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 Posted: 26/10/2007 10:50:48 Post subject: Aide au cours HF30L1 : Les bassins Versant |
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Module « Bassin Versant »
2.2.1. Définitions
2.2.1.1. Type de bassins
Les bassins versants peuvent être distingués en deux types :
Les bassins versants « urbains » : ils présentent une imperméabilisation supérieure à 20 %, qui conditionne exclusivement le volume de la lame d'eau ruisselée.
Les bassins versants « ruraux » présentent une imperméabilisation inférieure à 20 %. Le volume ruisselé dépend de nombreux facteurs variables dans le temps, tels que le couvert végétal, l'antécédent pluviométrique, les pratiques culturales, etc.
2.2.1.2. Débits caractéristiques
Sur un BV URBAIN, plusieurs débits peuvent être caractérisés :
- Le débit d'orage (QORA) correspond au débit de l'orage de fréquence de dépassement retenue pour le dimensionnement des collecteurs (en règle générale on choisit une période de retour de 10 ans).
- Le débit de référence (QREF) peut être caractérisé comme le débit limite de non-déversement des systèmes unitaires. Il est composé du débit de temps sec et d'une part de débit d'eaux pluviales définies comme le débit de pluie de référence.
- Le débit temps sec (QTS) constitué par le débit des rejets d'eaux usées et le débit permanent d'eaux claires parasites (source, drains, infiltration, …).
Sur un BV RURAL, seul le débit d'orage (QORA) est caractérisé.
.2.2. Caractéristiques d'un BV
D'un point de vue hydrologique, un bassin versant se caractérise par sa réaction face à une sollicitation (des précipitations). Cette réaction, mesurée à l'exutoire du système par l'observation de la quantité d'eau qui s'écoule, permet d'établir un hydrogramme (représentation du débit Q en fonction du temps).
Figure 2.3. Caractéristiques d'un bassin versant
Les caractéristiques d'un bassin versant influencent fortement sa réponse hydrologique, et notamment le régime des écoulements en période de crue ou d'étiage.
2.2.2.1. Coefficient de ruissellement Cr
La capacité d'un bassin versant à ruisseler est caractérisée par le coefficient de ruissellement qui est très souvent utilisé en hydrologie de surface. Son calcul et son emploi sont simples, mais notons qu'il peut conduire à commettre de grossières erreurs. Ce coefficient est défini comme étant le rapport du volume d'eau ruisselé sur le volume d'eau total précipité sur le BV.
Figure 2.4. Coefficient de ruissellement
En l'absence de mesure (cas le plus fréquent) sur les bassins de type Urbain, on utilise, en assainissement urbain, le rapport des surfaces imperméables raccordées au réseau à la surface totale du bassin versant.
Figure 2.5. Coefficient d'imperméabilisation
Cette évaluation sous-entend que les pertes initiales, dues essentiellement au stockage de l'eau dans les dépressions (0,1 à 2 mm) et les effets des surfaces perméables en liaison avec le réseau sont négligeables, ceci n'étant plus le cas général du fait du développement des techniques alternatives (chaussées réservoir, noues, …).
Pour les bassins non urbains, ce coefficient est plus difficile à estimer et subit de fortes variabilités dans le temps. Les pertes initiales, la potentialité d'infiltration conditionnent la réponse volumétrique du BV.
Figure 2.6. Tableaux des coefficients de ruissellement
La réaction hydrologique d'un bassin versant est caractérisée par un hydrogramme mesuré à son exutoire représentant la variation des débits en fonction du temps. La grandeur et la forme de l'hydrogramme de crue résultant d'une pluie donnée sont fonction de la vitesse et de l'intensité de la réaction caractérisée notamment par le temps de concentration Tc.
2.2.2.2. Temps de concentration Tc
Le temps de concentration des eaux sur un bassin versant se définit comme le temps mis par une goutte d'eau tombée sur le point le plus éloigné (hydrologiquement) de l'exutoire pour y parvenir.
Cette valeur est influencée par diverses caractéristiques morphologiques dont principalement :
- la taille (surface),
- la forme (surface et longueur),
- et le relief du bassin (longueur et pente).
A ces facteurs s'ajoutent encore le type de sol, le couvert végétal et les caractéristiques du réseau hydrographique.
2.2.2.3. Évaluation du temps de concentration
Elle peut être réalisée par des formules empiriques ou par la méthode dite "des vitesses" utilisée couramment pour les projets d'assainissement routier.
Données
Tc
| Temps de concentration,
| A
| Superficie du bassin versant,
| P
| Pente du bassin versant,
| L
| Longueur du bassin versant,
| V
| Vitesse d'écoulement.
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Formules empiriques : Tc est exprimé en mn
NOM
| Kirpich
| Passini
| Ventura
| Formulation
| 
| 
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| Unités
| L : longueur en m, p : pente en m/m, A : surface en km2
| Validité
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| A > 40 km2
| A > 10 km2
Pente faible ou moyenne
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Tableau 2.1. Tableau des formules empiriques des temps de concentration
Méthode des vitesses
avec Tc en mn, L en m, V en m/s
Figure 2.7. Tableau des vitesses
2.2.3. Caractéristiques des pluies
L'application des techniques statistiques aux données des relevés pluviométriques permet de déterminer la fréquence et les caractéristiques des événements pluvieux.
2.2.3.1. Fréquence de dépassement - Période de retour
Si au cours d'une période d'observation de N années, il a été enregistré n averses d'intensité supérieure ou égale à i sur un intervalle de temps dt, la fréquence de dépassement F de cette averse est définie par le rapport n/N. La période de retour T est l'inverse de la fréquence de dépassement; elle représente le nombre d'années au cours duquel l'averse surviendra, en moyenne, seulement une fois.
2.2.3.2. Courbes Intensité-Durée-Fréquence (IDF)
Des dépouillements complets des relevés pour divers intervalles de temps Dt permettent d 'établir des familles de courbes donnant, pour une période de retour donnée, l 'intensité moyenne sur l 'intervalle de référence Dt.
Figure 2.8. Courbes Intensité-Durée-Fréquence
Diverses formules mathématiques permettent une représentation de ces familles de courbes. Une des plus répandues est la formule de Montana :
Figure 2.9. Loi de Montana
t
| durée de l'averse en mn
| a(T), b(T)
| coefficients fonction de la pluviométrie
| i
| intensité de la pluie en mm/mn
|
Ces analyses statistiques conduisent à des familles de paramètres variables d'une part suivant la période de retour, mais d'autre part également suivant la durée des événement pluvieux. Il peuvent en outre présenter des ordres de grandeur différents (notamment pour a) selon les unités utilisées.
Il est important de retenir pour le calcul la famille de paramètres adaptée, faute de quoi des dérives importantes peuvent être relevées au niveau des résultats.
 | Astuce |
|---|
| La définition des paramètres a et b de la loi de Montana est réalisée à l'aide de l'onglet « Paramètres ». |
2.2.3.3. Pluie de projet
Les courbes IDF sont également employées pour construire des « pluies de projet ».
Une « pluie de projet » est une pluie fictive définie par un hyétogramme synthétique et statistiquement représentative des pluies réelles, bien que jamais observée.
Le modèle de pluie de projet couramment utilisé a été mis au point par Mr DESBORDES (Laboratoire d'Hydrologie Mathématique de Montpellier) suite à une analyse des deux longues séries d'observations disponibles en France (Montpellier Bel-Air et Paris Montsouris).
Figure 2.10. Modèle de pluie DESBORDES
La pluie de projet "Desbordes" est caractérisée par :
- une durée totale de la pluie DP de l'ordre de 4 heures
- une durée intense DM qui varie de 15 minutes à une heure selon la nature des bassins versants
- la position de cette période intense
- les hauteurs HT précipitée sur la durée totale et HM précipitée au cours de la période intense. Cette dernière a la période de retour T choisie pour la pluie.
- une forme doublement triangulaire.
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