Aménagement de Cours d'Eau

8/19/2019 Aménagement de Cours d'Eau

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ÉCOLE PO LYT EC HN IQU EFÉDÉRALE DE LAUSANNE

Laboratoire de constructions hydrauliques

Aménagements de cours d’eau

Protection contre les érosions du lit


Augmentation de la résistance du lit lit artificiel (canal bétonné)

pavage du lit par des blocs en pierre (couche de pavage artificiel)

renforcer le lit par de gros blocs (rocher ou éléments en béton)

Réduction de la pente du lit fixation du lit par des traversées (seuils en bois, pierres de taille, béton)

fixation du lit par des rampes de blocs changement du tracé du cours d'eau (prolongement du talweg par

des méandres, etc.)

Diverses possibilités


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Elargissement du lit élargissement sur longues distances

élargissement local dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire

Intervention sur le transport solide

renversement du gravier dans le cours d'eau(localement à l'amont du tronçon érodé)

Diverses possibilités (suite)


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Stabilisation des lits

contre l'érosion


contre l'érosion

Fixation du lit par des ouvrages transversaux:a) seuil; b) coursier bétonné; c) rampe de blocs; d) rampe de blocs à grande rugosité

e) coursier avec pavage artificiel; f) seuils en bois


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Stabilisation des lits contre l'érosionStabilisation des lits contre l'érosion

Fixation du lit par des ouvrages transversaux:g) seuil de fixation en blocs, h) seuil de fixation en bois; i) traversée; k) seuil en bois avec

refuge pour poissons


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Rampes en blocs – Types et conceptRampes en blocs – Types et concept

rampes fixes en béton (revêtues de pierres

en taille)

Type et matériaux Rugosité de surface

très lisse

rampes fixes en blocs de rocher placésdans une couche de béton assez rugueux

rampes mobiles en gros blocs posées

en espaces réguliers

rugueux

rampes mobiles en gros blocs posées en

espaces irréguliers (en remblai) très rugueux


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Rampe dénoyée construite en blocs

hcr

Ligne d'énergie

Lit normal

Lit pendant la crue

Rampe noyée construite en blocs

Conditions d'écoulement sur une rampe lisse

et une rampe rugueuse.

Influence de la rugosité sur l'affouillement

au pied.

Fonctionnement hydraulique

des rampes en blocs

Fonctionnement hydrauliquedes rampes en blocs


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Dimensionnement des rampes en blocsDimensionnement des rampes en blocs

Processus lors de la destruction

l'érosion directe des blocs, c'est-à-dire l'instabilité des blocs

particuliers due aux forces d'écoulement (renversement,

glissement et transport par l'écoulement)

l'érosion indirecte de la rampe par lavage des matériaux du lit

situé au-dessous se fait à travers les joints entre les blocs

l'affouillement du pied stabilisant de la rampe


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Erosion directe de la rampe par l'instabilité des blocs particuliersErosion directe de la rampe par l'instabilité des blocs particuliers

Critère empirique selon Whittaker, Jäggi (1986):

avec q : débit par mètre de largeur sur la rampe [m3/s]

s : densité des blocs par rapport à l'eau

D : diamètre des blocs [m]

J : pente de la ligne d'énergie sur la rampe(en cas d'un enrochement uniforme égal à la pente du lit)

=⋅ − ⋅

7 / 63

65

0.257

( 1)

q

J g s D


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Affouillement du pied de la rampe Affouillement du pied de la rampe

Empêcher l'affouillement du pied de la rampe par

l'aménagement d'une surface rugueuse sur la rampeEstimation de l'affouillement au pied avec l'équation Tschopp-

Bisaz (1972)

avec S : profondeur de l'affouillement au-dessous du niveau d'eau [m]

q : débit unitaire sur la rampe [m3

/sm]v : vitesse d'écoulement au pied de la rampe [m/s]

d 90 : diamètre caractéristique des matériaux du lit [m]

= ⋅ ⋅ − 900.85 7.125S q v d


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Mesures constructives contre

l'affouillement du pied des

rampes en blocs

Mesures constructives contre

l'affouillement du pied des

rampes en blocsTapis en blocs

Lit construit

Affouillement

NW

Niveau d'étiage

Prolongation de la rampe jusqu'à

la profondeur maximale de l'affouillement

Stabilisation du pied avec des rails de chemin de fer

ou des pieux (selon Jäggi 1999/2000).


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Disposition d'une rampe incurvée en planDisposition d'une rampe incurvée en plan

Afouillement


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Aménagements de cours d’eauStabilisation des lits par un lit artificielStabilisation des lits par un lit artificiel


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Couche de pavage artificielCouche de pavage artificiel


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Théorie du charriage - début du mouvementThéorie du charriage - début du mouvement

Sous-couche du lit

(charriage permanent)

Hauteur d'eau hcr pour

laquelle le début du

mouvement se produit:

J

d 1)-(scr

cr h mUS

θ=

J : pente de frottement.

θcr : contrainte de cisaillement critique adimensionnelleθcr > 0.047 charriage bien développé.

θcr = 0.03 - 0.047 pas de charriage régulier.θcr < 0.03 aucun mouvement.dmUS : diamètre moyen des grains de la sous-couche.

s : densité spécifique s = ρs/ ρ.

Pavage du lit

Hauteur d'eau hcr pour laquelle

le pavage du lit est détruit.

a) avec dmDS = d90 US

J

d )1s( h US90cr cr −θ=

b) selon Günter

(granulométrie du pavage connue)

(0.4% < J < 2%)

67.0

d d

J

d )1s(cr cr h

mUS

mDSmDS

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛ −θ=

1

1

2

2


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Le début du charriageLe début du charriage

Diagramme de ShieldsContrainte de

cisaillement

adimensionnelle

d1sg

τ

d1s

Jh

(par définition)

h : hauteur d’eau

J : pente de frottementd : diamètre des grains

s : 7.26.2s ÷=ρρ

h


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par des gros blocs


par des gros blocs


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Aménagements de cours d’eauRenforcement du lit avec des gros blocsRenforcement du lit avec des gros blocs


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Renforcement du lit avec des gros blocsRenforcement du lit avec des gros blocs


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Calcul hydraulique en considérant de gros blocsCalcul hydraulique en considérant de gros blocs

résistance hydraulique des matériaux de base du lit (sans gros blocs)

c s

R s: rayon hydraulique de l'écoulement sur le lit

k s: élément de rugosité déterminant des matériaux de base du lit

k s = 1.5 d mD

d mD : diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux debase (d mD ≈ d 90)

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ==

s

s' *

m

k

R In.

V

V 1252


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résistance hydraulique des blocs résiduels

c b

k b: élément de rugosité déterminant des blocs résiduels

D: diamètre équivalent du bloc résiduel

a: concentration adimensionnelle de surface des blocs résiduels ≈ n · D2

n = concentration de surface des blocs résiduels [m2]

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ ==

b

s' *

m

k

R In.

V

V 1252

D

k b = ⎟ ⎠ ⎞⎜

⎝ ⎛ −

D

h..a 470817


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résistance totale du lit

vitesse moyenne d'écoulement (loi de Chézy)

calcul de la pente réduite du lit J '

et ainsi

222

111

bs c c c +=

J R g c V sm ⋅⋅=

' J R g V s' * ⋅=

' J R g

J R g c

V

V

c s

s

' *

m

s ==

2

⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ =

sc

c J ' J


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d m: diamètre moyen de la sous-couche des matériaux de basedu lit (sans blocs résiduels)

m

s

d )s(

' J R

1−⋅

=θ

Contrainte adimensionnelle agissant sur les matériaux de base du lit


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θc : coefficient de Shields pour un lit comparable composé de grainsunitaires (θc = 0.05)

d mD: diamètre moyen de la couche de pavage des matériaux de base

(d mD ≈ d 90)

Résistance des matériaux de base selon Günter (1971)

Condition limite pour l'érosion de la couche de pavage

32 /

m

mDc cD

d

d ⎟⎟ ⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛ = θ θ

θ > θ cD


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Stabilisation des lits des des rives par des blocs artificielStabilisation des lits des des rives par des blocs artificiel

q* = 0.4 J-1/3

selon Bezzola, 2005

q* = q

g (s −1)V

V nˇ c = 6.25q

2

J −2/3g (s −1)


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ÉCOLE PO LYT EC HN IQU EFÉDÉRALE DE LAUSANNELaboratoire de constructions hydrauliques


Renforcement des lits par

des seuils

Renforcement des lits par

des seuils


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Buts et inconvénients des seuilsButs et inconvénients des seuils

Stabiliser le lit des rivières à forte pente

Diminuer la pente du lit pour obtenir la pente d'équilibre

Comme déversoirs dénoyés pour les débits égaux ou inférieurs au débit de

dimensionnement

Obstacle à la libre migration de poissons;

Fondation profonde pour garantir la stabilité des affouillements au pied;

Réalisation difficile en présence de l'eau (dérivation coûteuse du cours d'eaupendant la construction).

ButsButs

FonctionnementFonctionnement

InconvénientsInconvénients


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Dimensionnement et emplacement des seuilsDimensionnement et emplacement des seuils

Ecoulement sur les seuilsavec le coefficient de débit C d = 0.326 pour un seuil large

Alluvionnement du lit par les seuils:

Hauteur nécessaire du seuil:avec d'environ 0.5 à 1.0 m

Distance maximale entre les seuils:

= ⋅ ⋅3 / 2

2d Q C b g H

∆ = − ⋅0( )h J J L

≥ ∆ + ∆ ≥ − ⋅ + ∆0( )cr s h z J J L z ∆z − ∆ ∆

≤ =− −max 0 0cr cr

s z hL

J J J J

J

J0

S

∆Z

∆

h

J

L

J

J0

S

∆Z

∆

h

J

L


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Estimation de l'affouillement au pied des seuilsEstimation de l'affouillement au pied des seuils

granulométrie grossière du lit (Kotoulas, 1973)

granulométrie fine du lit (Tschopp/Bisaz, 1972)

avec S : profondeur de l'affouillement au-dessous du

niveau d'eau à l'aval du seuil

q : débit spécifique sur le seuil (= Q/b)

H : différence entre les charges amont et aval du seuil

d 90 : diamètre caractéristique des grains du lit

⋅=0.35 0.7

0.4

90

0.78 H qSd

= ⋅ ⋅ −0.5 0.25

902.76 7.22S q H d


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Traversées – Utilisation et fonctionnementTraversées – Utilisation et fonctionnement

ouvrages transversaux ou seuils à

faible hauteur, espacés étroitement,pour la stabilisation du lit

conditions d'écoulement sur les

traversées

a) petits débits avec écoulement critique sur

les traversées (déversoir dénoyé),

comportement similaire aux seuils

b) écoulement avec surface ondulée,

l'affouillement que se produitest analogique aux dunes ou anti-dunes

c) écoulement fortement torrentiel avec une

forte érosion à l'amont des traversées


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Dimensionnement des

traversées

Dimensionnement des

traversées

calcul non explicite avec l'hypothèse sur

la pente réduite J' , le rayon hydraulique

R b, le niveau du lit pour hm

il en résulte:

y max est inconnu et doit donc être estimé au début du calcul.

Puis, avec une loi de vitesse connue (Strickler ou Keulegan) on obtient

Le calcul des pertes de forme selon Bordat-Carnot donne:

avec L comme distance entre les traversées.

avec la condition

la valeur y max peut donc être trouvée par itération

= +,2max

b b red

y R R

= ( , ')m bv f R J

⎛ ⎞=

⎜ ⎟⎜ ⎟+⎝ ⎠

22

max

, max

1''

2

m

b red

y V J

g R y L

= +' ''J J J

A é t d d’


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Dimensionnement des traverséesDimensionnement des traversées

Affouillement maximal sans apport de charriage

avec L : distance entre les traversées

q : débit spécifique

Cette équation est valable pour

et 1.39‰ (qB : débit solide spécifique)

⋅ ⋅= ⋅

− ⋅

0.5 0.5 0.67

0 max 0.25 0.42

90

1.25

( 1)

q J Ly

s g d

<


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Dimensionnement des traverséesDimensionnement des traversées

Affouillement avec apport de charriage

Sécurité contre le changement du régime

Profondeur maximale

d'eau

ρ

⎛ ⎞= − ⋅ ⋅⎜ ⎟⎝ ⎠

=

⋅

0.12

max 0 max

90

1 0.53 *

avec * B

s

Ly y J q

d

qq

q


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Types de traverséesTypes de traversées



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Aménagements de cours d eau

Types de traverséesTypes de traversées



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Traversée en bois avec


Traversée en bois avec


refuge pour

poissons

3 5

41 1

6

2



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Kl. Schliere, AlpnachKl. Schliere, Alpnach

Aménagements de cours d’eauUnwetter August 2005

Unwetter August 2005


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Aménagements de cours d eauUnwetter August 2005

Kl. Schliere, AlpnachKl. Schliere, Alpnach

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Protection contre les érosionsProtection contre les érosions

Elargissement du lit élargissement sur longues distances

élargissement local

dérivation partielle du cours d'eau dans un lit secondaire

Intervention sur le transport solide renversement du gravier dans le cours d'eau

(localement à l'amont du tronçon érodé)

Diverses possibilités (suite)

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