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Les crues catastrophiques sur la Méditerranée occidentale Jaime Miro-Granada y Gelabert Résumé. Principalement pendant l'automne, lorsque la mer Méditerranée constitue une source d'énergie calorifique et de vapeur d'eau, des cellules convectives très développées sont observées en relation avec des situations météorologiques caractéristiques en surface et en altitude. Les précipitations produites sont générales, mais il existe quelques noyaux d'étendues relativement faibles où les averses sont très importantes. Sur la côte méditerranéenne espagnole, région à climat presque semi-aride, avec des fleuves souvent à secs ou à faible débit, courts et à forte pente, il peut se produire, çà et là, des crues brutales. On étudie le problème spécifique des crues qui ont eu lieu en octobre 1973 sur la côte sud-est de l'Espagne. On considère dans la genèse du phénomène la coïncidence de plusieurs facteurs: un maximum de la température de l'eau superficielle de la mer en face de la côte; un flux zonal qui bifurque en deux branches, un de sud-ouest qui traverse la Méditerranée occiden- tale; une configuration orographique spéciale du bassin: divergence à 500 mb avec courant du sud-ouest et convergence en surface et vents d'est sur la mer, et établissement d'un tourbillon à axe horizontal. On compare la pluie due à l'orage avec la précipitation annuelle normale. On montre que le réseau synoptique est insuffisant pour mettre en évidence les noyaux et on souligne l'intérêt de doter le réseau pluviométrique après augmentation de sa densité, de moyens de communica- tions permettant de préparer la lutte contre les déplorables effets des crues. On signale les implantations possibles pour quelques radars météorologiques complémentaires des dits réseaux. Flash floods in the western Mediterranean Abstract. Along the Spanish Mediterranean coast the rivers have short steep gradients and due to the semiarid climate are often dried up or have only low discharges. Flash floods occur in this area principally in the autumn as during this season extensive storm nuclei build up, resulting in extremely heavy rainfall. The storm nuclei form because: the Mediterranean is a source of heat energy and water vapour, well-developed convective cells prevail together with some other characteristic meteorological conditions. The flood of October 1973 on the southeast coast of Spain is studied. The genesis of this phenomenon is considered to be the coincidence of several factors: the maximum temperature of the shallow coastal sea water; a zone of air flow forked into two branches, one crossing the western Mediterranean from the southwest; the orographical characteristics of the basin. This resulted in divergence at 500 mb with a southwest flow and convergence at surface level where there were easterly winds. A vortex with a horizontal axis was set up. Comparisons are made of the storm rainfall and average annual precipitation. It is shown that both the raingauge and synoptic networks are inadequate to detect such nuclei so that flood warnings can be issued and possible damage minimized. The use of radar for detecting rainfall is suggested and the location of radar station sites is discussed. INTRODUCTION Sur la côte espagnole méditerranéenne, principalement au début de l'automne, quand des zones localisées de cette mer jouent le rôle de foyer d'énergie calorifique et de sources actives de vapeurs d'eau, dans des conditions météorologiques tout à fait caractéristiques, des précipitations classiques ont lieu habituellement mais avec la présence de noyaux répartis de façon aléatoire dans lesquels les précipitations sont intenses et très abondantes. Sur les côtes de la péninsule s'étendant du sud de l'Andalousie jusqu'à la Catalogne. existent de nombreux cours d'eau qui sont à sec ou presque à sec une grande partie de l'année, à forte pente et de faible longueur, où peuvent se produire et se produisent des crues brutales extraordinaires, à effet catastrophique.

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Les crues catastrophiques sur la Méditerranée occidentale

Jaime Miro-Granada y Gelabert

Résumé. Principalement pendant l'automne, lorsque la mer Méditerranée constitue une source d'énergie calorifique et de vapeur d'eau, des cellules convectives très développées sont observées en relation avec des situations météorologiques caractéristiques en surface et en altitude. Les précipitations produites sont générales, mais il existe quelques noyaux d'étendues relativement faibles où les averses sont très importantes.

Sur la côte méditerranéenne espagnole, région à climat presque semi-aride, avec des fleuves souvent à secs ou à faible débit, courts et à forte pente, il peut se produire, çà et là, des crues brutales. On étudie le problème spécifique des crues qui ont eu lieu en octobre 1973 sur la côte sud-est de l'Espagne. On considère dans la genèse du phénomène la coïncidence de plusieurs facteurs: un maximum de la température de l'eau superficielle de la mer en face de la côte; un flux zonal qui bifurque en deux branches, un de sud-ouest qui traverse la Méditerranée occiden­tale; une configuration orographique spéciale du bassin: divergence à 500 mb avec courant du sud-ouest et convergence en surface et vents d'est sur la mer, et établissement d'un tourbillon à axe horizontal.

On compare la pluie due à l'orage avec la précipitation annuelle normale. On montre que le réseau synoptique est insuffisant pour mettre en évidence les noyaux et on souligne l'intérêt de doter le réseau pluviométrique après augmentation de sa densité, de moyens de communica­tions permettant de préparer la lutte contre les déplorables effets des crues. On signale les implantations possibles pour quelques radars météorologiques complémentaires des dits réseaux.

Flash floods in the western Mediterranean

Abstract. Along the Spanish Mediterranean coast the rivers have short steep gradients and due to the semiarid climate are often dried up or have only low discharges. Flash floods occur in this area principally in the autumn as during this season extensive storm nuclei build up, resulting in extremely heavy rainfall. The storm nuclei form because: the Mediterranean is a source of heat energy and water vapour, well-developed convective cells prevail together with some other characteristic meteorological conditions.

The flood of October 1973 on the southeast coast of Spain is studied. The genesis of this phenomenon is considered to be the coincidence of several factors: the maximum temperature of the shallow coastal sea water; a zone of air flow forked into two branches, one crossing the western Mediterranean from the southwest; the orographical characteristics of the basin. This resulted in divergence at 500 mb with a southwest flow and convergence at surface level where there were easterly winds. A vortex with a horizontal axis was set up.

Comparisons are made of the storm rainfall and average annual precipitation. It is shown that both the raingauge and synoptic networks are inadequate to detect such nuclei so that flood warnings can be issued and possible damage minimized. The use of radar for detecting rainfall is suggested and the location of radar station sites is discussed.

INTRODUCTION

Sur la cô te espagnole méd i t e r ranéenne , pr incipalement au début de l ' au tomne , quand des zones localisées de cet te mer j o u e n t le rôle de foyer d 'énergie calorifique et de sources actives de vapeurs d 'eau, dans des condi t ions météoro logiques t o u t à fait caractérist iques, des précipi ta t ions classiques ont lieu habi tue l lement mais avec la présence de n o y a u x répartis de façon aléatoire dans lesquels les précipi ta t ions sont intenses e t très abondan tes .

Sur les côtes de la péninsule s 'é tendant du sud de l 'Andalousie jusqu ' à la Catalogne. exis tent de n o m b r e u x cours d'eau qui sont à sec ou presque à sec une grande part ie de l ' année , à forte pente et de faible longueur , où peuvent se produi re et se produisen t des crues brutales extraordinaires , à effet ca tas t rophique .

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Nous nous limiterons à une étude sommaire des pluies qui se sont abattues sur les côtes sud et sud-est de l'Espagne du 16 au 19 octobre 1973. Nous signalerons seulement quelques faits comme, par exemple, les 623 mm en moins de 48 h recueillis au village d'Albunol (Grenade), la précipitation, tombée en 4 h, supérieure à la hauteur moyenne annuelle au village de Villanueva de la Torres, ou les 300 mm tombés entre 6 et 18 h à Velez-Rubio, on comprendra que l'on puisse se passer d'évoquer l'import­ance des dommages que ces noyaux de précipitation intense ont pu produire dans des bassins de petites dimensions. Disons seulement qu'il y eut des villages, comme celui d'Albunol cité plus haut, où les crues brutales des torrents causèrent une cin­quantaine de morts et des pertes en bétail, en terres arables et la destruction de constructions équivalant à plusieurs milliards de pesetas.

Il faut établir quelques considérations générales:

(1) Ces phénomènes ont lieu de préférence en automne. (2) Dans les régions qui nous intéressent, spécialement celles du levant, du

sud-est, et du sud, le climat est méditerranéen subtropical et même semi-aride tropical (Elias et Ruiz, 1973), suivant la classification climatique de Papadakis (1966).

(3) Les noyaux de précipitations d'intensités fortes et durables sont d'éten­dues limitées et disséminés à l'intérieur d'une vaste surface où les précipitations sont modérées.

(4) Les périodes de retour calculées pour les précipitations et surtout pour les débits maximaux des fleuves et torrents relatives à chaque bassin élémentaire atteignent des valeurs très fortes. Par contre ces périodes de retour sont courtes si on les calcule pour tout le bassin hydrographique principal.

(5) Pour ces raisons et par la faible longueur des cours d'eau, les travaux de protections et les retenues restent problématiques et leur régularisation pratiquement impossible dans la plupart des bassins.

SITUATION METEOROLOGIQUE CARACTERISTIQUE

(1) Dans le jours précédant l'épisode pluvieux étudié, la circulation de l'air est d'un indice zonal élevé mais son centre qui se trouve à des latitudes relativement basses traverse l'Espagne d'est en ouest. La circulation change et la dorsale d'onde longue s'approche à l'Europe. Le préalable creux barométrique associée à un front froid traverse la péninsule et pendant la journée du 16 des faibles précipitations se produisaient dans la moitié occidentale de la péninsule. L'axe de la dorsale en altitude effectue un mouvement giratoire et se situe devant les côtes européennes suivant une direction nord-est—sud-ouest, cela se traduit en surface par une extension de l'anti­cyclone des Açores vers la France et la partie nord de l'Espagne.

(2) La circulation zonale subit une modification le 17 octobre et se divise en deux courants, l'un des deux amorçant un mouvement d'enveloppement de la péninsule ibérique par sa partie sud et c'est ainsi qu'il se forme une 'goutte froide' qui, du nord, va se diriger vers le sud de l'Espagne (Fig.l).

(3) Le 18, il s'établit un flux d'air sec de sud-ouest, en altitude dans la cuvette de la Méditerranée occidentale avec de nettes manifestations de divergences sur la carte de 500 mb. Il se produit une dépression naissante en surface près des côtes du Maroc et de l'Algérie avec des flux d'air convergents venant de l'est qui effleurent la surface de la mer.

(4) D'autres situations météorologiques étudiées pour des tempêtes suivies de crues catastrophiques ont de parfaites analogies avec celle que l'on vient d'étudier. Ainsi par exemple, celles qui occasionnèrent les inondations du Vallès en Catalogne le 25 septembre 1962 (Reija Garrido, 1963), (Fig.2), ou celles de Valence, de Castellon et d'Alicante en octobre 1957 (Garcia Miralles et Carrasco Andreu, 1958), (Fig.3).

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FIGURE 1. La situation météorologique des 18-19 octobre 1973.

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FIGURE 2. Les situations météorologiques qui occasionnèrent les inondations du Vallès en Catalogne le 25 septembre 1962.

(5) La topographie relative 500/1000 mb correspondant au 20 octobre à midi (Fig.4) localise parfaitement la 'goutte froide' qui régresse déjà vers le sud-ouest.

CONDITIONS SPECIALES

La cuvette de la Méditerranée occidentale présente quelques conditions topographiques et thermodynamiques connues de tous par leur influence indubitable sur la circulation générale (Bleeker, 1958). Afin de comprendre l'évolution de la situation météorolo­gique présentée et le comportement du flux zonal, il faut tenir compte des conditions suivantes:

(1) La température de l'eau de la mer en automne, et spécialement celles des jours précédant l'épisode pluvieux étudié, présente un maximum bien marqué entre les côtes d'Oran et du sud-est espagnol (Fig.5). L'apport de chaleur et de vapeur d'eau au flux d'air sec existant à toute altitude en accord avec les sondes thermodynamiques de Gibraltar, Alger, Palma et Madrid, doit influer dans le sens indiqué par la circula­tion zonale. On observe que le maximum de température diminue au cours des fortes précipitations et que la surface de l'eau de la mer a perdu de la chaleur.

(2) Simultanément le flux zonal, en atteignant le relief des monts qui con-

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FIGURE 3. Les situations météorologiques qui occasionnèrent les inondations de Valence en octobre 1957.

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FIGURE 4. La topographie relative 500/1000 rab correspondant au 20 octobre 1973 à midi.

FIGURE 5. La température de la superficie de l'eau de la mer, 15-20 octobre 1973.

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stituent la barrière de la cuvette de cette partie de la Méditerranée, tend dans la partie de la péninsule espagnole, comme dans celles du Maroc et de l'Algérie, à induire un flux superficiel de sens pratiquement opposé: ce sont les vents du levant caractéri­stiques de cette tempête en noyaux réduits, vents que la mer chaude, charge d'humidité.

(3) Il se forme un tourbillon aplati d'axe horizontal allongé suivant les méridiens (Fig.6). Les vents d'ouest en altitude et les vents d'est dans la couche limitrophe maintiennent le tourbillon et le flux d'air humide au contact des montagnes des côtes les plus occidentales de la cuvette méditerranéenne alimente la nébulosité à plafond bas et à grand développement vertical. Les conditions les plus caractéristiques du relief existant sur le versant méditerranéen espagnol en agissant de façon différente suivant la direction du flux humide arrivant, favorisent la éclatement des courants verticaux, base des cellules convectives qui, noyées dans la nébulosité générale, se

FIGURE 6. Le tourbillon à axe horizontal.

FIGURE 7. Les profils topographiques et pluviométriques le long des lignes (a) Jarés del Marquesado-Berchules-Cadiar-Albunol-Costa et (b) Orce-Maria-Velez Rubio-Puerto Lumbreras—Aguilas-Costa.

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FIGURE 8. La carte des isohyètes des precipitation cumulées du 16-19 octobre 1973, sur la côte sud-est de l'Espagne.

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forment sur les premiers contreforts des montagnes et non, en général, sur celles qui sont les plus élevées (qui sont situées dans une seconde ligne d'attaque). La compa­raison des profils topographiques et pluviométriques le long des lignes Berchules-Albunol-Costa et Maria-Aguilar-Costa le met en évidence (Fig.7).

(4) Les noyaux convectifs producteurs des plus grandes précipitations resteraient localisés suivant les voies d'accès du flux humide et la position des premiers contreforts attaqués. Une fois le courant ascendant de base amorcé, la cellule se renforcerait et se maintiendrait stable grâce au flux d'air humide entrant par la base, grâce au flux d'air sec de sud-ouest entrant par les niveaux intermédiaires et grâce à ceux qui sortent par le sommet des nuages pris dans le fort courant de la branche du flux qui traverserait la région péninsulaire considérée. L'ensemble pré­sente une analogie très marquée avec les schémas les plus reconnus de la cellule convective (Goldman, 1968).

PRECIPITATIONS

Sur la Fig.8, nous présentons la carte des isohyètes des précipitations cumulées du 16 au 19 octobre 1973, cette carte est basée sur les observations effectuées une fois par jour à huit heures, dans les stations du réseau pluviométrique du Service Météorologique National. Nombre de ces stations sont suivies par du personnel appartenant aux Travaux Publics (Direction Générale des Travaux Hydrauliques), à l'Agriculture et la majorité par des particuliers collaborateurs du Ministère de l'Air. On a utilisé des données dûment vérifiées d'environ 1000 stations réparties dans les bassins du Guadalquivir, Guadiaro, Guadalhorce, Guadalfeo, Adra, Nacimiento, Almanzora, Segura et une partie de celui du Jucar. On a pu localiser des noyaux importants: de 623 mm à Albunol, province de Grenade, de 472 mm à Bayarque, province d'Almeria, de 425 mm à Cadiar, province de Grenade, de 300 mm en divers points des bassins de l'Almanzora et du Segura, etc.

(1) L'importance de ces précipitations recueillies au cours de la période de 2 à 4 jours, spécialement dans les zones du Guadalfeo et du Segura, se comprend lorsqu'on compare la carte précédente à celle des isohyètes des hauteurs moyennes annuelles de la période 1931 — 1960 représentée Fig.9. On observe des aires très localisées où les précipitations dues à cet épisode pluvieux sont supérieures à la normale annuelle.

(2) Le volume d'eau tombé sur les différents bassins a été évalué par plani-métrage des bassins élémentaires et par les procédés usuels en hydrologie. Exposons simplement quelques données:

(a) Sur environ 14,400 km2, comprenant uniquement le bassin du fleuve Segura, il est tombé 1,542,033 X 103 m3 d'eau, ce qui suppose une hauteur moyenne de précipitation de 107 mm. Cela représente en moyenne un tiers de la hauteur annuelle de précipitation, d'après les données de la Direction Générale des Travaux Hydrauliques (Centre d'Etudes Hydrogéographiques, 1973).

(b) Si nous considérons uniquement le bassin du Guadalentin, affluent du Segura, de 3300 km2 qui reçut 529,047 X 103 m3 d'eau, la hauteur moyenne de précipitation pour ce bassin partiel s'élève à 160 mm.

(c) Sur le bassin du Guadalfeo de 1305 km2, la précipitation moyenne atteignit 183 mm. Sur celui de l'Adra, province de Grenade, de 746 km2, les 166,000 X 103 m3 d'eau supposent une précipitation moyenne de 202 mm.

(d) On met en relief la localisation de ces noyaux de très fortes précipita­tions si on considère, par exemple, l'eau tombée sur les bassins intermédiaires des bassins cités, c'est-à-dire Guadalfeo et Adra, dont les eaux se versent directe­ment dans la mer. Sur 512 km2, nous avons calculé que se sont abattus, en

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moins de 48 h, environ 134,160 X 103 m3 d'eau, soit 262 mm. Il ne faut pas s'étonner que dans les torrents habituellement à sec on soit incapable de canaliser ce volume d'eau qui forme une barre débordante qui entraîne ponts, maisons et personnes jusqu'à la mer.

FIGURE 9. La carte des isohyètes des hauteurs moyennes annuelles de la période 1931-1960, sur la côte sud-est de l'Espagne.

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PREVISION HYDRO LOGIQUE

La perte en vies humaines, même si elles sont peu nombreuses, les dommages in­nombrables que les crues brusques et presque inattendues causent au bétail, à l'agriculture et aux habitations, obligent à reconsidérer le problème de la prévision hydrologique.

Sans entrer dans des études et des travaux qui conduiraient à la régularisation et à la canalisation des eaux et en se limitant à la simple prévision des crues catastrophiques sur des bassins déterminés, le problème de la prévision hydrologique spécifique à des régions qui présenteraient les mêmes conditions que celles étudiées ici doit comprendre les aspects suivants:

(1) La prévision spéciale des phénomènes qui nous préoccupent pour une époque déterminée de l'année, les situations météorologiques caractéristiques dans lesquelles ils se produisent, la circulation zonale à basse altitude, la température maxi­male de l'eau de mer, la bifurcation du courant en 'jet', l'advection d'air sec du sud-ouest avec divergence en 500 mb, la convergence en surface et avec des vents d'est sur la cuvette méditerranéenne, la formation d'une dépression sur l'Afrique du Nord et la genèse des fronts associés (radiosondes de Gibraltar, Alger et Palma), doivent être prises en compte pour l'élaboration d'avis de prévision par les Centres Respons­ables de la prévision météorologique à des niveaux nationaux et régionaux pour être diffusés auprès des autorités hydrologiques concernées.

(2) Observations pluviométriques: l'observation de la précipitation, de la précipitation cumulée, de l'intensité de celle-ci et la transmission de ces données doivent être effectuées par un réseau dense de stations. La carte des isohyètes de l'épisode pluvieux obtenue à partir des données du réseau synoptique, des observa­tions et transmissions trihoraires, réseau suffisamment dense pour d'autres besoins ne concorde pas avec la réalité (Fig. 10). Il semblerait que le réseau de prévision hydrologique utilisé par la Météorologie Nationale française souffre également d'un nombre insuffisant de données pluviométriques (Merlet, 1973).

(3) Vigilance et message — Le réseau pluviométrique de données journalières qui a servi pour établir la carte d'isohyètes de l'épisode pluvieux, réseau dont la densité moyenne est de 80 à 90 km2 par station, présente l'inconvénient de ne pas fonctionner en temps réel. Seules quelques rares stations, qui sont généralement aussi hydrométriques, ont des moyens de transmission et des relations avec les Centres hydrographiques. Il faut souhaiter qu'augmente le nombre de ces stations pour qu'à l'aide de celles-ci et des stations synoptiques on puisse former un réseau de base dont les messages puissent être transmis au moins deux fois par jour, non seulement pour que l'on soit averti des variations de niveau des eaux, mais aussi pour pouvoir servir dans un programme de réseau de surveillance et de calcul journalier de la balance hydrique des dits bassins, dirigé par un ordinateur et exploité par un Centre National responsable de l'émission de bulletins et d'avis.

(4) Détection des cellules convectives — Le problème spécifique de l'annonce des crues sur les bassins du versant méditerranéen espagnol, et en particulier de la zone sud-est, avec des lits secs, courts et à forte pente avec une orographie compliquée, presque anarchique, n'est évidemment pas résolu avec l'implantation du réseau de base cité, en tenant compte de la forte probabilité des formations de petits noyaux à fortes précipitations, dans les conditions générales et particulières que l'on a men­tionnées, répartis ça et là dans des endroits imprévisibles. Il faut recourir à des procédés de localisation des cellules susceptibles de se former et de se former si vite, avec une surveillance continue de leur situation, de leur déplacement, de leur durée et, si c'était possible, de l'intensité de la précipitation qu'elles produiront. Le radar météorologique doit combler cette lacune d'observation. Un réseau limité de radars météorologiques, bien définis et de portée moyenne de 150 km situés à des emplace-

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FIGURE 10. La carte des isohyètes de l'épisode pluvieux du 16-19 octobre 1973, utilisant les données du réseau synoptique.

ments judicieux afin de réduire les espaces morts, devrait être pris en charge par les organismes intéressés dépendant des Ministères des Travaux Publics, de l'Agriculture, de l'Information et du Tourisme et, en outre, du Service Météorologique. Ceci doit être le complément indispensable des réseaux: synoptiques, pluviométriques et hydrométriques, qui viennent en aide à la prévision hydrologique. A la Fig. 11, on

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FIGURE 11. Une possible localisation d'un réseau de radars pour le détection des cellules convectives. (ombres: //// / /)

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suggère une possible localisation d'un réseau de radars pour les zones sud et sud-est de la péninsule ibérique.

Dans une autre étude, on exposera l'importance qu'a dans les précipitations étudiées la source de vapeur venant de la cuvette de la Méditerranée occidentale analysée par la méthode du flux de vapeur (Peixoto, 1973).

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