Hydrologie Génére CH 2: Le Bassin Versant PDF

# HYDROLOGIE GENERALE ## CH 2: LE BASSIN VERSANT ### i - Les caractéristiques du réseau de drainage #### Densité de drainage - La densité est définie comme le rapport de la longueur totale des cours d'eau (temporaires et permanents) à la surface totale du bassin: ``` Dd="∑Li/A ``` - Avec Li: Lo...

# HYDROLOGIE GENERALE ## CH 2: LE BASSIN VERSANT ### i - Les caractéristiques du réseau de drainage #### Densité de drainage - La densité est définie comme le rapport de la longueur totale des cours d'eau (temporaires et permanents) à la surface totale du bassin: ``` Dd="∑Li/A ``` - Avec Li: Longueur totale de tous les cours d'eau en fondre i - Elle représente la longueur moyenne des cours d'eau par unité de surface. #### Le rapport de confluence - Un paramètre qui caractérise l'importance du développement du réseau d'écoulement ##### Numériquement: - $R = \frac{1}{n-1} \sum_{i=1}^{n} R_i$ avec $ R_i = \frac{N_i}{N_{i+1}}$ ##### Ni: le nombre des cours d'eau ayant l'ordre i ##### n: l'ordre l'ordre maximal du chevelu ##### Graphiquement: - log ( Nx ) = n logRc - x logRe - Les deux approches sont à effectuer pour avoir une meilleure estimation de ce coefficient. ### Ordre du cours d'eau - La méthode utilisée est celle de Schumm - Tout cours d'eau sans affluent est d'ordre 1 - Tout cours d'eau formé par la réunion de deux cours d'eau d'ordre x va avoir l'ordre x+1 ### e - Les caractéristiques de relief - Le diagramme hypsométrique: représente en abscisse la valeur de la superficie partielle comprise entre deux tranches d'altitudes successives portées en ordonnées: - Ces courbes permettent de relever les altitudes caractéristiques du relief: - L'altitude moyenne du BV $h_{moy} = \frac{1}{A} \sum_{i=1}^{n} \frac{(h_i + h_{i+1})}{2}$ - L'altitude médiane BV - L'altitude minimale se situe à l'exutoire du BV $h_{min}$ - L'altitude maximale est l'altitude la plus forte relevée au cours de la délimitations du BV $h_{max}$ - Le mode ou l'altitude la plus fréquente: correspond à la tranche d'altitude qui représente le maximum de la surface. ### f - Le rectangle équivalent - Il s'agit d'une transformation purement géométrique, dans laquelle on assimile le bassin à un rectangle ayant le même périmètre et la même superficie. - Les dimensions du rectangle se calculent comme suit: ``` K_G ≥ 1.12 ``` ``` L_{eq}= \frac{K_G \sqrt{A}}{1.12}\sqrt{1 - [\frac{1}{1.12} \frac{1}{K_G}]^2} ``` ``` L_{eq}= \frac{K_G \sqrt{A}}{1.12}\sqrt{1 - [\frac{1}{1.12} \frac{1}{K_G}]^2} ``` ### g- Les indices de pente d'un BV - Indice de pente de roche : une pente moyenne pondérée par la surface des racines carrées des pentes partielles. $I_r = \frac{1}{\sqrt{L_{eq}}}\sum^n_{i=1} \sqrt{ S_i (h_i - h_{i+1}})$ - $S_ı$: le pourcentage de la surface comprise entre 2 tranches d'altitude hi et hi+1 - $L_{eq}$: longueur équivalente en m - Indice de pente global : il sert à classer le relief des bassins: $I_g = \frac{D_u}{L_{eq}}$ - $D_u$ est la dénivelée utile entre laquelle s'inscrit 90% de la surface du BV. $D_u = h_{5%}- h_{95%}$ ### Indice de pente classique - L'indice de pente classique consiste à rapporter la dénivelée entre deux points extrêmes du bassin à la longueur du bassin: $I_{classique} = \frac{(h_{max}- h_{min})}{L_{eq}}$ ### h - La dénivelée spécifique: sert à classifier les relief du BV $D_ı=1, √A$ | Valeurs de Ds | Type de relief | Caractéristiques | |---|---|---| | Ds ≤ 10 m | R1 | Relief très faible | | 10 ≤ Ds ≤ 25 | RZ | faible | | 25 ≤ Ds ≤ 50 | RJ | Assez faible | | 50 ≤ Ds ≤ 100 | R4 | modéré | | 100 ≤ Ds ≤ 250 | RS | Assez fort | | 250 ≤ Ds ≤ 500 | R6 | fort | | Ds > 500 | R7 | Très fort | ### i - Les caractéristiques du réseau de drainage - Le réseau de drainage : C'est l'ensemble des canaux de drainage naturel ou s'écoulent les eaux provenant du ruissellement ou restituées par nappes. - Un réseau de drainage se compose d'un cours principal qui passe par exutoire fixé pour le bassin délimité et une série de cours d'eau tributaires alimentant ce cours d'eau principal, on les appelle des affluents ### Les types des bassins versant - Les réseaux hydrographiques sont toujours ramifiés comme les branches d'un arbre, certains auteurs distinguent 3 types principaux de réseau: - **Chêne**: la ramification est développée, le rapport de confluence est inférieur à 5. - **Peuplier**: le bassin versant nettement plus long que large, présente de nombreux affluents parallèles, le rapport de confluence est supérieur à 10. - **Pin**: le bassin versant se caractérise par une concentration des affluents dans la partie amont, le rapport de confluence est faible. ### j- Le profil en long et le profil en travers d'un BV - Le profil en long: est une coupe longitudinale du cours d'eau suivant l'axe de l'écoulement, c'est un diagramme sur lequel on représente les points (Xi, Hi) avec Xi est la distance d'un point i à l'éxutoire et Hi l'altitude du font de lit au point i. - Le profil en travers: représente un levé de la section transversale de l'écoulement en un point donné du cours d'eau. - Le profil en travers des rivières permet de mettre en relief l'existence d'un lit mineur et un lit majeur de l'écoulement correspondant au champ d'inondation. - Le lit mineur: identifie l'espace compris entre les berges de la rivière et résulte d'une adaptation naturelle de l'écoulement., on l'appelle aussi le lit ordinaire de l'écoulement. - Le lit majeur: correspond au champ d'inondation pouvant être formé en période de fortes pluies engendrant des crues faisant rehausser le niveau d'eau dans la rivière. - Les zone de stockage: elles sont sans pente, elles ont un un effet de régulateur ou modérateur des crues ### Le couvert végétal - il a une action importante sur tout le processus de transformation des pluies en débits. En effet le pourcentage de forêts et de cultures ainsi que leur nature et degré de développement interviennent pour conditionner la rapidité du ruissellement superficiel. Elles favorisent l'évapotranspiration et l'interception et limitent le ruissellement puisque 'elles offrent une grande rugosité à l'écoulement des eaux. ### VI-LES PARAMETRES EN RELATION AVEC LES ECOULEMENTS #### a-Le coefficient de ruissellement (Cr) - Il permet de quantifier la part de la pluie qui s'est écoulée au niveau de l'exutoire par rapport à la pluie moyenne qui est reçue par le bassin $Cr= \frac{Hauteur (volume) d'eau ruisselée}{Hauteur (volume) d'eau précipitée}$ - Avec: - La hauteur ruisselée= Hauteur moyenne précipitée- Pertes - La hauteur d'eau précipitée = La hauteur moyenne précipitée dans le bassin - Lorsque le bassin versant est de taille importante et comporte de grandes hétérogénéités par rapport aux paramètres qui influencent le ruissellement de surface, on calcule alors le coefficient de ruissellement moyen par: $Cr=\frac{\sum Cr_{ia} i}{\sum a_i}$ #### b-Le temps de concentration - Le débit à l'exutoire augmente progressivement suite à la participation progressive des zones (les plus proches d'abord ensuite les plus éloignées). - quand toute la surface aura contribué à l'écoulement, le débit connaitra une valeur maximale. - Le temps de concentration tc est le temps au bout duquel la particule d'eau tombée dans la zone la plus éloignée de l'exutoire va atteindre celui-ci. - La pluie théoriquement la plus pénalisante pour un bassin versant est celle dont la durée est supérieure ou égale son temps de concentration. - Le temps de concentration est une caractéristique du bassin qui dépend de la superficie du bassin, des pentes, la longueur et de la densité du réseau hydrographique. - La littérature propose une multitude de formules empiriques pour le calcul du temps de concentration. De préférence dans la mesure du possible, on vérifie régionalement la validité de ces formules sur la base de données hydr pluviométriques disponibles. #### Tableau 2-8: Temps de concentration: **Formule de Giondotti:** $Tc= \frac{4√S+1.5L}{0.8√h}$ (Heure) - S: la surface du bassin en Km². - L: la longueur du cours d'eau principal en Km: - h: la différence entre altitude moyenne du bassin et celle de l'exutoire (minimale) en m **Formule de Turrezza:** $ Tc= \frac{0.108 3}{\sqrt{I }} \sqrt{SL}$ (Heure) - I la pente moyenne du cours d'eau principal en m/m - S la surface du bassin en km²; - L: la longueur du cours d'eau principal en km. **Formule de Kiripich:** $T = 0.94535 \sqrt{\frac{L}{I}}$ (lleure) - L: la longueur du cours d'eau principal en Km: - D: la différence d'altitude entre les extrémités du cours d'eau principal en m. **Formule de Ventura:** $Tc = 0.1272 \sqrt{\frac{L}{I}}$ (lleure) - I la pente moyenne du cours d'eau principal en m/m; - S la surface du bassin en Km². **Méthode espagnole:** $ Tc = 0.3 \sqrt{\frac{L}{I}} \sqrt{0.77}$ (Heure) - L: la longueur du cours d'eau principal en km; - I: la pente moyenne du cours d'eau principal en m/m **Formule de Van Te chow:** $Tc=0.123 \sqrt{\frac{L}{I}} \sqrt{0.64}$ (Heure) - L: la longueur du cours d'eau principal en km; - I: la pente moyenne du cours d'eau principal en mm **Méthode de la vitesse** $T= \sum_{i= 1}^{n} t_i$ - $t_i$ Le temps sur des tronçons homogènes en pente et en surface; - $L_i$: la longueur du tronçon homogène en pente et en surface; - $V_i$: la vitesse de l'écoulement sur le tronçon qui dépend de la pente, (tableau 2-8). **Le tableau ci-dessous présente quelques vitesses d'écoulement selon les pentes préalablement calculées:** | Pente (%) | Pâturage (prairies) (dans la partie supérieure du bassin versant) | Bois (forêt) (dans la partie supérieure du bassin versant) | Impluvium naturel (surface recevant la pluie) mal défini | |---|---|---|---| | 0-3 | 0,45 | 0.30 | 0.30 | | 4-7 | 0,90 | 0,60 | 0.90 | | 8-11 | 1,30 | 0.90 | 1.50 | | 12-15 | 1.30 | 1.05 | 2,40 | **Aussi d'après le guide hydrologique réalisé pour ADM, il est suggéré de mener les calculs en adaptant la classification suivante:** - S< 20 km² : pour les Pents bassins versants - 20 <= S < 100 km²: pour des Bassins de taille moyenne à grand moyen - S >= 150 km²: pour des bassins versants grands ## H 3: LES PRECIPITATIONS ### I-INTRODUCTION - Les précipitations représentent une composante principale du cycle d'eau. Elles regroupent toutes les eaux météoriques qui tombent sur la surface de la terre, tant sous forme liquide (pluie, brouillard, rosée) que sous forme solide (neige, grêle). - L'absence de pluies génère des périodes de sécheresse provoquant une diminution et un manque de ressources en eau pour répondre aux besoins prioritaires. Cette diminution est suivie d'une augmentation des impacts de la pollution et dégradation de l'environnement. - L'excès des pluies provoque aussi deş inondations et de fortes crues destructrices des ouvrages hydrauliques, de l'infrastructure routière, des pertes agricoles..... - Tout projet d'aménagement de bassins versants, nécessite la connaissance des précipitations et par conséquent leur mesure et suivi dans le temps et dans l'espace. ### II- MESURE DES PRECIPITATIONS LIQUIDES - Le pluviomètre - Le pluviographe ### II- MESURE DES PRECIPITATIONS LIQUIDES - Quelle que soit la forme de la précipitation, liquide ou solide, on mesure la quantité d'eau tombée durant un certain laps de temps. - La mesure des précipitations s'effectue par deux types d'appareils qui sont normalisés : pluviomètre et pluviographe. Les précipitations sont exprimées en lame d'eau précipitée(mm), ou en intensité (mm/h). - Le pluviomètre : instrument de base de la mesure des précipitations liquides ou solides. Il indique la quantité d'eau totale précipitée et recueillie à l'intérieur d'une surface calibrée dans un intervalle de temps donnée. - Le pluviographe : instrument captant la précipitation de la même manière que le pluviomètre mais avec un dispositif permettant de connaître, outre la hauteur d'eau totale, leur répartition dans le temps, autrement dit les intensités. - Le réseau d'observation : On appelle réseau d'observation le réseau formé par l'ensemble des stations pluviométriques pour un bassin versant ou une région donnée. Ils fournissent des mesures ponctuelles publiées, généralement par les services publics, dans des annuaires pluviométriques. ### TD: Dépuillement des enregistrements a un pluviographe - On dispose d'un diagramme d'enregistrement des précipitations d'une Station de pluviométrique (figure 1) enregistré par un pluviographe. D'après cet enregistrement, on vous demande de répondre aux questions suivantes : - 1. Sachant que la vitesse de déroulement du diagramme est de 10 mm/h et que le réservoir à siphon se vide chaque fois que le collecteur a reçu une quantité d'eau équivalente à 10 mm, représenter la lame précipitée cumulée en fonction du temps. - 2. Dessiner un hyétogramme en adoptant un pas de temps de 1 heure. - 3. Calculer les intensités maximales (exprimées en mm/h) sur les intervalles de temps suivants: 30 min, 1 h et 2 h.