1. Couches de données utilisées

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La méthodologie pour la prédiction des axes de ruissellement concentré au format vecteur se base sur le MNT LiDAR 2013-2014 à 1m de résolution.

Les données connexes suivantes sont nécessaires pour la procédure :

- Données de bâti défini par la DCENN;

- Informations sur les cours d'eau issus de la base de données CENNIC;

- Informations sur les fossés (PICC)

- Données relatives aux pluies (IRM)

- Limites administratives de la région wallonne

A chaque étape de la chaine de traitement, des données intermédiaires ont été générées.

2. Chaine de traitement

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La méthodologie de création des axes LIDAXES intègre une chaine de traitement composée de 9 étapes principales. Certaines de ces étapes génèrent des couches de données dérivées qui sont intégrées dans la série.

a. Extraction des données du MNT LiDAR : découpage du MNT en 4551 mailles de 2.2*2.2km selon la trame des mailles orthophotoplans 2012-2013 avec applications de corrections. Chaque maille déborde de 200m sur la maille voisine de manière à assurer une zone de recouvrement suffisante pour la continuité du calcul des axes.

b. Lissage des données du MNT LiDAR : élimination du bruit des éléments temporaires du paysage qui ont un impact sur le réseau de drainage de surface. Application d'un filtre moyen conditionnel 3*3.

c. Gestion des fossés renseignés par le PICC : extraction du MNT lissé dans une zone de 1m autour des fossés définis par le PICC. Analyse des profils et prolongation des fossés interrompus par des passages sous route ou accès aux champs.

d. Gestion des pixels sans exutoire et création d'un MNT hydrologiquement continu : par lissage, les pixels sans exutoire (pit cells ou sinks) peuvent être partiellement éliminés. Néanmoins, il en subsiste un nombre important concernant notamment des passages sous route avec pertuis. Ceux-ci sont éliminés sur base d'une méthode algorithmique ("breaching" - Lindsay et Dhun). La méthode, appliquée aux 4551 mailles, permet d'obtenir des MNTs hydrologiquement continus à l'échelle de chacune des mailles. Afin d'éviter des incohérences, les MNTs sont d'abord regroupés par sous-bassins hydrographiques (16 SBH) en considérant un buffer de 3000m autour des SBH. Les 16 MNTs sont ensuite fusionnés afin de fournir un MNT hydrologiquement cohérent sur tout le territoire couvert par les données LiDAR.

e. Création de la couche de direction de flux : détermination, pour une cellule donnée, du ou des cellules dans laquelle ou lesquelles l'eau qui transite va s'écouler. L'algorithme de direction de flux "D8" (modèle de flux à huit directions - cf. lien en ressource associée) a été utilisé pour déterminer le réseau de drainage de surface et la localisation des axes de ruissellement concentré. Il y a huit directions en sortie valides relatives aux huit cellules adjacentes dans lesquelles le flux peut circuler. Il a été appliqué à l'échelle du territoire couvert par les données du MNT LiDAR excepté dans les zones bâties définies par la DCENN (SPW-DGO3).

f. Création de la couche d'accumulation de flux : une fois le réseau de drainage déterminé, il est possible d'extraire les surfaces drainées par chaque pixel par méthode algorithmique. Cette opération a été réalisée par SBH et les accumulations ont été fusionnées.

g. Identification des dépressions qui influencent le ruissellement de surface pour des pluies de 1h à 24h avec des périodes de retour de 25, 50 et 100 ans : les dépressions qui ne résultent pas d'un artefact sont délimitées à partir du MNT lissé et triées. Les dépressions qui se situent à 5m ou moins d'un élément artificialisé repris dans la COSW V.07, d'un bord de route ou de rail repris dans le PICC, d'un fossé repris dans le PICC, d'un cours d'eau repris dans la BD CENNIC ou d'une voie navigable sont éliminées. Les dépressions correspondant à des plans d'eau renseignés dans la BD PICEA sont également supprimées, de même que celles dont la surface n'excède par 1m² (c'est-à-dire un pixel) et celles en dehors du territoire administratif wallon. La profondeur des dépressions retenues est estimée en m³. Le volume de stockage des dépressions a été comparé avec un volume de ruissellement théorique à stocker pour différentes pluies de projet (1h et 24h avec période de retour de 25,50 et 100 ans). Ces pluies sont dérivées des courbes IDFs établies par l'IRM et varient en fonction de la commune considérée. Seules les dépressions qui peuvent avoir un impact sur le tracé des axes de ruissellement concentré ont été conservées. Il s'agit des dépressions dont la surface de l'aire contributive est au moins de 500 m² et qui ne débordent pas pour une pluie de 24h avec une période de retour de 100 ans.

h. Mise à jour des couches de direction et d'accumulation de flux en tenant compte des dépressions qui ne débordent pas pour une pluie de 24h avec une période de retour de 100 ans. Il est raisonnable de considérer que de telles dépressions ont une probabilité quasi nulle de déborder et les directions de flux à l'intérieur de ces dépressions sont donc effacées.

i. Création des axes de ruissellement concentré : la couche d'accumulation de flux mise à jour est reclassée selon 4 classes de drainage. Les axes sont dérivés au moyen de l’outil "Reclassify" de ArcGIS®. Les valeurs de 0 à 5000 m² sont reclassées en "NoData", les valeurs de 5000 m² à 10000 m² sont reclassées avec la valeur "1", les valeurs de 10000 m² à 90000 m² sont reclassées avec la valeur "2", les valeurs de 90000 m² à 180000 m² sont reclassées avec la valeur "3" », les valeurs supérieures à 180000 m² sont reclassées avec la valeur "4". Les axes sont ensuite vectorisés et découpés selon leur point d'intersection avec les routes et les rails renseignés par le PICC. Le résultat de ce traitement donne lieu à la couche vectorielle des axes de ruissellement concentré selon 4 classes ([0.5 à 1] ; ]1 à 9]; ]9-18] ; sup. à 18 ha).

Pour plus de détails, référez-vous au rapport méthodologique disponible en ressource associée.

3. Validation

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Une première ébauche de validation a été opérée afin de pouvoir caractériser la qualité de la couche vectorielle. La présence et le tracé des axes de ruissellement concentré a été effectué par les experts de la Cellule GISER. 55 axes de ruissellement ont été visités sur 8 communes différentes. 82% sont prédits correctement.

4. Outils utilisés

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La démarche méthodologique a exploité les outils suivants :

- ArcGIS 10.2;

- Script python (v. 2.7)

- WhiteBox GAT (v. 3.2.2)

Références : Maugnard, A., Bielders, C., Defourny, P. (Earth and Life Institute - UCL). Mise à jour du produit cartographique "axes de ruissellement concentré sur l'ensemble de la région wallonne sur base du nouveau jeu de données LiDAR et autres données disponibles". Rapport final - Août 2016.