ChapVI_ Calcul des Débits de Crue [Mode de compatibilité]

8/13/2019 ChapVI_ Calcul des Dbits de Crue [Mode de compatibilit]

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CHAPITRE VI

Dbits de Crue, Etiages et

dbits de basses eaux

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Par :Dr Harouna KARAMBIRI et Dr Dial NIANG

Institut International d'Ingnierie de l'Eau et de l'Environnement (2iE) (Groupe EIER-ETSHER)

UTER Gestion et Valorisation de l'Eau et l'AssainissementE-mail: [email protected]


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2

I. Dbits de crue

Elles comprennent les mthodes:

historiques

Utilisant uniquement les principales caractristiques du bassin versant

1.1. Mthode historique:

Elle consiste aller sur le terrain, rechercher les repres deshautes eaux atteintes, Puis on trace le profil en travers et oncalcule le dbit maximum par la formule suivante:

Q = S.VS :section mouille [m2]V: vitesse moyenne |m/s]Q: dbit maximal |m3/s]

La vitesse moyenne est calcule soit avec laformule de Chzy, soit avec la formule deManning Strickler


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I. Dbits de crue

1.2. Mthodes utilisant les caractristiques principales du bassin:

1.2.1. Formule utilisant uniquement la surface du bassin versant:

SCQ

CSQ

logloglog

+=

=

Q :dbit maximal |m3/s]S: surface du bassin versant (km2)

C: coefficient de Myer: coefficient variant de 0,4 0,8, gnralementon prend = 0,5 car on considre que levolume coul est proportionnel la surface S


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I. Dbits de crue

1,2.2. Les courbes enveloppes

10

1

00

k

S

S

Q

Q

=

Q :dbit maximal |m3/s]S: surface du bassin versant (km2)

Q0= 106

m3

/sS0= 10

8km2

K: coefficient gographique variant de 2 6


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I. Dbits de crue

1.3. Mthodes utilisant les prcipitations:

On utilise les pluies moyennes ou les pluies maximales ou lespluies une certaine probabilit

( )

( )IfQ

PfQ

PfQ

=

=

=

I = intensit moyenne maxima une certainefrquencePmoy: pluie moyenne sur le bassin versant


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I. Dbits de cue

1.3.1. Formule utilisant la pluie moyenne

La formule la plus utilise est celle dISKOUSKI

nel)proportionnt(inversemesantbassin verdutenduel'suivant110det variantcoefficien:m

0.800.017dentsant variabassin verduemorphologilaantcaractristcoefficien:

(mm)ionsprcipitatdelinterannuemodule:

)/(craindremaximumdbit: 3

=

P

smQ

SPmQ


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I. Dbits de crue

1.3.2. Formule utilisant lintensit de la pluie

Il sagit de la formule rationnelle qui a t dveloppe par analyselogique entre la pluie et lcoulement

CIAQ =Q :dbit de pointe pour un temps de retour TA : surface du bassin versant

C: coefficient de ruissellementI: intensit de la pluie de temps de retour Tpour une dure critique D de faon provoquerun dbit de crue maximum


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I. Dbits de crue

1.3.2.1. Hypothse de la mthode rationnelle

a) La mthode rationnelle est une mthode globale qui calcule undbit de pointe lexutoire dun bassin versant;

b) Lintensit de la pluie I est constante dans le temps et danslespace. Elle stale sur une dure critique D. Une courbe IDFpermet dobtenir I pour une dure critique D et un temps de retour

T,La valeur de D est choisie gale au temps de concentration tcdu bassin versant, Cette hypothse rpond au concept selonlequel le dbit de pointe provoqu par une pluie uniforme est

maximum quand la totalit de la surface contribue auruissellement;

c) Lintensit de la pluie est constante dans le temps sur toute ladure de laverse, Cette hypothse est contraire aux observations,

puisquil est trs rare dobserver un hydrogramme uniforme;


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I. Dbits de crue

d) Le coefficient de ruissellement est suppos constant dans letemps et dans lespace,

1.3.2.2. Estimation des paramtres de la formule rationnelle

A). Le temps de concentration tc

Le temps de concentration correspond au moment o tout le bassin

versant participe au ruissellement, La valeur de tc sera donc lemaximum de tous les temps de parcours imaginables dans le bassinversant, Le temps de concentration tcest dfini par lexpression

eaudcoursledansparcoursdetempst

entredtempsouentruissellemdetempstnhumectatiodtempst

tttt

a

ru

aruc

':

;':;':

++=


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I. Dbits de crue

Le temps dhumectation correspond en zone rurale au temps requispour atteindre la saturation du sol. A partir de ce moment leruissellement commence, En zone urbaine, il reprsente le temps

requis pour remplir les dpressions et satisfaire le stockage desurface,En zone urbaine, le temps dhumectation est trs faible (1 3minutes), car le ruissellement sur les surfaces impermablescommence gnralement en concomitance avec la pluie, En zonerurale, une valeurentre 10 et 20 minutesest normalement adopte

pour tu,

Le temps de ruissellement est quivalent au temps dcoulemententre le point le plus loign du bassin versant et le dbut du cours

deau,

Le temps dacheminement dans le cours deau correspond au tempsde dplacement de leau jusqu lexutoire,


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I. Dbits de crue

Schma de dfinition du temps de concentration


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I. Dbits de crue

Il existe plusieurs formules empiriques pour exprimer tc, trou taenfonction des caractristiques du bassin versant,

Formule de Ventura

sin[%]:

][kmversantbassin:A];min[:t

3.76

2

c

basdumoyennepenteI

dusurfaceutesonconentratidetempsavec

I

Atc =

Formule de Passini


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[km]bassindu:sin[%];:

][kmversantbassin:A];min[:t

.8.64

2

c

3

longueurLbasdumoyennepenteI

dusurfaceutesonconentratidetempsavecI

ALtc =

En zone urbaineles valeurs detrsont gnralement estimes parjugement, Elles varient entre5 et 30 minutes,En milieu urbaindense on adopte5 minutes. Une valeur communment propose

est 10 minutes,En zone rurale trpeut tre calcul avec la mthode du SCS, Cettemthode permet de calculer les vitesses de parcours en surface partir de la pente et du type doccupation du sol

surfacedecoulementl'parsuivielignelade:

;':

longueurL

surfacedecoulementdvitessevavec

v

Lt

i

i

i

ir =


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I. Dbits de crue

B). Le coefficient de ruissellement Cr

Le coefficient de ruissellement Crdpend essentiellement du type desol, de sa couverture vgtale et de la pente du bassin versant, Letableau 1 indique des valeurs exprimentales


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I. Dbits de crue

Type de sol Couverture du bassinversant

Cultures Pturages Bois,forts

A fort taux dinfiltration;sols sableux ou graveleux

A taux dinfiltration

moyen; limons et solssimilaires

A faible taux dinfiltration;sols lourds, argileux; solspeu profonds sur fondimpermable

0,20

0,40

0,50

0,15

0,35

0,45

0,10

0,30

0,40


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I. Dbits de crue

Par ailleurs en zone urbaine, le coefficient deruissellement est souvent exprim en fonction du tauxdimpermabilit du bassin versant, Les formules les plus

utilises pour calculer Crsont:a)

Cette formule suppose que les pertes en zone

impermable sont trs petites et que le coefficient deruissellementde la zone permable en milieu urbain estgal 0,15

( )

sin'

115.09.0Cr

basdulitimpermabidtauximpo

impimp

=

+=


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b)

Cette formule dveloppe par Desbordes (France) montreque les pertes en zone impermable peuvent treimportantes (12%), La contribution des secteurs

permable est pratiquement nglige,

En Allemagne, la formule de Shaake (ci-dessous) estsouvent utilise, Elle exprime Cr en fonction du taux

dimpermabilit et de la pente I (en %) du bassin;

c)

I. Dbits de crue

( )12.001.1Cr = imp

Iimp 05.065.014.0Cr ++=


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Exercice dapplication: la figure suivante montre unbassin versant caractre rural pour lequel il faut calculer

le dbit de projet T = 5 ans lexutoire, La pente amont du

bassin (sous bassin A1) couvre 20 ha tandis que la partie

aval stend sur une surface de 40 ha, A lamont il n ya

pas de cours deau dfini et lcoulement se fait

uniquement en surface, A laval il existe un canal ciel

ouvert sur une longueur de 2000 m, Loccupation et le

type de sol sont uniformes sur toute la surface, Calculer

le dbit de pointe pour un temps de concentration de 17

mm/h,

I. Dbits de crue


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I. Dbits de crue

200 m

1500 m1000 m

2000 m

Sous bassin A1Surface = 20 ha

Sous bassin A2Surface = 40 ha

Canal ciel ouvert

Vitesse estime avecStricklerV = 1 m/s

Ecoulementde surface

Pente = 2%Sol cultivdans le sensde la pente


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II. Etiages et dbits de basses eaux

2.1. Introduction

Une averse tombant sur un bassin versant va provoquer une station de

contrle situe sur le cours deau une rponse qui peut tre nulle

(absence de crue) ou positive (coulement ou crue) dont lhydrogrammeprsente les caractristiques suivantes:


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2.1.1. La courbe de concentration,reprsente la monte de

la crue et dpend essentiellement de la pluie (dure,

htrognit spatiale et temporelle) et du bassin versant

(tendue, forme;

2.1.2. La courbe de concentration, la courbe de dcrue de

lhydrogramme de ruissellement traduit lcoulement de

leau accumule dans le bassin aprs la cessation des

prcipitations;

2.1.3. La courbe de tarissement est la partie de

lhydrogramme gnre par les seuls coulements

souterrains, alors que tout coulement de surface a dj


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2.2. Dfinition


2.2.1. Dbits dtiage et dbits caractristiques

Ltiage se dfinit comme le plus bas niveau des eaux dun

cours deau; le dbit dtiage est le dbit correspondant ce

niveau:

dbit annuel dtiage: dbit journalier le plus faible observ

au cours de lanne (hydrologique ou calendaire);

dbit absolu dtiage: dbit journalier le plus faible survenu

au cours de la priode dobservation;

dbit caractristique dtiage (DCE): dbit dpass 355

jours par an (hydrologique ou calendaire);


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dbit caractristique de crue (DCC): dbit moyen journaliergal ou dpass pendant 10 jours dans une anne donne

(hydrologique ou calendaire);

Dbit caractristique de 10 ou 11 mois (DC10, DC11): dbit

dpass 10 respectivement 11 mois par an.

2.2.2. Courbe des dbits classs

Les diffrents dbits caractristiques introduits ci-dessus

se dduisent des courbes annuelles des dbits classs, Une

courbe des dbits classs sobtient en ordonnant la srie

dobservation (dbits moyens journaliers),


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Courbe des dbits classs

II E i dbi d b


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2.3. Etude du tarissement

Le tarissement dun cours deau est dfini comme la

dcroissance rgulire des dbits de basses eaux en

fonction du temps, Les courbes qui reprsentent cette

dcroissance sappellent les courbes de tarissement.

La recherche et ltude des lois de dcroissance des dbits

rsultant de lpuisement progressif des nappes

souterraines (drainage des terrains, restitution des nappes)

constituent ltude du tarissement.


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Les lois de tarissement de Boussinesq et de Maillet

Ces 2 auteurs ont propos des lois exprimentales relatives

la prvision des dbits minima des sources dun cours

deau sans apports deau extrieurs la nappe considre,

La formulation mathmatique est la suivante:

( )

[ ]

,

.es

e,T

0

1-

00

tempstt

milieudutiquescaractrisdetnappelade

gomtrieladfonctionuneestttarissemendetcoefficien

ttempsaudbitQ

ttempsaudbitQ

=

==

=

=

=

0000tttttttt

0000eeeeQQQQQQQQ

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