> substitution obtenues suivant l’application <strong>de</strong> c<strong>et</strong>te règle<br />
d’exclusion sont <strong>de</strong> 3.33 L.s -1 <strong>et</strong> 47.0 FNU, respectivement pour le débit <strong>et</strong> la turbidité. Ces<br />
valeurs sont comparables aux incertitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mesure <strong>de</strong>s pério<strong>de</strong>s <strong>de</strong> temps sec, dont les ordres<br />
<strong>de</strong> gran<strong>de</strong>urs sont <strong>de</strong> 6 L.s -1 <strong>et</strong> 30 FNU en 2007-2008. Il est donc nécessaire <strong>de</strong> prendre en<br />
compte les incertitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> mesure <strong>et</strong> <strong>de</strong> substitution pour l’estimation <strong>de</strong> l’incertitu<strong>de</strong> <strong>de</strong> la<br />
contribution <strong>de</strong> temps sec pendant les événements pluvieux.<br />
0.15<br />
Probabilité<br />
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Figure 11.4. Distribution <strong>de</strong>s écarts entre les signaux <strong>de</strong> test <strong>et</strong> les signaux <strong>de</strong> référence estimés <strong>et</strong> loi normale<br />
ajustée en ignorant les valeurs extrêmes (rouge pointillé), pour le débit <strong>et</strong> la turbidité, pour les trois classes<br />
ensemble <strong>et</strong> les <strong>de</strong>ux pério<strong>de</strong>s <strong>de</strong> test ensemble (J & N)<br />
11.2.2 Estimation <strong>de</strong>s contributions événementielles<br />
Les contributions <strong>de</strong> temps sec ont d’abord été déterminées en appliquant la métho<strong>de</strong><br />
présentée dans le paragraphe 11.2.1., puis dans un <strong>de</strong>uxième temps, les contributions <strong>de</strong> temps<br />
<strong>de</strong> pluie ont été évaluées. Les volumes ruisselés, les masses <strong>et</strong> les concentrations moyennes<br />
événementielles <strong>de</strong> temps sec <strong>et</strong> <strong>de</strong> temps <strong>de</strong> pluie ont été calculées.<br />
11.2.2.1 Calcul <strong>de</strong>s volumes ruisselés <strong>et</strong> <strong>de</strong>s masses <strong>de</strong> polluants<br />
A l’échelle d’un événement pluvieux, le volume ruisselé total <strong>et</strong> la masse totale d’un<br />
polluant X (MES ou DCO) s’écrivent :<br />
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