117
République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’ Enseignement S upérieur et la Recherche Scientifique Université des Sciences et de la Technologies d’Oran Mohamed BOUDIAF FACULTE D’ARCHITECTURE ET DE GEN IE CIVILE DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE MEMOIRE EN VUE DE L’O BTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER Spécialité : Hydraulique Option : Ressource en eau PRESENTE PAR M elle CHAREB-YSSAAD Ismahane SUJET DU MEMOIRE SOUTENU LE ……………………….. . DEVANT LE JURY COMPOSE DE Nom et Prénoms Grade Etablissement Mr. HADJEL Mohammed Professeur USTO-MB Président Mr. ERRIH Mohammed Maitre de conférences USTO-MB Rapporteur Mr. BOUKERMA Baghdadi Maitre de conférences USTO-MB Co-rapporteur Mr. CHERIF El-Amine Maitre de conférences USTO-MB Examinateur Mr. BENAMARA Lakhdar Maitre de conférences USTO-MB Examinateur Contribution à la méthodologie des études de protection contre les inondations : Application des modèles HEC-RAS et HEC-FDA

Contribution à la méthodologie des études de protection

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Page 1: Contribution à la méthodologie des études de protection

Reacutepublique Algeacuterienne Deacutemocratique et Populaire

Ministegravere de lrsquoEnseignement Supeacuterieur et la Recherche Scientifique

Universiteacute des Sciences et de la Technologies drsquoOran

Mohamed BOUDIAF

FACULTE DrsquoARCHITECTURE ET DE GENIE CIVILE

DEPARTEMENT DrsquoHYDRAULIQUE

MEMOIRE EN VUE DE LrsquoOBTENTION DU DIPLOME DE MAGISTER

Speacutecialiteacute Hydraulique

Option Ressource en eau

PRESENTE PAR

Melle CHAREB-YSSAAD Ismahane

SUJET DU MEMOIRE

SOUTENU LE helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip DEVANT LE JURY COMPOSE DE

Nom et Preacutenoms Grade Etablissement

Mr HADJEL Mohammed Professeur USTO-MB Preacutesident

Mr ERRIH Mohammed Maitre de confeacuterences USTO-MB Rapporteur

Mr BOUKERMA Baghdadi Maitre de confeacuterences USTO-MB Co-rapporteur

Mr CHERIF El-Amine Maitre de confeacuterences USTO-MB Examinateur

Mr BENAMARA Lakhdar Maitre de confeacuterences USTO-MB Examinateur

Contribution agrave la meacutethodologie des eacutetudes de

protection contre les inondations

Application des modegraveles HEC-RAS et HEC-FDA

SOMMAIRE Liste des symboles

Liste des figures Liste des tableaux

Introduction geacuteneacuterale helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 01

PARTIE I

METHODOLOGIE HYDROLOGIQUE HYDRAULIQUE ET ECONOMIQUE LES MODELES HEC-RAS ET HEC-FDA

CHAPITRE I

LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUEShelliphelliphelliphelliphelliphellip

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I11 Deacutefinitionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulairehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMShelliphelliphelliphelliphelliphellip

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du Modegravele HEC-HMS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

hhjshI21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraverehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I22 Description du modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I221 Introductionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

03 03 03 03 05 06 06 07 11 11 14 14 14 14

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES ECONOMIQUES hellip II1 INTRODUCTION helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II21 Typologie des dommageshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II22 Evaluation des dommages helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II23 Evaluation des dommages agrave priori helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE HEC-FDAhelliphelliphelliphellip II31 Description du modegravele HEC-FDA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II32 Composantes du modegravele HEC ndashFDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II321 Configuration de lrsquoeacutetude helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II322 Etude hydrologique helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II323 Etude eacuteconomique helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II324 Evaluationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

25 25 25 25 25 26 27 27 27 27 28 29 29

PARTIE II

LE BASSIN VERSANT DE LA MINA

CHAPITRE III

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III 1 Introductionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III2 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III3 Situation geacuteographiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III4 Caracteacuteristiques morphomeacutetriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

III41 Paramegravetres de formehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III42 Paramegravetre de reliefhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

III5 Caracteacuteristiques du reacuteseau hydrographiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III6 Temps de concentrationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III7 Sol et veacutegeacutetationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

31 31 31 31 33 33 34 39 40 41

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphellip IV1 Climathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV2 Pluviomeacutetriehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV21 Preacutecipitation annuellehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV22 Preacutecipitation mensuellehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV23 preacutecipitations maximales journaliegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

44 44 44 44 45 46

IV3 Tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV4 Evaporationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV5 Evapotranspirationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

49 49 49

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V3 ETUDE DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V41 Application du modegravele HEC-HMS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V411 Modegravele du bassin versant helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V413 Le calage des modegraveleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V42 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

51 51 52 53 53 54 56 59 59 60 61 61 62 65

PARTIE III

PROTECTION DE LA VILLE DE RELIZANE CONTRE LES INONDATIONS

APPLICATION DES MODELES HEC-RAS ET HEC-FDA

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATIONS APPLICATIOPN DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI31 Deacutefinitionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI32 Typologie des digues de protrection contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAShelliphelliphelliphelliphellip

VI42 Reacutesultats de la simulationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphellip VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphellip VI52 Dimensionnement de la diguehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI522 Calcul de la hauteur de la digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

67 67 67 67 68 69 69 69 70 71 74 77 77 78 78 79 81

81 CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII1 Application du modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebithelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII15 Evaluationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

82 82 83 84 85 86 88 89

Conclusion geacuteneacuterale helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphellip

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

90

LISTE DES SYMBOLES EN (SI)

Variables Deacutefinitions Uniteacutes

a Perte deacutenergie principale -

A Surface du bassin versant Kmsup2

Ach Surface deacutecoulement du canal principal msup2

Ai Surface partielle Kmsup2

Alob Surface deacutecoulement de la rive gauche msup2

Arob Surface deacutecoulement de la rive droite msup2

CNi Le coefficient de curve number -

Ct Coefficient de torrentialiteacute -

D Deacuteniveleacute m

Dd Densiteacute de drainage KmKmsup2

Ds Deacuteniveleacute speacutecifique m

E Evaporation moyenne mensuelle degC

ETP Evapotranspiration moyenne mensuelle mm

F1 Freacutequence du cours drsquoeau - g Acceacuteleacuteration de la graviteacute msup2s

H5 Altitude correspondant agrave 95 de la surface m

H50 Altitude meacutediane m

H95 Altitude correspondant agrave 5 de la surface m

Heau Hauteur de lrsquoeau m

HFond Hauteur du fond de cours drsquoeau m

Hmax Altitude maximale m

Hmin Altitude minimale m

Hmoy Altitude moyenne m

I Indice thermique degC Ig Indice de pente global

Imoy Indice de pente moyenne

Io La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations mm

Ip Indice de pente moyen

Kc Indice de compaciteacute -

Kc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

Kch Deacutebit du canal principal m3s

Kf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

Klob Deacutebit de la rive gauche m3s

Krob Deacutebit de la rive droite m3s

Lcp Longueur totale du cours drsquoeau principal Km

LR Longueur du rectangle eacutequivalent Km lR Largeur du rectangle eacutequivalent Km

Mc Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans le canal m3s

Mf Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans la plaine drsquoinondation m3s

Pe Peacuterimegravetre du bassin versant Km

Pjmax Pluie journaliegravere maximale mm

Pt Pluie correspondante agrave un pas de temps t mm

Q Deacutebit total drsquoune coupe m3s

qc Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

qf Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

ql Apport lateacuteral par uniteacute de longueur msup2s

RC Rapport de confluence -

RL Rapport de longueur

S La capaciteacute maximale au champ apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation

de 5 jours mm

Sf Pente de frottement -

Sh perte de contraction perte de contraction -

Tdeg Tempeacuterature moyenne mensuelle degC

Tc Temps de concentration Heures V vitesse moyenne de lrsquoeau ms

WS Profil de la surface de lrsquoeau m

Y Profondeur de leau m

Z Altitude du canal principal m

β Facteur de distribution de vitesse -

Δt Pas de tems s

Δx Pas de distance m

T Peacuteriode de retour an

p Probabiliteacute au deacutepassement -

q Probabiliteacute au non deacutepassement -

R Revanche des hautes eaux m

Hdigue Hauteur de la diguette m

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

108

110

112

114

116

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

[1] Achit M 2006 Probleacutematique de lrsquoeacuterosion et du transport solide en Algeacuterie du Nord Bassin versant de lrsquoOued Mina (Wilaya de Relizane) Thegravese de Doctorat Es-

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[2] Achit M amp Meddi M 2005 Variabiliteacute spacio-tomporelle des apports liquides et solides en zone semi-aride Cas du bassin versant de lrsquoOued Mina (Nord-ouest

Algeacuterien) Rev Sci Eau 18 37-56

[3] Benabdellah M 2007 Contribution agrave lrsquoeacutetude de la propagation de lrsquoonde de

crue dans les cours drsquoeau naturels Application logiciel des modegraveles de Muskingum et Muskingum-Cunge Magister Gestion de ressources en eau Univ Mohammed Boudiaf USTO

[4] Bonnifait L 2005 Deacuteveloppement de courbes submersion-dommages pour lrsquohabitat reacutesidentiel queacutebeacutecois Thegravese de Doctorat Es-SciencesUni du Queacutebec INRS-ETE

[5] Burnham M Davis D 1998 Flood Damage Reduction HEC-FDA vs 10 Userrsquos Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of

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[7] Gaume E 2005-2006 Hydrologie de versants et de bassins versants et modeacutelisation pluie-deacutebit (HYDROLOGIE) Ch 2 et 3A Ecoles Nationale des ponts et des chausseacutees

[8] Geoffroy J 2007 Modeacutelisation des paramegravetres morphogegravenes du cours infeacuterieur de la Bruche (Bas-Rhin) et analyse de la sensibiliteacute du modegravele HEC-RAS agrave la qualiteacute des donneacutees

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[9] Graf W H MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement permanent uniforme et non uniforme Tome 1 Ed Press polytechniques et universitaires

ROMANDES

[10] Graf WH MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement non

permanent et pheacutenomegravenes de transport Tome 2 Ed Press polytechniques et universitaires ROMANDES

[11] Henine H 2004 Interfaccedilage entre un modegravele hydrologique modegravele hydrodynamique au sein drsquoun systegraveme drsquoinformation inteacutegreacute sous web incluent les SIG Magister ENP Alger

[12] Hubert G et Ledoux B 1999 Le cocircut du risqueacuteLrsquoeacutevaluation des impacts socio-eacuteconomiques des inondations Presse de lrsquoEcole Nationale des Ponts et des

Chausseacutee

[13] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Hydraulic Reference Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 2 3

[14] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Userrsquos Manuel Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 3 6 7 8

[15] Kreis N 2004 Modeacutelisation des crues des riviegraveres de moyenne montagne pour

la gestion inteacutegreacutee du risque drsquoinondation laquo Application de la valleacutee de THUR (Haut-Rhin raquo Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoeau E N Strasbourg

[16] Musy A 2005 Cours Hydrologie geacuteneacuterale Laboratoire dHydrologie et

Ameacutenagements (HYDRAM) Institut des Sciences et Technologies de lEnvironnement (ISTE) Ecole Polytechnique Feacutedeacuterale de Lausanne (EPFL) France

[17] Serre D 2005 Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations Modeacutelisation de critegraveres de deacutecision dans un Systegraveme

dInformation Geacuteographique Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoInformation Geacuteographique Univ Marne-La-Valleacutee

[18] Touaibia B 2004 Manuel Pratique drsquoHydrologie Docteur drsquoEtat Maicirctre de

confeacuterences Ecole Nationale Supegraverieure de lrsquoHydraulique Blida Chp I

[19] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 2: Contribution à la méthodologie des études de protection

SOMMAIRE Liste des symboles

Liste des figures Liste des tableaux

Introduction geacuteneacuterale helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 01

PARTIE I

METHODOLOGIE HYDROLOGIQUE HYDRAULIQUE ET ECONOMIQUE LES MODELES HEC-RAS ET HEC-FDA

CHAPITRE I

LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET HYDRAULIQUEShelliphelliphelliphelliphelliphellip

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I11 Deacutefinitionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulairehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMShelliphelliphelliphelliphelliphellip

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du Modegravele HEC-HMS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

hhjshI21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraverehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I22 Description du modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I221 Introductionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

03 03 03 03 05 06 06 07 11 11 14 14 14 14

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES ECONOMIQUES hellip II1 INTRODUCTION helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II21 Typologie des dommageshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II22 Evaluation des dommages helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II23 Evaluation des dommages agrave priori helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE HEC-FDAhelliphelliphelliphellip II31 Description du modegravele HEC-FDA helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II32 Composantes du modegravele HEC ndashFDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II321 Configuration de lrsquoeacutetude helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II322 Etude hydrologique helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II323 Etude eacuteconomique helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip II324 Evaluationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

25 25 25 25 25 26 27 27 27 27 28 29 29

PARTIE II

LE BASSIN VERSANT DE LA MINA

CHAPITRE III

CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III 1 Introductionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III2 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III3 Situation geacuteographiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III4 Caracteacuteristiques morphomeacutetriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

III41 Paramegravetres de formehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III42 Paramegravetre de reliefhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

III5 Caracteacuteristiques du reacuteseau hydrographiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III6 Temps de concentrationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip III7 Sol et veacutegeacutetationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

31 31 31 31 33 33 34 39 40 41

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphellip IV1 Climathelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV2 Pluviomeacutetriehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV21 Preacutecipitation annuellehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV22 Preacutecipitation mensuellehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV23 preacutecipitations maximales journaliegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

44 44 44 44 45 46

IV3 Tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV4 Evaporationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV5 Evapotranspirationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

49 49 49

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V3 ETUDE DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V41 Application du modegravele HEC-HMS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V411 Modegravele du bassin versant helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V413 Le calage des modegraveleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V42 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

51 51 52 53 53 54 56 59 59 60 61 61 62 65

PARTIE III

PROTECTION DE LA VILLE DE RELIZANE CONTRE LES INONDATIONS

APPLICATION DES MODELES HEC-RAS ET HEC-FDA

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATIONS APPLICATIOPN DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI31 Deacutefinitionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI32 Typologie des digues de protrection contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAShelliphelliphelliphelliphellip

VI42 Reacutesultats de la simulationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphellip VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphellip VI52 Dimensionnement de la diguehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI522 Calcul de la hauteur de la digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

67 67 67 67 68 69 69 69 70 71 74 77 77 78 78 79 81

81 CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII1 Application du modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebithelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII15 Evaluationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

82 82 83 84 85 86 88 89

Conclusion geacuteneacuterale helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphellip

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

90

LISTE DES SYMBOLES EN (SI)

Variables Deacutefinitions Uniteacutes

a Perte deacutenergie principale -

A Surface du bassin versant Kmsup2

Ach Surface deacutecoulement du canal principal msup2

Ai Surface partielle Kmsup2

Alob Surface deacutecoulement de la rive gauche msup2

Arob Surface deacutecoulement de la rive droite msup2

CNi Le coefficient de curve number -

Ct Coefficient de torrentialiteacute -

D Deacuteniveleacute m

Dd Densiteacute de drainage KmKmsup2

Ds Deacuteniveleacute speacutecifique m

E Evaporation moyenne mensuelle degC

ETP Evapotranspiration moyenne mensuelle mm

F1 Freacutequence du cours drsquoeau - g Acceacuteleacuteration de la graviteacute msup2s

H5 Altitude correspondant agrave 95 de la surface m

H50 Altitude meacutediane m

H95 Altitude correspondant agrave 5 de la surface m

Heau Hauteur de lrsquoeau m

HFond Hauteur du fond de cours drsquoeau m

Hmax Altitude maximale m

Hmin Altitude minimale m

Hmoy Altitude moyenne m

I Indice thermique degC Ig Indice de pente global

Imoy Indice de pente moyenne

Io La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations mm

Ip Indice de pente moyen

Kc Indice de compaciteacute -

Kc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

Kch Deacutebit du canal principal m3s

Kf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

Klob Deacutebit de la rive gauche m3s

Krob Deacutebit de la rive droite m3s

Lcp Longueur totale du cours drsquoeau principal Km

LR Longueur du rectangle eacutequivalent Km lR Largeur du rectangle eacutequivalent Km

Mc Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans le canal m3s

Mf Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans la plaine drsquoinondation m3s

Pe Peacuterimegravetre du bassin versant Km

Pjmax Pluie journaliegravere maximale mm

Pt Pluie correspondante agrave un pas de temps t mm

Q Deacutebit total drsquoune coupe m3s

qc Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

qf Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

ql Apport lateacuteral par uniteacute de longueur msup2s

RC Rapport de confluence -

RL Rapport de longueur

S La capaciteacute maximale au champ apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation

de 5 jours mm

Sf Pente de frottement -

Sh perte de contraction perte de contraction -

Tdeg Tempeacuterature moyenne mensuelle degC

Tc Temps de concentration Heures V vitesse moyenne de lrsquoeau ms

WS Profil de la surface de lrsquoeau m

Y Profondeur de leau m

Z Altitude du canal principal m

β Facteur de distribution de vitesse -

Δt Pas de tems s

Δx Pas de distance m

T Peacuteriode de retour an

p Probabiliteacute au deacutepassement -

q Probabiliteacute au non deacutepassement -

R Revanche des hautes eaux m

Hdigue Hauteur de la diguette m

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

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06 045 08

0 50 100 150 200 250110

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Station (m)

Ele

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)

Legend

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Station (m)

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045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

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Station (m)

Ele

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Legend

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045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

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Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

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Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

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06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

[1] Achit M 2006 Probleacutematique de lrsquoeacuterosion et du transport solide en Algeacuterie du Nord Bassin versant de lrsquoOued Mina (Wilaya de Relizane) Thegravese de Doctorat Es-

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[19] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 3: Contribution à la méthodologie des études de protection

IV3 Tempeacuteraturehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV4 Evaporationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip IV5 Evapotranspirationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

49 49 49

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V3 ETUDE DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacuteshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUEShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V41 Application du modegravele HEC-HMS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V411 Modegravele du bassin versant helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V413 Le calage des modegraveleshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip V42 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

51 51 52 53 53 54 56 59 59 60 61 61 62 65

PARTIE III

PROTECTION DE LA VILLE DE RELIZANE CONTRE LES INONDATIONS

APPLICATION DES MODELES HEC-RAS ET HEC-FDA

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATIONS APPLICATIOPN DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI1 INTRODUCTIONhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI31 Deacutefinitionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI32 Typologie des digues de protrection contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAShelliphelliphelliphelliphellip

VI42 Reacutesultats de la simulationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONShelliphelliphelliphelliphelliphellip VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondationshelliphelliphelliphelliphelliphellip VI52 Dimensionnement de la diguehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI522 Calcul de la hauteur de la digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

67 67 67 67 68 69 69 69 70 71 74 77 77 78 78 79 81

81 CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII1 Application du modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebithelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII15 Evaluationhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

82 82 83 84 85 86 88 89

Conclusion geacuteneacuterale helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip helliphellip

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

90

LISTE DES SYMBOLES EN (SI)

Variables Deacutefinitions Uniteacutes

a Perte deacutenergie principale -

A Surface du bassin versant Kmsup2

Ach Surface deacutecoulement du canal principal msup2

Ai Surface partielle Kmsup2

Alob Surface deacutecoulement de la rive gauche msup2

Arob Surface deacutecoulement de la rive droite msup2

CNi Le coefficient de curve number -

Ct Coefficient de torrentialiteacute -

D Deacuteniveleacute m

Dd Densiteacute de drainage KmKmsup2

Ds Deacuteniveleacute speacutecifique m

E Evaporation moyenne mensuelle degC

ETP Evapotranspiration moyenne mensuelle mm

F1 Freacutequence du cours drsquoeau - g Acceacuteleacuteration de la graviteacute msup2s

H5 Altitude correspondant agrave 95 de la surface m

H50 Altitude meacutediane m

H95 Altitude correspondant agrave 5 de la surface m

Heau Hauteur de lrsquoeau m

HFond Hauteur du fond de cours drsquoeau m

Hmax Altitude maximale m

Hmin Altitude minimale m

Hmoy Altitude moyenne m

I Indice thermique degC Ig Indice de pente global

Imoy Indice de pente moyenne

Io La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations mm

Ip Indice de pente moyen

Kc Indice de compaciteacute -

Kc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

Kch Deacutebit du canal principal m3s

Kf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

Klob Deacutebit de la rive gauche m3s

Krob Deacutebit de la rive droite m3s

Lcp Longueur totale du cours drsquoeau principal Km

LR Longueur du rectangle eacutequivalent Km lR Largeur du rectangle eacutequivalent Km

Mc Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans le canal m3s

Mf Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans la plaine drsquoinondation m3s

Pe Peacuterimegravetre du bassin versant Km

Pjmax Pluie journaliegravere maximale mm

Pt Pluie correspondante agrave un pas de temps t mm

Q Deacutebit total drsquoune coupe m3s

qc Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

qf Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

ql Apport lateacuteral par uniteacute de longueur msup2s

RC Rapport de confluence -

RL Rapport de longueur

S La capaciteacute maximale au champ apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation

de 5 jours mm

Sf Pente de frottement -

Sh perte de contraction perte de contraction -

Tdeg Tempeacuterature moyenne mensuelle degC

Tc Temps de concentration Heures V vitesse moyenne de lrsquoeau ms

WS Profil de la surface de lrsquoeau m

Y Profondeur de leau m

Z Altitude du canal principal m

β Facteur de distribution de vitesse -

Δt Pas de tems s

Δx Pas de distance m

T Peacuteriode de retour an

p Probabiliteacute au deacutepassement -

q Probabiliteacute au non deacutepassement -

R Revanche des hautes eaux m

Hdigue Hauteur de la diguette m

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

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121

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protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

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Station (m)

Ele

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)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Hydraulic Reference Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 2 3

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confeacuterences Ecole Nationale Supegraverieure de lrsquoHydraulique Blida Chp I

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System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 4: Contribution à la méthodologie des études de protection

LISTE DES SYMBOLES EN (SI)

Variables Deacutefinitions Uniteacutes

a Perte deacutenergie principale -

A Surface du bassin versant Kmsup2

Ach Surface deacutecoulement du canal principal msup2

Ai Surface partielle Kmsup2

Alob Surface deacutecoulement de la rive gauche msup2

Arob Surface deacutecoulement de la rive droite msup2

CNi Le coefficient de curve number -

Ct Coefficient de torrentialiteacute -

D Deacuteniveleacute m

Dd Densiteacute de drainage KmKmsup2

Ds Deacuteniveleacute speacutecifique m

E Evaporation moyenne mensuelle degC

ETP Evapotranspiration moyenne mensuelle mm

F1 Freacutequence du cours drsquoeau - g Acceacuteleacuteration de la graviteacute msup2s

H5 Altitude correspondant agrave 95 de la surface m

H50 Altitude meacutediane m

H95 Altitude correspondant agrave 5 de la surface m

Heau Hauteur de lrsquoeau m

HFond Hauteur du fond de cours drsquoeau m

Hmax Altitude maximale m

Hmin Altitude minimale m

Hmoy Altitude moyenne m

I Indice thermique degC Ig Indice de pente global

Imoy Indice de pente moyenne

Io La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations mm

Ip Indice de pente moyen

Kc Indice de compaciteacute -

Kc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

Kch Deacutebit du canal principal m3s

Kf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

Klob Deacutebit de la rive gauche m3s

Krob Deacutebit de la rive droite m3s

Lcp Longueur totale du cours drsquoeau principal Km

LR Longueur du rectangle eacutequivalent Km lR Largeur du rectangle eacutequivalent Km

Mc Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans le canal m3s

Mf Quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance dans la plaine drsquoinondation m3s

Pe Peacuterimegravetre du bassin versant Km

Pjmax Pluie journaliegravere maximale mm

Pt Pluie correspondante agrave un pas de temps t mm

Q Deacutebit total drsquoune coupe m3s

qc Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qc Deacutebit dans le cours drsquoeau (lit mineur) m3s

qf Apport lateacuteral entre le canal et la plaine drsquoinondation msup2s

Qf Deacutebit dans la plaine drsquoinondation (lit majeur) m3s

ql Apport lateacuteral par uniteacute de longueur msup2s

RC Rapport de confluence -

RL Rapport de longueur

S La capaciteacute maximale au champ apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation

de 5 jours mm

Sf Pente de frottement -

Sh perte de contraction perte de contraction -

Tdeg Tempeacuterature moyenne mensuelle degC

Tc Temps de concentration Heures V vitesse moyenne de lrsquoeau ms

WS Profil de la surface de lrsquoeau m

Y Profondeur de leau m

Z Altitude du canal principal m

β Facteur de distribution de vitesse -

Δt Pas de tems s

Δx Pas de distance m

T Peacuteriode de retour an

p Probabiliteacute au deacutepassement -

q Probabiliteacute au non deacutepassement -

R Revanche des hautes eaux m

Hdigue Hauteur de la diguette m

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

108

110

112

114

116

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

[1] Achit M 2006 Probleacutematique de lrsquoeacuterosion et du transport solide en Algeacuterie du Nord Bassin versant de lrsquoOued Mina (Wilaya de Relizane) Thegravese de Doctorat Es-

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[10] Graf WH MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement non

permanent et pheacutenomegravenes de transport Tome 2 Ed Press polytechniques et universitaires ROMANDES

[11] Henine H 2004 Interfaccedilage entre un modegravele hydrologique modegravele hydrodynamique au sein drsquoun systegraveme drsquoinformation inteacutegreacute sous web incluent les SIG Magister ENP Alger

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Chausseacutee

[13] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Hydraulic Reference Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 2 3

[14] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Userrsquos Manuel Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 3 6 7 8

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[17] Serre D 2005 Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations Modeacutelisation de critegraveres de deacutecision dans un Systegraveme

dInformation Geacuteographique Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoInformation Geacuteographique Univ Marne-La-Valleacutee

[18] Touaibia B 2004 Manuel Pratique drsquoHydrologie Docteur drsquoEtat Maicirctre de

confeacuterences Ecole Nationale Supegraverieure de lrsquoHydraulique Blida Chp I

[19] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 5: Contribution à la méthodologie des études de protection

ql Apport lateacuteral par uniteacute de longueur msup2s

RC Rapport de confluence -

RL Rapport de longueur

S La capaciteacute maximale au champ apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation

de 5 jours mm

Sf Pente de frottement -

Sh perte de contraction perte de contraction -

Tdeg Tempeacuterature moyenne mensuelle degC

Tc Temps de concentration Heures V vitesse moyenne de lrsquoeau ms

WS Profil de la surface de lrsquoeau m

Y Profondeur de leau m

Z Altitude du canal principal m

β Facteur de distribution de vitesse -

Δt Pas de tems s

Δx Pas de distance m

T Peacuteriode de retour an

p Probabiliteacute au deacutepassement -

q Probabiliteacute au non deacutepassement -

R Revanche des hautes eaux m

Hdigue Hauteur de la diguette m

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

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MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

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Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

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Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

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Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

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Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

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Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

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System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 6: Contribution à la méthodologie des études de protection

LISTE DES FIGURES

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologiquehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 3 Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 5 Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

11 Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 15

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphellip 16 Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne 17 Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

18 Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondationhelliphelliphelliphelliphellip 19

Figure (I-9) Cellule typique de diffeacuterence finiehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 21 Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctimenthelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 26 Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des

dommages annuels moyens (EAD)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

30 Figure (III-1) Bassin versant de la Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 32

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement directhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 33 Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 36 Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 44

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodeshelliphelliphelliphelliphellip 45 Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 45

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle (Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

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Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

46 Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques

Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47 Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)helliphelliphelliphelliphellip 53 Figure (V-2) Courbes de taragehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaireshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 54 Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphellip 56 Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques (Station de Sidi AEK Djillali)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques Hydrologiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retourhelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Minahelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 60 Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 61

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 63 Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux

stations Oued El Abtal et Sidi Aek Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

63 Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcirclehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 65 Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence

Oued Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66 Figure (VI-1) Coupe type de digue helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 69

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 70 Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5helliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 71

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

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Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

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114

116

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 7: Contribution à la méthodologie des études de protection

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)hellip 73 Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

74

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacutehelliphelliphelliphelliphelliphellip 75 Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeauhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 76 Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

Inondationshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

78 Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 79

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 81 Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizanehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 82 Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de

Protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

83 Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de

protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84 Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

84

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

85

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 85

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec

projet de protectionhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 86

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion 86 Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetudehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 89 Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par

le modegravele HEC-FDAhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

89

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

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MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

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Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

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Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

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Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

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Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

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Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

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[9] Graf W H MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement permanent uniforme et non uniforme Tome 1 Ed Press polytechniques et universitaires

ROMANDES

[10] Graf WH MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement non

permanent et pheacutenomegravenes de transport Tome 2 Ed Press polytechniques et universitaires ROMANDES

[11] Henine H 2004 Interfaccedilage entre un modegravele hydrologique modegravele hydrodynamique au sein drsquoun systegraveme drsquoinformation inteacutegreacute sous web incluent les SIG Magister ENP Alger

[12] Hubert G et Ledoux B 1999 Le cocircut du risqueacuteLrsquoeacutevaluation des impacts socio-eacuteconomiques des inondations Presse de lrsquoEcole Nationale des Ponts et des

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[13] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Hydraulic Reference Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 2 3

[14] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Userrsquos Manuel Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 3 6 7 8

[15] Kreis N 2004 Modeacutelisation des crues des riviegraveres de moyenne montagne pour

la gestion inteacutegreacutee du risque drsquoinondation laquo Application de la valleacutee de THUR (Haut-Rhin raquo Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoeau E N Strasbourg

[16] Musy A 2005 Cours Hydrologie geacuteneacuterale Laboratoire dHydrologie et

Ameacutenagements (HYDRAM) Institut des Sciences et Technologies de lEnvironnement (ISTE) Ecole Polytechnique Feacutedeacuterale de Lausanne (EPFL) France

[17] Serre D 2005 Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations Modeacutelisation de critegraveres de deacutecision dans un Systegraveme

dInformation Geacuteographique Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoInformation Geacuteographique Univ Marne-La-Valleacutee

[18] Touaibia B 2004 Manuel Pratique drsquoHydrologie Docteur drsquoEtat Maicirctre de

confeacuterences Ecole Nationale Supegraverieure de lrsquoHydraulique Blida Chp I

[19] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 8: Contribution à la méthodologie des études de protection

LISTE DES TABLEAUX

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravereshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 13 Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de

Continuiteacutehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

23 Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute de mouvementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

24

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersionhelliphelliphellip 27 Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la

vitesse drsquoeacutecoulementhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

27 Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 41 Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Minahellip 43

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

47

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois Statistiqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

48

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retourhelliphelliphelliphellip 48

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49 Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)helliphelliphelliphelliphelliphellip 49

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant drsquoOued Mina helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

50

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heurehelliphellip 52

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriqueshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 53 Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphellip 55

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 55 Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillalihelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

57

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtalhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

58

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentielshelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 59 Tableau (V-8) Les paramegravetres du calagehelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip 64

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)helliphelliphelliphelliphellip 64 Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence Oued El Mellahhelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

66

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAShelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

77

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)helliphelliphelliphelliphelliphellip 80 Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Sans

projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

87 Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion (Avec projet de protection)helliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphelliphellip

88

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

108

110

112

114

116

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

[1] Achit M 2006 Probleacutematique de lrsquoeacuterosion et du transport solide en Algeacuterie du Nord Bassin versant de lrsquoOued Mina (Wilaya de Relizane) Thegravese de Doctorat Es-

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[10] Graf WH MSAltinakar 1988 Hydraulique fluviale Ecoulement non

permanent et pheacutenomegravenes de transport Tome 2 Ed Press polytechniques et universitaires ROMANDES

[11] Henine H 2004 Interfaccedilage entre un modegravele hydrologique modegravele hydrodynamique au sein drsquoun systegraveme drsquoinformation inteacutegreacute sous web incluent les SIG Magister ENP Alger

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Chausseacutee

[13] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Hydraulic Reference Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 2 3

[14] John C Warner Gary W Brunner Brent C Wolfe and Steven S Piper

2002 River Analysis System HEC-RAS vs 31 Userrsquos Manuel Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 1 3 6 7 8

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[16] Musy A 2005 Cours Hydrologie geacuteneacuterale Laboratoire dHydrologie et

Ameacutenagements (HYDRAM) Institut des Sciences et Technologies de lEnvironnement (ISTE) Ecole Polytechnique Feacutedeacuterale de Lausanne (EPFL) France

[17] Serre D 2005 Evaluation de la performance des digues de protection contre les inondations Modeacutelisation de critegraveres de deacutecision dans un Systegraveme

dInformation Geacuteographique Thegravese de Doctorat des Sciences de lrsquoInformation Geacuteographique Univ Marne-La-Valleacutee

[18] Touaibia B 2004 Manuel Pratique drsquoHydrologie Docteur drsquoEtat Maicirctre de

confeacuterences Ecole Nationale Supegraverieure de lrsquoHydraulique Blida Chp I

[19] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Users Manual Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

[20] William A Scharffenberg Matthew J Fleming 2005 Hydrologic Modeling

System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 9: Contribution à la méthodologie des études de protection

1

Introduction geacuteneacuterale

Lhomme depuis des siegravecles srsquoinstalle aux abords des riviegraveres afin de profiter de ses avantages

transport fluvial de marchandises pecircche ressource drsquoalimentation en eau source drsquoeacutenergie

hydrauliquehellip mais il doit aussi en subir les caprices dont les plus redoutables sont lieacutes aux

crues

Les inondations repreacutesentent un danger pour les biens et les personnes dans la plupart des

reacutegions du globe Elles causent plus de 50 des catastrophes naturelles en moyenne 20000

morts an dans le monde

Pour minimiser ce risque lrsquoanalyse des ondes de submersion engendreacutees par une crue est le plus

souvent meneacutee pour le dimensionnement des plans correspondants agrave la protection civile

Ainsi que lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations avant et apregraves la mise en œuvre

drsquoun ouvrage de protection permet drsquoanalyser la reacuteduction du coucirct moyen annuel des dommages

causeacutee par lrsquoinondation

La ville de Relizane objet de notre eacutetude est parmi les reacutegions les plus toucheacutees par le

pheacutenomegravene drsquoinondation elle est situeacutee agrave 143 Km dans la partie aval du bassin versant drsquooued

Mina aux abords de ce dernier Ce dernier draine un vaste bassin drsquoune superficie drsquoenviron

6580 Kmsup2 caracteacuteriseacute par un relief tregraves tourmenteacute constitueacute pour lessentiel de plateaux entailleacutes

et de versants raides favorisant ainsi un ruissellement fort

Lrsquoobjectif geacuteneacuteral de ce travail est lrsquoapplication du

Modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique effectueacutee agrave partir des observations

hydromeacuteteacuteorologiques disponibles pour la simulation pluie-deacutebit qui vise agrave reacutesumer

lrsquoensemble des reacutealisations possibles drsquoeacutevegravenement de crue en une seacuterie limiteacutee

drsquoeacutevegravenements de reacutefeacuterence des crues freacutequentes aux crue exceptionnelles

Modegravele HEC-RAS un modegravele Saint-Venant unidimensionnel dans la simulation

hydraulique qui permet la deacutetermination des limites du champ drsquoinondation de crues de

reacutefeacuterence agrave partir drsquoune eacutetude topographique qui a pour but de deacutecrire la geacuteomeacutetrie du

terrain pour le dimensionnement de lrsquoouvrage de protection

Modegravele HEC-FDA dans la modeacutelisation eacuteconomique qui vise agrave donner une estimation des

coucircts relatifs aux dommages drsquoinondation et agrave appreacutecier la reacuteduction du coucirct moyen

annuel des deacutegacircts apregraves la reacutealisation de lrsquoouvrage de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 08

Figure (V-9) Section Ndeg0346 Figure (V-10) Section Ndeg0251

0 50 100 150 200 250 300 350113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

Figure (V-11) Section Ndeg0182 Figure (V-12) Section Ndeg0131

0 50 100 150 200 250 300113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

Figure (V-13) Section Ndeg0072 Figure (V-14) Section Ndeg0026

Figure (V-15) Section Ndeg0000

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180106

108

110

112

114

116

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

A

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System HEC-HMS Vs 300 Manuel des Reacutefeacuterences technique Hydrologic Engineering Center (HEC) US Army Corps of Engineers Chp 5 6 7 8 9

Page 10: Contribution à la méthodologie des études de protection

2

Le meacutemoire ici preacutesenteacute est composeacute de sept chapitres reparties en trois grandes parties

La premiegravere partie reacutesume la meacutethodologie hydrologique hydraulique et eacuteconomique

proposeacutee dans ce travail en deacutecrivant la theacuteorie de base du modegravele hydrologique HEC-

HMS et du modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS dans le premier chapitre et la

theacuteorie du modegravele de simulation eacuteconomique HEC-FDA qui agrave eacuteteacute reacuteserveacutee dans le

deuxiegraveme chapitre

La deuxiegraveme partie agrave eacuteteacute consacreacutee agrave deacutecrire la reacutegion du bassin versant de la MINA qui

repreacutesente lrsquoobjet drsquoapplication de la meacutethodologie utiliseacutee dans ce travail Le chapitre

III donne un diagnostic physico- geacuteographique premiegravere eacutetape de la connaissance des

bassins versants qui permettra de caracteacuteriser les principaux facteurs naturels intervenant

dans lrsquoeacutecoulement facteurs orographiques et morphologiques et lithologiques Le

traitement des paramegravetres climatiques agrave eacuteteacute fait en chapitre IV et en particulier lrsquoanalyse

statistiques des pluies maximales journaliegraveres agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour Ces pluies

qui seront utiliseacutees dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit dans le chapitre V

donnant ainsi les hydrogrammes de crues pour diffeacuterentes freacutequences

La protection de la ville de Relizane contre les inondations est preacutesenteacutee dans la

troisiegraveme partie Le dimensionnement de la digue de protection par lrsquoapplication du

modegravele HEC-RAS agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau simuleacutes par ce dernier est

donneacute dans le chapitre VI et lrsquoeacutevaluation des dommages causeacutes par les inondations en

utilisant les niveaux drsquoeau simuleacutes dans les cas avant et apregraves protection est preacutesenteacute dans

le chapitre VII

3

CHAPITRE I LES MODELES DE SIMULATION HYDROLOGIQUE ET

HYDRAULIQUES

I1 LES MODELES HYDROLOGIQUES

I11 Deacutefinition [11]

Un modegravele est une repreacutesentation drsquoun pheacutenomegravene physique afin drsquoen avoir une meilleure

compreacutehension ou drsquoanalyser lrsquoinfluence qursquoil exerce La repreacutesentation peut ecirctre physique

analogique ou matheacutematique Dans le premier cas le modegravele est une maquette qui reproduit

dune maniegravere adeacutequate la reacutealiteacute Les modegraveles analogiques utilisent les similitudes qui

existent entre le pheacutenomegravene agrave eacutetudier et un autre pheacutenomegravene physique La meacutethode la plus

utiliseacutee est lanalogie entre le courant eacutelectrique et le flux drsquoeau Dans ce cas le modegravele est le

reacutesultat de lexpression analytique de la complexiteacute observeacutee ou supposeacutee et se preacutesente

geacuteneacuteralement sous la forme dun ensemble deacutequations La modeacutelisation matheacutematique est un

outil essentiel pour la connaissance des pheacutenomegravenes naturels en eacutelaborant un lien entre les

variables drsquoentreacutee et de sortie par des relations matheacutematiques

I12 Quelques eacuteleacutements de vocabulaire [7]

La modeacutelisation hydrologique comme la modeacutelisation matheacutematique dune maniegravere geacuteneacuterale a

son vocabulaire propre que nous preacutesentons succinctement ici sur la figure (I-1)

Figure (I-1) Repreacutesentation scheacutematique dun modegravele hydrologique

4

Variables indeacutependantes ou variables dentreacutee ou fonctions de forccedilage donneacutees

dentreacutee du modegravele Dans le cas des modegraveles hydrologiques il sagit essentiellement

des mesures de pluie et dETP Les modegraveles hydrologiques sont des modegraveles

dynamiques les donneacutees dentreacutee fluctuent en fonction du temps Certains modegraveles

utilisent des donneacutees dentreacutee spatialement distribueacutees

Variables deacutependantes ou variables de sortie il sagit essentiellement des deacutebits

mais aussi des flux ou concentrations en polluants et mateacuteriaux eacuterodeacutes simuleacutes agrave

lexutoire du bassin versant Cette preacutesentation se limitera aux modegraveles de simulation

pluie - deacutebits

Variables deacutetat variables permettant de caracteacuteriser leacutetat du systegraveme modeacuteliseacute qui

peuvent eacutevoluer en fonction du temps dans un modegravele dynamique Il sagit par

exemple du niveau de remplissage des diffeacuterents reacuteservoirs deau du bassin versant

du taux de saturation des sols mais aussi de la profondeur des sols des pentes

Certaines variables deacutetat sont mesurables

Paramegravetres la notion de paramegravetre est intimement lieacutee agrave celle de modegraveles

conceptuels ou empiriques Dans de nombreux cas il nest pas possible de repreacutesenter

dans un modegravele le processus physique parce que leacutechelle de ce processus est trop

petite et que les variables deacutetat controcirclant le processus ne sont pas accessibles agrave la

mesure Un modegravele plus global est alors utiliseacute pour deacutecrire le processus mais

certaines de ses variables deacutetat nont plus de sens physique et ne peuvent plus ecirctre

relieacutees agrave des variables mesurables Ces variables dont la valeur doit ecirctre deacutetermineacutee

par calage sont appeleacutees paramegravetres

Erreur de modeacutelisation cest une mesure de leacutecart entre les valeurs simuleacutees agrave laide

du modegravele et les valeurs mesureacutees

Calage au sens strict du terme cest lopeacuteration qui consiste agrave trouver les valeurs des

paramegravetres du modegravele qui minimisent lerreur de modeacutelisation

Validation eacutetape indispensable de la mise en œuvre dun modegravele il sagit de

leacutevaluation des performances du modegravele sur un jeu de donneacutees qui na pas eacuteteacute utiliseacute

lors du calage

5

I13 Diffeacuterentes approches de modeacutelisation [7]

Le terme de modegravele recouvre une large varieacuteteacute doutils agrave la philosophie et aux objectifs

diffeacuterents Les approches habituellement utiliseacutees en modeacutelisation pluie-deacutebit apparaissent en

sombre sur la figure (I-2)

Figure (I-2) Diffeacuterentes approches de modeacutelisation

Modegravele deacuteterministe modegravele qui associe agrave chaque jeu de variables de forccedilage de

variables deacutetat et de paramegravetres une valeur reacutealisation unique des variables de sortie

Modegravele stochastique lune au moins des variables de forccedilage ou des variables deacutetat

ou des paramegravetres est une variable aleacuteatoire Par voies de conseacutequence la ou les

variables de sortie sont des variables aleacuteatoires La reconstitution de la distribution des

variables de sortie neacutecessite des simulations reacutepeacuteteacutees en tirant aleacuteatoirement la valeur

de la variable dentreacutee On parle de simulation de Monte Carlo

Modegravele agrave base physique modegravele baseacute uniquement sur des eacutequations de la physique

et ne comportant ideacutealement aucun paramegravetre

Modegravele parameacutetrique modegravele incluant des paramegravetres dont la valeur doit ecirctre

estimeacutee par calage

Modegravele conceptuel modegravele dans lequel le fonctionnement du bassin versant est

repreacutesenteacute par des analogies concepts Lanalogie la plus souvent utiliseacutee pour

repreacutesenter le fonctionnement des sols et des nappes est celle du reacuteservoir dont le deacutebit

de vidange deacutepend du taux de remplissage

Modegravele analytique modegravele pour lequel les relations entre les variables de sortie et

les variables de forccedilage ont eacuteteacute eacutetablies par analyse de seacuteries de donneacutees mesureacutees

Lexemple type est celui des modegraveles lineacuteaires les paramegravetres du modegravele sont lieacutes aux

6

coefficients de correacutelation entre les variables Notons que lanalyse des donneacutees peut

conduire au choix de relations non lineacuteaires entre les variables

Modegraveles empiriques le type de fonctions reliant les variables est fixeacute agrave priori

(fonctions polynocircmiales fonctions sigmoiumldes) Le niveau de complexiteacute (nombre de

fonctions agrave utiliser ordre du polynocircme) eacutetant fixeacute le calage consiste alors agrave

deacuteterminer la combinaison de fonctions sajustant le mieux aux donneacutees mesureacutees Les

reacuteseaux de neurones sont lexemple le plus rependu de ce type de modegraveles en

hydrologie Les outils dinterpolation savegraverent geacuteneacuteralement ecirctre de piegravetres

extrapolateurs Ils sont donc agrave utiliser avec prudence en dehors de la gamme de valeurs

pour laquelle ils ont eacuteteacute caleacutes

I14 Simulation hydrologique par lrsquoapplication du modegravele HEC-HMS [20]

Un modegravele hydrologique peut ecirctre deacutefini comme eacutetant une repreacutesentation theacuteorique simplifieacutee

drsquoune reacutealiteacute physique En hydrologie la modeacutelisation concerne geacuteneacuteralement la relation

pluie-deacutebit crsquoest agrave dire que les modegraveles utilisent la pluie comme variable drsquoentreacutee et calculent

un hydrogramme en sortie du bassin Ces modegraveles reposent en geacuteneacuteral sur deux fonctions

distinctes

bull Une fonction de production qui seacutepare la pluie en une partie infiltreacutee et en une partie

ruisseleacutee

bull Une fonction de transfert qui achemine la pluie ruisseleacutee agrave lrsquoexutoire de lrsquouniteacute

hydrologique (le bassin versant)

Les Modegraveles deacuteveloppeacutes sous le HEC-HMS se basent sur trois fonctions essentielles

Modegraveles pour calculer les preacutecipitations modegraveles pour estimer le volume de ruissellement

direct et les modegraveles de calcul des eacutecoulements souterrains

I141 Preacutesentation du Modegravele HEC-HMS [20]

Le systegraveme de modeacutelisation hydrologique HEC-HMS est conccedilu pour simuler le processus

preacutecipitation ruissellement des systegravemes hydrographiques denses Il est conccedilu pour ecirctre

appliqueacute aux grandes surfaces geacuteographiques pour reacutesoudre si possible un plus grand nombre

de problegravemes Ceci inclut lrsquoalimentation des grands bassins versants par les preacutecipitations et

lrsquohydrologie des crues les petits bassins urbains ou ruissellement des cours drsquoeau naturels

Les hydrogrammes produits par le code de calcul sont utiliseacutes directement ou conjointement

avec drsquoautres logiciels pour des eacutetudes de disponibiliteacute des ressources hydriques drainage

7

urbain preacutevisions deacutecoulement conception drsquoeacutevacuateur de crue de reacuteservoirs reacuteduction des

dommages drsquoinondation reacutegulation des plaines inondables et exploitation des systegravemes

Le modegravele hydrologique HEC-HMS a eacuteteacute deacuteveloppeacute par le laquo Hydrologic Engineering Center

(HEC) raquo de lrsquoUS Army Corps of Engineers (USACE) Il comprend une interface graphique

des capaciteacutes pour la manipulation la gestion et le stockage de donneacutees ainsi que des

possibiliteacutes drsquoaffichage et drsquoimpression de reacutesultats Il fait suite au modegravele hydrologique

HEC-1 Flood Hydrograph Package deacuteveloppeacute durant les anneacutees 70 et qui est aujourdrsquohui

encore le modegravele hydrologique le plus employeacute aux Eacutetats-Unis

I142 Principe geacuteneacuteral de fonctionnement du modegravele HEC-HMS [20]

HEC-HMS est un modegravele distribueacute qui permet de subdiviser un bassin versant en plusieurs

parties appeleacutees sous-bassins qui sont consideacutereacutees comme ayant chacune des caracteacuteristiques

homogegravenes Il est particuliegraverement bien adapteacute pour simuler le comportement hydrologique de

bassins versants non urbaniseacutes HEC-HMS permet eacutegalement de simuler et drsquoincorporer des

reacuteservoirs et des deacuterivations

Afin de simuler le comportement hydrologique dun Bassin Versant (BV) le logiciel HEC-

HMS prend en compte les diffeacuterents paramegravetres suivants

les preacutecipitations ces donneacutees peuvent correspondre agrave des releveacutes pluviomeacutetriques

reacuteels deacutevegravenements pluvieux ordinaires ou exceptionnels mais aussi agrave des eacutevegrave nements

pluvieux theacuteoriques baseacutes sur une eacutetude statistique

les pertes (par infiltration emmagasinement ou eacutevapotranspiration) qui permettent

deacutevaluer le ruissellement agrave partir des preacutecipitations et des caracteacuteristiques du BV

les ruissellements directs qui prennent en compte les eacutecoulements de surface les

stockages et les pertes de charge

lhydrologie fluviale crsquoest agrave dire le comportement de leau lorsquelle se trouve dans le

lit de la riviegravere

Ces diffeacuterents paramegravetres sont ensuite modeacuteliseacutes matheacutematiquement par un ensemble

deacutequations (dont celles de Saint-Venant) qui permettent dobtenir la reacuteponse du systegraveme

hydrologique-hydraulique global du agrave un changement de conditions hydro-meacuteteacuteorologiques

8

1 Modeacutelisation des preacutecipitations [20]

Parmi les paramegravetres fondamentaux agrave prendre en compte dans la modeacutelisation hydrologique

dun bassin versant on retrouve bien sucircr les preacutecipitations On peut fournir au logiciel trois

types de donneacutees concernant les preacutecipitations

des releveacutes pluviomeacutetriques dun eacutevegravenement reacuteel

des hauteurs deau theacuteoriques obtenues agrave partir dune eacutetude freacutequentielle (eacutevegravenement

pluvieux hypotheacutetique)

des donneacutees relatives agrave un eacutevegravenement extrecircme (pluie de projet)

Puisque le but de notre eacutetude est le dimensionnement drsquoun ouvrage de protection contre les

inondations drsquoune crue freacutequentielle ainsi que lrsquoeacutevaluation des reacuteductions des dommages dus

aux inondations nous choisissons les hauteurs de preacutecipitations obtenues drsquoune eacutetude

freacutequentielle

2 Calcul des volumes de ruissellement [20]

HEC-HMS calcule les volumes deacutecoulements en soustrayant aux preacutecipitations les quantiteacutes

deau qui sont stockeacutees infiltreacutees ou eacutevaporeacutees lors de leur trajet sur le bassin versant

Les surfaces dun bassin versant sont classeacutees en deux cateacutegories

1 Surfaces directement connecteacutees et impermeacuteables ougrave leacutecoulement est direct

et se fait sans pertes Dans ce cas on utilise le modegravele laquo sans pertes raquo

2 Surfaces permeacuteables soumises agrave des pertes deacutecrites par les diffeacuterents modegraveles

suivants

bull Modegravele de perte initiale et agrave taux constant

bull Modegravele agrave deacuteficit et agrave taux de perte constant

bull Modegravele baseacute sur le Curve Number (CN)

bull Modegravele de Green et Ampt

Pour tous ces modegraveles les pertes sont calculeacutees pour chaque intervalle de temps et soustraites

agrave la moyenne surfacique de preacutecipitations pour cet intervalle La quantiteacute drsquoeau restante

9

deacutesigne lexcegraves de preacutecipitation ou preacutecipitation efficace Cette quantiteacute est consideacutereacutee

uniforme sur tout le bassin versant et repreacutesente le volume deacutecoulement de sur face

Parmi ces modegraveles nous avons choisi le modegravele laquo Curve Number (CN) raquo Ce modegravele estime

lexcegraves de preacutecipitations comme une fonction des preacutecipitations cumuleacutees de la couverture

des sols et de lhumiditeacute initiale du sol Il se base sur la texture du sol et la nature des travaux

drsquoexploitation des terres (agriculture urbanisation ou autres) de la zone eacutetudieacutee

La meacutethode est baseacutee sur les eacutequations suivantes

SIP

IPQ

a

a

2

(I-1)

avec SIa 20

On obtient donc

(I-2)

avec CN

S1000

(I-3)

et (I-4)

Ougrave

Q Deacutebit de ruissellement en (m3s)

P Preacutecipitation (mm)

S La capaciteacute maximale de reacutetention apregraves anteacuteceacutedent de preacutecipitation de 5

jours

aI La reacutetention initiale des preacutecipitations par le sol et les veacutegeacutetations (mm)

CNi le curve number pour une surface partielle Ai CN valeur peseacutee pour

lrsquoensemble du bassin versant

La valeur de CN peut ecirctre deacutefinie agrave partir des tables fournies en annexe III du

manuel de reacutefeacuterences techniques

Ai

CNiAiCN

SP

SPQ

80

202

10

3 La modeacutelisation du ruissellement direct [20]

Cette partie preacutesente le ruissellement direct sur un bassin versant de ce qui est qualifieacute dexcegraves

de preacutecipitation Elle se base sur le calcul de lhydrogramme unitaire (HU) Lhydrogramme

unitaire donne le deacutebit de ruissellement par uniteacute de hauteur deau en excegraves tombeacutee sur le

bassin versant Cette meacutethode repose donc principalement sur lhypothegravese de lineacuteariteacute entre

lexcegraves de preacutecipitations et le ruissellement

Dans le logiciel HEC-HMS on trouve plusieurs modegraveles drsquoHU syntheacutetiques nous avons

choisi le modegravele du SCS (Soil Conservation Service) il repose sur lhydrogramme unitaire

normaliseacute (qui est la moyenne de nombreux HU calculeacutes pour diffeacuterents bassins versants)

Cet hydrogramme normaliseacute repreacutesente le deacutebit deacutecoulement Ut comme une fraction du

deacutebit maximal Up et Tp linstant du pic On a par ailleurs les relations empiriques

suivantes

(I-5)

A surface du bassin versant

C constante de conversion eacutegale agrave 208

Le temps de la pointe ou de monteacute est lieacutee agrave la dureacutee de luniteacute de la preacutecipitation excessive

comme

(I-6)

ougrave Δt La dureacutee de lrsquoexcegraves de preacutecipitation

tlag le temps de deacutecalage eacutegale agrave 06 tc (tc le temps de concentration du bassin)

Ainsi il suffit de connaicirctre le temps de concentration pour remonter agrave Tp et Up et drsquoobtenir

ainsi lhydrogramme unitaire deacutesireacute par simple multiplication de lhydrographe unitaire

normaliseacute

11

I2 LES MODELES HYDRAULIQUES

I21 Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere [8]

Cet aspect est intimement lieacute aux donneacutees topographiques qui forment lrsquoossature du

modegravele geacuteomeacutetrique utiliseacute pour les modeacutelisations Une recherche des caracteacuteristiques des

principaux modegraveles existants en hydraulique fluviale avec leurs atouts et leurs limites est

donc neacutecessaire

Dans le cas drsquoun eacutecoulement en riviegravere on parle drsquoeacutecoulements en lits composeacutes (lits

mineur et majeur) ougrave les caracteacuteristiques de vitesse hauteur drsquoeau rugositeacute varient suivant

les lits (Bousmar 2002 CETMEF 2004 Kreis 2004 Proust 2005) Lrsquointerface entre les

lits est primordiale elle est la source de la majoriteacute des incertitudes pour la simulation des

eacutecoulements deacutebordants

On identifie de fortes pertes de charges dans cette zone et dans la couche limite (interface

entre le fond de la riviegravere et le fluide) comme il est montreacute su la figure (I-3)

(a) Pertes par frottement et microturbulences au fond du cours drsquoeau

(b) Pertes dues aux macroturbulences issues de la diffeacuterence de vitesse entre les lits

(c) Pertes par transfert de quantiteacute de mouvement entre les lits

Figure (I-3) Diffeacuterentes pertes de charge dans un eacutecoulement en lits composeacutes

(Proust 2005)

Abreacuteviations QDM=Quantiteacute De Mouvement

12

1 Les modegraveles 1D

La plupart des modegraveles unidimensionnels (1D) agrave lits composeacutes prennent en charge les pertes

(a) comme HEC-RAS ou Mike11 (cf tableau 1) drsquoautres tentent de prendre en charge (a) et

(b) comme Mage5 (Ghavasieha et al 2006 et les plus eacutevolueacutes cherchent agrave simuler les trois

pertes comme Axeriv Neacuteanmoins la caracteacuteristique principale des codes 1D est qursquoils

moyennent la hauteur drsquoeau (et pour certains la vitesse) sur chaque profil en travers

perpendiculaire aux lits majeur et mineur Ceci provient de leurs structures et des eacutequations

qui les reacutegissent ils sont constitueacutes drsquoun ensemble de profils en travers perpendiculaires aux

eacutecoulements Crsquoest leur principale faiblesse car les surfaces libres reacuteelles sont loin drsquoecirctre

horizontales lors des crues (et les champs de vitesses sont loin drsquoecirctre uniformes) pour une

section en travers donneacutee

2 Les modegraveles 2D

Les modegraveles bidimensionnels (2D ou 2D-H) tentent de reproduire ces variations ils sont

construits sur un reacuteseau mailleacute qui permet de donner les grandeurs hydrauliques (vitesse et

hauteur drsquoeau) pour chaque cellule du reacuteseau Les eacutequations qui reacutegissent ces modegraveles sont

moyenneacutees sur la hauteur (drsquoougrave 2D-H pour 2D-hauteur) et donnent des champs de vitesse

pouvant varier dans le plan mais pas sur la hauteur Ces modegraveles agrave priori sont tregraves inteacuteressants

mais sont tregraves gourmands en temps de calcul

3 Les modegraveles 3D

Actuellement les modegraveles 3D ne sont guegravere opeacuterationnels ils restent du domaine de la

recherche et se limitent agrave des zones drsquoeacutetude tregraves restreintes de lrsquoordre de quelques dizaines de

megravetres de cous drsquoeau (Ruumlther et Olsen 2007)

Le tableau (I-1) donne les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegravere et donne des exemples

de modegraveles les plus utiliseacutes dans le domaine de la simulation hydraulique pour chaque

cateacutegorie

13

Tableau (I-1) Les diffeacuterents modegraveles hydrauliques de riviegraveres [8]

Modegravele Equation Nom du logiciel Atouts Limites

Modeacutelisations

1D

dites filaires

Barreacute Saint-Venant

simplifieacute

(BSV 1D)

LISFLOOD-FP (Bates et De

Roo 2000)

Permet drsquoutiliser des

donneacutees

topographiques

preacutecises

Equations simplifieacutees

Barreacute Saint-

enant

(BSV1D)

Thalweg-

Fluvia

(CEMAGREF)

BSV 1D

LIDO

(CETMEF)

Conccedilu pour les

grandes plaines

inondables

BSV 1D HEC-RAS

(USACE)

Mike 11 (DHI)

Robustesse et

fiabiliteacute

Peu adapteacute

aux reliefs

complexes

BSV 1D Mascaret

(EDF) Mage5

(CEMAGREF)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents entre lits

BSV 1D Axeriv

(Universiteacute

Louvain)

Tient compte

des eacutechanges

turbulents et des

transferts de

masse entre lits

Peu diffuseacute

reste du

domaine de

la recherche

Modeacutelisations

2D

BSV 2D

Telemac 2D

(LNH-EDF)

Mike 21 (DHI)

RUBAR

(CEMAGREF)

Adapteacute aux

reliefs et aux

champs de

vitesse

complexes

Temps de

calculs

longs

Modeacutelisations

3D

Navier-

Stokes

Mike 3

(DHI)

Equations

complegravetes

Temps de

calculs tregraves

longs

Abreacuteviations CETMEF (Centre drsquoEtudes Techniques Maritimes et Fluviales) DHI

(Danish Hydraulic Institute) USACE (United State of America Corps o f Engineers)

LNH-EDF (Laboratoire National drsquoHydraulique ndash Electriciteacute De France)

La comparaison effectueacutee par Horritt et Bates (2002) entre LISFLOOD-FP HEC-RAS et

Telemac 2D a mis en eacutevidence les bons reacutesultats du logiciel HEC-RAS qui obtient des

reacutesultats drsquoune preacutecision comparable agrave ceux de Telemac 2D en ce qui concerne lrsquoextension

spatiale du champ drsquoinondation et la propagation de lrsquoonde de crue

14

I22 Description du modegravele HEC-RAS [13]

I221 Introduction

Le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS est deacuteveloppeacute comme des logiciels des eacutetudes

hydrauliques qui permettent de simuler les eacutecoulements agrave surface libre Il a eacuteteacute conccedilu par le

Hydrologic Engineering Center du US Army Corps of Engineers agrave travers le projet NextGen

Ce projet englobe plusieurs aspects hydrologiques et hydrauliques Analyse du ruissellement

des preacutecipitations Hydraulique fluviale Simulation des systegravemes des reacuteservoirs Analyse des

dommages drsquoinondation Preacutevision des crues pour la conception des reacuteservoirs

I222 Possibiliteacutes du modegravele HEC-RAS [13]

Lobjectif principal du programme HEC-RAS est tout agrave fait simple Il est conccedilu pour exeacutecuter

le calcul hydraulique unidimensionnel pour tous les reacuteseaux de canaux naturels et artificiels

par le calcul des hauteurs de la surface de leau en toute section dinteacuterecirct pour un ensemble de

donneacutees deacutecoulement en reacutegime permanent ou par des hydrogrammes de propagation des

crues par la simulation de lrsquoeacutecoulement en reacutegime non permanent

I223 Theacuteorie de base de calcul du modegravele HEC-RAS [13]

A Profils de la surface de lrsquoeau en eacutecoulement permanent

Comme il a eacuteteacute indiqueacute plus haut le modegravele HEC-RAS est capable dexeacutecuter des calculs

unidimensionnels de profil de la surface de leau pour leacutecoulement permanant graduellement

varieacute dans des canaux naturels et artificiels Les profils de la surface de leau en reacutegime

deacutecoulement sous critiques (fluvial) supercritiques et mixtes peuvent ecirctre calculeacutes

1 Eacutequations de base entre deux sections

Les profils de la surface de lrsquoeau sont calculeacutes entre deux sections comme il montreacute agrave la figure

(I-4) en reacutesolvant leacutequation drsquoeacutenergie Leacutequation deacutenergie est eacutecrite comme suit

heg

VZY

g

VZY

2

sup2

2

sup2 1111

2222

(I-7)

Ougrave

Y1 Y2 profondeur de leau au niveau des sections

Z1 Z2 cocircte du canal principal

V1 V2 vitesses moyennes (deacutebit total surface totale drsquoeacutecoulement)

α1 α 2 coefficients de pondeacuteration de vitesse

15

g acceacuteleacuteration de la graviteacute

he perte deacutenergie principale (perte de charge)

Figure (I-4) Repreacutesentation des limites dans leacutequation deacutenergie

La perte totale deacutenergie (he) entre deux sections est composeacutee des pertes par frottement et des

pertes de contraction ou dexpansion Leacutequation pour la perte totale deacutenergie est comme suit

g

V

g

VCSLh fe

22

2

1

2

2 (I-8)

Ougrave

L longueur de la distance entre deux sections

S f angle de frottement repreacutesentatif entre deux sections

C coefficient de perte dexpansion ou de contraction

La longueur de la distance mesureacutee entre deux sections L est calculeacutee comme suit

robchlob

robrobchchloblob

QQQ

QLQLQLL

(I-9)

Ougrave

lobL chL

robL Longueurs des distances entre deux sections de calcul indiqueacutees pour

leacutecoulement dans la berge gauche le canal principal et la berge droite

lobQ chQ

robQ Moyenne arithmeacutetique des deacutebits entre deux sections pour la berge gauche

le canal principal et la berge droite

16

2 Subdivision drsquoune section en travers pour le calcul du deacutebit

La deacutetermination du transport total et du coefficient de vitesse pour une section de calcul

exige que leacutecoulement soit subdiviseacute en uniteacutes pour lesquelles la vitesse est uniformeacutement

distribueacutee Lapproche utiliseacutee dans HEC-RAS est de subdiviser leacutecoulement dans les

surfaces des rives en utilisant les points darrecirct des valeurs de la rugositeacute n comme base de la

subdivision (endroits ougrave est observeacute le changement des valeurs du coefficient de rugositeacute n)

comme le montre la figure (I-5) Le flux est calculeacute dans chaque subdivision sous la forme

suivante en fonction de n (Equation de Manning)

21

fKSQ (I-10)

Avec 321

ARn

K (I-11)

Ougrave

K flux pour la subdivision

n coefficient de rugositeacute de Manning pour une subdivision

A surface deacutecoulement pour une subdivision

R rayon hydraulique pour une subdivision (surfacepeacuterimegravetre mouilleacute)

Le programme cumul tous les deacutebits dans les rives pour obtenir un flux pour la rive gauche et

la rive droite Le deacutebit total drsquoune section de calcul est obtenu en additionnant les trois deacutebits

des trois subdivisions (gauche canal droite)

Figure (I-5) Meacutethode de subdivision du deacutebit par le modegravele HEC-RAS

3 Eacutevaluation de lrsquoeacutenergie cineacutetique moyenne

Puisque le logiciel de HEC-RAS est un programme de calcul unidimensionnel des profils de

la surface de lrsquoeau seule une surface de leau et donc une eacutenergie moyenne sont calc uleacutees en

chaque section Pour un niveau donneacute de la surface de leau leacutenergie moyenne est obtenue en

17

consideacuterant les eacutenergies correspondantes aux trois sous-sections dune section de calcul (rive

gauche canal principal et rive droite) Le scheacutema (I-6) ci-dessous montre comment leacutenergie

moyenne est obtenue pour une section de calcul

Figure (I-6) Exemple de calcul de leacutenergie moyenne

V1 = vitesse moyenne de la surface 1

V2 = vitesse moyenne de la surface 2

Pour calculer leacutenergie cineacutetique moyenne il est neacutecessaire dobtenir le coefficient de

pondeacuteration α de la vitesse Le coefficient de vitesse α est calculeacute en se basant sur le flux

dans les trois eacuteleacutements deacutecoulement la rive gauche la rive droite et le canal Il peut

eacutegalement ecirctre eacutecrit en termes de transport et surface comme dans leacutequation suivante

3

333

sup2sup2sup2)sup2(

t

rob

rob

ch

ch

lob

lobt

K

A

K

A

K

A

KA

(I-12)

Ougrave

Agrave Surface totale deacutecoulement de la section totale de calcul (msup2)

Alob Ach Arob Surface deacutecoulement de la rive gauche de canal principal et de la rive droite

respectivement (msup2)

K Flux total (m3s)

Klob Kch Krob Deacutebit de la rive gauche du canal principal et de la rive droite (m3s)

α Coefficient de pondeacuteration de la vitesse

18

4 Evaluation de la pente hydraulique (de frottement)

La pente de frottement est eacutevalueacutee dans HEC-RAS comme le produit Sf et L (eacutequation (I-2)

ougrave Sf est la pente de frottement repreacutesentative pour un tronccedilon et L est deacutefini par lrsquoeacutequation

(I-3) La pente de frottement (pente du gradient deacutenergie) en chaque section est calculeacutee agrave

partir de leacutequation de Manning comme suit

K

QS f 2

1 rArr 2)(K

QS f (I-13)

Lrsquoexpression pour le calcul de la pente hydraulique moyenne Sf dans HEC-RAS est

lrsquoeacutequation du deacutebit moyen entre deux sections de calcul

2

21

21f

KK

QQS

(I-14)

5 Calcul du profil de la surface de lrsquoeau

1 La hauteur inconnue de surface de leau en une section donneacutee est deacutetermineacutee par une

solution iteacuterative des eacutequations (I-1) et (I-2)

ehVV

gWSWS )(

2

1 2

22

2

1112 (I-15)

WS Niveau (Profil) de la surface de lrsquoeau (m)

B Calcul de la propagation des crues en reacutegime drsquoeacutecoulement non permanant

Les lois physiques qui reacutegissent leacutecoulement de leau dans un canal sont (1) le principe de la

conservation de la masse (continuiteacute) et (2) le principe de la conservation de la quantiteacute de

mouvement Ces lois sont exprimeacutees matheacutematiquement sous forme deacutequations

diffeacuterentielles partielles qui ci-apregraves deacutesigneacute sous le nom des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

Figure (I-7) Volume eacuteleacutementaire pour la deacuterivation des eacutequations de continuiteacute et de la

quantiteacute de mouvement

19

Eacutequation de Continuiteacute

Consideacuterons le volume eacuteleacutementaire repreacutesenteacute sur la figure (I-7) Dans cette figure la distance

X est mesureacutee le long du canal Au point meacutedian du volume leacutecoulement et toute la surface

deacutecoulement sont deacutenoteacutes Q(x t) et AT respectivement La surface totale deacutecoulement est la

somme de la surface active du canal et de la zone de stockage

0

lq

x

Q

t

A (I-16)

Avec ql est lapport lateacuteral par uniteacute de longueur

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Lrsquoeacutequation de la quantiteacute de mouvement est donneacutee par

0

fS

x

ZgA

x

QV

t

Q (I-17)

1 Application des eacutequations deacutecoulement non permanent dans HEC-RAS

La figure (I-8) illustre les caracteacuteristiques bidimensionnelles de linteraction entre le canal et

la plaine drsquoinondation Quand le niveau drsquoeau du canal srsquoeacutelegraveve leau srsquoeacuteloigne lateacuteralement du

canal inondant la plaine drsquoinondation et remplissant les zones de stockage disponibles A

mesure que la profondeur augmente la plaine drsquoinondation commence agrave transporter leau en

aval geacuteneacuteralement le long drsquoune courte trajectoire Quand le niveau drsquoeau srsquoabaisse leau se

deacuteplace vers les rives du canal compleacutetant leacutecoulement dans le canal principal

Figure (I-8) Ecoulements dans le canal principal et la plaine drsquoinondation

Puisque la direction primaire de leacutecoulement est orienteacutee le long du canal ce champ

bidimensionnel deacutecoulement peut souvent ecirctre exactement rapprocheacute par une repreacutesentation

20

unidimensionnelle Les surfaces daccumulation peuvent ecirctre modeacuteliseacutees avec les zones de

stockage qui eacutechangent leau avec le canal Leacutecoulement dans les rives peut ecirctre rapprocheacute

comme un eacutecoulement agrave travers un canal seacutepareacute

Ce problegraveme Canal Plaine inondable a eacuteteacute analyseacute par plusieurs auteurs de diffeacuterentes

maniegraveres Fread (1976) et Smith (1978) ont traiteacute ce problegraveme en divisant le systegraveme en deux

canaux seacutepareacutes et en eacutecrivant des eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement pour

chaque canal Pour simplifier le problegraveme ils ont assumeacute une surface horizontale de leau en

chaque section normale agrave la direction de leacutecoulement tels que leacutechange de la quantiteacute de

mouvement entre le canal et la plaine drsquoinondation soit neacutegligeable et que le deacutebit soit

distribueacute selon les flux

Qc = φ Q (I-18)

Ougrave

Qc Ecoulement dans le canal (m3s)

Q Eacutecoulement total (m3s)

φ Kc (Kc + Kf)

Kc Flux dans le canal (m3s)

Kf flux dans la plaine drsquoinondation (m3s)

Avec ces approches les eacutequations unidimensionnelles du mouvement peuvent ecirctre combineacutees

en seacuterie simple

0

1)(

fc x

Q

x

Q

t

A (I-19)

0

12222

ff

f

ffc

c

c

f

f

c

c Sx

ZgAS

x

ZgA

x

AQ

x

AQ

t

Q (I-20)

Avec les indices c et f se rapportent au canal et agrave la plaine drsquoinondation respectivement

2 Forme implicite des diffeacuterences finies

La reacutesolution des eacutequations deacutecoulement non permanent unidimensionnelles est de la forme

implicite de quatre-points voir la figure (I-9)

21

Figure (I-9) Maillage de Preissmann typique de diffeacuterence finie

Les formes implicites geacuteneacuterales de diffeacuterence finies sont

1 deacuteriveacute de temps

t

ff

t

f

t

f jj

150 (I-21)

2 deacuteriveacute de lespace

x

ffff

x

f

x

f jjjj

11 (I-22)

3 La valeur de la fonction

11 5050 jjjj ffffff (I-23)

Eacutequation de continuiteacute

Leacutequation de continuiteacute deacutecrit la conservation de la masse pour le systegraveme unidimensionnel

En consideacuterant le stockage S leacutequation de continuiteacute peut ecirctre eacutecrite comme pour le canal

et la plaine drsquoinondation

f

cc

c

c qt

A

t

A

x

Q

(I-24)

et

lc

f

f

fqq

t

S

t

A

x

Q

(I-25)

22

Les indices c et f se rapportent au canal et la plaine drsquoinondation respectivement ql est

lapport lateacuteral par uniteacute de longueur de la plaine drsquoinondation et qc et qf sont les eacutechanges de

leau entre le canal et la plaine drsquoinondation

En utilisant des diffeacuterences finies de forme implicites on obtient

f

t

c

c qt

A

x

Q

(I-26)

lc

c

c

fqq

t

A

x

Q

(I-27)

Les eacutechanges entre le canal et la plaine drsquoinondation sont eacutegaux mais opposeacutes tels que Δxc qc

= - qf Δxf on obtient

0

lff

f

c

c Qxt

Sx

t

Ax

t

AQ (I-28)

Eacutequation de la quantiteacute de mouvement

Elle peut ecirctre eacutecrite pour le canal et pour la plaine drsquoinondation comme suit

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZgA

x

QV

t

Q

(I-29)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZgA

x

QV

t

Q

(I-30)

Ougrave Mc et le Mf sont la quantiteacute de mouvement par uniteacute de distance eacutechangeacutee entre le canal et

la plaine drsquoinondation respectivement

ffc

c

c

c

ccc MSx

ZAg

x

QV

t

Q

(I-31)

cff

f

f

f

fffMS

x

ZAg

x

QV

t

Q

(I-32)

23

Avec Δxc Mc = - Δxf Mf (I-33)

0

hf

ccc

ffccSS

x

ZAg

x

VQ

xt

xQxQ (I-34)

Avec est le facteur de distribution de vitesse

Sh perte de contraction

3 Forme de diffeacuterence finie des eacutequations deacutecoulement non permanent

Les eacutequations (I-24) (I-29) et (I-30) sont non- lineacuteaires Pour eacuteviter la solution non- lineacuteaire

Preissmann ( Liggett et Cunge 1975) et Chen (1973) ont deacuteveloppeacute une technique pour

lineacuteariser les eacutequations

Les approximations de diffeacuterence finies sont eacutenumeacutereacutees terme par terme pour leacutequation de

continuiteacute dans le tableau (I-2) et pour leacutequation de la quantiteacute de mouvement dans le tableau

(I-3)

Tableau (I-2) Approximation des termes des diffeacuterences finies de leacutequation de continuiteacute

Termes Approximation diffeacuterences finies

Q jjjj QQQQ 11

c

c xt

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

c

j

j

c

cj

1

150

f

fx

t

A

t

ZdZ

dAZ

dZ

dA

x

j

j

f

j

j

f

fj

1

150

fxt

S

t

ZdZ

dSZ

dZ

dS

x

j

j

j

j

fj

1

150

24

Tableau (I-3) Approximation des termes des diffeacuterences finies dans leacutequation de la quantiteacute

de mouvement

Termes Approximation diffeacuterences finies

e

ffcc

xt

xQxQ

fcjfjcjcjfjfjcjcj

e

xQxQxQxQtx

11

50

ejx

VQ

jj

ej

jj

ej

VQVQx

VQVQx

11

1

ex

ZAg

Ag

ej

jj

jj

ejej

jj

x

ZZAgZZ

xx

ZZ

)( 1

1

1

hf SSAg

111 5050 jjhfhjhjfjfjhf AASSSSSSAgSSAg

A 150 jj AA

fS fjfj SS 150

jA

j

j

ZdZ

dA

fjS j

j

f

j

j

fQ

Q

SZ

dZ

dK

K

S

22

A 150 jj AA

C Les conditions aux limites

Pour un tronccedilon de riviegravere on a N sections formant N-1 sections (cellule) Agrave partir de ces

cellules 2N-2 eacutequations de diffeacuterence finies peuvent ecirctre deacuteveloppeacutees Puisque on a 2N

inconnus (ΔQ et Δz pour chaque section) deux eacutequations additionnelles sont neacutecessaires Ces

eacutequations sont fournies par les conditions aux limites pour chaque tronccedilon dont leacutecoulement

fluvial sont exigeacutes aux extreacutemiteacutes amont et aval Pour leacutecoulement supercritique les

conditions aux limites sont seulement exigeacutees agrave lextreacutemiteacute amont

25

CHAPITRE II LES MODELES DE SIMULATION DES DOMMAGES

ECONOMIQUES

II1 INTRODUCTION

Le pheacutenomegravene des inondations a eacuteteacute toujours constitueacute pour les agglomeacuterations situeacutees en bordure de

riviegraveres Les deacutegacircts engendreacutes par les crues sont souvent importants et parfois catastrophiques En raison

du cocircut consideacuterable des ameacutenagements de protection les autoriteacutes ont besoin drsquoune estimation des

dommages potentiels et du rapport cocircutbeacuteneacutefices afin drsquoeacutevaluer la pertinence de ces investissements

II2 DOMMAGES DrsquoINONDATION DEFINITION ET EVALUATION

II21 Typologie des dommages [4]

Les dommages lieacutes agrave une crue sont tregraves divers Ils diffegraverent par leur nature etou leur cause Une

description typologique preacutecise en facilite lrsquoapproche et le traitement

Breaden (1973) distingue les cateacutegories suivantes directs indirects secondaires intangibles et

drsquoincertitude Une classification est deacutetailleacute dans le tableau donnant une illustration des diffeacuterents types de

dommages deacutecrits selon deus axes chiffrablesnon-chiffrables (moneacutetarisablesnon-moneacutetarisables) et

selon lrsquoeacuteloignement de lrsquoeacutevegravenement

Dommages directs tangibles sont les dommages physiques (dommages porteacutes aux

biens mateacuteriels) causeacutes per la submersion Ils son chiffrables de faccedilon moneacutetaire et

repreacutesentent sauf exception la part la plus importante des cocircut engendreacutes lors drsquoune

crue Les dommages directs tangibles sont les mieux reacutepertorieacutes et se precirctent bien aux

eacutetudes

Dommages intangibles relegravevent du domaine sanitaires ou sociologique et rendent

compte de lrsquoimpact psychologique ou physique (au sens corporel) de la crue sur des

individus ou une population Ils sont non quantifiables du moins en termes moneacutetaires Il

est par conseacutequent tregraves deacutelicat drsquoessayer drsquoen tenir compte dans une eacutevaluation de

dommages

II22 Evaluation des dommages [12]

Deux familles drsquoapproches peuvent ecirctres identifieacutees lrsquoeacutevaluation agrave posteriori et lrsquoeacutevaluation agrave priori

Evaluation agrave posteriori se donne pour objectif drsquoestimer les dommages causeacutes par des

inondations qui se sont deacutejagrave produites

26

Evaluation agrave priori consiste agrave reacutealiser une estimation des dommages potentiels compte

tenu de lrsquoexistence drsquoun risque et de son occurrence Elle est reacutealiseacutee geacuteneacuteralement dans

lrsquoobjectif drsquoestimer lrsquointeacuterecirct eacuteconomique drsquoaction futures de preacutevention ou de protection

On peut eacutegalement exprimer un cocircut moyen annuel qui est alors lrsquointeacutegrale de la fonction

qui relie un cocircut agrave la freacutequence annuelle de deacutepassement de lrsquoinondation maximale

II23 Evaluation des dommages agrave priori [12]

Les estimations des dommages drsquoinondation sont eacutevalueacutees en termes de hauteur de submersion

des bacirctiments par leseaux La hauteur de submersion est la hauteur drsquoeau effective dans le

bacirctiment mesureacutee agrave partir drsquoun plancher de reacutefeacuterence La figure (II-1) illustre cette hauteur

Figure (II-1) Hauteur de submersion par rapport au bacirctiment

H= h - Z RC

La hauteur de submersion due agrave lrsquoinondation est en rapport de lrsquointensiteacute et agrave la vitesse Les

tableaux (II-1) et (II-2) illustrent ces deux qualifications

Tableau (II-1) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion

Hauteur Aleacutea

H lt 1 m Moyen ou faible

H ge 1 m fort

27

Tableau (II-2) Qualification de lrsquoaleacutea en fonction de la hauteur de submersion et la vitesse

drsquoeacutecoulement

Vitesse

Hauteur

Faible

(Stockage)

Moyenne

(Ecoulement)

Forte

(Grand eacutecoulement)

H lt 05 m Faible Moyen Fort

05 m lt H lt 1 m Moyen Moyen Fort

H gt 1 m Fort Fort Tregraves fort

II3 EVALUATION DES DOMMAGES PAR LrsquoAPPLICATION DU MODELE

HEC-FDA [5]

II31 Description du modegravele HEC-FDA [5] Le programme calcule lrsquoespeacuterance des dommages annuels (dommage annuel moyen expected

annual damage - EAD) neacutecessaire pour une eacutevaluation eacuteconomique des plans drsquoameacutenagement

des plaines drsquoinondation Le risque et lrsquoincertitude peuvent eacutegalement ecirctre eacutevalueacutes

II32 Composantes du modegravele HEC -FDA [5]

HEC-FDA est un systegraveme de logiciels multi inteacutegreacutes conccedilus pour lusage interactif dans un

environnement multi fonctions et utilisations Le programme se compose dune interface drsquoutilisation

graphique (GUI) des composantes hydrologiques et eacuteconomiques des possibiliteacutes de gestion et de base

de donneacutees des fonctions graphiques et de rapports

II321 Configuration de lrsquoeacutetude

La configuration de leacutetude contient les donneacutees deacutecrivant le plan physique de lrsquoeacutetude et la deacutefinition du

plan de protection pour les analyses Les donneacutees incluent les riviegraveres les plaines drsquoinondation les plans

de protection et les anneacutees danalyse

1 Riviegravere

Les riviegraveres incluent de diverses surfaces deau tel que les fleuves riviegraveres canaux lacs eacutetangs etchellipLes

riviegraveres sont deacutefinies dans leacutetude et sont donc communes pour tous les plans et les analyses Une eacutetude

peut inclure un ougrave plusieurs riviegraveres

2 Plaine drsquoinondation

La plaine drsquoinondation est la surface spatiale drsquoinondation pour laquelle un dommage (deacutegacirct) est traceacute en

tronccedilon consideacutereacute le long du cours drsquoeau et srsquoeacutetend sur la plaine drsquoinondation pour inclure toute la largeur

de lrsquoinondation la plus probable Elle est peut ecirctre indiqueacutee pour la rive droite ou gauche ou les deux

rives agrave la foi

3 Plans

Un plan peut repreacutesenter les conditions de lrsquoeacutetude avec et sans projet de protection Le plan avec un projet

de protection se compose dune ou plusieurs variantes et actions de reacuteduction des deacutegacircts drsquoinondation Un

28

plan est eacutevalueacute sur une peacuteriode danalyse (la dureacutee de vie du projet) Il commence par lanneacutee de

reacutefeacuterence de lexeacutecution ou de lopeacuteration Les conditions hydrologiques et eacuteconomiques associeacutees agrave une

future anneacutee danalyse speacutecifieacutee sont consideacutereacutees pour eacutevaluer lrsquoexeacutecution eacuteconomique eacutequivalente du

plan sur sa dureacutee de vie

4 Anneacutees drsquoanalyse

Une anneacutee danalyse repreacutesente une peacuteriode de temps ou une anneacutee pour laquelle les donneacutees

hydrologiques et eacuteconomiques doivent ecirctre deacuteveloppeacutees pour des analyses

Les anneacutees danalyse deacutefinissent les dommages et linformation dexeacutecution de projet pour des peacuteriodes de

temps speacutecifiques pendant la dureacutee de vie de projet telle que lanneacutee de reacutefeacuterence ou lrsquohorizon donneacute le

plus probable

II322 Etude hydrologique

Lrsquoeacutetude hydrologique consideacutereacutee est les donneacutees hydrologiques hydrauliques et leveacutees neacutecessaires agrave

la simulation est saisie pour des analyses Les donneacutees incluent les profils de surfaces de leau associeacutes

aux valeurs de deacutebit drsquoun eacuteveacutenement hypotheacutetique ou observeacute Le systegraveme HEC-FDA exige pour la

simulation huit (8) profils de surface de leau de huit (8) eacuteveacutenements dinondation Ccedila peut ecirctre le deacutebit

ou le niveau drsquoeau pour chaque riviegravere

Le modegravele calcul la courbe des deacutebits en fonction de leurs probabiliteacutes drsquooccurrence les niveaux drsquoeau

en fonction des deacutebits et les caracteacuteristiques des plans de protection contre les inondations La fonction

de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des proceacutedures analytiques ou graphiques Les

fonctions de probabiliteacute des niveaux drsquoeau peuvent eacutegalement ecirctre calculeacutees et appliqueacutees

1 Fonctions de probabiliteacute des deacutebits

Les analyses eacuteconomiques et dexeacutecution (de reacutealisation) exigent une fonction de probabiliteacute des deacutebits

avant drsquoecirctre assigneacute pour chaque plan de protection contre lrsquoinondation anneacutee danalyse cours drsquoeau et

plaines drsquoinondation La fonction de probabiliteacute des deacutebits peut ecirctre calculeacutee en utilisant soit des

proceacutedures analytiques ou graphiques

Meacutethode analytique de probabiliteacute des deacutebits

La meacutethode analytique est adapteacutee pour la loi de distribution de probabiliteacute de Pearson type III Cette

meacutethode sapplique souvent pour des fonctions de probabiliteacute des deacutebits deacuteriveacutees agrave partir des donneacutees

mesureacutees ou modeacuteliseacutees

Meacutethode graphique de probabiliteacute de deacutebit

Si la fonction ne sadapte pas avec la distribution de Pearson de type III lapproche graphique devrait ecirctre

utiliseacutee Lapproche graphique est typiquement applicable pour les eacutecoulements reacutegulariseacutes (probabiliteacutes

29

des niveaux drsquoeau pour les reacutesultats de la modeacutelisation de lrsquoeacutecoulement non permanent) et les fonctions

peacuteriodiques et partielles

2 Les niveaux drsquoeaux en fonction des deacutebits (courbe de tarage)

La fonction deacutebit ndashniveau drsquoeau avec incertitude est indiqueacutee pour un plan donneacute anneacutee danalyse

riviegravere et plaine drsquoinondation dans leacutevaluation des mesures de reacuteduction des dommages drsquoinondation

II323 Etude eacuteconomique

Cette composante se base sur la production de la fonction hauteur drsquoeau -dommage avec lincertitude pour

la reacuteduction des dommages drsquoinondation Elle est deacutefinie par la fonction du taux de dommages ndash

profondeur cest-agrave-dire le taux de lrsquoouvrage endommageacute pour une gamme des niveaux drsquoinondation

Le taux de dommages est multiplieacute ensuite par le paramegravetre correspondant lieacute agrave lrsquoouvrage pour obtenir

une fonction profondeur unique- dommages agrave lrsquoouvrage de protection

II324 Evaluation

Les dommages peuvent ecirctre calculeacutes de deux faccedilons

(1) lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages annuels obtenue par inteacutegration des

dommages selon la fonction de probabiliteacute au deacutepassement

(2) les dommages annuels eacutequivalents associeacutes agrave un taux drsquointeacuterecirct particulier et agrave une

peacuteriode drsquoanalyse

Les calculs sont effectueacutes pour chaque plan de gestion de la plaine drsquoinondation en srsquoappuyant

sur les donneacutees hydrologiques hydrauliques et eacuteconomiques associeacutees agrave chaque zone de

dommages La reacuteduction des dommages est deacutetermineacutee en comparant les conditions avec ou

sans projet Les calculs de performance des projets sont reacutealiseacutes et afficheacutes ainsi que leurs

reacutesultats

Les dommages annuels moyens sont calculeacutes agrave partir de la formule suivante

I

i

iT dppDD1

1

0

)( ou

1

0 1

)(I

i

iT dppDD (V-1)

avec

DT Dommages totaux (Dinar Algeacuterien)

Di (p) Densiteacute de distribution de probabiliteacutes

30

Linteacutegrale de la fonction de probabiliteacute des dommages dans lanalyse des risques de base est eacutegale agrave la

moyenne de toutes les valeurs possibles des dommages deacutetermineacutees par eacutechantillonnage exhaustif de

Monte Carlo des fonctions des probabiliteacutes des deacutebits hauteur -deacutebit hauteur -dommages et leurs

incertitudes associeacutees comme le montre la figure (II-2)

Figure (II-2) Algorithme de simulation de Monteacute Carlo pour lrsquoeacutevaluation des dommages

annuels moyens (EAD)

Les valeurs calculeacutees des dommages sont afficheacutees par cateacutegories de dommage de

mecircme qursquoun tableau de synthegravese sommaire des reacutesultats pour lrsquoanneacutee de base et pour

lrsquohorizon donneacute le plus probable et de nombreux graphiques y sont fournis

31

CHAPITRE III CARACTERISTIQUES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT

DE LA MINA

III1 INTRODUCTION

Les caracteacuteristiques physiographiques dun bassin versant influencent fortement sa reacuteponse

hydrologique et notamment le reacutegime des eacutecoulements en peacuteriode de crue ou deacutetiage Leur

deacutetermination neacutecessaire constitue un premier diagnostic permettant la mise en eacutevidence des

facteurs et paramegravetres geacuteographiques et physiques contribuant agrave la formation du ruissellement

III2 PRESENTATION DE LA REGION DrsquoETUDE

La figure (III-1) montre le deacutecoupage du bassin versant de lrsquoOued Mina objet de cette eacutetude en

cinq sous-bassin de tailles variables Bv_1(Oued Mina) Bv_2 (Oued Mina) et Bv_5 (Oued

Mina ) avec une orientation Sud Est-Nord Ouest et le bassin Bv_3 (Oued Mellah) qui srsquooriente

du Sud Ouest vers le Nord Est et par contre le Bv_4 (Oued Khloug ) son orientation est du Sud

Est vers le Nord Ouest

III3 SITUATION GEOGRAPHIQUE

Le bassin versant de lOued Mina est un des bassins les plus importants de lrsquoOued

Cheliff Il est situeacute agrave quelques 300 km agrave lrsquoOuest dAlger dans lOranais entre 0deg 20rsquo et 1deg 10rsquo de

longitude Est et entre 34deg 40rsquo et 35deg 40 de lattitude Nord drainant ainsi une superficie de 6580

kmsup2 au profit de la ville de Relizane Il forme un rectangle Sud-Nord depuis les Hautes Plaines

du Chott Ech-Chergui au Sud jusqursquoau cours infeacuterieur de lOued Cheliff sur pregraves de 128 km

La partie septentrionale sinsegravere dans le Tell occidental ou Tell oranais et comprend la retombeacutee

sud-orientale de lOuarsenis agrave lOuest A lEst il est limiteacute par les Monts des Beni-Chougrane

Laltitude variant entre 1339 m et 80 m deacutecroicirct vers le Nord

Lrsquooued Mina parcourt une distance de 143 m entre le barrage de Bakhadda et Relizane avec une

orientation Sud-Est Nord-Ouest

32

Figure (III-1) Bassin versant de la Mina

Echelle 150000

33

La ville de Relizane objet de cette eacutetude se situe dans la partie aval du bassin versant de lrsquoOued

Mina comme le montre la figure (III-1) risque drsquoecirctre soumise au pheacutenomegravene de lrsquoinondation

par un deacutebordement direct du lit mineur de lrsquoOued (voir la figure (III-2) pour occuper le lit

majeur ou se trouve la ville sur la rive droite du cours drsquoeau

Figure (III-2) Inondation par deacutebordement direct

III4 CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUES

III41 Paramegravetres de forme

La forme drsquoun bassin versant peut ecirctre traduite par lrsquoindice de compaciteacute de Graveacutelius Kc

qui repreacutesente le rapport du peacuterimegravetre mesureacute du bassin au peacuterimegravetre drsquoun cercle occupant une

aire eacutequivalente

(III-1)

Ougrave

A la surface du bassin versant (Km2)

P le peacuterimegravetre du bassin versant (Km)

Le bassin versant rectangulaire reacutesulte dune transformation geacuteomeacutetrique du bassin reacuteel dans

laquelle on conserve la mecircme superficie le mecircme peacuterimegravetre (ou le mecircme coefficient de

compaciteacute) et donc par conseacutequent la mecircme reacutepartition hypsomeacutetrique

A

PKc 280

34

LR et lR repreacutesentent respectivement la longueur et la largeur du rectangle eacutequivalent ces

paramegravetres sont donneacutes par les formules suivantes

2

12111

121 C

C

RK

AKl (III-2)

2

12111

121 C

C

RK

AKL (II1-3)

III42 Paramegravetres de relief

III421 Courbe hypsomeacutetrique

La courbe hypsomeacutetrique fournit une vue syntheacutetique de la pente du bassin donc du relief Cette

courbe repreacutesente la reacutepartition de la surface du bassin versant en fonction de son altitude Elle

porte en abscisse la surface (ou le pourcentage de surface) du bassin qui se trouve au-dessus (ou

au-dessous) de laltitude repreacutesenteacutee en ordonneacutee Elle exprime ainsi la superficie du bassin ou le

pourcentage de superficie au-delagrave dune certaine altitude Le tableau (III-1) reacutesume la reacutepartition

hypsomeacutetrique des bassins versants consideacutereacutes et la figure (III-3) illustre lrsquoallure de leurs courbes

hypsomeacutetriques

Tableau (III-1) Reacutepartition hypsomeacutetrique du bassin versant de la Mina

BV

_2

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 1929 1517 1929 1517 275

250-200 3131 2462 5059 3979 225

200-150 2574 2024 7633 6003 175

150-100 2914 2292 10548 8295 125

100-84 2168 1705 12716 10000 92

Total 12716 10000

BV

_1

Sid

i A

ek

Dji

lla

li Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1160-1000 78 166 78 166 1080

1000-800 713 1517 791 1683 800

800-600 1382 2940 2173 4623 700

600-400 1886 4013 4059 8636 500

400-225 641 1364 470 10000 3125

Total 470 10000

35

BV

_4

OK

hlo

ug

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

800-700 807 339 807 339 750

700-600 1236 520 2043 858 650

600-50 1832 770 3875 1628 550

500-400 5834 2451 9709 4079 450

400-300 3146 1322 12854 5401 350

300-200 6621 2782 19475 8183 250

200-100 2306 969 21781 9152 150

100-85 2019 848 23800 10000 925

total 23800 10000

BV

_5

O

Min

a

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

300-250 347 846 347 846 275

250-200 311 759 658 1605 225

200-150 389 949 1047 2554 175

150-100 1496 3649 2543 6202 125

100-80 1557 3798 41 10000 90

Total 41 10000

BV

_3

OM

ell

ah

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

727-700 1396 450 1396 450 7135

700-600 1887 608 3283 1058 650

600-500 3364 1084 6647 2142 550

500-400 6885 2218 13532 4360 450

400-300 7126 2296 20657 6656 350

300-200 5841 1882 26498 8538 250

200-100 2214 713 28712 9251 150

100-84 2324 749 31035 10000 92

Total 310 10000

BV

_1

OA

bta

l

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 38 070 38 070 12695

1200-1000 1318 2443 1356 2514 1100

1000-800 1348 2499 2704 5013 900

800-600 1398 2592 4102 7605 700

600-400 873 1618 4975 9223 500

400-205 419 777 5394 10000 3025

Total 5394 10000

36

BV

To

tal

OM

ina

Altitudes Superficies partielles Superficies cumuleacutees Altitude moyenne

(m) (Kmsup2) ( ) (Kmsup2) ( ) (m)

1339-1200 3800 058 3800 058 12695

1200-1000 132580 2015 136380 2073 1100

1000-800 141930 2157 278310 4229 900

800-600 158940 2416 437250 6645 700

600-400 124074 1886 561324 8530 500

400-200 76761 1167 638084 9697 300

200-80 19961 303 658045 10000 140

Total 6580

Figure (III-3) Courbes Hypsomeacutetriques des sous bassins de la Mina

300-250250-200

200-150150-100

100-80

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

3798

BV_5

OMina

300-250250-200

200-150150-100

100-84Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2462

BV_2

OMina

727-700700-600

600-500500-400

400-300300-200

200-100100-84

Altitudes (m)

Su

rface (

)

0

20

40

60

80

100

2296

BV_3

OMelleh

800-700700-600

600-50500-400

400-300300-200

200-100100-85

Altitudes (m)

Su

rfaces (

)

0

20

40

60

80

100

2782

BV_4

OKhloug

6

2416

37

III422 Les altitudes caracteacuteristiques

Les altitudes maximale et minimale

Elles sont obtenues directement agrave partir de cartes topographiques Laltitude maximale repreacutesente

le point le plus eacuteleveacute du bassin tandis que laltitude minimale considegravere le point le plus bas

geacuteneacuteralement agrave lexutoire

Laltitude moyenne

Laltitude moyenne se deacuteduit directement de la courbe hypsomeacutetrique ou d u traitement dune

carte topographique On peut la deacutefinir comme suit

Ho = sum A

hiAi (III-4)

Avec

Hmoy altitude moyenne du bassin (m )

Ai aire comprise entre deux courbes de niveau (km2 )

hi altitude moyenne entre deux courbes de niveau (m )

A superficie totale du bassin versant (km2 )

Laltitude meacutediane

Laltitude meacutediane correspond agrave laltitude lue au point dabscisse 50 de la surface totale du

bassin sur la courbe hypsomeacutetrique Cette grandeur se rapproche de laltitude moyenne dans le

cas ougrave la courbe hypsomeacutetrique du bassin concerneacute preacutesente une pente reacuteguliegravere

III423 Indice de pente

Les diffeacuterents indices de pentes permettent de caracteacuteriser les pentes drsquoun bassin afin

drsquoeacutetablir des comparaisons et des classifications Les indices de pentes se deacuteterminent agrave partir de

la connaissance de la reacutepartition hypsomeacutetrique sur le bassin

Indice de pente de ROCHE laquo Ip raquo

Lrsquoindice de pente de M Roche sert agrave deacuteterminer la pente moyenne avec les donneacutees reacuteelles du

basin versant Il a proposeacute un indice de pente plus facile agrave calculer Ip repreacutesentant la moyenne

de la racine carreacutee des pentes mesureacutees sur le rectangle eacutequivalent et pondeacutereacutees par les surfaces

(III-5)

n

i

iiip aaBL

I1

1)(1

38

ougrave

Ip indice de pente de Roche

L longueur du rectangle eacutequivalent

Bi la fraction en pourcentage de la surface comprise entre les altitudes ai-1 et ai

Indice de pente globale ≪Ig≫

Lrsquoindice de Roche eacutetant cependant trop long agrave eacutevaluer pour des eacutetudes rapides il est

preacutefeacuterable drsquoutiliser un autre indice qui est Lrsquoindice de pente globale et il est donneacute par la

formule suivante

(III-6)

ougrave

D deacuteniveleacutee calculeacutee par la formule suivante

D = H5 - H95 (III-7)

ougrave

H95 et H5 repreacutesente respectivement lrsquoaltitude qui correspondant agrave 95 et 5 de la surface

totale du bassin versant

Indice de pente moyen

Il est donneacute par la relation suivante

(III-8)

ougrave

maxD repreacutesente la diffeacuterence entre les altitudes extrecircmes du bassin versant

L Longueur du cours drsquoeau principal

La deacuteniveleacutee Speacutecifique

Elle est calculeacutee suivant la relation suivante

(III-9)

ougrave

A la surface du bassin versant

()L

DIg

)(mAIgDs

mmL

DI

max0

39

III5 CARACTERISTIQUES DU RESEAU HYDROGRAPHIQUE

Le reacuteseau hydrographique est constitueacute de lrsquoensemble des chenaux qui drainent les eaux

de surface vers lrsquoexutoire du bassin versant La deacutefinition drsquoun cours drsquoeau est difficile agrave donner

avec preacutecision en particulier pour les cours drsquoeau temporaires Lrsquoeacutetude du chevelu

hydrographique servant surtout agrave comparer des bassins entre eux

III51 La densiteacute de drainage

La densiteacute de drainage drsquoun bassin versant est deacutefinit comme eacutetant la longueur moyenne en Km

du reacuteseau hydrographique par Km2 de lrsquoaire A du bassin Elle reflegravete la dynamique de ce dernier

la stabiliteacute du reacuteseau de drainage et le type de ruissellement de surface Elle est obtenue par la

relation suivante

(III-10)

Ougrave

Dd densiteacute de drainage (Kmkmsup2)

ΣLi longueur totale du reacuteseau hydrographique (Km)

A surface du bassin versant (Kmsup2)

III52 Freacutequence des cours drsquoeau

Cette valeur repreacutesente le nombre de Thalweg par uniteacute de surface

(III-11)

Ougrave

N1 nombre de cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

A surface totale du bassin versant (Km2)

III53 Coefficient de Torrentialiteacute

Cest le produit de la densiteacute de drainage par la freacutequence des thalwegs dordre 1

11 FDdC (III-12)

Ougrave

F1 la freacutequence des cours drsquoeau drsquoordre 1 (Km-2)

Dd densiteacute de drainage (Km-1)

)( 1 km

A

LiDd

)( 21 kmA

NFs

40

III54 Rapport de confluence

Crsquoest le rapport du nombre de thalwegs drsquoordre x et de celui des thalwegs drsquoordre

immeacutediatement supeacuterieur (x+1) Il est donneacute par la relation suivante

1

X

X

cN

NR (III-13)

III55 Rapport de longueur

Crsquoest le rapport entre la longueur moyenne des talwegs drsquoordre (x+1) par celle des

thalwegs drsquoordre immeacutediatement infeacuterieur (x) Ce rapport est donneacute par la relation suivante

X

X

LL

LR 1 (III-14)

III6 TEMPS DE CONCENTRATION

An cas des bassins versant non jaugeacutes le temps de concentration repreacutesente la dureacutee que

met une goute drsquoeau de ruissellement du point le plus eacuteleveacute au point repreacutesentant lrsquoexutoire du

bassin versant

Le temps de concentration est deacutetermineacute par Les formules morphomeacutetriques suivantes

1- Formule de KIRPICH

385077066150 ILTc (III-15)

2- Formule de BANDY WILLIAMS

2010

101460

IALTc (III-16)

3- Formule de GIANDOTTI

080

514

H

LATc

(III-17)

4- Formule de BASSO

3850

minmax

1151

0670HH

LTc

(III-18)

41

5- Meacutethode de SCS

3850

0

3870

H

LTc (III-19)

Le tableau (III-1) donne les diffeacuterentes valeurs du temps de concentration des sous bassins

consideacutereacutes Ces valeurs seront utiliseacutees pour estimer le temps de deacutecalage Tlag du modegravele du

ruissellement direct dans la simulation hydrologique reacutealiseacutee parle modegravele HEC-HMS

Tableau (III-1) Estimation du temps de concentration (Tc heure)

Bassin Versant

Kirpich

Brandy amp

Williams

Giandotti

Basso

SCS

Moyenne retenue

(h)

Vitesse moyenne

(ms)

1 2 3 4 5 (1+3+5)

BV_1 (OAbtal) 2853 763 2182 1635 1960 2332 150

BV_1 (Sidi Aek Djillali)

562 289 671 317 397 543 148

BV_2 909 232 804 539 580 764 098

BV_3 (OMelah) 809 325 1145 481 780 911 107

BV_4 (OKhloug) 650 301 899 387 604 718 116

BV_5 480 168 524 287 340 448 097

BV(Total) 2981 809 2546 1778 2242 2535 145

III7 SOL ET VEGETATION

La nature du sol intervient sur la rapiditeacute de monteacutee des crues et sur leur volume En effet le

taux dinfiltration le taux dhumiditeacute la capaciteacute de reacutetention les pertes initiales le coefficient de

ruissellement sont en fonction du type de sol et de son eacutepaisseur

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est caracteacuteriseacute du point de vue geacuteologique par

ndash La preacutepondeacuterance du Jurassique au Nord et agrave lrsquoOuest

ndash Les restes drsquoun paysage Creacutetaceacute avec des roches calcaires et greacutes calcaires Les couches

infeacuterieures du Jurassique supeacuterieur constitueacute des marnes et lrsquooccasion de gisements

alternants avec des bancs de roches carboniques aux quelles se joignent les marnes

tertiaires au nord qui contiennent localement des bancs de calcaires et de greacutes-calcaires

La veacutegeacutetation est un facteur deacuteterminant de la rapiditeacute du ruissellement superficiel du taux

drsquoeacutevaporation et de la capaciteacute de reacutetention du bassin Le couvert veacutegeacutetal joue un rocircle reacutegulateur

dans le reacutegime drsquoeacutecoulement

42

Lrsquoanalyse de la reacutepartition geacuteographique des formations veacutegeacutetales leurs diversiteacutes et leurs

reacutepartitions sur le bassin de lrsquoOued Mina montre deux parties nettement distinctes agrave savoir

La zone du nord purement marneuse et deacutepourvue de veacutegeacutetation dans la plupart des terres

agrave lrsquoexception de quelques icirclots de reboisement de Tassalat et de plantation drsquoarbres

fruitiegravere dans la valleacutee Les sols de cette partie du bassin versant sont geacuteneacuteralement nus

surtout sur les terrains rocheux Les cultures annuelles intensives et les champs reacutesiduels

se trouvent sur les collines et les zones rocheuses Lrsquoabsence de la veacutegeacutetation dans cette

partie du bassin se traduit par un ruissellement rapide dont le volume est fort dans les

conditions meacuteteacuteorologiques intenses

La zone Jurassique du Sud recouverte par une veacutegeacutetation de densiteacute variable Les

formations veacutegeacutetales existantes sur cette zone sont

ndash Les forets domineacutes par une grande partie de jeunes plantations de pin drsquoAlep

ndash Les maquis sous deux formes maquis avec Pistacia et Olea et maquis avec

Tetraclinis

ndash La veacutegeacutetation herbaceacutee en plus de la veacutegeacutetation naturelle les ceacutereacuteales sont les

cultures principales annuelles appliqueacutees

43

Tous les paramegravetres hydromorphomeacutetriques des sous bassins citeacutes ci-dessus sont reacutesumeacutes dans

le tableau (III-2)

Tableau (III-2) caracteacuteristiques physiographiques des bassins versants de la Mina

Paramegravetres BV_ 1 (OMina) BV_ 2

(OMina)

BV _3

OMellah

BV_ 4

OKhloug

BV _5

OMina) BV_(Total)

OAbtal Sidi Aek

Djillali

Cara

cteacuter

isti

qu

es

morp

hom

eacutetriq

ues

A Kmsup2 5394 470 127 310 238 41 6580

Pe Km 340 91 64 88 76 37 371

Kc - 130 118 158 141 139 160 128

L Km 12598 2893 2693 3503 2998 1558 13549

l Km 4282 1624 472 885 794 263 4857

RC - 160 250 366 373 418 333 165

Cara

cteacuter

isti

qu

es d

u r

elie

f

Hmax m 1339 1160 300 727 800 300 1339

Hmin m 205 225 84 84 85 80 80

Hmoy m 765 588 177 376 350 137 726

H5 m 1240 1018 296 677 719 298 1219

H95 m 430 381 102 139 126 95 404

H50 m 835 673 202 409 394 147 798

D m 810 637 194 539 593 203 815

Ds m 472 477 81 271 305 84 488

Ip 028 053 028 042 109 033 029

Ig 643 2202 720 1538 1978 1304 602

Imoy 090 323 080 184 238 141 093

Cara

cteacuter

isti

qu

es

hyd

rogra

ph

iqu

es sum Li Km 23124 1150 212 246 296 21 25049

Dd KmKmsup2 429 245 167 079 124 050 381

F1 - 390 220 170 061 116 024 346

Ct - 1673 539 284 049 144 012 1318

Lcp Km 102 47 33 41 45 8 143

Tc Heures 2332 543 764 911 718 448 2535

Le (III-2) tableau donne une superficie consideacutereacutee sur la totaliteacute du bassin versant de la Mina

eacutegale agrave 6580 Kmsup2 une diffeacuterence drsquoaltitude de 1339 m agrave 80m et un temps de concentration de

2535 heures Ce qui nous amegravene agrave conclure que si les conditions meacuteteacuteorologiques seront

intenses et homogegravenes sur la totaliteacute du bassin le deacutebit agrave lrsquoexutoire serait important

44

CHAPITRE VI ETUDE CLIMATIQUE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

IV1 CLIMAT

Le climat de la reacutegion en geacuteneacuterale est de type semi-aride du point de vue tempeacuterature

moyenne pluviomeacutetrie annuelle et reacutepartition saisonniegravere des preacutecipitations

Lrsquoanalyse climatique du secteur eacutetudieacute srsquoest baseacutee sur les travaux et donneacutees de Selzer (1946) et

de Chaumont et Paquin qui ont eacutetabli en 1971 la carte pluviomeacutetrique de lrsquoAlgeacuterie septentrionale

Ouest agrave lrsquoeacutechelle 1 500 000 et agrave partir des observations eacutetaleacutees sur une peacuteriode de 30 anneacutees

(1974-2003) Nous avons utiliseacute des observations plus reacutecentes (jusquagrave 2003) au niveau de la

station de Reacutelizane

IV2 PLUVIOMETRIE

IV21 Preacutecipitations annuelles

Les preacutecipitations du bassin versant de la Mina sont dues agrave des perturbations

geacuteneacuteralement de Nord et Nord-Ouest Les averses pluvieuses deacutependent aussi de lrsquoaltitude de la

latitude et de lrsquoexposition La moyenne annuelle est estimeacutee agrave 275 mm pour la peacuteriode de

197071 agrave 20032004 et de 325mm pour la peacuteriode drsquoobservation de 192425 agrave 194849 drsquoougrave

une moyenne pour les deux peacuteriodes autour de 300 mman Lrsquohistogramme agrave la figure ( IV-1)

montre une forte probabiliteacute pour une pluviomeacutetrie annuelle entre le domaine des valeurs (186 agrave

372) mm La moyenne ou norme pluviomeacutetrique est situeacutee dans cet intervalle (275 mm) Les

valeurs extrecircmes des pluies annuelles se situent dans les intervalles (124 - 186) mm pour les

anneacutees de seacutecheresse (15 des cas) et (372 - 496) mm pour les anneacutees humides (6 )

caracteacuterisant une leacutegegravere asymeacutetrie positive (avec une tendance vers les valeurs infeacuterieure agrave la

norme)

Figure (IV-1) Histogramme des pluies annuelles agrave Reacutelizane

45

SEPTOCT

NOVDEC

JANVFEV

MARSAVRIL

MAIJUIN

JUILAOUT

0

10

20

30

40

50

Pluvio

meacutetrie

men

suell

e (mm

)

Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Reacutelizane

Observations de 197071 agrave 199899

Observations de 192425 agrave 194849

Cette variabiliteacute est illustreacutee drsquoune maniegravere plus explicite par la figure (IV-2) montrant la

chronologie des pluies annuelles de 197071 agrave 200304 On y remarque une nette tendance agrave

lrsquoaccroissement des preacutecipitations annuelles deacutes 1990 On peut exprimer la variation de la

pluviositeacute par le coefficient de variation (Cv) eacutegal pour les pluies annuelles moyennes agrave 025 La

variabiliteacute de la pluviositeacute exprimeacutee le plus souvent par le coefficient de variation est

inversement proportionnelle agrave lrsquoariditeacute

Figure (IV-2) Variation de la pluie annuelle agrave Relizane entre les peacuteriodes

(197071 agrave 20032004)

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 20050

100

200

300

400

500

Anneacutees

Plu

ie a

nnue

lle (

mm

)

Variation de la pluie annuelle agrave Reacutelizane (197071 agrave 20032004)

IV22 Preacutecipitations mensuelles

Lrsquohistogramme agrave la figure (IV-3) montre la variation mensuelle des preacutecipitations

moyennes On note une augmentation des pluies mensuelles de septembre agrave deacutecembre suivie

drsquoune diminution des normes mensuelles des pluies jusqursquoau mois drsquoaoucirct Ce reacutegime se

caracteacuterise par de leacutegegraveres variations durant ces deux grandes peacuteriodes pluviales On a ainsi deux

maximums un en deacutecembre et un autre en feacutevriermars

Figure (IV-3) Variation mensuelle des preacutecipitations agrave Relizane

46

IV23 Preacutecipitations maximales journaliegraveres

Les donneacutees ANRH de la station de Reacutelizane ont eacuteteacute utiliseacutees La seacuterie de pluie maximale

journaliegravere maximorum annuelle eacutetudieacutee srsquoeacutetend de 1970 agrave 2003 soit 34 anneacutees

hydrologiques ce qui permet une plus adeacutequate analyse statistique des pluies maximales

journaliegraveres geacuteneacuteratrices de crues La figure (IV-4) montre la chronologie annuelle des Pjmax

maximorum on note une fluctuation quasi stationnaire autour de la valeur moyenne de

294mm avec quelques valeurs caracteacuteristiques en 197273 (483mm) en 198586 (541mm)

et en 20012002 (616mm)

Figure (IV-4) Chronologie des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

Figure (IV-5) Histogramme des pluies maximales journaliegraveres agrave lrsquoeacutechelle annuelle

(Observations de 197071 agrave 20032004)

La figure (IV-5) illustre la densiteacute de distribution des valeurs Pjmax agrave asymeacutetrie positive avec

une freacutequence maximale de lrsquoordre de 353 pour les valeurs comprises dans lrsquointervalle (16 ndash

24)mm les Pjmax gt 40mm geacuteneacuteratrices de crues exceptionnelles admettent une freacutequence de

12 Le tableau (IV-1) donne les caracteacuteristiques statistiques de lrsquoeacutechantillon analyseacute

47

Tableau (IV-1) Statistiques de base eacutechantillon Pjmax Station Reacutelizane Nombre dobservations 34 (de 197071 agrave 20032004)

Minimum 38 mm

Maximum 616 mm

Moyenne 294 mm Ecart-type 106 mm Meacutediane 288 mm

Coefficient de variation (Cv) 036 Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 119

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie annuelle des pluies maximales journaliegraveres

maximorum a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment

les lois Pearson III Gamma Lognormale (Galton) Gumbel et Lognormale triparameacutetrique

Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en annexe (2) La figure (IV-6) illustre les

ajustements de la courbe expeacuterimentale aux cinq lois statistiques les plus utiliseacutees en

hydrologie Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide des deux tests suivants le test de Shapiro-

Wilk et le test du Khi carreacute Le premier test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese

que les observations proviennent bien de la distribution normale ou log-normale Ce test est

recommandeacute lorsque la taille de leacutechantillon est infeacuterieure ou eacutegale agrave 50 Le deuxiegraveme test

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la

distribution utiliseacutee

Les lois qui srsquoajustent le mieux aux donneacutees drsquoobservations et dont les quantiles sont situeacutes

dans lrsquointervalle des estimations des diffeacuterentes autres lois appliqueacutees sont la loi lognormale et

la loi Gumbel comme le montre drsquoune maniegravere explicite le tableau (IV-2) On adoptera la loi

Gumbel Le tableau (IV-3) donne les valeurs freacutequentielles de la pluie maximale journaliegravere

Figure (IV-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

48

Leacutegende 2LN = Loi Lognormale (2 paramegravetres)

EV1 = Loi Gumbel

P3 = Loi Pearson type III

G2 = Loi Gamma

3LN = Loi Lognormale (3 paramegravetres)

MV = estimation par la meacutethode de Maximum de Vraisemblance

Tableau (IV-2) Comparaison des quantiles de Pjmax obtenus des diffeacuterentes lois

statistiques

(Voir leacutegende en figure II-6)

(anneacutees)

q p

()

3LN G2 P3 EV1 2LN maximum minimum

1000 0999 01 866 696 797 803 797 866 696

200 0995 05 707 610 677 674 669 707 610

100 099 1 642 571 623 617 614 642 571

50 098 2 578 531 569 561 560 578 531

20 095 5 495 473 494 486 487 495 473

10 09 10 432 426 435 428 430 435 426

5 08 20 368 372 371 368 370 372 368

3 06667 333 317 328 321 319 321 328 317

Tableau (IV-3) Pluie maximale journaliegravere de diffeacuterente freacutequence de retour

Leacutegende

T =peacuteriode de retour (anneacutees)

q = probabiliteacute de non-deacutepassement

p = 100 (1-q) = probabiliteacute de deacutepassement

T q p Pjmax Ecart-type

Intervalle de

confiance (95)

(ans) () mm mm mm

100000 09999 001 989 107 779 120

20000 09995 005 859 893 684 103

10000 09990 01 803 818 643 964

5000 09980 02 748 742 602 893

2500 09960 04 692 667 561 822

2000 09950 05 674 643 547 800

1000 09900 1 617 568 506 729

500 09800 2 561 494 464 658

250 09600 4 504 420 422 587

200 09500 5 486 396 408 564

100 09000 10 428 323 365 491

50 08000 20 368 251 318 417

30 06667 3333 319 199 280 358

20 05000 50 276 162 245 308

49

IV3 TEMPEacuteRATURE

Le tableau (IV-4) indique les moyennes des tempeacuteratures mensuelles agrave SM Benaouda

relativement peu variable dans les limites de lrsquoensemble de la reacutegion La tempeacuterature

moyenne annuelle est de lrsquoordre de 148degC La tempeacuterature moyenne mensuelle maximale est

observeacutee aux mois de Juillet-Aout La tempeacuterature moyenne mensuelle deacutecroicirct agrave partir de ces

mois jusqursquoau mois de Janvier ougrave elle atteint sa valeur moyenne minimale (605degC)

Tableau (IV-4) Reacutepartition mensuelle des tempeacuteratures moyennes (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

TdegC (moyenne annuelle)

605 695 905 122 161 210 259 260 217 160 103 660 148

IV4 EVAPORATION

Le tableau (IV-5) indique les moyennes mensuelles des lames drsquoeau eacutevaporeacutees du reacuteservoir

de SM Benaouda sur une peacuteriode de 1973 agrave 1985

Tableau (IV-5) Reacutepartition de lrsquoeacutevaporation moyenne mensuelle (degC)

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec Anneacutee

mm 706 672 890 984 116 169 208 202 132 107 800 684 1408

La formule suivante donne la relation existante entre lrsquoeacutevaporation (E mm) et la tempeacuterature

(T degC) qui peut ecirctre appliqueacutee seulement dans les limites du secteur drsquoeacutetude

)2122 3720( )351 546( TE (IV-1)

Correacutelation = 096plusmn0015

IV5 EVAPOTRANSPIRATION

Il est souvent aiseacute de calculer lrsquoeacutevapotranspiration potentielle en appliquant la formule de

Thorntwaite eacutetabli par un ajustement statistique en 1951 qui a une relation avec la

tempeacuterature La formule de thorntwaite est la suivante

ETP (mm) = 16 F (λ) (10 (T I))a

(IV-2)

Ougrave

T Tempeacuterature moyenne de la peacuteriode consideacutereacutee en degC

I Indice thermique annuel eacutegal agrave la somme des douze indices thermiques mensuels i avec i

= (T5)5141

a est donneacute par la formule complexe suivante

50

a = (67510 7 I 3 ) - (77110 5 I 2 ) + (17910 2 I) + 049 (IV-3)

F (λ) est un terme correctif qui integravegre la dureacutee theacuteorique drsquoinsolation deacutependant de latitude

et du mois

Les valeurs calculeacutees de lrsquoETP (mm) mensuelle sont mentionneacutees dans le tableau (IV-6)

Tableau (IV-6) Valeur du coefficient de correction F (λ) et lrsquoETP (mm) du bassin versant

drsquoOued Mina

Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jun Jul Aou Sep Oct Nov Dec An

F(λ) 086 084 103 110 122 123 125 117 103 097 085 083 -

ETP

(cm)

113 96 113 124 139 137 137 129 117 119 115 112 145

51

CHAPITRE V HYDROLOGIE DU BASSIN VERSANT DE LA MINA

V1 INTRODUCTION

Lrsquoobjectif de toute eacutetude hydrologique est de deacuteterminer pour un bassin versant donneacute les

hydrogrammes de crues agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour et de deacutefinir les deacutebits maxima probables

correspondants qui seront utiliseacutee comme conditions aux limites dans lrsquoeacutetude hydraulique

A cet effet lrsquoutilisation drsquoun modegravele de calcul des deacutebits et drsquoestimation des eaux agrave lrsquoeacutechelle

drsquoun bassin versant devient neacutecessaire

Dans ce dernier chapitre de la deuxiegraveme partie nous avons utiliseacute un modegravele de simulation

hydrologique qui traite la modeacutelisation des eacutecoulements dans les reacutegions arides et semi-arides

avec un inteacuterecirct particulier sur le dimensionnement des ouvrages de protection contre les

inondations il srsquoagit du modegravele hydrologique HEC-HMS En particulier notre choix de simuler

le comportement du bassin versant drsquooued Mina avec HEC-HMS est justifieacute pour les raisons

suivantes

bull Le modegravele HEC-HMS est un modegravele complet donc adapteacute theacuteoriquement agrave nrsquoimporte quel

type de climat et notamment agrave celui des zones arides en plus ce modegravele a la capaciteacute de

simuler aussi bien les pertes lrsquoeacutecoulement de surface lrsquoeacutecoulement souterrain et

lrsquoeacutecoulement fluvial

bull La fiabiliteacute des reacutesultats obtenus lors de son application agrave des bassins versants dans le

territoire ameacutericain nous a encourageacutes agrave appliquer ce modegravele agrave des bassins versants

meacutediterraneacuteens

Deux analyses freacutequentielles ont eacuteteacute faites la premiegravere concerne les preacutecipitations maximales

journaliegraveres qui a eacuteteacute faite dans lrsquoeacutetude climatique avec lrsquoextrapolation des reacutesultats obtenus par

la loi IDF (Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence) Les reacutesultats de cette premiegravere deacutemarche seront utiliseacutes

comme donneacutees meacuteteacuteorologiques de base dans la simulation pluie-deacutebit et la deuxiegraveme analyse

concerne les deacutebits maximaux instantaneacutes utiliseacutes dans le calibrage du modegravele HEC-HMS

52

btaPj

Pt

max

V2 ANALYSE FREQUENTIELLE DES PJ MAX (LA LOI IDF)

La recherche de la loi IDF seffectue sur la base des enregistrements pluviographiques qui

sont deacutepouilleacutes par un lecteur de courbes La digitalisation se fait par la meacutethode de

deacutepouillement agrave intensiteacutes constantes A partir des deacutepouillements agrave intensiteacutes constantes on

calcule geacuteneacuteralement les quantiteacutes de pluies correspondantes agrave diffeacuterents pas de temps (15mn

30mn 1h 2h 3h 6h 12h et 24h)

La relation Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence rechercheacutee est de la forme

(V-1)

Ougrave

Pt pluie correspondante agrave un pas de temps t

Pjmax pluie journaliegravere maximale

a et b paramegravetres climatiques

Le deacutepouillement des donneacutees pluviographiques agrave la station drsquoOued Djemaacirc donnent les

estimations suivantes pour a et b respectivement 039 et 035 drsquoougrave

(V-2)

Le tableau (V-1) donne les diffeacuterentes valeurs des intensiteacutes de pluies pour les diffeacuterentes dureacutees

et diffeacuterentes freacutequences (peacuteriodes de retour) La figure (V-1) preacutesente les courbes IDF

correspondantes

Tableau (V-1) Valeurs des intensiteacutes de pluie maximale obtenues en mm heure

Peacuteriode de

retour

(ans)

Freacutequence

Dureacutee

15

min

30

min

1

heure

2

heures

3

heures

6

heures

12

heures

24

heures

100 099 5925 3776 2406 1533 1178 751 479 305

20 095 4667 2974 1895 1208 928 591 377 240

10 09 411 2619 1669 1064 817 521 332 212

5 08 3534 2252 1435 915 703 448 285 182

350 390 max

tPj

Pt

53

Figure (V-1) Courbe Intensiteacute-Dureacutee-Freacutequence (Station drsquoOued Djemaacirc)

01 03 1 3 10 30 1001

3

10

30

100

Dureacutee en heures

Inte

nsiteacute

en

mm

hCourbes Intensiteacute - Dureacutee - Freacutequence

100 ans 20 ans 10 ans 5 ans

V3 ETUDE DES CRUES

V31 Preacutesentation des stations hydromeacutetriques

Le bassin versant de lrsquoOued Mina est muni de cinq stations hydromeacutetriques reacuteparties entre des

sites diffeacuterents Nous nous inteacuteressons dans cette eacutetude aux stations drsquoOued Abtal et de Sidi

AEK Djillali controcirclant plus de 95 de la surface totale du bassin versant drsquoOued Mina

Tableau (V-2) Stations hydromeacutettriques

Ndeg Stations Cours drsquoeau Code Surface

(Kmsup2)

X(Km) Y(Km) Z(Km)

1 Sidi AEK Djillali Oued Haddad 013401 470 30900 2445 22500

2 Oued Abtal Oued Mina 013402 5394 31680 24565 20500

Dans cette eacutetude nous avons utiliseacute les deacutebits max pour diffeacuterentes hauteurs drsquoeau extrapoleacutes agrave

partir des courbes de tarage La figure (V-2) suivante montre la courbe de tarage de chaque

station

54

Figure (V-2) Courbes de tarage

station Oued ABTAL station Sidi AEK Djillali

Les hydrogrammes de crues ont eacuteteacute calculeacutes en utilisant le modegravele de lrsquohydrogramme type

obtenu des hydrogrammes observeacutes au niveau des deux stations La figure (V-3) donne lrsquohydro

gramme type de chaque station

Figure (V-3) Hydrogrammes unitaires

station Sidi AEK Djillali station Oued ABTAL

V32 Statistiques des deacutebits maxima instantaneacutes

Lrsquoanalyse statistique annuelle et saisonniegravere des seacuteries des deacutebits maxima instantaneacutes calculeacutee

pour la station de Sidi AEK Djillali et la station drsquoOued Abtal est donneacutee dans les tableaux (V-

3) et (V-4) Nous remarquons que le deacutebit maximorum est de 472 m3s avec une freacutequence

0 10 20 30 40 0

50

100

150

200

250

300

Deacutebit Q (m 3 s)

Hauteur H (cm)

Courbe de tarage Q - H

0

02

04

06

08

1

0 5 10 15 20 26 36

tepms(h)

QtQ

max

0

02

04

06

08

1

0 25 5 8 13 18 23 28

temps (h)

QtQ

max

55

drsquooccurrence des Qmax de 50 enregistreacute en automne pour la station de Sidi AEK Djillali et un

deacutebits maximorum de 660 m3s avec une freacutequence drsquooccurrence eacutegale agrave 57 en automne pour

la station drsquoOued Abtal La variabiliteacute des Qmax exprimeacutee par le coefficient de variation est de

051 pour la premiegravere station et de 063 pour la deuxiegraveme

Tableau (V-3) Statistiques des Qmax de la station de Sidi AEK Djillali

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

50

61

171

092

29

61

149

071

21

43

193

149

100

104

472

051

Tableau (V-4) Statistiques des Qmax de la station drsquoOued Abtal

Saison Automne Hiver-

Printemps

Eteacute Anneacutee

Freacutequence ()

Moyenne (m3s)

Maximum maximorum (m3s)

Cv

57

201

660

091

29

109

341

076

14

162

590

140

100

303

660

063

Les histogrammes des figures (V-4) agrave (V-5) illustrent la densiteacute de distribution des

valeurs de Qmax avec une freacutequence maximale eacutegale de lrsquoordre de 14 pour les deux stations

Figure (V-4) Histogrammes des deacutebits max (Station drsquoOued Abtal)

56

Figure (V-5) Histogrammes des deacutebits max (Station de Sidi AEK Djillali)

V33 Analyse freacutequentielle des deacutebits maximaux instantaneacutes

Lrsquoajustement des seacuteries des deacutebits maximaux observeacutes au niveau des stations

hydromeacutetriques citeacutees preacuteceacutedemment nous a permis drsquoavoir les deacutebits maximaux

probables pour diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V331 Station de Sidi AEK Djillali

Lrsquoajustement pour cette station a eacuteteacute fait par les lois statistiques Gumbel et Gamma

Ces deux lois ont eacuteteacute utiliseacutees pour la raison qursquoelles deacutecrivent bien les variables

extrecircmes comme les crues La figure (V-6) illustre les ajustements de la courbe

expeacuterimentale aux deux lois statistiques citeacutees preacuteceacutedemment Cet ajustement a eacuteteacute

controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute Ce test permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de

lrsquohypothegravese que les observations proviennent bien de la distribution Gumbel La loi

qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax est loi Gumbel

57

Figure (V-6) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

(Station de Sidi AEK Djillali)

Le tableau (V-5) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station de Sidi AEK Djillali et de la loi

drsquoajustement

Tableau (V-5) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station de Sidi

AEK Djillali

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi

Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 960 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement

(Ck)

240 195

V332 Station drsquoOued Abtal

La courbe de distribution expeacuterimentale de la seacuterie des Qmax a eacuteteacute ajusteacutee agrave diffeacuterentes

lois statistiques communeacutement utiliseacutees notamment les lois log Pearson III Gamma

geacuteneacuteraliseacutee Lognormale Gumbel Les reacutesultats des ajustements sont donneacutes en

annexe (2) La figure (V-7) illustre les ajustements de la courbe expeacuterimentale aux

quatre lois statistiques Cet ajustement a eacuteteacute controcircleacute agrave lrsquoaide du test Khi carreacute qui

58

permet drsquoeacutetudier la vraisemblance de lrsquohypothegravese que les observations proviennent

bien des distributions consideacutereacutees La loi qui srsquoajuste le mieux aux donneacutees des Qmax

est loi Gamma

Figure (V-7) Comparaison des ajustements aux diffeacuterentes lois statistiques hydrologiques

Le tableau (V-6) donne les diffeacuterentes caracteacuteristiques statistiques de

lrsquoeacutechantillon des Qmax observeacutes agrave la station drsquoOued Abtal et de la loi drsquoajustement

Tableau (V-6) Estimations des caracteacuteristiques statistiques des Qmax de la station

drsquoOued Abtal

Caracteacuteristiques

statistiques

Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 648

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement (Ck) 679 179

Le tableau (V-7) suivant donne les reacutesultats des valeurs freacutequentielles des deacutebits

maxima instantaneacutes observeacutes des deux stations

59

0 5 10 15 20 25 30 35 0

50

100

150

200

250

300

350

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

O El Haddad agrave Sidi AEK Djillali

1 5 10 20

Hydrogrammes freacutequentiels de crue

0 10 20 30 40 50 0

200

400

600

800

1000

Temps (h)

Deacutebit

(m3s)

Hydrogrammes freacutequentiels de crue O Mina agrave Oued El Abtal

1 5 10 20

Tableau (V-7) Les valeurs des Qmax freacutequentiels

Periode Freacutequence Station

de retour (ans) () Oued Abtal Sidi AEK Djillali

100 1 952 317

20 5 678 232

10 10 558 194

5 20 436 155

En combinant ces reacutesultats avec les hydrogrammes types nous obtenions les

hydrogrammes de crue agrave diffeacuterentes peacuteriodes de retour des deux stations citeacutees

preacuteceacutedemment qui sont illustreacutes sur la figure (V-8-10)

Figure (V-8) Hydrogrammes de crue des diffeacuterentes peacuteriodes de retour

V4 CALCUL DES HYDROGRAMMES DES CRUES

Les hydrogrammes des crues freacutequentiels neacutecessaires agrave lrsquoeacutetude hydraulique relative aux

eacutetudes de protection contre les inondations ont eacuteteacute simuleacutes agrave lrsquoaide du modegravele HEC-

HMS

V41 Application du modegravele HEC-HMS

Rappelons que HMS est lrsquoacronyme de (Hydrologic Modeling Systems) Il est

conccedilu pour la simulation des processus preacutecipitation - ruissellement de systegravemes

hydrologiques complexes

60

V411 Modegravele du bassin versant

La repreacutesentation physique dun reacuteseau hydrographique est accomplie avec un modegravele

de bassin Les eacuteleacutements hydrologiques sont relieacutes dans un reacuteseau dense pour simuler

les processus deacutecoulement Les eacuteleacutements disponibles sont sous bassin extension

jonction reacuteservoir deacuterivation source et exutoire Le calcul procegravede agrave partir des

eacuteleacutements de lrsquoamont vers lrsquoaval

Le modegravele hydrologique du bassin versant drsquoOued Mina est repreacutesenteacute dans HEC-

HMS par quatre sous- bassins nommeacutes respectivement laquo Oued El Abtal raquo laquo Sidi AEK

Djillali raquo et laquo Oued Khloug raquo et laquo Oued Melah raquo illustreacute dans la figure (V-9) Deux

tronccedilons de riviegravere sont ajouteacutes pour simuler leacutecoulement provenant des quatre sous-

bassins vers lexutoire du bassin versant Le premier tronccedilon de riviegravere est ajouteacute pour

simuler leacutecoulement provenant des deux premiers sous-bassins apregraves le barrage de

Sidi MrsquoHamed Ben Aouda que nous avons consideacutereacute sous les conditions les plus

deacutefavorables (cest-agrave-dire totalement rempli) Le deuxiegraveme tronccedilon reccediloit lrsquoeacutecoulement

du sous-bassin laquo Oued Khloug raquo Agrave cet endroit leacutecoulement du sous-bassin laquo Oued

Melah raquo est ajouteacute

Figure (V-9) Modegravele du bassin versant drsquoOued Mina

61

V412 La modeacutelisation des eacutecoulements fluviaux

Les diffeacuterents modegraveles deacutecoulements fluviaux suivants permettent de calculer un

hydrogramme en aval connaissant lhydrogramme amont Tous ces modegraveles utilisent

comme on va le voir les eacutequations de continuiteacute et de quantiteacute de mouvement

Nous avons utiliseacute la meacutethode de Muskingum-Cunge pour le calcul de la propagation

de lrsquoonde de crue qui fait appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere cest agrave

dire sa section avec les pentes des berges la longueur et la largeur du tronccedilon de

lrsquoOued La pente de la ligne deacutenergie est consideacutereacutee eacutegale agrave la pente du lit Ces

donneacutees sont obtenues agrave partir de lrsquoobservation de la riviegravere

Pour la transformation Ndeg02 nous avons utiliseacute le modegravele de deacutecalage (Lag)crsquoest le

plus simple des modegraveles de propagation de lrsquoonde de crue comme le montre la figure

(V-10) lhydrogramme de sortie repreacutesente lhydrogramme drsquoentreacutee deacutecaleacute Les

eacutecoulements ne sont pas atteacutenueacutes donc la forme nest pas changeacutee Ce modegravele est

utiliseacute dans les acheminements hudrauliques tregraves courts (Tronccedilons tregraves courts)

Figure (V-10) Exemple de deacutecalage (Modegravele Lag)

V413 Le calage des modegraveles

Dans les modegraveles preacutesenteacutes preacuteceacutedemment nous avons introduit de nombreux

paramegravetres quil va falloir eacutevaluer Certains ont une signification physique reacuteelle et

dautres sont purement conceptuels pourtant dans tous les cas le calage agrave partir des

donneacutees drsquoobservation pluie-deacutebit est la solution la plus utiliseacutee pour les deacuteterminer

La premiegravere eacutetape du calage dun modegravele est la collecte des donneacutees hydrologiques du

bassin versant (preacutecipitations deacutebits en fonction du temps ) Puis agrave laide de

conditions limites preacuteceacutedemment introduites HEC-HMS effectue un premier calcul de

62

lhydrographe agrave lexutoire du bassin versant Il compare aussitocirct cet hydrographe agrave

lhydrographe reacuteel observeacute Dans le cas ougrave ces deux hydrographes ne correspondent

pas HEC-HMS ajuste automatiquement les diffeacuterents paramegravetres et recalcule

lhydrographe aval et jusquagrave calage exact des deux hydrographes

V414 Banque de donneacutees neacutecessaire agrave lrsquoapplication du modegravele

Lrsquoapplication du modegravele HMS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le

bassin ouet les sites eacutetudieacutes afin qursquoon puisse appliquer le modegravele Parmi les donneacutees

indispensables on peut citer dans notre cas

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des bassins

Les surfaces des sous bassins

Type de sol

Couvert veacutegeacutetal

Les caracteacuteristiques meacuteteacuteorologiques

Les preacutecipitations

Lrsquoeacutevapotranspiration

Les donneacutees de speacutecifications de controcircle

La date initiale

La date finale

Lrsquointervalle de temps de calcul

Les caracteacuteristiques morphomeacutetriques des sous-bassins

Rappelons que lrsquoeacutecoulement superficiel dans le modegravele HEC-HMS se base sur le

coefficient CN qui deacutepend de la nature du sol consideacutereacute et du couvert veacutegeacutetal

A cet effet et vu la grande superficie du bassin versant drsquoOued Mina les divers

types de sol qursquoils le composent et la diversiteacute du couvert veacutegeacutetal nous avons

commenceacute notre simulation par le proceacutedeacute du calibrage (calage) du modegravele en

introduisant une pluie centennale montreacutee agrave la figure (V-11) et des donneacutees

morphomeacutetriques ( Les valeurs de CN tireacutees en fonction de la classe hydrologique et le

63

type du couvert veacutegeacutetal tireacutees agrave partir des tables dans lrsquoannexe III) et un hydrogramme

observeacute centennal des deux stations Oued Abtal et Sidi Aek Djillali

Figure (V-11) Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Apregraves la simulation de cette pluie le modegravele a caleacute les hydrogrammes observeacute et

simuleacute jusqursquoau ce que les deux hydrogrammes srsquoajustent assez bien (figure (V-12)) en

fournissant de nouvelles valeurs de CN et de lrsquoimpermeacuteabiliteacute repreacutesentant le secteur

drsquoeacutetude (tableau (V-8))

Figure (V-12) Fenecirctre des hydrogrammes observeacutes et simuleacutes au niveau des deux stations

Oued El Abtal et Sidi Aek Djillali

64

Tableau (V-8) Les paramegravetres du calage

Sous-Bassin

Surface

(Km 2)

Cuver Number

(CN)

Impermeacuteabiliteacute

( )

Temps

de

concentration

(heures)

SCS

tlag

(min)

Oued El Abtal 5394 52 10 2332 260

Sidi AEK DJILLALI 470 525 335 543 2035

SB Oueld Khloug 238 55 30 718 120

SB Oued Melah 310 53 40 911 180

Les valeurs de CN obtenues agrave partir du calibrage du modegravele HEC-HMS pour les quatre

sous-bassins montrent que

1 Les sous-bassins Sidi Aek Djillali Oued Khloug et Oued Melah se classent

hydrologiquement dans la cateacutegorie du groupe B qui deacutepend drsquoun type de sol

peu permeacuteable avec un couvert veacutegeacutetal de type pacircturage contourneacute dense

2 Le type du sol permeacuteable du sous-bassin drsquoOued Abtal se classe dans le groupe

A et le couvert veacutegeacutetal est de type prairie contourneacutee et terrasseacutee dense

Modegravele meacuteteacuteorologique des preacutecipitations

Nous avons utiliseacute la pluie freacutequentielle deacutejagrave analyseacute au deacutebut de ce chapitre pour les

peacuteriodes de retour de 500 250 100 50 25 10 5 2 ans illustreacutee dans le tableau (III-

9) Cette pluie est consideacutereacutee comme homogegravene sur toute la surface eacutetudieacutee appliqueacutee agrave

chaque sous-bassin

Tableau (V-9) Valeurs des donneacutees des preacutecipitations freacutequentielles (mm)

Temps (heures)

T

(ans)

Probabiliteacute

PJmax

(mm) 025 1 2 3 6 12 24

500 02 748 1796 2917 3718 4285 5462 6961 8872

250 04 692 1661 2699 3440 3964 5053 6440 8208

100 10 617 1481 2406 3067 3535 4505 5742 7319

50 20 561 1347 2188 2789 3214 4096 5221 6654

25 40 504 1210 1966 2505 2887 3680 4690 5978

10 100 428 1028 1669 2127 2452 3125 3983 5077

5 200 368 883 1435 1829 2108 2687 3425 4365

2 500 276 663 1076 1372 1581 2015 2569 3274

65

Speacutecifications de controcircle

Les speacutecifications de controcircle sont lrsquoune des composants exigeacutees pour une

exeacutecution du logiciel avec un modegravele de bassin versant et un modegravele climatique La

date initiale et le temps de calcul ainsi que la date et le temps finaux sont speacutecifieacutes

dans la fenecirctre Control (figure (V-13)) Lrsquointervalle du temps aussi a appeleacute pas de

temps de calcul est aussi speacutecifieacute

Lrsquointervalle du temps (Δt) eacutegale agrave 30 min deacutetermine la preacutecision dans les reacutesultats

de calcul

Figure (V-13) fenecirctre de speacutecifications du controcircle

V412 Reacutesultats de la modeacutelisation

Apregraves le calage des donneacutees neacutecessaires le modegravele contient un moteur de calcul

(HMS compute) qui permet de simuler la pluie preacuteceacutedemment introduite en deacutebit

Le modegravele donne les reacutesultats pour chaque sous bassin il calcul lrsquohydrogramme de

crue agrave partir drsquoun hytogramme des preacutecipitations

Nous inteacuteressons dans notre eacutetude aux reacutesultats de la simulation pluie-deacutebit au niveau

de la confluence drsquoOued Melah deacutebut du tronccedilon du bassin versant BV_5 (objet de la

simulation hydraulique)

Les reacutesultats des hydrogrammes de crue freacutequentielles obtenus au niveau de la

confluence Oued Melah sont montreacutes sur la figure (V-14)

66

Figure (V-14) Hydrogrammes de crue freacutequentielle simuleacutes au niveau de la confluence Oued

Mellah

Les deacutebits de pointe qui seront utiliseacutes dans la simulation hydraulique en reacutegime permanent au

niveau de la confluence Oued Melah sont reacutesumeacutes dans le tableau (V-10)

Tableau (V-10) Les deacutebits de pointe freacutequentielles au niveau de la confluence

Oued El Mellah

Periode Freacutequence Deacutebit

de retour (ans) (m3s)

500 ans 020 1750

250 ans 040 1545

100 ans 1 1264

50 ans 2 1068

25 ans 4 917

10 ans 10 753

5 ans 20 624

2 ans 50 420

CONCLUSION Nous pouvons conclure de cette deuxiegraveme partie que

1 Le climat du bassin versant de lrsquoOued Mina est qualifieacute de semi- continental caracteacuteriseacute

par une saison segraveche et une saison humide Les pluies sont irreacuteguliegraveres violentes et de

courte dureacutee favorisant ainsi la formation de crues torrentielles

2 Lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique pluie-deacutebit nous a

permis de calculer lrsquohydrogramme de crue agrave lrsquoexutoire du bassin versant avec lrsquohypothegravese

drsquoune preacutecipitation hypotheacutetique en connaissant les paramegravetres morphmeacutetriques du bassin

versant qui ont eacuteteacute deacutetermineacute par le proceacutedeacute de calage du modegravele

67

CHAPITRE VI LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES

INONDATION APPLICATIOPN DU MODELE HE-RAS

VI1 INTRODUCTION

Dans ce chapitre nous utiliserons le modegravele de simulation hydraulique HEC-RAS qui nous permet

de calculer la propagation de lrsquoonde de crue le long du systegraveme de riviegravere de la reacutegion drsquoeacutetude

donnant ainsi le profil de la surface de lrsquoeau consideacutereacute comme donneacutee de base pour le systegraveme

drsquoanalyse des dommages lrsquoinondation HEC-FDA que nous utilisions dans le chapitre qui suit et de

calculer agrave quelle hauteur lrsquoouvrage drsquoameacutenagement destineacute agrave proteacuteger la ville de Relizane contre les

inondations doit ecirctre reacutealiser

VI2 LES AMENAGEMENTS DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS

Les ouvrages de geacutenie civil constituent un patrimoine qursquoil est neacutecessaire de maintenir ce qui

permet drsquoassurer la seacutecuriteacute des biens et des personnes aussi garantir le fonctionnement et la

peacuterenniteacute des ouvrages sur le long terme sont les prioriteacutes Il est donc essentiel de srsquointeacuteresser agrave la

performance de ces ouvrages

Les ouvrages de protection peuvent ecirctre reacutepartis en deux groupes directes et indirectes

VI21 Protection directe (Rapprocheacutees)

La protection directe consiste agrave intervenir directement sur le site menaceacute par la mise en œuvre des

actions suivantes

bull Curage qui permet une nette ameacutelioration des conditions drsquoeacutecoulement suite agrave lrsquoeacutelimination

de tous les obstacles et les deacutepocircts entravant lrsquoeacutecoulement des eaux dans le cours drsquoeau Le

deacutebroussaillage est eacutegalement neacutecessaire agrave la traverseacutee des agglomeacuterations pour des raisons

sanitaires et en sections courantes pour diminuer la rugositeacute et accroicirctre la deacutebitante

bull Recalibrage qui permet drsquoeacutelargir et drsquoapprofondir les sections des cours drsquoeau pour

augmenter leur capaciteacute drsquoeacutevacuation des eaux et assurer une section mouilleacutee reacutepondant aux

critegraveres de protections deacutesireacutees

bull Renforcement des ouvrages de franchissements des Oueds et modification de leurs

caracteacuteristiques et des systegravemes existants en cas de leur insuffisance (ponts dalots buseshellip)

68

bull Reacutealisation des canaux permettant de reacutegeacuteneacuterer le couloir initial de lrsquooued Cette solution est

indispensable dans le cas ou le lit de lrsquooued et son domaine hydraulique ont eacuteteacute

complegravetement occupeacute par des bacirctiments ou par la voirie

bull Protection des berges qui comprend tout ouvrage visant agrave maintenir la stabiliteacute des terres en

deacutepit de lrsquoaction de lrsquoeau Les berges sont en effet attaqueacutees par des courants perturbateurs

geacuteneacutereacutes par les crues De mecircme les terres glissent par suite de lrsquoinfiltration de lrsquoeau apregraves le

retrait de la crue La protection des berges est eacutegalement neacutecessaire au voisinage de certains

ouvrages tels que les ponts

bull Endiguement des oueds par la reacutealisation de digues qui longent le cours drsquoeau sur ses deux

berges Cette opeacuteration est aiseacutement reacutealisable par les ressources locales en main-drsquooeuvre et

en mateacuteriaux Par ailleurs ce type de protection permet en outre de reacutealiser une protection

seacutelective Il peut en effet ecirctre eacutetabli graduellement en commenccedilant par mettre agrave lrsquoabri de la

plupart des crues la partie la plus riche et la plus peupleacutee des zones exposeacutees En

contrepartie on notera que ce proceacutedeacute de protection preacutesente lrsquoinconveacutenient de provoquer une

sureacuteleacutevation souvent notable du niveau des eaux et rend en outre plus difficile le drainage

des terrains bas

VI22 Protection indirecte (Eloigneacutees)

La protection indirecte par contre consiste agrave intervenir plus loin des sites menaceacutes agrave lrsquoexteacuterieur du

peacuterimegravetre drsquoameacutenagement en reacutealisant des ouvrages sur les oueds responsables des inondations

bull Creacuteation des canaux peacuteripheacuteriques de deacuterivation des eaux vers les oueds permettant de

les restituer vers des zones situeacutees en dehors des aires agrave proteacuteger Cette deacuteviation pourrait

concerner une partie ou la totaliteacute des eaux dun oued vers un autre

bull Reacutealisation des barrages ou seuils pour stockage et laminage des crues agrave lrsquoamont des

zones menaceacutees Le volume et la capaciteacute de laminage du barrage devront ecirctre optimiseacutes

de maniegravere agrave reacutepondre au-mieux agrave la protection envisageacutee

bull Ameacutenagement des bassins versants contre lrsquoeacuterosion par des meacutethodes biologiques etou

par la construction de seuils en gabions qui permettent la reacuteduction des vitesses

drsquoeacutecoulement et le deacutepocirct des seacutediments en amont

69

Lrsquoouvrage drsquoameacutenagement qui doit ecirctre mis en eacutetude pour proteacuteger la ville de Relizane contre le

deacutebordement de lrsquoOued Mina est lrsquoendiguement de ce dernier par la reacutealisation drsquoune digue La

figure (VI-1) donne une section transversale drsquoune digue type

Figure (VI-1) Coupe type de digue [17]

VI3 LES DIGUES DE PROTECTION CONTRE LES INONDATIONS [17]

VI31 Deacutefinition

Les digues de protection contre les inondations (diguettes) sont des ouvrages dont au moins une

partie est construite en eacuteleacutevation au dessus du niveau du terrain naturel et destineacutes agrave contenir

eacutepisodiquement un flux drsquoeau afin de proteacuteger des zones naturellement inondables

VI32 Typologie des digues de protection contre les inondations[26]

On trouve ces digues essentiellement le long des cours drsquoeau parfois positionneacutees directement en

contact avec la berge ou eacuteloigneacutees de plusieurs megravetres ou plus (quelques centaines de megravetres) de

celle-ci voir figure (VI-2)

70

Figure (VI-2) Positionnement de la digue par rapport au cours drsquoeau

VI4 APPLICATION DU MODELE HEC-RAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS est baseacutee sur la subdivision du reacuteseau dendritique (ramifieacute) ou

mailleacute en plusieurs sections perpendiculaires agrave lrsquoeacutecoulement comme illustreacute sur la figure (VI-3)

Figure (VI-3) Subdivision drsquoun cours drsquoeau

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS a eacuteteacute faite sur un tronccedilon reacuteel deacutecrit par un leveacute topographique

drsquoOued Mina dans le bassin versant Bv_5 sur une longueur drsquoenviron 9 Km

71

Les sections geacuteomeacutetriques introduites dans le modegravele HEC-RAS sont extraites du logiciel

drsquoarchitecture AUTO-CAD la figure (VI-4) montre le plan topographique du tronccedilon eacutetudieacute

Figure (VI-4) Plan topographique drsquoOued Mina au niveau du BV_5

VI41 Banque de donneacutees neacutecessaires agrave lrsquoapplication du modegravele HECRAS

Lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS neacutecessite une banque de donneacutees concernant le site eacutetudieacute

1 Les donneacutees geacuteomeacutetriques relatives agrave chaque section

La section en travers deacutefinie par une seacuterie de couples distance-altitude

les coefficients de rugositeacute

la distance agrave la section suivante (Rives et axe canal)

les coefficients de contraction et drsquoexpansion

2 Les donneacutees de lrsquoeacutecoulement et les conditions aux limites

3 Une singulariteacute repreacutesenteacutee dans notre travail par une ancienne diguette lateacuterale le

long du cours drsquoeau de protection contre les inondations implanteacutee sur la par tie

droite du cours drsquoeau dans le lit majeur sur la partie de la plaine drsquoinondation cette

diguette agrave eacuteteacute eacutedifieacute durant les anneacutees cinquante

72

VI411 Les donneacutees geacuteomeacutetriques

Les donneacutees geacuteomeacutetriques neacutecessaires consiste agrave lrsquoeacutetablissement de la connectiviteacute de linformation

pour le systegraveme de riviegravere (scheacutema de systegraveme de riviegravere) les donneacutees des sections transversales et

les donneacutees drsquoouvrage hydrauliques existants ou projeteacutes (ponts leveacutees structures lateacuterales

deacuteversoirs etc)

La saisie des donneacutees geacuteomeacutetriques se fait en deux eacutetapes distinctes

1 Le traccedilage du scheacutema de systegraveme de riviegraveres comme il est montreacute sur la figure (VI-

3) Le scheacutema de systegraveme de riviegravere est un diagramme repreacutesentatif du reacuteseau

hydrographique drsquoune maniegravere plus au moins reacuteelle en prenant en consideacuteration les

meacuteandres (sinuositeacutes) de la riviegravere Il est traceacute tronccedilon par tronccedilon de lrsquoamont vers

lrsquoaval (dans le sens deacutecoulement positif)

2 La saisie des donneacutees pour les sections en travers du cours drsquoeau et les ouvrages

hydrauliques Ces donneacutees incluent

Les coordonneacutees X et Y de la section chaque point de la section en travers doit

ecirctre identifieacute par sa distance par rapport agrave un point de reacutefeacuterence et son eacuteleacutevation

La distance agrave la section suivante crsquoest la longueur deacutecrivant la distance entre la

section courante et la prochaine section aval Ces distances sont deacutefinies pour la

rive gauche le canal principal et la rive droite Le tableau (AIV-3) dans lrsquoannexe

(IV) illustre les distances entre les sections introduites dans le modegravele geacuteomeacutetrique

Les valeurs de rugositeacute n de Manning la valeur de la rugositeacute ou le coefficient

de Manning n est indiqueacute pour la rive gauche le canal principal et la rive droite

Nous avons utiliseacute une valeur de n de 0045 pour le lit mineur qui correspond agrave un

canal propre sinueux avec quelques flaques bancs de sable algues et pierres Et

pour le lit majeur (Plaine drsquoinondation ) nous avons utiliseacute des valeurs de n suivant

les repegraveres dans le leveacute topographique Ces valeurs sont tireacutees du manuel

drsquoutilisation de HEC-RAS (lrsquoannexe (IV) tableau (AIV-2))

73

Stations des rives du canal principal (lit mineur) Les stations des rives du

canal principal sont employeacutees pour seacuteparer le lit mineur des deux parties du lit

majeur en rive gauche et rive droite

Coefficients de Contraction et drsquoExpansion Les coefficients de contraction et

dexpansion sont utiliseacutes pour eacutevaluer la quantiteacute de perte deacutenergie qui se produit

en raison dune contraction ou dune expansion deacutecoulement

Le modegravele geacuteomeacutetrique ainsi formeacute par le modegravele HEC-RAS sur le tronccedilon reacuteel du cours drsquoeau

principal du bassin versant BV_5 apregraves la confluence oued El Mellah eacuteteacute eacutetabli en subdivisant le

tronccedilon en 45 sections espaceacutees drsquoune distance moyenne eacutegale agrave 165 m comme montreacute sur la figure

(VI-5)

Figure (VI-5) Modegravele geacuteomeacutetrique du cours drsquoeau principal (Bassin versant BV_5)

VI412 Les donneacutees de leacutecoulement et les conditions aux limites

Apregraves avoir saisir les donneacutees geacuteomeacutetriques de chaque section lrsquoeacutetape suivante de la modeacutelisation

hydraulique par HEC-RAS est de speacutecifier les deacutebits drsquoentreacutee et toutes les conditions aux limites

neacutecessaires pour pouvoir exeacutecuter le calcul des profils de la surface de lrsquoeau en chaque section du

systegraveme de riviegravere

74

Donneacutees drsquoeacutecoulement

Les donneacutees deacutecoulement sont saisies de lrsquoamont agrave lrsquoaval pour chaque tronccedilon Une valeur

deacutecoulement est eacutecrite agrave lrsquoextreacutemiteacute en amont du systegraveme de riviegravere

Plusieurs sceacutenarios hydromeacuteteacuteorologiques ont eacuteteacute modeacuteliseacutees les deacutebits appliqueacutes sont les reacutesultats

de la simulation hydrologiques retenus en utilisant le modegravele HEC-HMS pour les huit freacutequences

consideacutereacutees (voir la figure (VI-6))

Figure (VI-6) Exemple drsquoune modeacutelisation hydraulique

PF1 agrave PF8 deacutebits freacutequentiels

Condition aux limites

Les conditions aux limites sont neacutecessaires pour eacutetablir la hauteur initiale de la surface de leau aux

extreacutemiteacutes du systegraveme de riviegravere (amont et aval) Cette hauteur est neacutecessaire afin que le programme

commence les calculs Nous lrsquoavons consideacutereacute comme nulle dans notre cas crsquoest-agrave-dire que le deacutebit

de base du cours est nul en deacutebut de la simulation

VI42 Reacutesultats de la simulation

Une fois que le modegravele fini tous les calculs avec succegraves on peut commencer agrave visualiser les

reacutesultats Plusieurs options de visualisation des reacutesultats de calcul sont disponibles et on peut

visualiser et imprimer plusieurs types de reacutesultats tabuleacutes (Tableaux synoptiques) et graphiques

75

Un plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique ainsi que le profil du tronccedilon simuleacute sont

montreacutes respectivement sur les figures (VI-7) et (VI-8) pour les eacutevegravenements

hydromeacuteteacuteorologiques consideacutereacutes

Figure (VI-7) Plan en trois dimensions du modegravele geacuteomeacutetrique simuleacute

76

Figure (VI-8) Plan du profil de la surface de lrsquoeau

Les reacutesultats tabuleacutes calculeacutes par le modegravele HEC-RAS utiliseacutes dans le dimensionnement de la

digue de protection de lrsquoeacutevegravenement hydromeacuteteacuteorologique extrecircme ( Q = 1750 m3s) sont

montreacutes dans le tableau (VI-1)

77

Tableau (VI-1) Reacutesultats de la simulation hydraulique pour le deacutebit freacutequentiel de 020 par le modegravele HEC-RAS

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

Section

Deacutebit

(m3s)

HFond

(m)

Heau

(m)

8811 175000 12327 13236 3597 175000 12007 12263

8539 175000 12270 13235 3301 175000 11959 12213

8135 175000 12166 13225 2729 175000 11547 12158

7812 175000 12625 13060 2189 175000 11734 12097

7506 175000 12212 13026 2028 175000 11666 12073

72 175000 12053 13031 1891 175000 11731 12045

6988 175000 12383 13015 1752 175000 11680 12023

68 175000 12454 12996 1553 175000 11711 11993

6641 175000 12626 12962 14 175000 11672 11968

6404 175000 12553 12772 1227 175000 11619 11943

6207 175000 12331 12695 113 175000 11614 11930

6033 175000 12297 12668 0882 175000 11591 11905

5905 175000 12314 12652 0696 175000 11531 11882

5692 175000 12249 12631 0566 175000 11143 11875

5437 175000 12180 12608 0475 175000 11295 11872

5197 175000 12254 12591 0346 175000 11305 11854

5021 175000 12178 12582 0251 175000 11446 11826

4777 175000 12108 12570 0182 175000 11376 11761

4597 175000 12103 12546 0131 175000 11228 11676

4473 175000 12092 12506 0072 175000 11000 11448

4332 175000 12039 12483 0026 175000 10828 11237

4216 175000 12080 12450 0 175000 10605 11080

4012 175000 12055 12387

VI5 PROTECTION DE LA VILLE DE RLIZANE CONTRE LES INONDATIONS

VI51 Historique de protection de la ville de Relizane contre les inondations

Une digue de protection a eacuteteacute construite pendant la peacuteriode coloniale pour proteacuteger la ville de

Relizane contre les inondations voir la figure (VI-9) Ce qui nous conduit agrave dire que la reacutegion est

une reacutegion inondable elle a eacuteteacute toujours lrsquoobjet drsquoune protection contre les inondations

Suite agrave des enchaicircnements des averses qursquoa connue la reacutegion et avec le temps la digue agrave connu une

rupture en certains endroits sous lrsquoeffet de la deacutegradation des caracteacuteristiques de ses mateacuteriaux

78

Figure (VI-9) Ancienne digue de protection de la ville de Relizane contre les

inondations

VI52 Dimensionnement de la digue

VI521 Preacutesentation de la reacutegion drsquoeacutetude

La ville de Relizane chef lieu de la Wilaya est situeacutee au Nord agrave lrsquoouest de lrsquoAlgeacuterie limiteacute par le

nord par les wilayas de Mostaganem et Chlef au sud par la wilaya de Tiaret agrave lrsquoOuest par la wilaya

de Mascara et lrsquoEst par la wilaya de Tissemsilt Elle se caracteacuterise par un climat Semi-aride

continental (eacuteteacute chaud- hiver froid) La Wilaya de Relizane seacutetend sur 4 870 Kmsup2 de surface avec

une population qui avoisine les 700000 habitants en 2005 elle comporte 38 communes

Le cours drsquoeau de la Mina est situeacute sur la partie sud de la ville de Relizane sur une distance variant

de 950m agrave 60m suivant la direction Nord Aussi lrsquoouvrage de protection objet de cette eacutetude doit

ecirctre envisageacute sur la rive droite du cours drsquoeau (Figure (VI-10))

A cet effet nous proposons une protection rapprocheacutee avec la reacutealisation drsquoune diguette eacuteloigneacutee de

quelques megravetres du cours drsquoeau

Ville

Relizane Oued MINA

79

Figure (VI-10) Localisation de la diguette sur la carte de Relizane

La reacutegion la plus influenceacutee par lrsquoinondation est la Citeacute Al Intessar elle est situeacutee au sud-ouest de la

ville de Relizane sur une cocircte de 75 m voir la figure (V-3)

La longueur de la diguette projeteacutee qui doit proteacuteger cette reacutegion est drsquoenviron 1553 m qui

correspond agrave la section en travers ndeg 1553 sur le modegravele geacuteomeacutetrique drsquoOued Mina

VI522 Calcul de la hauteur de la digue

La hauteur de la digue est deacutetermineacutee agrave partir de la ligne drsquoeau pour lrsquoeacuteveacutenement hydrologique de

reacutefeacuterence pris en compte dans lrsquoameacutenagement agrave laquelle on rajoute une revanche drsquoenviron

cinquante centimegravetres (effet des vagues)

La ligne drsquoeau ou le profil de la surface de lrsquoeau est obtenue de la simulation hydrauliques par

HEC-RAS pour un deacutebit Q = 1750 m3s qui correspond agrave une peacuteriode de retour de 500 ans

80

La plaine drsquoinondation est la diffeacuterence de largeur entre le lit majeur et le mineur du cours drsquoeau

donc le calcul de la hauteur de la diguette se fait en prenant en consideacuteration les hauteurs de la

surface de lrsquoeau associeacutees aux stations de la berge droite du canal principal (la limite droite du lit

mineur)

Le calcul de la hauteur de la diguette pour chaque section est donneacute par la formule suivante

Rg

VWSH digue

2

2

(V-1)

Avec

digueH Hauteur de la diguette agrave une section donneacutee (m)

WS Cocircte de la ligne drsquoeau de la mecircme section (m)

V vitesse moyenne de llsquoeau de la mecircme section (ms)

R Revanche des hautes eaux eacutegale agrave 05 m

Le tableau (VI-2) donne la hauteur de la diguette agrave chaque section La hauteur varie entre 161m et

531 m dans le tableau Donc nous pouvons envisager une hauteur finale de la diguette eacutegale agrave 55

m

Tableau (VI-2) Reacutesultats de calcul de la hauteur de la digue (La leveacutee)

Section

distance de la leveacutee (m)

Altitude du fond (m)

Ws (m)

Hdigue (m)

Cocircte de la digue (m)

1553 35295 11723 12012 339 12273

14 39824 11705 11988 333 12255

1227 400 116715 11967 346 12222

113 39249 11672 11955 333 12222

0882 35367 11642 11925 333 12192

0696 425 116493 11907 308 12199

0566 27012 11591 11895 354 12141

0475 27971 11412 11893 531 11962

0346 24987 11435 11870 485 11985

0251 23435 11512 11840 378 12062

0182 200 11572 11756 234 12122

0131 180 115572 11668 161 12107

0072 11126 11251 11449 248 11801

0026 112 11097 11235 188 11647

0 100 109642 11079 165 11514

81

VI523 Modeacutelisation de la diguette par lrsquoapplication du modegravele HEC-RAS

Comme il est deacutejagrave citeacute dans le chapitre preacuteceacutedent que le systegraveme de modeacutelisation HEC-RAS peut

modeacuteliser des ouvrages hydrauliques et de geacutenie civil

Cette option permet deacutetablir le positionnement de la leveacutee (diguette) gauche ou droite sur nimporte

quelle section Elle est deacutefinie par lrsquoaltitude de son fond et lrsquoaltitude de son sommet

Lorsque la leveacutee est eacutetablie aucune eau ne peut aller agrave la gauche de la station drsquoune leveacutee gauche ou

agrave la droite de la station si la leveacutee est agrave droite sauf si la leveacutee est submergeacutee par les eaux

Les murs des leveacutees peuvent ecirctre ajouteacutes dans lrsquoensemble des donneacutees geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau

afin de voir quel effet une leveacutee aura sur le profil de la surface de leau

Nous avons saisi les donneacutees de la diguette en chaque section sur la rive droite en commenccedilant par

la station amont qui porte Ndeg1553 jusqursquoagrave la section aval portant le Ndeg 0000 A cet effet nous

avons reacutealiseacute 15 stations de la diguette sur une longueur du cours drsquoeau eacutegale agrave 1553m

VI524 Reacutesultats de la modeacutelisation

Les reacutesultats de cette modeacutelisation sont montreacutes sur la figure (VI-11) sur lrsquoensemble du cours drsquoeau

de la MINA ainsi que lrsquoensemble des sections ameacutenageacutees par la protection sont illustreacutees dans

lrsquoannexe (V)

Figure (VI-11) Modeacutelisation de la diguette par le modegravele HEC-RAS

82

CHAPITRE VII EVALUATION DES DOMMAGES DrsquoINONDATION APPLICATION

DU MODELE HEC-FDA

VII1 Application du modegravele HEC-FDA

Drsquoapregraves les services de la DHW de la wilaya de Relizane la reacutegion la plus toucheacutee par

lrsquoinondation est Hai El Intissar situeacute dans le sud-ouest de la ville comme le montre le plan

drsquoameacutenagement de la ville illustreacute sur la figure (VI-1)

Figure (VII-1) Plan drsquoameacutenagement de la ville de Relizane

Le programme HEC-FDA fournit les possibiliteacutes pour exeacutecuter et inteacutegrer lrsquoeacutetude hydrologique

et lrsquoanalyse eacuteconomique pour la formulation et lrsquoeacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages dinondation Nous utiliserons continuellement dans tout le proceacutedeacute de planification

de lrsquoeacutetude drsquoanalyse les conditions de lrsquoanneacutee de base sans projet de protection et les analyses

des plans de protection sur la dureacutee de vie du projet

Les eacutetudes hydrologique et eacuteconomique (analyses de dommages drsquoinondation) sont exeacutecuteacutees

seacutepareacutement apregraves lindication de la configuration de leacutetude et du plan de protection contre

lrsquoinondation puis fusionneacutees pour la formulation et leacutevaluation des plans de reacuteduction des

dommages drsquoinondations potentiels

83

Lrsquointerface graphique demande certaines entreacutees (input) agrave lrsquoutilisateur Les donneacutees neacutecessaires

pour le calcul des dommages par la meacutethode de lrsquoespeacuterance matheacutematique des dommages

annuels (EAD) sont pour chaque plan drsquoameacutenagement

1 Probabiliteacute au deacutepassement des deacutebits et des hauteurs drsquoeau

2 Hauteur drsquoeau en fonction des deacutebits (courbe drsquoeacutetalonnage)

3 Dommages en fonction des hauteurs drsquoeau

VII11 Profils des surfaces de lrsquoeau

Les profils de la surface de lrsquoeau sont les reacutesultats de la simulation hydraulique pour les 8

eacuteveacutenements hydrologiques de reacutefeacuterence qui correspond aux freacutequences 02 04 1 2

4 10 20 50 pour les deux cas

1 Sans la digue de protection

2 Avec la digue de protection

La figure (VII-2) illustre la saisie de ces profils dans le premier cas et la figure (VII-3) dans le

deuxiegraveme

Figure (VII-2) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau sans projet de protection

84

Figure (VII-3) Fenecirctre de saisie des profils de la surface de lrsquoeau avec projet de protection

VII12 Production de la courbe Probabiliteacute ndashDeacutebit

En utilisant la fonction analytique nous avons pu extraire la courbe des deacutebits en fonction de la

probabiliteacute agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau des diffeacuterentes freacutequences et ce dans les

deux cas sans projet de protection et avec projet de protection Les figures (VII-4) et (VII-5)

illustre la courbe probabiliteacute-deacutebit dans les deux cas

Figure (VII-4) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet de

protection

85

Figure (VII-5) La courbe probabiliteacute ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de

protection

VII13 Production de la courbe Hauteur ndashDeacutebit

Le modegravele HEC-FDA agrave la possibiliteacute drsquoextraire la courbe des hauteurs drsquoeau en fonction des

deacutebits agrave partir des profils de la surface de lrsquoeau pour les deux cas Les figures (VII-6) et (VII-7)

montrent la courbe de tarage dans le cas sans projet de protection et avec projet de protection

Figure (VII-6) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA sans projet

de protection

86

Figure (VII-7) La courbe hauteur drsquoeau ndash deacutebit produite par le modegravele HEC-FDA avec projet de protection

VII14 Production de la courbe hauteur ndashDommages

Les dommages ont eacuteteacute calculeacutes agrave partir drsquoune gamme drsquohauteurs simuleacutees par le

modegravele pour les deux cas La figure (VII-8) illustre la fenecirctre de calcul donnant les

hauteurs de submersion des bacirctiments

Figure (VII-8) Fenecirctre de calcul des hauteurs de submersion

Apregraves avoir calculeacute cette hauteur nous avons estimeacute les dommages en fonction du prix

unitaire drsquoun appartement que nous lrsquoavons estimeacute agrave 1 350 000 DA et la hauteur drsquoun

bacirctiment de (3x5) m Consideacuterons que la premiegravere hauteur de submersion correspond agrave

un niveau 0 m du bacirctiment

87

Les tableaux (VII-1) et (VII-2) montrent les dommages causeacutes par lrsquoinondation en

fonction de la hauteur de submersion calculeacutee par le modegravele

Tableau (VII-1) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Sans projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

1173 0 00 0

1174 01 07 0

1175 02 13 0

1176 03 20 0

1177 04 27 0

1178 05 33 900000

1179 06 40 1080000

118 07 47 1260000

1181 08 53 1440000

1182 09 60 1620000

1183 1 67 1800000

1184 11 73 1980000

1185 12 80 2160000

1186 13 87 2340000

1187 14 93 2520000

1188 15 100 2700000

1189 16 107 2880000

119 17 113 3060000

1191 18 120 3240000

1192 19 127 3420000

1193 2 133 3600000

1194 21 140 3780000

1195 22 147 3960000

1196 23 153 4140000

1197 24 160 4320000

1198 25 167 4500000

1199 26 173 4680000

88

Tableau (VII-2) Calcul des dommages agrave partir des hauteurs de submersion

(Avec projet de protection)

Hauteur de submersion

(m)

Taux de submersion

()

Dommages

(DA)

11805 0 00 0

1181 005 03 0

11815 01 07 0

1182 015 10 0

11825 02 13 0

1183 025 17 0

11835 03 20 0

1184 035 23 0

11845 04 27 0

1185 045 30 0

11855 05 33 900000

1186 055 37 990000

11865 06 40 1080000

1187 065 43 1170000

11875 07 47 1260000

1188 075 50 1350000

11885 08 53 1440000

1189 085 57 1530000

11895 09 60 1620000

119 095 63 1710000

11905 1 67 1800000

1191 105 70 1890000

11915 11 73 1980000

1192 115 77 2070000

11925 12 80 2160000

1193 125 83 2250000

11935 13 87 2340000

VII15 Evaluation

Une fois qursquoune anneacutee drsquoanalyse pour un plan dans le rapport du statut de lrsquoeacutetude est

indiqueacutee PS$ comme le montre la figure (VII-9) nous pouvons exeacutecuter lrsquoanalyse pour

cette condition

89

Figure (VII-9) Fenecirctre de rapport de statut de lrsquoeacutetude

Le modegravele HEC-FDA possegravede un moteur de calcul pour eacutevaluer les dommages La

proceacutedure de calcul utiliseacutee est celle de Monte Carlo pour les anneacutees drsquoanalyse et plans de

protection

VII2 Reacutesultats de lrsquoeacutevaluation

Le modegravele donne une eacutevaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits pour

chaque plan Nous remarquons drsquoapregraves la figure (VII-10) que les dommages sont estimeacutes sans

plans de protection agrave 1734 22575 DA tandis que les dommages dans le cas de la protection sont

eacutevalueacutes agrave 97 63197 DA drsquoougrave une reacuteduction estimeacutes agrave 9437

Figure (VII-10) Evaluation des dommages annuels preacutevus et les dommages reacuteduits par le

modegravele HEC-FDA

Conclusion geacuteneacuterale

De nos jours avec les changements climatiques que connait le globe terrestre lrsquoun des

problegravemes consideacutereacutes comme des plus alarmants est celui du risque eacuteventuel qui peut survenir drsquoune

crue violente et deacutevastatrice En effet les crues sont plus redouteacutees que souhaiteacutees provoquant ainsi

des deacutegacircts consideacuterables avec perte des vies humaines

Les meacutenagements de protection contre les inondations souvent sous-dimensionneacutees et

mal entretenues ont montreacute leurs faiblesses agrave plusieurs reprises et leurs ruptures augmentent la

violence des inondations

Les theacutematiques abordeacutees dans ce meacutemoire sont vastes car nous avons fait le choix de

deacutevelopper une meacutethodologie complegravete allant de la modeacutelisation de la pluie agrave lrsquoeacutevaluation des

dommages dus aux inondations

Notre travail avait pour objet de proposer une nouvelle meacutethodologie de conception

hydraulique dans le cadre de dimensionnement des ouvrages de protection contre les inondations

par lrsquoutilisation drsquoun outil numeacuterique dans la conception hydrologique hydraulique et

ameacutenagement donnant ainsi des reacutesultats fiables

Nous avons pris la ville de Relizane qui se situe aux abords drsquoOued Mina comme exemple

drsquoapplication en vu de proteacuteger cette ville contre ce pheacutenomegravene par la reacutealisation drsquoune digue de

protection le long de lrsquoOued sur la rive droite de ce dernier

En effet lrsquoutilisation du modegravele HEC-HMS dans la simulation hydrologique qui se base

sur calcul du volume de ruissellement en tenant compte des paramegravetres morphologiques du

bassin versant et lrsquoacheminement de ce volumes par lrsquoutilisation du modegravele de Muskingum-

Cunge faisant appel aux caracteacuteristique physiques du lit de la riviegravere nous a permis de simuler la

pluie apregraves une analyse statistique en deacutebit en plusieurs sceacutenarios meacuteteacuteorologiques

exceptionnels

Ainsi que lrsquoutilisation du modegravele HEC-RAS un modegravele de Barreacute Saint-Venent

unidimensionnel qui se base sur lrsquoutilisation des eacutequation de continuiteacute et la conservation de la

masse en tenant compte de la geacuteomeacutetrie du lit et la qualiteacute du sol a permis drsquoavoir les niveaux de

la ligne drsquoeau agrave plusieurs points du lit de lrsquoOued pour chaque deacutebit qui ont eacuteteacutes utiliseacute dans le

dimensionnement de lrsquoouvrage drsquoameacutenagement

Lrsquoeacutevaluation des dommages par lrsquoapplication du modegravele HEC-FDA a montreacute que la

reacutealisation du plan de protection de la ville de Relizane contre lrsquoinondation aura un impact

eacuteconomique beacuteneacutefique vu la reacuteduction estimeacutee agrave 95 des dommages moyens annuels apregraves son

introduction dans la simulation

Nous pouvons noter aussi que plusieurs facteurs influent sur la simulation des

pheacutenomegravenes naturels de crue et lrsquoobtention de reacutesultats reacuteels neacutecessite la bonne connaissance

des caracteacuteristiques geacuteomeacutetriques du cours drsquoeau eacutetudieacute ainsi que les donneacutees hydrauliques

qursquoon doit les choisir avec prudence et les caracteacuteristiques de lrsquooutil numeacuterique employeacute

Pour un deacuteveloppement futur pour ce travail de recherche ou activiteacute scientifique dans

ce domaine nous proposons les suggestions suivantes

Dans notre travail nous avons attacheacute beaucoup drsquoimportance au caractegravere

opeacuterationnel du travail et nous espeacuterons que la meacutethodologie pourra ecirctre mise en œuvre dans drsquoautres bassins versants

Deacutevelopper les codes de calcul HEC-HMS HEC-RAS et HEC-FDA aux

conditions physio-geacuteographiques hydro-climatologique et socio-eacuteconomiques

Appliquer le modegravele HEC-RAS dans le dimensionnement des diffeacuterents ouvrages

drsquoart et les diffeacuterents ouvrages drsquoameacutenagement de protection de recalibrage des

cours drsquoeau barrages ecrecircteurs hellipetc

Reacutesumeacute LrsquoAlgeacuterie et plus geacuteneacuteralement le monde subissent de freacutequents eacutepisodes de crues deacutevastatrices

Les inondations provoquent drsquoimportants deacutegacircts et les coucircts induits sont consideacuterables Ce

travail repreacutesente une eacutetude drsquoun ameacutenagement hydraulique dans le cadre de la protection de la

ville de Relizane contre les inondations Cet ameacutenagement a eacuteteacute fait par la reacutealisation drsquoune

diguette le long de lrsquoOued MINA les hauteurs de cette derniegravere ont eacuteteacute calculeacutees par les reacutesultats

de la simulation hydraulique du modegravele HEC-RAS pour un eacutevegravenement hydrologique

exceptionnel

Lrsquointroduction des reacutesultats de lrsquoanalyse freacutequentielle des pluies maximales journaliegravere dans le

modegravele hydrologique HEC-HMS nous agrave permet de calculer les hydrogrammes de crue agrave

diffeacuterence freacutequences apregraves avoir caleacute le modegravele entre les hydrogrammes de crues observeacutes et

simuleacutes pour estimer les paramegravetres morphomeacutetriques du bassin Ces deacutebits ont eacuteteacute utiliseacutes

comme conditions aux limites dans le modegravele hydraulique HEC-RAS Ce modegravele a permis de

calculer le profil de la surface de lrsquoeau en reacutegime permanent agrave plusieurs points de lrsquooued apregraves

avoir modeacuteliser la geacuteomeacutetrie de ce dernier

Lrsquoestimation des dommages causeacutes par les inondations a eacuteteacute faite par lrsquoapplication du modegravele

HEC-FDA avant le projet et pregraves le projet de protection agrave permet drsquoeacutevaluer le coucirct moyen annuel

des dommages La diffeacuterence entre les deux estimations preacutesente les dommages annuels moyens

reacuteduits sous lrsquoeffet de lrsquoouvrage de protection

Mots cleacutes Algeacuterie HEC-RAS protection modegravele HEC-HMS deacutebit crue HEC-FDA dommages hauteur pluies profil

Summary

Algeria and more generally the world undergo frequent episodes of disastrous flood The floods

cause important damage and the induced costs are considerable This work represents a study of hydraulic-engineering project within the framework of protection against the floods of the town

of Relizane This project was made by the realization of a small dike along the MINA reach the heights of this dike were calculated by the results of the hydraulic simulation of the model HEC-RAS for an exceptional hydrological event

The introduction of the results of the frequential analysis of maximum day rainfall into hydrological model HEC-HMS allows us to calculate the flood hydrograph of difference

frequencies after having gauged the model between the flood hydrograph observed and simulated to estimate the morphometric parameters of the basin These discharge were used as boundary conditions in the hydraulic model HEC-RAS This model allowed the steady water

surface profile calculations at several points of the reach after having modeled the geometry of this last

The estimate of damage caused by the floods was made by the application of the HEC-FDA model before the project and the project of protection allows to evaluate the annual average cost of damage The difference between the two estimates presents the reduced equivalent annual

damage under effect of the protection project

Key words Algeria HEC-RAS protection model HEC-HMS discharge flood HEC-FDA damage height rainfall profile

ANNEXE I

ANNEXE I PLUVIOMETRIE DU

BASSIN VERSANT

I Ensemble des stations

(ODjemaa ndash Reacutelizane ndash SM Benaouda ndash El Hachem)

I1 Reacutesultats de lajustement

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 118 Paramegravetres m = 9064723 mu = 2885570 sigma = 0509654

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1 (1-q) anneacutees

T

(ans)

q

()

Pjmax

(mm)

Ecart-type

(mm)

Intervalle de confiance

(95) (mm)

100000 09999 128 32 828 174

20000 09995 105 160 36 136

10000 09990 956 133 94 122

2000 09950 757 825 95 918

1000 09900 677 646 550 804

500 09800 601 492 505 697

200 09500 505 324 442 568

100 09000 435 224 391 479

50 08000 366 150 336 395

30 06667 314 112 292 336

20 05000 270 0894 252 287

I2 Test dadeacutequation

Lognormale (3 param) (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Lognormale (3 param) H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Lognormale (3 param)

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 1156

p-value p = 02393 Degreacutes de liberteacute 9

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

ANNEXE I

I3 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Lognormale triparameacutetrique (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de bas

Loi Echantillon

Minimum 906 138

Maximum Aucun 753

Moyenne 295 295

Ecart-type 111 110

Meacutediane 270 278

Coefficient de variation (Cv) 0377 0375

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 180 157

Coefficient daplatissement (Ck) 923 595

ANNEXE II

ANNEXE II ETUDE DES CRUES

II1 Station Sidi AEK Djillali (Oued Haddad )

II11 Reacutesultats de lajustement

Gumbel (Maximum de vraisemblance)

Nombre dobservations 14 Paramegravetres u 76914618 alpha 52135371

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax

(m3s)

Ecart-type

(m3s)

Intervalle de confiance

(95) (m3s)

100000 09999 557 111 255 814

20000 09995 473 927 230 689

10000 09990 437 848 218 634

2000 09950 353 666 189 507

1000 09900 317 588 175 451

500 09800 280 510 161 395

200 09500 232 408 140 320

100 09000 194 331 121 262

50 08000 155 255 997 203

II12 Test dadeacutequation

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses

H0 Leacutechantillon provient dune loi Gumbel H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gumbel

Reacutesultats Reacutesultat de la statistique X sup2 = 529 p-value p = 00712

Degreacutes de liberteacute 2 Nombre de classes 5

Conclusion Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II13 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

ANNEXE II

Gamma (Maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum Aucun 786

Maximum Aucun 193

Moyenne 107 104

Ecart-type 669 526

Meacutediane 96 0 107

Coefficient de variation (Cv) 0625 0506

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 114 -0197

Coefficient daplatissement (Ck) 240 195

II2 Station Oued El Abtal ( Oued Mina)

II21Reacutesultats de lajustement

Gamma geacuteneacuteraliseacutee (Maximum de vraisemblance)

ANNEXE II

Nombre dobservations 14 Paramegravetres alpha=0042744 lambda=5417302 S=0675781

Quantiles q = F(X) (probabiliteacute au non-deacutepassement) T = 1(1-q)

T q Qmax (m3s)

Ecart-type (m3s)

Intervalle de confiance (95) (m3s)

100000 09999 1760 1140 ND ND

20000 09995 1470 799 ND ND

10000 09990 1350 670 ND ND

2000 09950 1070 413 ND ND

1000 09900 952 322 ND ND

500 09800 834 243 ND ND

200 09500 678 159 1040 347

100 09000 558 112 797 325

50 08000 436 790 593 268

II22 Test dadeacutequation

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Hypothegraveses H0 Leacutechantillon provient dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee H1 Leacutechantillon ne provient pas dune loi Gamma geacuteneacuteraliseacutee

Reacutesultats

Reacutesultat de la statistique X sup2 = 029 p-value p = 05930 Degreacutes de liberteacute 1 Nombre de classes 5

Conclusion

Nous pouvons accepter H0 au niveau de signification de 5

II23 Comparaison des caracteacuteristiques de la loi et de leacutechantillon

Gamma geacuteneacuteraliseacutee(Meacutethode de maximum de vraisemblance)

Statistiques de base Carac de la loi Carac de

leacutechantillon

Minimum 000 648

ANNEXE II

Maximum Aucun 660

Moyenne 303 303

Ecart-type 195 191

Meacutediane 260 233

Coefficient de variation (Cv) 0642 0630

Coefficient dasymeacutetrie (Cs) 151 0694

Coefficient daplatissement(Ck) 679 179

ANNEXE III

LES VALEURS DE CN

La valeur de CN deacutepend de la classe hydrologique du sol et du couvert veacutegeacutetal

Hydrologiquement les sols sont diviseacutes en quatre (04) groupes agrave savoir Groupe A regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations eacuteleveacutees mecircme agrave lrsquoeacutetat

satureacute Ces sols preacutesentent une transmission eacuteleveacutee de lrsquoeau et concernent geacuteneacuteralement les sables grossiers et les graviers

Groupe B regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltrations moyennes mecircme agrave lrsquoeacutetat satureacute Ces sols preacutesentent une transmission moyenne de lrsquoeau en profondeur et concernent

geacuteneacuteralement les sables

Groupe C regroupe les sols ayant des coefficients faibles une fois satureacutes Ces sols empecircchent le mouvement du sol de haut en bas Ils preacutesentent une transmission lente de lrsquoeau et une texture fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles

Groupe D regroupe les sols ayant des coefficients drsquoinfiltration tregraves faibles une fois satureacutes

Ces sols entraicircnent un potentiel eacuteleveacute de lrsquoeacutecoulement superficiel Ils preacutese ntent une transmission tregraves lente de lrsquoeau et une texture tregraves fine Ils concernent geacuteneacuteralement les argiles se trouvant pregraves de la surface

En fonction de la classe hydrologique et du couvert veacutegeacutetal le tableau ci-apregraves donne la

valeur de CN du sol consideacutereacute

Figure Ndeg AIII-1 Graphique de lrsquoeacutecoulement superficiel en fonction de la preacutecipitation

journaliegravere par la meacutethode du SCS Curve Number

Tableau Ndeg AIII-1 les valeurs du CN

Preacutecip itation (Inches)

ANNEXE III

Utilisation de la Terre Groupe hydrologique

Reacutecolte Couverture Condition A B C D

Non productif alignement - 770 860 910 940

Reacutecolte rangeacutee alignement pauvre 720 810 880 910

Reacutecolte rangeacutee alignement bon 670 780 850 890

Reacutecolte rangeacutee contourneacute pauvres 700 790 840 880

Reacutecolte rangeacutee contourneacute bon 650 750 820 860

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute pauvre 660 740 800 820

Reacutecolte rangeacutee Contourneacute et terrasseacute bon 620 710 780 810

Petit grain gramineacutees alignement pauvre 650 760 840 880

Petit grain gramineacutees alignement bon 630 750 840 870

Petit grain gramineacutees Contourneacute pauvre 630 740 830 850

Petit grain gramineacutees Contourneacute bon 610 730 820 840

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute pauvre 610 720 810 820

Petit grain gramineacutees Contourneacute et terrasseacute bon 590 700 780 810

Semeacute-fermeacute alignement Pauvre 660 770 850 890

Leacutegumineuses alignement bon 580 720 810 850

Rotation Contourneacute Pauvre 640 750 830 850

Prairie Contourneacute bon 550 690 780 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute Pauvre 630 730 800 830

Prairie Contourneacute et terrasseacute bon 510 670 760 800

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute pauvre 680 790 860 890

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute bon 490 690 790 840

Pacircturage Contourneacute et terrasseacute Pauvre 390 610 740 800

Pacircturage Contourneacute bon 470 670 810 880

Pacircturage Contourneacute passable 250 590 750 830

Pacircturage Contourneacute bon 60 350 700 790

Bois - bon 300 580 710 780

Bois - Pauvre 450 660 770 830

Bois - passable 360 600 730 790

Bois - bon 250 550 700 770

Ferme - - 590 740 820 860

Chemin - - 720 820 870 890

Chemin (surface imp) - - 740 840 900 920

ANNEXE IV

ANNEXE IV

DONNEES GEOMETRIQUES DU MODELE HECRAS

Tableau (AIV-1) Distances entres les coupes du modegravele geacuteomeacutetrique

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de la

coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 271345 271345 271345 3597 296158 296158 296158

8539 404578 404578 404578 3301 571921 571921 571921

8135 322509 322509 322509 2729 539905 539905 539905

7812 306087 306087 306087 2189 161265 161265 161265

7506 306285 306285 306285 2028 136675 136675 136675

72 212425 212425 212425 1891 139358 139358 139358

6988 187298 187298 187298 1752 199435 199435 199435

68 15881 15881 15881 1553 152322 152322 152322

6641 237836 237836 237836 14 173338 173338 173338

6404 196896 196896 196896 1227 97053 97053 97053

6207 173783 173783 173783 113 247623 247623 247623

6033 128464 128464 128464 0882 186161 186161 186161

5905 212943 212943 212943 0696 130222 130222 130222

5692 254561 254561 254561 0566 90569 90569 90569

5437 24012 24012 24012 0475 129369 129369 129369

5197 176385 176385 176385 0346 95193 95193 95193

5021 243521 243521 243521 0251 69084 69084 69084

4777 1803 1803 1803 0182 50297 50297 50297

4597 123644 123644 123644 0131 59643 59643 59643

4473 141387 141387 141387 0072 45499 45499 45499

4332 11596 11596 11596 0026 2633 2633 2633

4216 204079 204079 204079 0 0 0 0

4012 41419 41419 41419

Tableau (AIV-2) Valeur du coefficient de rugositeacute ≪n≫ pour chaque coupe

ANNEXE IV

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

Code de

la coupe

Rive

gauche

Canal

principal

Rive

droite

8811 006 0045 006 3597 005 0045 004

8539 006 0045 006 3301 005 0045 004

8135 006 0045 006 2729 005 0045 004

7812 006 0045 006 2189 005 0045 008

7506 006 0045 006 2028 005 0045 008

72 006 0045 006 1891 005 0045 005

6988 006 0045 004 1752 005 0045 005

68 006 0045 004 1553 005 0045 005

6641 006 0045 004 14 005 0045 005

6404 006 0045 004 1227 005 0045 005

6207 006 0045 004 113 006 0045 005

6033 006 0045 004 0882 006 0045 005

5905 006 0045 004 0696 006 0045 008

5692 006 0045 004 0566 005 0045 008

5437 006 0045 004 0475 005 0045 008

5197 006 0045 004 0346 005 0045 008

5021 006 0045 004 0251 005 0045 008

4777 006 0045 004 0182 006 0045 008

4597 006 0045 004 0131 006 0045 008

4473 006 0045 004 0072 006 0045 008

4332 006 0045 004 0026 006 0045 008

4216 006 0045 004 0 006 0045 008

4012 006 0045 004

ANNEXE V

ANNEXE V

PROFILS DE LA SURFACE DE LrsquoEAU

Tableau (AV-1) Profil de la surface de lrsquoeau reacutesultant du deacutebit 1750 m3s

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

Code de

la coupe

Q

(m3s)

Hfond

(m)

WS

(m)

8811 1750 12327 13236 3597 1750 12007 12263

8539 1750 1227 13235 3301 1750 11959 12215

8135 1750 12166 13225 2729 1750 11547 12163

7812 1750 12625 1306 2189 1750 11734 12106

7506 1750 12212 13026 2028 1750 11666 12086

72 1750 12053 13031 1891 1750 11731 12064

6988 1750 12383 13015 1752 1750 1168 12048

68 1750 12454 12996 1553 1750 11711 12012

6641 1750 12626 12962 14 1750 11672 11988

6404 1750 12553 12772 1227 1750 11619 11966

6207 1750 12331 12695 113 1750 11614 11954

6033 1750 12297 12668 0882 1750 11591 11924

5905 1750 12314 12652 0696 1750 11531 11907

5692 1750 12249 12631 0566 1750 11143 11895

5437 1750 1218 12608 0475 1750 11295 11893

5197 1750 12254 12591 0346 1750 11305 1187

5021 1750 12178 12582 0251 1750 11446 1184

4777 1750 12108 1257 0182 1750 11376 11756

4597 1750 12103 12546 0131 1750 11228 11668

4473 1750 12092 12506 0072 1750 110 11449

4332 1750 12039 12483 0026 1750 10828 11236

4216 1750 1208 1245 0 1750 10605 11079

4012 1750 12055 12387

0 100 200 300 400 500117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05

045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 05

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

MODELISATIONS DE LA DIGUETTEDE DE PROTECTION

SUR LES SECTIONS CONSIDEREES

Figure (V-1) Section Ndeg1553 Figure (V-2) Section Ndeg1400

Figure (V-3) Section Ndeg1227 Figure (V-4) Section Ndeg1130

0 100 200 300 400 500116

117

118

119

120

121

122

123

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 05

Figure (V-5) Section Ndeg0882 Figure (V-6) Section Ndeg0696

0 100 200 300 400 500115

116

117

118

119

120

121

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 05

0 100 200 300 400112

113

114

115

116

117

118

119

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250 300114

115

116

117

118

119

120

121

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

05 045 08

0 50 100 150 200 250112

114

116

118

120

122

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06 045 08

0 50 100 150 200 250110

112

114

116

118

120

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

0 50 100 150 200108

110

112

114

116

118

protect ion de Relizane Plan Plan 15 27122009

Station (m)

Ele

vation (m

)

Legend

W S PF 1

W S PF 2

W S PF 3

W S PF 4

W S PF 5

W S PF 6

W S PF 7

W S PF 8

Gro un d

L ev ee

Ban k Sta

06

045 08

Figure (V-7) Section Ndeg0566 Figure (V-8) Section Ndeg0475

0 100 200 300 400 500110

112

114

116

118

120

122

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0 50 100 150 200 250 300113

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Figure (V-15) Section Ndeg0000

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REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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