chapitre 1 - hydrologie
TRANSCRIPT
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 1
Chapitre 1 : Hydrologie
de la pluie au débit
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 2
Hydrologie – de la pluie au débit
• Réseau hydrographique, canaux et ouvrages existants
Pluie � Débit? Crues sur l’Eau noire, Viroinval, Nismes
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 3
Hydrologie – de la pluie au débit
• Nouveaux ouvrages
Débit de dimensionnement
Etude statistique
Chantier barrage d’Hastière 2000
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 4
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 5
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 6
Mécanisme de la pluie
Equilibre phases liquide et vapeur de l’eau
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 7
Mécanisme de la pluie
Température � �Condensation
Atmosphère : -6°C par km
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 8
Mécanisme de la pluie
Mélange �Condensation
Atmosphère : zones de haute et basse pression
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 9
Types de précipitations
• Pluies de convections
• Pluies orographiques
Zech Y. Hydrologie urbaine
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 10
Types de précipitations
Pluies cycloniques ou de front
Zech Y. Hydrologie urbaine
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 11
Types de précipitations
Pluies cycloniques ou de front
Zech Y. Hydrologie urbaine
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 12
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 13
Mesure de la pluie
Que mesure-t-on?
Zech Y. Hydrologie urbaine
Hauteur de précipitation = mm d’eau recueillie
1 mm = 1 l/m²
Surface projetée à prendre en considération
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 14
Pluviomètres
Zech Y. Hydrologie urbaineWikipédia
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 15
Pluviomètres - recommandations
• Ouverture horizontale
• Ouverture à dimensions standardisées (ici 400 cm²)
• Bords tranchants (influence des bords)
• Entonnoir avec petit trou vers récipient gradué pour limiter
les pertes par évaporation
• Récipient gradué étroit pour plus de précision de lecture
(avec débordement éventuel)
• Placé à 1,5 m du sol
• A l’abri du vent…mais pas de la pluie
• Si relief, placé au vent
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 16
Pluviomètres – interprétation des mesures
• Mesure ponctuelle représentative d’une vaste étendue
• L’emplacement a de l’influence (recommandations
météorologiques mondiales)
• Mesure unique ne peut pas être répétée, mais peut être
comparée à celle d’autres pluviomètres de la même région
• Relevé manuel et journalier
– ne suit pas toujours le rythme des averses
– erreurs humaines
• Indique une intensité par relevé, pas d’évolution dans le
temps
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 17
Pluviographes
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 18
Pluviographes
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 19
Pluviographes à balance
• Evolution du poids enregistrée en continu
• Couche d’huile placée dans le fond pour éviter l’évaporation
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 20
Pluviographes – caractéristiques
complémentaires
• Enregistrement automatique permettant de visualiser une
évolution dans le temps
• Relevés moins réguliers (problème moins vite détecté)
• Si précipitation trop importante, retard enregistré du à
l’accumulation d’eau dans l’entonnoir.
• Précision limitée à la taille de l’auget
• Possibilité de chauffer en cas de précipitations solides
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 21
Données caractéristiques – valeurs moyennes
et cumulées
•Module pluviométrique annuel : somme des précipitations sur une année
– Belgique = 830 mm en moyenne (jusqu’à 1400 mm dans les Hautes Fagnes)
– Répartition en Wallonie
(max journalier T = 10 ans)
•Précipitations mensuelles, en % du module annuel ou en mm
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 22
Données caractéristiques – Averses
• Dimensionnement:– Averse typique : petits ouvrages sans risque majeur en cas de
dépassement
– Averse exceptionnelle : ouvrages stratégiques, probabilité de dépassement très faible car conséquences importantes
• Intensité maximum d’une averse sur un temps ∆t
– iM� si ∆t � (ex : soit une même averse de 2h, plus de pluie récoltée par min en 5 min d’averse qu’en 1h)
– iM� si Τ � (Τ = temps de retour moyen d’une averse)
ex : une averse qui se produit en moyenne une fois tous les 20 ans (T=20 ans) sera plus intense qu’une averse qui se produit en moyenne une fois par an (T=1 an)
t
hi MM
∆
∆=
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 23
Courbes durée – intensité – fréquence
• Durée de l’averse ∆t en minute
• Intensité de l’averse iM ou i en mm/h
• Fréquence = temps de retour T en année
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 24
Courbes durée – intensité – fréquence
Exemple 1 – une averse
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 25
Courbes durée – intensité – fréquence
Exemple 2 – plusieurs averses
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 26
Courbes durée – intensité – fréquence
Uccle
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 27
Formule de Talbot
Où a et b sont donnés dans le tableau ci-dessous en fonction
du temps de retour T
tb
ai
∆+=
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 28
Base de données wallonne
http://voies-hydrauliques.wallonie.be/opencms/opencms/fr/hydro/index.html
Exercice :
Pour votre commune, représentez la courbe durée-
intensité-fréquence pour un temps de retour de 5 ans et de
100 ans, comparez ces courbes aux courbes obtenues par
la formule de Talbot
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 29
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 30
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 31
Exemple
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 200 400 600 800 1000
durée (min)
inte
ns
ité
(m
m/h
) Charleroi 5 ans
Namur 5 ans
Talbot 5 ans
Charleroi 100 ans
Namur 100 ans
Talbot 100 ans
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 32
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 33
Bassin versant
Bassin versant d’une section (ex : exutoire d’une rivière ou section au droit d’un ouvrage)
=
Partie du territoire dont les pluies contribuent à former un débit au droit de cette section.
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 34
Bassin versant
www.rncan.gc.ca
Hydropanorama de l’ile de Bowen
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 35
Bassin versant
www.rivagedumoulin.org/
Bassin versant de la rivière du Moulin
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 36
Bassin versant
Roche - Hydrologie de surface (1963)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 37
Bassin versant
– Repérage des cours d’eau et des lacs
– Repérage des confluences
– Repérage du relief, des sommets et des vallées
– Prise en compte du sous – sol pour les écoulements sous-terrains
• Tracé du bassin versant
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 38
Bassin versant
– Moyenne entre les mesures des différents pluviomètres
– Polygones de Thiessen (moyenne pondérée en fonction de l’emplacement des pluviomètres)
– Tracé des isohyètes (courbes d’égales précipitations)
• Pluie représentative de l’ensemble du bassin
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 39
Zone d’influence d’un point
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 40
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Soit un bassin versant avec 4 pluviomètres
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 41
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Etape 1 : On relie les pluviomètres par des droites (triangles les plus
équilatéraux possible)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 42
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Etape 1 : On relie les pluviomètres par des droites (triangles les plus
équilatéraux possible)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 43
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Etape 2 : On trace les médiatrices de chaque droite
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 44
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Etape 3 : On trace les polygones autour de chaque pluviomètres
(Les médiatrices de chaque droite partant d’un pluviomètre se coupent en un point)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 45
Bassin versant – Polygones de Thiessen
Etape 3 : On trace les polygones autour de chaque pluviomètres
(Les médiatrices de chaque droite partant d’un pluviomètre se coupent en un point)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 46
Bassin versant – Polygones de Thiessen
• Le bassin versant de surface A comportant n pluviomètres est ainsi
divisé en n zones
• La surface du bassin versant influencée par le pluviomètre i est Ai et
l’intensité de la pluie mesurée à ce pluviomètre est ii
• L’intensité de pluie à prendre en compte pour l’ensemble du bassin
versant imoy est obtenue par moyenne pondérée
A
Ai
i
n
i
ii
moy
∑== 1
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 47
Bassin versant – Tracé des isohyètes
• Les isohyètes (courbes d’égales précipitations) peuvent être déterminées
par interpolation et en tenant compte du relief
• Difficile et long en pratique de les tracer
• Meilleur résultat si beaucoup de relief
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 48
• Moyenne simple : imoy= 48.9 mm
• Polygones de Thiessen : imoy= 48.7 mm
• Isohyètes : imoy= 48.3 mm
Assez proche si beaucoup de pluviomètres et peu de relief
Bassin versant – exemple
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 49
Validité de la mesure – Double masse
• Comparaison entre les précipitations mesurées aux pluviomètres A,
B et C
• On calcule les précipitations cumulées iA,cum, iB,cum, iC,cumprécipitation cumulée à un jour = somme des précipitations
récoltées depuis un moment de référence jusqu’à ce jour
• On choisit un pluviomètre comme référence et on le compare aux
autres sur une période significative
date i i cumulée
17/11/2010 4 4
18/11/2010 1 5
19/11/2010 0 5
20/11/2010 10 15
21/11/2010 15 30
22/11/2010 7 37
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 50
Validité de la mesure – Double masse
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
iA cum (mm)
i B e
t i C
cu
m (
mm
)
iB cum
iC cum
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 51
Exercice
• Les mesures des différents pluviomètres du bassin versant
de la Warche sont elles cohérentes et fiables?
• A partir du bassin versant de la Warche et des mesures aux
différents pluviomètres en 1995, déterminez la précipitation
représentative annuelle de l’ensemble du bassin par la
méthode des polygones de Thiessen.
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 52
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 53
Cycle de l’eau
www.eau.tourdumonde.free.fr
Cycle de l’eau
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 54
Cycle de l’eau
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 55
Cycle de l’eau
netPSFElP ++++= )(
P = précipitation
l = interception par végétaux
E = évaporation sol et surfaces d’eau
F = infiltration dans le sol
S = Stockage d’eau dans dépressions (flaques)
Pnet = Pluie nette – ruissellement direct
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 56
Bilan – déficit
Le déficit est la partie de la pluie qui ne participe pas au
débit
– A court terme
– A long terme (ex : 1 an)
Déficit à long terme selon Coutagne
Tmoy = température moyenne en °C
netPSFElP ++++= )(
netPSFElP ++++= )(
netPSFElP ++++= )(
moyTD 30210 +=
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 57
Exemple : Bassin versant de la Warche
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 58
Exercice
Déterminez le déficit du bassin versant de la Warche en
1995 :
– Grâce à la formule du bilan et aux mesures des précipitations et
des débits.
– Grâce à la formule de Coutagne
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 59
Exercice
Dans cet exemple (bilan annuel 1995) � Déficit D = E
netPSFElP ++++= )(
• Pluie annuelle sur le bassin versant : P=1327 mm
• Qmoy = 4.7m³/s (surface du bassin versant = 183.076 km²
Pour trouver Pnet (partie de la pluie qui participe au débit):
– on calcule la quantité d’eau participant au débit sur une année
= Qmoy * 60 * 60 * 24 * 365 =141912000 m³
– On répartit ce volume sur la surface du bassin versant pour avoir une lame d’eau
équivalente en mm
=141912000/(183.076*1000*1000)=0.84 m = 840 mm = Pnet
• Déficit D = E = P – Pnet = 487 mm
• Déficit par Coutagne : D=210+30 Tmoy =210+30*7.9 =446 mm
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 60
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 61
Hyétogramme
Graphe donnant l’évolution de l’intensité de la pluie en fonction du
temps
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 62
Hyétogramme brut / net
Coefficient
d’infiltration
Infiltration si i<φ
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 63
Hyétogramme brut / net
Hyétogramme brut Hyétogramme net
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 64
Hydrogramme
Graphe donnant l’évolution du débit à un endroit (ex : débouché
d’une rivière) en fonction du temps
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 65
Forme de l’hydrogramme
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 66
Hydrogramme total / net / de base
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 67
Temps nécessaire à une goutte d’eau pour atteindre l’exutoire (endroit
où on veut connaître le débit) depuis l’endroit le plus éloignés
hydrauliquement parlant du bassin versant
Temps de concentration
Bassin versant
Parcours le plus long (ruissellement + écoulement en rivière)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 68
Calcul du temps de base
cpb ttt +=
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 69
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 70
Hydrogramme unitaire - Principe
Pour un hyétogramme net type on connaît l’hydrogramme net
correspondant
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 71
Hydrogramme unitaire - Principe
=
=
K
220
110
2:2
2:
qQt
qQt
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 72
Hydrogramme unitaire - Principe
+=
=
K
1220
110
:2
:
qqQt
qQt
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 73
Hydrogramme unitaire - Principe
++=
+=
=
K
0
3
0
2
0
1
0
2
0
1
0
1
12330
1220
110
:3
:2
:
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
i
qqqQt
qqQt
qQt
0
1
1 i
iq 0
1
2 i
iq
0
1
3 i
iq
0
2
1 i
iq
0
2
2 i
iq
0
3
1 i
iq
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 74
Détermination de l’hydrogramme unitaire
• On choisit une averse typique, on mesure l’hydrogramme
du à cette averse
• On distingue hydrogramme de base et hydrogramme net
(méthodes graphiques)
• On recommence l’opération plusieurs fois
• On détermine le coefficient d’infiltration du bassin versant φ
(volume d’eau hydrogramme net = volume d’eau
hyétogramme net)
�
Pour un hyétogramme net type on connaît l’hydrogramme
net type correspondant
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 75
Hydrogramme unitaire - hypothèses
• Le coefficient d’infiltration φ est constant pour le bassin
versant
• L’averse unitaire est ramenée à un volume de 10 mm
(i0 t0 = 10 mm)
• La durée de l’averse unitaire est limitée (t0< 1/3…1/5 tc)
• 2 averses de même durée (tp) donneront 2 hydrogrammes
ayant le même temps de base (tb)
� tc est constant pour le bassin versant
• Le débit net est proportionnel à l’intensité nette de la pluie
� s’il pleut 2x plus, le débit sera 2x plus important
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 76
Hydrogramme unitaire - exercice
• Données
– Une averse unitaire (pluie uniforme, 20 mm sont tombés en 20
minutes)
– L’hydrogramme unitaire correspondant
– Le coefficient d’infiltration du bassin versant φ = 32 mm
– Une pluie (hyétogramme brut)
• On demande
– Déterminez l’hydrogramme produit suite à cette pluie
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 77
Hydrogramme unitaire - exercice
Hydrogramme unitaire
0.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
12.00
1
Temps (h)
Pré
cip
itati
on
uti
le (
mm
)
0
40
80
120
160
200
Dé
bit (m
3/s
)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 78
Hydrogramme unitaire - exercice
Hydrogramme complexe
0
10
20
30
40
50
60
10 11 12 13 14 15 16 17 18
Temps (h)
Pré
cip
ita
tio
ns
bru
tes
(m
m)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 79
Hydrogramme unitaire - exercice
Hydrogramme complexe
0
10
20
30
40
50
60
10 11 12 13 14 15 16 17 18
Temps (h)
Pré
cip
itati
on
s b
rute
s (
mm
)
0
100
200
300
400
500
600
Dé
bit to
tal (m
3/s
)
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 80
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 81
Méthode rationnelle
• Méthode simplifiée de l’hydrogramme unitaire
• Pour une pluie de projet, permet de déduire
– l’hydrogramme net (forme approximative)
– le débit maximum
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 82
On divise le bassin versant en isochrones (courbes ayant le
même temps de concentration) multiples de t0
Pour chacune des zones de surface Aj définie, on suppose
un coefficient de ruissellement Cj ≤1 constant (fraction de
la pluie qui ruisselle)
Méthode rationnelle - principe
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 83
Méthode rationnelle - principe
Pluie de volume i t0
Hydrogramme du à la pluie
tombée sur la surface Aj
Hydrogramme du à la pluie
tombée sur l’ensemble du
bassin versant
Hypothèse : pluie tombe instantanément
– Hydrogramme induit rectangulaire
– OK si t0 est petit
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 84
Méthode rationnelle - principe
Pour une pluie de durée 3t0, on additionne les trois hydrogrammes
décalés dans le temps
++=
++=
+=
=
K
4433224
3322113
22112
111
iACiACiACQ
iACiACiACQ
iACiACQ
iACQ
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 85
Méthode rationnelle - dimensionnement
Choisir une averse à laquelle l’ouvrage doit résister
� courbes durée-intensité-fréquence
– Le temps de retour (fréquence) de la pluie est choisi en fonction du
projet (en fonction du risque associé au dépassement)
– On choisit la durée et l’intensité de la pluie (point de la courbe) de
manière à prendre en compte le débit maximal à l’exutoire
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 86
Méthode rationnelle - dimensionnement
Bassin versant divisé en trois
partie (tc = 3t0)
Pluie de volume i t0
Hydrogramme du à la pluie
tombée sur l’ensemble du bassin
versant
Comment choisir la pluie donnant le débit maximum à l’exutoire?
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 87
Méthode rationnelle - dimensionnement
Choix de la durée de la pluie
Si tp < tc (ex : tp = 2t0) ∑=
=3
2j
jjMAX iACQ
On pourrait avoir un débit maximum plus grand en
choisissant tp ≥ tc
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 88
Méthode rationnelle - dimensionnement
Choix de la durée de la pluie
Si tp = tc = 3t0 ∑=
=3
1j
jjMAX iACQ
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 89
Méthode rationnelle - dimensionnement
Choix de la durée de la pluie
Si tp > tc (ex : tp = 4t0) ∑=
=3
1j
jjMAX iACQ
Apparition d’un plateau dans l’hydrogramme � tp ≥ tc
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 90
Méthode rationnelle - dimensionnement
� tp ≥ tc
� tp = tc
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 91
Méthode rationnelle - application
• Pas facile de diviser le bassin versant en isochrones
• Pas nécessaire si on veut juste calculer le débit maximum
Où
C=coefficient de ruissellement moyen du bassin versant
i = intensité de la pluie de projet (durée-intensité-fréquence)
A = surface totale du bassin versant
CiAiACQn
j
jjMAX ==∑=1
∑
∑
=
==
n
j
j
n
j
jj
A
AC
C
1
1
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 92
Coefficients de ruissellement
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 93
Méthode rationnelle - exercice
Calculez le débit maximum issu du réseau d’égouttage
d’eau pluvial du quartier de Lauzelle à Louvain-la-Neuve.
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 94
Hydrologie – de la pluie au débit
• Précipitations
– Mécanisme de la pluie
– Données pluviométriques
– Extension au bassin versant
• Cycle de l’eau
• Caractérisation du débit
– Hyétogramme et hydrogramme
– Calcul de l’hydrogramme
• Méthode de l’hydrogramme unitaire
• Méthode rationnelle
– Méthodes statistiques
Bureau d'études du génie civil -Hydraulique fluviale
Ch 1 : Hydrologie 95
Méthodes statistiques
• Utilisé pour connaître le débit moyen, le débit de crue,
débit d’étiage…
• Quand on dispose de mesures de débit sur un certain
nombre d’années, on peut faire correspondre une loi
statistique (lognormale,…) à la répartition des débits
(annuels moyens par ex).
• On peut ensuite utiliser cette loi pour l’estimation de débits
dans de nouveaux projet.
• Débit décennal, centennal,…(qui se produit en moyenne
une fois tous les 10 ans, tous les 100 ans,…)