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Universit de Nice - Sophia Antipolis Centre National de la Recherche Scientifique

U.M.R. 5651 "Espace" du C.N.R.S.Equipe " Gestion et Valori sation de l' Envir onnement"

U N S A

U.F.R. Espaces et Cultures

ELEMENTS D'HYDROLOGIE DE SURFACE

Par J.P. LABORDEProfesseur l'Universit de Nice - Sophia Antipolis

Ingnieur hydraulicien de l'ENSEEIH ToulouseIngnieur hydrogologue de l'ENSG Nancy

Docteur es Sciences en Hydrologie

Edition 2000

Source: www almohandiss com


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Avertissements

Ce cours correspond essentiellement aux enseignements dispenss l'Ecole NationaleSuprieure de Gologie de Nancy (Institut National Polytechnique de Lorraine) et l'EcoleNational du Gnie de l'Eau de Strasbourg. Certaines parties sont galement aux programmes demultiples enseignements de formation initiale (Matrises, D.E.A., et D.E.S.S. de l'Universit de Nice- Sophia Antipolis) et de formation continue (C.N.F.P.T., Centre International de l'Eau de Nancy,

Office International de l'Eau ).

La version 2000 de ce cours remplace et corrige les versions antrieures. Mais malgr le soinapport, il ne fait aucun doute que des fautes de frappe et des anomalies persistent. Voici doncquelques :

s, s, s, s, x, x, x, , , , , ... , , , ... , , , [ ] ...,,,,,,,,,,,, !

que je laisse le lecteur placer o bon lui semblera !

Afin que ce cours puisse s'amliorer au fil des temps, je serais trs reconnaissant aux lecteursde me faire fart des erreurs ou anomalies qu'ils auraient dtectes mon adresse lectronique :

[email protected]

Enfin, ce cours s'inspire essentiellement d'ouvrages, d'articles, de communications, de notesinternes aux auteurs multiples. Qu'ils me pardonnent de ne pas les citer tous !

" Le plagiat est la base de toutes les littratures, sauf la premire qui d'ailleurs estinconnue ! "

Jean Giraudoux (Siegfried)




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Elments d'Hydrologie de Surface - I -

SOMMAIRE

I - INTRODUCTION A L'HYDROLOGIE DE SURFACE..........................................................................................1

I - 1 : DFINITIONS: .................................................... ............................................................ ......................................1I - 2 : SCIENCES UTILISES ..........................................................................................................................................1I - 3 : DOMAINES D'APPLICATIONS .............................................................................................................................1I - 4 : LES MTHODES DE TRAVAIL EN HYDROLOGIE DE SURFACE ........................................................................1I - 5 : GRANDES DIVISIONS DU COURS .......................................................................................................................2

II - LE CYCLE DE L'EAU ................................................................ ........................................................... ...................3

II - 1 : ETATS ET SITUATIONS DE L'EAU......................................................................................................................3II - 2 : STOCKS, FLUX ET INERTIE DES SYSTMES.....................................................................................................3

II. 2 . 1 : Volumes ....................................................... ........................................................ .......................................3II - 2 - 2 : Flux ................................................ .................................................... .......................................................3II- 2 - 3 : Inertie des systmes.................................. ........................................................ ..........................................3

II - 3 : CYCLE DE L'EAU................................................................................................................................................4

III - LE BASSIN VERSANT............................................................................................................................................5III.1 - NOTION DE "BASSIN VERSANT".......................................................................................................................5

III.1.1 - Bassin versant topographique ....................................... ......................................... ......................................5III.1.2 - Bassin versant hydrogologique .......................................... ..................................................... ...................5

III.2 - CARACTRISTIQUES MORPHOMTRIQUES......................................................................................................5III.2.1 - Caractristiques de la disposition dans le plan ............................................. ..............................................5

III.2.1.1 - Surface A.................................................................................................................................................................5III.2.1.2 Longueur .................. .................... .................... .................... .................... ......................... ..................... ................5

III.2.2 - Caractristiques des altitudes (hypsomtrie) ...................................................................... .........................7III.2.3 - Les indices de pente ................................................ ........................................................ .............................7

III.2.3.1 La pente moyenne...................................................................................................................................................7III.2.3.2 - Indice de pente de Roche Ip ....................................................................................................................................7III.2.3.3 - Indice de pente globale Ig .......................................................................................................................................8

III.2.3.4 - Dnivele spcifique Ds..........................................................................................................................................8III.2.3.5 - "Reliefs ratios" ...................... ...................... ....................... ...................... ................... ..................... ..................... ..9

III.2.4 - Les Modles Numriques de Terrain......................... ........................................................ ...........................9III.3 - CARACTRISTIQUES DU RSEAU HYDROGRAPHIQUE ...................................................................................9

III.3.1 - Hirarchisation du rseau............. .................................................... ...........................................................9III.3.2 - Les lois de Horton ..................................................... ...................................................... ...........................10III.3.3 - Autres caractristiques du chevelu................................... ........................................................ ..................10

III.3.3.1 - La densit de drainage Dd.....................................................................................................................................10III.3.3.2 - La frquence des thalwegs d'ordre 1 : F1................... ..................... .................... ..................... ..................... ........10III.3.3.3 - La courbe aire-distance ................... ...................... ..................... ...................... ..................... ..................... ...........10III.3.3.4 - Endorisme............................................................................................................................................................10

III.3.4 - PROFILS EN LONG .........................................................................................................................................10III.4 - CARACTRISTIQUES GOLOGIQUES ..............................................................................................................11

III.5 - LE COUVERT VGTAL ...................................................................................................................................11III.6 - CARACTRISTIQUES GLACIOLOGIQUES ........................................................................................................11

IV - L'ATMOSPHERE...................................................................................................................................................13

IV.1 - CONSTITUTION DE L'ATMOSPHRE ...............................................................................................................13IV.1.1 - Composition de l'atmosphre ..................................................... ........................................................ ........13

IV.1.1.1 - Atmosphre sche ................... ...................... ..................... ...................... .................. ..................... ..................... .13IV.1.1.2 - Mlange air-eau ..................... ..................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... .13

IV.1.2 - Champ vertical des pressions ................................................... ......................................................... .........14IV.1.3 - Champ vertical des tempratures ............................................. ..................................................................14

IV.1.3.1 - Champ vertical moyen ..................... ...................... ..................... ...................... .................... .................... ............14IV.1.3.2 - Gradient vertical de l'adiabatique sche................................................................................................................15IV.1.3.3 - Gradient vertical de l'adiabatique humide.............................................................................................................15IV.1.3.4 - Gradient vertical du point de rose .................. ..................... .................... ..................... ..................... ..................15

IV.1.4 - Stabilit et instabilit atmosphrique ..................................................................... ....................................15IV.1.5 - Etude des prcipitations .................................................... ............................................................... ..........15IV.1.5.1 - Les nuages.............................................................................................................................................................15




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Elments d'Hydrologie de Surface - II -

IV.1.5.2 - Dclenchement des prcipitations ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ................ 15IV.1.5.3 - Entretien des prcipitations ..................... ..................... ..................... ..................... ................... ..................... ...... 16

IV.1.5.3.1 Prcipitations de convection :................... .................... ..................... .................... .................. ..................... .. 16IV.1.5.3.2 Prcipitations orographiques : .................. .................... ..................... .................... .................. ..................... .. 16IV.1.5.3.3 Prcipitations de front : ................... ..................... .................... ..................... ................... ..................... ......... 16

IV.1.5.4 - Prcipitations solides......... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..... 17IV.1.5.4.1 La grle :................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... ......... 17

IV.1.5.4.2 La neige :. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..... 17IV.2 - L'ATMOSPHRE, COLLECTEUR DE CHALEUR................................................ ............................................... 17IV.2.1 - L'nergie solaire ................................................... ........................................................... .......................... 17IV.2.2 - Diffusion et absorption de l'nergie solaire dans l'atmosphre.......... ....................................................... 17IV.2.3 - Rayonnement terrestre..... .................................................... ...................................................... ................ 18

IV.3 - CIRCULATION GNRALE DANS L'ATMOSPHRE .................................................. ...................................... 18IV.3.1 - Les pressions et les vents .......................................................... ......................................................... ........ 18

IV.3.1.1 - Rpartition mridienne .................... .................... ..................... ..................... ...................... .................... ............. 18IV.3.1.2 - Influence de la rotation terrestre...... ...................... ..................... ..................... .................... .................... ............. 18IV.3.1.3 - Influence de la rpartition des terres et des ocans...... ................................ ........................... ..................... ......... 19

IV.3.2 - Les masses d'air ...................................................... .......................................................... ......................... 19IV.3.3 - Les fronts et les prcipitations associes .......................................................... ......................................... 19

IV.3.3.2 - Les fronts chauds :............... ..................... ..................... ..................... ................... ..................... ..................... ..... 20IV.3.3.3 - Les fronts occlus : ................... .................... ..................... ..................... ................... ..................... ..................... .. 20

IV.3.3.1 - Les fronts froids : ................... ..................... ..................... ..................... ................... ..................... ..................... .. 20

V - MESURES LIEES A L'ESTIMATION DE L'EVAPORATION ET DE L'EVAPOTRANSPIRATION ....... 21

V.1 - MESURE DES PARAMTRES PHYSIQUES CONDITIONNANT L'EVAPORATION ............................................ 21V.1.1 - Mesure des tempratures ................................................... ......................................................... ................ 21V.1.2 - Mesure de l'humidit de l'air................................................. .............................................................. ........ 22

V.1.2.1 - Psychromtre .................. ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ......... 22V.1.2.2 - Hygromtre enregistreur ................... ..................... ...................... ..................... .................... .................... ............. 22

V.1.3 - Mesure des pressions ............................................... .......................................................... ......................... 23V.1.4 - Mesure du rayonnement solaire.................. ................................................. ............................................... 23V.1.5 - Mesure du vent..................................................... ............................................................. .......................... 23

V.2 - MESURES DE L'EVAPORATION ........................................................ ............................................................ .... 24V.2.1 - Mesures de l'vaporation partir d'une surface libre.... ......................................... ................................... 24

V.2.1.1 - Bac classe A (du Weather Bureau, U.S.A.) ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .. 24V.2.1.2 - Bac Colorado et Bac ORSTOM............................. ..................... ..................... ..................... .................... ............. 24V.2.1.3 - Bac CGI 30 .................... ...................... ..................... ...................... ..................... .................... ..................... ......... 24V.2.1.4 - Utilisation des bacs et des rsultats des mesures .................... ..................... ..................... ..................... ................ 24

V.2.2 - Mesure de l'vaporation partir de surfaces poreuses : les atmomtres.................................. ................. 25V.2.2.1 - Le "Black Bellani" .................... ...................... ..................... ...................... .................... ..................... ................... 25V.2.2.2 - Le "Piche"...... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..... 25

V.3 - MESURES ET ESTIMATION DE L'EVAPOTRANSPIRATION ................................................. ............................ 26V.3.1 - Notion d'vapotranspiration relle et potentielle........................................... ............................................. 26V.3.2 - Mesures directes ........................................................... ............................................................. ................. 26V.3.3 - Estimation de l'vapotranspiration ....................................... ........................................... ........................... 26

V.3.3.1 - Formule de Turc ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... .. 26V.3.3.2 - Formule de Thornthwaite ................... .................... ..................... .................... ..................... .................... ............. 27V.3.3.3 - Estimation de lE.T.P. par la mthode de Penman.............. ..................... .................... ................... ..................... .. 28

V.3.3.4 - Autres formules ..................... ..................... ...................... ..................... .................... ..................... ..................... .. 29V.3.4 - Evaluation de l'vapotranspiration relle........................ ......................................... .................................. 29V.3.4.1 - Formule de Turc ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... ..................... .. 29V.3.4.2 - Bilan simplifi selon THORNTHWAITE .................... ..................... ..................... ..................... ..................... ............. 30V.3.4.3 - Bilan tenant compte du stress hydrique de la vgtation .................... .................... .................... ..................... ...... 30

VI - MESURES DES PRECIPITATIONS .............................................................................. ..................................... 33

VI.1 - DIFFICULTS DE LA MESURE ......................................................... ............................................................ .... 33VI.2 - APPAREILLAGES PLUVIOMTRIQUES .................................................. ....................................................... .. 33

VI.2.1 - Les pluviomtres ....................................................... ....................................................... .......................... 33VI.2.2 - Les pluviographes............... ................................................. ..................................................... ................. 33

VI.2.2.1 Enregistrement mcanique :............... ......................... ........................ ......................... .................... .................... ... 34VI.2.2.2 Pluviographe transducteur d'impulsions : ................. ................... .................... ................... ...................... ............. 34VI.2.2.3 Mesure de l'quivalent en eau des chutes de neige : .................. .................... ................... ..................... ................ 34

VI.2.2.4 Prcision des appareils : .................. .................... ..................... .................... .................... ..................... ................ 34VI.2.3 - Les nivomtres .......................................................... ....................................................... .......................... 35VI.2.3.1 - Mesures par sondage ..................... ..................... ..................... ..................... ................... ..................... ................ 35




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Elments d'Hydrologie de Surface - III -

VI.2.3.2 - Mesures en continu du poids .................... .................... ................... .................... .................... .................... .........35VI.2.3.3 - Nivomtres rayonnement .................................................................................................................................35

VI.3 - STATIONS PLUVIOMTRIQUES .......................................................................................................................35VI.3.1 - Le site ........................................................... ......................................................... .....................................35VI.3.2 - Prcautions d'installation...........................................................................................................................35

VI.4 - GESTION DU RSEAU.......................................................................................................................................36VI.4.1 - Frquence des observations ................................................ ..................................................... ..................36VI.4.2 - Publication des rsultats ............................................................ ...................................................... ..........36VI.5.3 La zone cible du radar..................................................................................................................................37VI.5.4 Rflectivit radar et puissance reue............................................................................................................38

VI.5.5.1 Radar utilis seul.....................................................................................................................................................39VI.5.5.2 Radar utilis conjointement avec des pluviographes...............................................................................................39

VII - HYDROMETRIE ........................................................... ........................................................... ............................41

VII.1 - ACQUISITION DES DBITS EN FONCTION DU TEMPS ..................................................................................41VII.2 - LES MTHODES DE JAUGEAGES ....................................................................................................................41

VII.2.1 - Rservoirs talonns .............................................. ................................................. ..................................41VII.2.2 - Dversoirs.................................................................................................................................................41VII.2.3 - Jaugeurs ressaut ............................................. ................................................. ......................................42VII.2.4 - Jaugeages par dilution..............................................................................................................................43

VII.2.4.1 - Choix du traceur ....................... ........................ ........................ ....................... .................... ..................... ...........43VII.2.4.2 - Choix du site........................................................................................................................................................43VII.2.4.3 - Injection dbit constant.....................................................................................................................................44VII.2.4.4 - Mthode dite globale...........................................................................................................................................45VII.2.4.5 - Mise en oeuvre pratique .................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ............45

VII.2.4.5.1 Concentrations C1 injecter :........................................................................................................................45VII.2.4.5.2 Injection :......................................................................................................................................................45VII.2.4.5.3 Prlvements et analyses : ................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... .45

VII.2.4.6 - Domaine d'application.........................................................................................................................................46VII.2.5 - Jaugeages par exploration du champ des vitesses....................................................................................46

VII.2.5.1 - Le matriel de mesures ..................... ...................... ..................... ...................... ..................... ..................... ........46VII.2.5.1.1 Les capteurs : les hlices :................... ..................... ..................... .................... ...................... ..................... .46VII.2.5.1.2 Traitement du signal : les moulinets ................... ..................... .................... ..................... .................... ........47VII.2.5.1.3 Enregistrement : les compteurs..................... ..................... ...................... .................... ..................... ...........47

VII.2.5.1.3 Les supports..................................................................................................................................................48VII.2.5.2 - Matrialisation de la section et dplacement transversal ................................... ............................. .................... .49VII.2.5.2.1 Jaugeages "en bottes".....................................................................................................................................49VII.2.5.2.3 Jaugeages au saumon depuis un pont : ................... .................. ................... ................... ....................... ........50VII.2.5.2.4 Jaugeages avec trailles lectriques .................... ..................... ..................... ...................... .................... ........50VII.2.5.2.5 Jaugeages en bateau :... ..................... .................... .................... ..................... ...................... .................... .....50

VII.2.5.3 - Conduite et exploitation du jaugeage .................... .................... .................... ................... .................... ...............50VII.2.5.3.1 Choix du site..................................................................................................................................................50VII.2.5.3.2 Choix des verticales :.....................................................................................................................................51VII.2.5.3.3 Dure et nombre de mesures sur une verticale :.............................................................................................51VII.2.5.3.4 Exploitation du jaugeage ..................... .................... ..................... .................... .................... .................... .....52VII.2.5.3.6 Jaugeages par "verticales indpendantes"......................................................................................................53

VII.2.6 - Jaugeage au flotteur ........................................... ................................................ ......................................53VII.3 - LES STATIONS DE JAUGEAGE........................................................................................................................54

VII.3.1 - Le seuil ou contrle...................................................................................................................................54VII.3.2 - Limnimtrie...............................................................................................................................................55

VII.3.2.1- Les chelles ................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................... ........55VII.3.2.2 - Les limnigraphes flotteur .................. .................... .................... ..................... ...................... ..................... ........55VII.3.2.3 - Les limnigraphes dits bulles..............................................................................................................................57VII.3.2.4 - Sondes pizorsistives immerges (S.P.I.)...........................................................................................................57VII.3.2.5 - Limnigraphes ultra-sons....................................................................................................................................58VII.3.2.6 - Remarques sur la gestion des limnigraphes .................... ..................... .................... ...................... ..................... .58

VII.3.3 - Les sections de jaugeage...........................................................................................................................58VII.3.4 - Les courbes de tarage ............................................. ....................................................... ...........................58

VII.4 - ETABLISSEMENT DES HYDROGRAMME ET DES ANNUAIRES HYDROLOGIQUES .....................................59VII.4.1 - Digitalisation des courbes de tarage et des limnigrammes.......................................................................59VII.4.2 - Les annuaires............................................................................................................................................59

VII.5 - TENDANCES POUR L'AVENIR.........................................................................................................................60

VII.5.1 - Techniques possibles d'enregistrement en continu des dbits...................................................................60VII.5.1.1 - Jaugeages par ultra-sons .................. .................... ..................... .................... ....................... .................... ............60VII.5.1.2 - Jaugeages chimiques en continu..........................................................................................................................60




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VII.5.1.3 - Jaugeages lectro-magntiques ................... ..................... .................... ..................... ...................... .................... 60VII.5.2 - Amlioration des techniques existantes... ....................................................... .......................................... 60

VII.5.2.1 - Techniques de jaugeage par exploration du champ des vitesses ................. .................. ................... ................... 60VII.5.2.2 - Codage et archivage des donnes.. .................... .................... .................... .................... ..................... ................. 60

VII.6 - DVELOPPEMENT DES TLTRANSMISSIONS....................................................... ...................................... 60VII.6.1 - Tltransmissions par rseau tlphonique ....................................... ............................................... ....... 60

VII.6.1.1 - Tltransmissions par rseau commut .................... ...................... ..................... ...................... .................... ...... 60

VII.6.1.2 - Tltransmissions par lignes spcialises.......... ..................... ..................... ..................... ...................... ............. 61VII.6.2 - Tltransmission radio au sol ................................................. .......................................................... ....... 61VII.6.3 - Tltransmission satellitaire ................................................................................... ................................. 61

VII.6.3.1 - Le systme ARGOS................... ..................... ...................... ..................... .................... ..................... ................ 61VII.6.3.1.1 Orbites et zones de visibilit ..................... .................... .................... ..................... ....................... ................ 61VII.6.3.1.2 Message : son mission et sa rception par le satellite ............................... ................................ ................... 62VII.6.3.1.3 Rmission et rception au sol ......................... ............................. ............................ ................. ................... 62VII.6.3.1.4 Possibilits et limites du systme ARGOS pour l'hydrologie..................... ..................... .................. ............ 63

VII.6.3.2 - Le systme METEOSAT................................. ...................... ..................... .................... ..................... ................ 63VII.6.3.2.1 Orbites et zones de visibilit .................... .................... .................... ..................... ....................... ................ 64VII.6.3.2.2 Le message : son mission et sa rception par le satellite .............................. ................................ ............ 64VII.6.3.2.3 Rmission et rception au sol ............................. ............................ ........................... .................... ............. 64VII.6.3.2.4 Possibilits et limites du systme METEOSAT en hydrologie ..................... .................... ...................... ..... 64

VIII.6.4 - lments de conclusion..... ........................................................ ........................................................ ...... 64

VIII.- STATISTIQUES APPLIQUEES A L'HYDROLOGIE.................................................................................... 65

VIII.1. - RAPPELS ET GNRALITS ......................................................... ............................................................ .... 65VIII.1.1. - Rpartition, chantillon et variable alatoire..................................................... ................................... 65VIII.1.2. - Notions de probabilit................................... ....................................................... .................................. 65VIII.1.3. - Rsultats fondamentaux ............................................ .................................................... ......................... 65

VIII.2. LA LOI DE PROBABILIT...................................................... ............................................................ .............. 66VIII.2.1. - Notion de loi de probabilit .................................................... ......................................................... ...... 66

VIII.2.1.1 - Cas des variates discrtes......... ........................ ........................ ........................ ................. .................... ............. 66VIII.2.1.2 - Cas des variates continues ..................... ...................... ...................... ...................... ................... .................... ... 66

VIII.2.2. - Construction d'une loi de probabilit ................................................ .................................................... 66VIII.2.2.1 - Des paramtres de forme.......................... ....................... ...................... ..................... .................... .................... 66VIII.2.2.2 - Des paramtres d'chelle s ................... ....................... ....................... ...................... ................... .................... ... 66VIII.2.2.3 - Des paramtres de position x

0................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... 67

VIII.2.2.4 - Variable rduite ................... ...................... ...................... ...................... .................... ..................... ................... 67VIII.2.3. - Paramtres dfinis d'aprs cette loi ................................................................ ....................................... 67

VIII.2.3.1 - Paramtres de tendance centrale ................... ..................... ...................... ..................... ..................... ................ 67VIII.2.3.2 - Moments ..................... ...................... ..................... ...................... ..................... ................... ..................... ......... 67VIII.2.3.3 - Paramtres caractristiques de la forme.................... ....................... ...................... ..................... ..................... .. 69

VIII.3. - DTERMINATION DES PARAMTRES D'APRS UN CHANTILLON .................................................. ........ 69VIII.3.1. - Qualit des estimations ....................................................... ........................................................... ........ 69VIII.3.2. - Tests d'ajustement ............................................. ........................................................... .......................... 70

VIII.3.2.1 - Test du 2de Pearson.... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...... 70VIII.3.2.2 - Test Wn2d'Anderson .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ............ 70VIII.3.2.3 - Autres tests ..................... ...................... ...................... ...................... ..................... ..................... ..................... .. 71

VIII.3.3. - Moments dduits d'un chantillon de taille connue ................................................. .............................. 71VIII.3.3.1 - Mthode des moments .................. ..................... .................... ..................... ...................... .................... ............. 71

VIII.3.3.2 - Mthode du maximum de vraisemblance.................... ..................... .................... .................... .................... ...... 71VIII.3.3.3 - Ajustement graphique ................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ............. 72

VIII.4. - STATISTIQUE DE RANG ..................................................... ............................................................ .............. 72VIII.4.1. - Probabilit des valeurs d'un chantillon observ................................................. ................................. 72VIII.4.2. - Danger d'apparition....................................... ................................................. ....................................... 73

VIII.4.2.1 - Priode de retour............... ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... .. 73VIII.4.2.2 - Frquence d'apparition d'une valeur connue "a priori" ................... ................... ................... ....................... ...... 73VIII.4.2.3 - Problme inverse ..................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ................ 73

VIII.5. - DIFFRENTS TYPES DE LOIS UTILISS EN HYDROLOGIE....................................................... .................. 73VIII.5.1. - Loi de Gauss ou loi normale..................... ........................................................ ..................................... 73

VIII.5.1.1 - Fonction de rpartition ................... ..................... .................... ..................... ....................... .................... .......... 73VIII.5.1.2 - Estimation des paramtres ................... ...................... ...................... ...................... ..................... .................... ... 75

)Mthode des moments : ................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... .................... 75b) Mthode du maximum de vraisemblance : .................. .................... ..................... .................... ................... ................ 75

c)Ajustement graphique :........... .................... ..................... .................... ..................... ..................... ..................... ......... 75VIII.5.1.3 - Erreurs-types sur les estimations....................... ........................ ........................ ................... ..................... ......... 76




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a) Estimation de la moyenne : .................. ..................... .................... ..................... ...................... ..................... ...............76b) Estimation de l'cart-type : ........................ ........................ ........................ ....................... ...................... .................... ..76c)Estimation d'un quantile :.............................................................................................................................................76

VIII.5.1.4 - Intervalles de confiance......................................................................................................................................76VIII.5.1.5 - Comparaison de deux chantillons.....................................................................................................................77

a) Comparaison des moyennes :.......................................................................................................................................77b) Comparaison des carts-types : ........................ ........................... ........................... ...................... .................... ............78

VIII.5.2. - Loi de Galton (ou log-normale ou de Gibrat-Gauss) ....................................... ......................................79VIII.5.2.1 - Fonction de rpartition.......................................................................................................................................79VIII.5.2.2 - Estimation des paramtres..................................................................................................................................80

a) Mthode des moments..................................................................................................................................................80b) Mthode du maximum de vraisemblance........ ..................... .................... .................... .................... .................... ........80c) Mthode graphique ................... ..................... .................... ..................... .................... .................... ..................... ........81

VIII.5.2.3 - Intervalles de confiance......................................................................................................................................81VIII.5.2.4 - Cas particulier frquent et simple o xon'est plus un paramtre ajuster .................. ................... ....................81

VIII.5.3. - Loi de Gumbel ..................................................... ........................................................ ...........................82VIII.5.3.1 - Fonction de distribution .................... ..................... .................... ..................... ...................... ..................... ........82VIII.5.3.2 - Estimation des paramtres..................................................................................................................................82

a) Mthode des moments..................................................................................................................................................82b) Mthode du maximum de vraisemblance........ ..................... .................... .................... .................... .................... ........83c) Mthode graphique ......................................................................................................................................................83

VIII.5.3.3 - Intervalle de confiance ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ........83VIII.5.4. - Loi de Frchet.........................................................................................................................................84VIII.5.4.1 - Fonction de rpartition.......................................................................................................................................84VIII.5.4.2 - Ajustement graphique.........................................................................................................................................84VIII.5.4.3 - Cas particulier o xo est fix l'avance..............................................................................................................84

VIII.5.5. - Loi de Pearson III ou loi Gamma incomplte.........................................................................................84VIII.5.5.1 - Fonction de distribution .................... ..................... .................... ..................... ...................... ..................... ........84VIII.5.5.2 - Estimation des paramtres..................................................................................................................................85

a) Mthode des moments..................................................................................................................................................85b) Mthode du maximum de vraisemblance .....................................................................................................................86

VIII.5.5.3 - Intervalle de confiance ..................... ..................... ..................... ..................... ...................... ..................... ........87VIII.5.5.4 - Estimations de F (x) .................... ...................... ...................... ...................... ..................... ..................... ...........87

a) Utilisation des tables de Pearson..................................................................................................................................87b) Calcul l'ordinateur ...................................................................................................................................................87

c) Approximation .................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ..................... ...........87VIII.5.6. - Autres lois...............................................................................................................................................87VIII.5.6.1 - Loi de Student .................. .................... ..................... .................... .................... ........................ ..................... ....87

VIII.5.6.2 - Loi du 2............................................................................................................................................................88VIII.5.6.3 - Distribution binomiale (ou loi de Bernoulli)......................................................................................................89VIII.5.6.4 - Distribution de Poisson ...................... ...................... ...................... ...................... ..................... .................... .....89VIII.5.6.5 - Distribution de Fischer-Snedecor.......................................................................................................................90

VIII.6.2. - Utilisation des paramtres de forme.......................................................................................................90VIII.6.3. - Choix graphique ............................................ .............................................. ...........................................91

VIII.6. - ASSOCIATION ENTRE VARIABLES ..............................................................................................................91VIII.6.1. - Notion de corrlation..............................................................................................................................91VIII.6.2. - Courbes et droites de rgression ......................................... .......................................................... .........92

VIII.6.2.1 - Courbe de rgression..........................................................................................................................................92VIII.6.2.2 - Cas de la distribution de Gauss deux dimensions............................................................................................92

VIII.6.3. - Rgression simple ................................................ ........................................................ ...........................94VIII.6.3.1 - Choix du modle linaire - droite des moindres carrs ................... ..................... ..................... .................... .....94VIII.6.3.2 - Prcautions prendre.........................................................................................................................................95VIII.6.3.3 - Utilisation pratique de la rgression simple .................... ...................... ...................... ........................ ...............95- Confiance accorder l'chantillon tendu........................................................................................................................97

VIII.6.4. - Rgression double...................................................................................................................................97VIII.6.4.1 - Equation de la rgression double linaire...........................................................................................................97VIII.6.4.2 - Coefficient de corrlation multiple et variance rsiduelle ...................... ...................... ....................... ...............98VIII.7.4.3 - Notion de coefficient de corrlation partielle.....................................................................................................99

VIII.6.5. - Rgressions linaires multiples...............................................................................................................99VIII.6.5.1 - Mise en quation .................... ..................... ...................... ..................... ..................... ..................... ..................99VIII.6.5.2 - Coefficients de rgression, de corrlation multiple et de corrlation partielle..................................................100VIII.6.5.3 - Seuils de signification ..................... ...................... ...................... ...................... .................... ..................... ......101VIII.6.5.4 - Mise en oeuvre.................................................................................................................................................102

a) Mthode rgressive (backward limination) ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ......102b) Mthode progressive (Stepwise Regression) ................... .................... .................... .................... ....................... .......102VIII.6.6. - Rgressions multiples quelconques.......................................................................................................103




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Elments d'Hydrologie de Surface - VI -

VIII.6.7. - Analyses en composantes principales ................................................ .................................................. 105VIII.6.7.1 - Notions de base................ ...................... ..................... ...................... ..................... ..................... .................... . 105VIII.6.7.2 - Exemple pratique d'utilisation .................. ..................... ..................... ..................... ...................... .................. 107

VIII.7. - TECHNIQUES DE CRITIQUE DES DONNES................................................ .............................................. 110VIII.7.1. - Donnes unidimensionnelles................ ................................................ ................................................ 110

VIII.7.1.1 - Frquence des chiffres utiliss ..................... ...................... ..................... ...................... ..................... .............. 110VIII.7.1.2 - Probabilit de chaque observation .................. .................... ..................... .................... ...................... .............. 110

VIII.7.1.3 - Analyse des sries non-autocorrles............ ...................... ..................... ...................... .................... .............. 111VIII.7.1.4 - Autocorrlation.................... ...................... ...................... ...................... .................... .................... .................. 111

VIII.7.2. - SRIES CHRONOLOGIQUES MULTIDIMENSIONNELLES ...................................................... ................ 111VIII.7.2.1 - Mthode des "doubles masses" (doubles cumuls)............................... .................... .................... .................... . 111VIII.7.2.2 - Probabilit des rsidus .................... ..................... ...................... ..................... ..................... .................... ........ 113VIII.7.2.3 - Cumul des rsidus............ ...................... ...................... ...................... .................... ..................... .................... . 113VIII.7.2.4 - Utilisation des composantes principales .................... ...................... ....................... .................... .................... . 114

IX - TRAITEMENT DES DONNEES PLUVIOMETRIQUES................................................................................ 115

IX.1 - CHOIX DES VARIABLES ........................................................ ............................................................ ............ 115IX.1.1 - Dfinition des pisodes pluvieux ......................................................... .................................................... 115IX.1.2 - Passage d'une dfinition l'autre..... .................................................... ................................................... 115

IX.2 - ETUDE STATISTIQUE DES PLUIES PONCTUELLES ........................................................................... .. 116

IX.2.1 - Hauteurs de pluies annuelles.. ................................................. ................................................. ............... 116IX.2.3 - Hauteurs de pluies journalires.............. ....................................................... .......................................... 117IX.2.4 - Hauteurs des pluies extrmes ..................................................... ....................................................... ...... 119IX.2.5 - Comblement des lacunes dans des sries pluviomtriques........................................ .............................. 119

IX.3 - ETUDE DE LA PLUIE DANS L'ESPACE ..................................................................... ............................... 122IX.3.1 - Pluie et relief ....................................................... ............................................................ ........................ 122

IX.3.1.1 - L'altitude.................. ..................... ..................... ...................... ..................... ................... .................... ............... 122IX.3.1.2 - L'encaissement.............................. ..................... ...................... ..................... ................... .................... ............... 122

IX.3.2. - Interpolation des prcipitations................................................... ........................................................... 123X.3.2.1 - La pluie, une fonction alatoire .................. .................... .................... .................... .................... .................... ..... 123

X.3.2.1.1 - Fonction alatoire d'ordre 2.. .................... .................... .................... .................... ..................... .................. 123IX.3.2.1.2 - Homognit et isotropie ................... ..................... ..................... ..................... .................... .................... . 124IX.3.2.1.3 - Stationnarit d'ordre 2 ..................... ..................... ..................... ..................... ................... .................... ..... 124

IX.3.2.2 - Mthodes d'interpolation .................. .................... .................... .................... ...................... .................... ............ 125

IX.3.2.2.1 - Auto-corrlation................... ...................... ...................... ...................... ................. ..................... .............. 125X.3.2.2.2 - Interpolation optimale de Gandin................... .................... ..................... .................... .................. .............. 127IX.3.2.2.3 - Krigeage... ..................... ..................... ...................... ..................... ................... ..................... .................... . 128

IX.3.3 - Pluies moyennes sur une surface .................................................... .................................................. ....... 131IX.3.3.1 - Mthode de Thiessen.............. ..................... ..................... ..................... .................... .................... .................... . 131IX.3.3.2 - Mthode des isohytes........................ .................... .................... ..................... .................... .................... ........... 131

IX.3.4- Coefficients d'abattement........................ ............................................................ ...................................... 132X.3.4.1 - Dfinition et hypothses .................. .................... .................... .................... ..................... .................... ............... 132IX.3.4.2 - Valeurs relatives du coefficient d'abattement ..................... ...................... ..................... ................... .................. 132IX.3.4.3 - Dtermination pratique de K ................... ..................... ..................... ..................... ................... .................... ..... 133

IX.3.4.3.1 - Approche de Brunet-Moret ................... .................... .................... .................... ....................... .................. 133IX.3.4.3.1 - Approche gostatistique .................. .................... .................... .................... ...................... .................... ..... 134

IX.4 - ETUDE DE LA PLUIE EN FONCTION DE LA DUREE................................................ ............................. 136IX.4.1 - Notion d'intensit moyenne sur une dure .................................................. ............................................. 136

IX.4.2 - Fonctions dure-intensit-frquence ............................................... ........................................................ 137IX.4.2.1 - Formules du type Talbot................. .................... ..................... .................... .................... ..................... .............. 137IX.4.2.2 - Formules du type Montana.................... .................... ..................... .................... .................... ..................... ....... 137

X - METHODES DETUDE DES CRUES......................................... ........................................................... ............. 139

X.1 - DFINITION ET INTRODUCTION ................................................... ....................................................... .......... 139X.2 - MTHODES EMPIRIQUES DE PRDTERMINATION DES CRUES................................................. ................ 139

X.2.1 - Intrts de la recherche historique ........................................................ ................................................... 139X.2.2 - Evolution du dbit avec la surface ................................................. ..................................................... ...... 140X.2.3 Evolution du dbit avec la frquence ....................................................... ................................................... 140X.2.4 - Diffrentes mthodes empiriques valables pour la France....................................................... ................ 141

X.2.4.1 - Mthode CRUPEDIX ................... ..................... ...................... ..................... ...................... ..................... ................ 141X.2.4.2 - Abaques SOGREAH..................... ..................... ...................... ..................... ...................... .................... ................. 141X.2.4.3 - Mthode SOCOSE ................... ...................... ..................... ...................... ..................... ...................... .................. . 143

X.2.5 - Diffrentes mthodes empiriques valables pour l'Afrique....................................... .................................. 144X.2.5.1 - Approche dterministe - les dbits de crues dcennales en Afrique ................. .................... ..................... .......... 144X.2.5.1.1 Dtermination de l'averse dcennale.................. .................... .................... .................... ..................... ........... 144




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Elments d'Hydrologie de Surface - VII -

X.2.5.1.2 Passage l'averse de la pluie nette .................. .................... .................... .................... ...................... .............144X.2.5.1.3 Hydrogramme unitaire...................................................................................................................................145

X.2.5.2 - Approche stochastique - les dbits de crues dcennales en Afrique de l'Ouest et Centrale (par PUECHet CHABIGONNI du C.I.E.H.).................................................................................................................................................................146

X.2.5.2.1Inventaire des variables explicatives et expliquer........................................................................................146X.2.5.2.2 Nature de la rgression................... ..................... ...................... ..................... ..................... ................... .......146

X.3 - ETUDE STATISTIQUE DES DEBITS DE CRUE..........................................................................................147

X.3.1 - Constitution de l'chantillon ....................................................... .............................................................. .147X.3.2 - Choix du type de loi et ajustement ................................................. ............................................................148X.3.3 - Passage des dbits moyens journaliers aux dbits instantans .............................................. ...................148

X.3.3.1 - Le coefficient de pointe n'est pas connu...............................................................................................................148X.3.3.2 - On connat quelques valeurs du coefficient de pointe..........................................................................................149

X.3.4 - Etude des crues maximales annuelles partir des crues suprieures un seuil et des donnes historiques...............................................................................................................................................................................151

X.3.4.1 - Choix des lois de probabilit................................................................................................................................151X.3.4.1.1 Frquence du nombre de jours de crues par an .................. .................. .................. ....................... ................151X.3.4.1.2 Frquence des crues suprieures un seuil .................... ................... ................... ..................... ....................152

X.3.4.2 - Ajustement par le maximum de vraisemblance ................... .................... ..................... .................... ....................152X.3.4.3 - Passage la frquence des crues maximales annuelles ................... ................... .................... .................... ..........153X.3.4.4 - Prise en compte des donnes historiques .................... .................... .................... ................... .................... ..........154

X.4 - METHODES D'ETUDES HYDROMETEOROLOGIQUES...........................................................................155

X.4.1 - Etude d'un couple averse - crue.................... .............................................. ...............................................155X.4.1.1 - Le devenir des prcipitations................................................................................................................................155X.4.1.2 - Sparation des coulements..................................................................................................................................157X.4.1.3 - Quelques dfinitions.............................................................................................................................................158

X.4.2 - Fonctions de production ............................................. .............................................. .................................159X.4.2.1 - Hypothses simplificatrices sur les coefficients de ruissellement.........................................................................159X.4.2.2 - Simulation par modles rservoirs.....................................................................................................................159X.4.2.3 - Fonction de production du S.C.S. (Soil Conservation Service of U.S.A.) ................ .................. ...................... ...160

X.4.3 - Fonction de transfert ................................................ ....................................................... ..........................162X.4.3.1 - Mise en vidence de la notion d'hydrogramme unitaire ................. ................... .................... ..................... ..........162X.4.3.2 - Proprits des hydrogrammes rsultant d'averses unitaires..................................................................................163X.4.3.3 - Dtermination de l'hydrogramme unitaire............................................................................................................164

X.4.3.3.1 Dterminations directes..................................................................................................................................164X.4.3.3.2 Dtermination empirique de l'hydrogramme unitaire.....................................................................................167

X.4.3.3.3 Evaluation de tmou de t c ..............................................................................................................................167X.4.3.4 Limites la notion d'hydrogramme unitaire ................... .................... .................... ...................... ................... .......168

X.4.4 - Reconstitution des crues partir des prcipitations .......................................................................... ........168X.4.4.1 - Passage des pluies aux dbits pour chaque averse observe.................................................................................168X.4.4.2 - Passage de "la pluie de frquence F" la crue de mme frquence......................................................................169

X.4.4.2.1 Hytogramme de projet de la mthode du S.C.S. ................. ................... ................... ..................... .............169X.4.4.2.2 Hytogramme de la mthode SOCOSE......... ................... .................... .................... ..................... ................169

X.4.5 - Gnralisation de grands bassins......................................... ........................................... .......................170X.5 - ESTIMATION DES CRUES DE FREQUENCE TRES RARE : LA METHODE DU GRADEX ..................171

X.5.1 - Constatations justifiant la mthode du gradex .................................................. ........................................171X.5.1.1 - Comportement asymptotiquement exponentiel des pluies extrmes ................... ................... ..................... .........171X.5.1.2 - Mthode d'estimation des gradex ................... .................... ................... .................... ....................... ....................171X.5.1.3 - Variation du gradex avec la dure........................................................................................................................171X.I.5.4 - Tendances limites du ruissellement.......................................................................................................................172

X.1.5.5 - Rpartition des dbits dans le temps .................... .................... .................... .................... ....................... .............172X.5.1.6 - Passage du dbit moyen sur une dure tc au dbit de pointe................................................................................173

X.5.2 - Mise en oeuvre pratique de la mthode du gradex ....................................... .............................................173X.5.2.1 - Choix de la dure tc..............................................................................................................................................173X.5.2.2 - Etude du gradex des prcipitations sur une dure tc ............................................................................................173X.5.2.3 - Etude des crues.....................................................................................................................................................174X.5.2.4 - Extrapolation aux frquences rares ................... .................... ..................... .................... ...................... ................174

X.6 ESTIMATION DES CRUES DE FRQUENCE TRS RARE : APPROCHE PUREMENT STATISTIQUE................175X.7 - ETUDE DES COULEMENTS EN RGIME TRANSITOIRE ET APPLICATIONS L 'TUDE DE LAPROPAGATION DES ONDES DE CRUE ......................................................................................................................176

X.7.1 - Equations gnrales................................... ........................................................ ........................................177X.7.1.1 - Hypothses simplificatrices..................................................................................................................................177X.7.1.2 - Mise en quation..................................................................................................................................................177X.7.1.3 - Modes d'intgrations et mthodes de Flood-Routing...........................................................................................178

X.7.2 - Mthode de Puls ................................................. .................................................... ...................................179X.7.2.1 - Mise en quation..................................................................................................................................................179




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Elments d'Hydrologie de Surface - VIII -

X.7.2.2 - Intgration graphique......... ..................... .................... ..................... .................... .................... .................... ........ 179X.7.2.3 - Rsultats pratiques pour quelques cas simples ..................... .................... .................... .................. ..................... 180

X.7.3 - Mthode de Muskingum ................................................ ................................................. ........................... 182X.7.3.1 - Mise en quation............ .................... ..................... .................... .................... ..................... ..................... ........... 182X.7.3.2 - Mise en uvre .................... ..................... ..................... ..................... ..................... .................... ..................... .... 183

X.7.3.2.1 Choix du pas de temps... ..................... .................... ..................... .................... .................. ..................... ....... 183X.7.3.2.1 Dtermination de K et x dans le cas d'un tronon unique.... .................. ................. .................. ..................... 183

X.7.4 - Mthode dite Hayami.................................................. ....................................................... ....................... 184X.7.5 - Propagation de l'onde de rupture d'un barrage - mthode simplifie ..................................... ................. 185

X.7.5.1 - Les hypothses de base.................... ................... .................... ................... ....................... ..................... .............. 185X.7.5.2 - Dfinition des paramtres utiliss.................. ..................... ..................... ..................... ..................... .................. 185X.7.5.3 - Mise en oeuvre pratique ................... .................... .................... .................... ....................... .................... ............ 186X.7.5.4. - Limites de la mthode..... .................... .................... .................... .................... ........................ .................... ........ 188

X.8- PROTECTION DES OUVRAGES - CHOIX DE LA FRQUENCE DE LA CRUE DE PROJET ET DE LA CRUE DECHANTIER ............................................................ ............................................................ ......................................... 188

X.8.1 - Crue de projet ................................................ .................................................... ....................................... 188X.8.1.1 - Ouvrages prsentant un risque pour les populations en cas de rupture........................ ................... .................... . 188X.8.1.2 - Ouvrages ne menaant pas la scurit publique.................... .................... .................... .................... ................... 188

X.8.2 - Crue de chantier ........................................................ ....................................................... ........................ 191




13/204

Elments d'Hydrologie de Surface - 1 -

I - INTRODUCTION A L'HYDROLOGIE DE SURFACE

I - 1 : DEFINITIONS:D'une faon trs gnrale, l'hydrologie peut se dfinir comme l'tude du cycle de l'eau et l'estimation de ses diffrents

flux. L'hydrologie au sens large regroupe :la climatologie, pour la partie arienne du cycle de l'eau (prcipitations, retour l'atmosphre, transferts, etc.) ;

l'hydrologie de surface au sens strict, pour les coulements la surface des continents ;l'hydrodynamique des milieux non saturs pour les changes entre les eaux de surface et les eaux souterraines (infiltration,retour l'atmosphre partir des nappes, etc.) ;

l'hydrodynamique souterraine (sensu stricto) pour les coulements en milieux saturs.L'hydrologie de surface est la science qui traite essentiellement des problmes qualitatifs et quantitatifs des

coulements la surface des continents. Ces problmes se ramnent gnralement des prvisions (associer une date unecertaine grandeur) ou des prdterminations (associer une grandeur une certaine probabilit) de dbits ou de volume en unpoint ou sur une surface.

I - 2 : SCIENCES UTILISEESL'tude de la partie "coulement superficiel" du cycle de l'eau ncessite quand mme de connatre les autres parties

de ce cycle. L'hydrologie de surface est une science applique qui fait appel des connaissances dans des domaines trsdivers.

Sciences et Techniques Domaines dapplication

Mtorologie et Climatologie Etude des pluies et du retour latmosphre

Gologie, Gographie et Pdologie Analyse du comportement hydrologique du bassin

Hydraulique Mesure et tude des coulements surface libre

Statistique Traitement des donnes, simulations

Calcul numrique Propagation de crue, modlisations et optimisations

Informatique Instrument de travail pour les calculs numriques,le stockage des donnes

I - 3 : DOMAINES D'APPLICATIONSLes domaines d'application de l'hydrologie de surface sont galement trs varis. Parmi les plus importants et

les plus classiques, on notera : l'agriculture : irrigation, drainage ; l'tude des ressources en eaux : eau potable, eau pour l'industrie ; la lutte contre la pollution : tude des dbits d'tiage vacuant les effluents, les calories ; l'nergie hydraulique ; le transport solide (dpt ou rosion) ; la navigation ; les loisirs (plans d'eau) ; la scurit des biens et des personnes : protection contre les crues

I - 4 : LES METHODES DE TRAVAIL EN HYDROLOGIE DE SURFACEL'hydrologie de surface est une science essentiellement applique. La recherche et le dveloppement de cette

branche ont toujours t lis l'existence de problmes concrets. Ceux-ci ont volu au cours des temps : on s'est d'abordintress aux crues, on en vient seulement prendre conscience de l'intrt de l'tude des tiages. En effet, aux besoins

quantitatifs s'ajoutent prsent des problmes de qualit. Paralllement l'volution des besoins, les progrs des techniquesont transform nos mthodes de travail. On peut essayer de schmatiser chronologiquement ces dernires de la faon suivante:

Dans une premire phase, chaque problme particulier qui se posait, la rponse de l'hydrologue s'appuyait surdes observations effectues au point particulier intressant. Il en dduisait les solutions recherches : alimentation en eau,protection contre les crues, possibilit de navigation, etc.

Au cours des temps, les stations cres pour chaque problme particulier n'ont pas toutes t abandonnes, etl'on s'est trouv en prsence d'un rseau appel rseau original, constitu de stations trs htroclites : chacune d'entre ellesrpondait des besoins divers et spcifiques. Elles taient gres en outre par diffrents services (en France par exemple :Ponts et Chausses, Electricit de France, Ministre de l'Agriculture, Ministre de l'Industrie, etc. ). L'ensemble des rsultatsacquis sur le rseau original constituait donc une banque de donnes.

On en arrive alors un deuxime stade o l'hydrologue n'est plus oblig d'tablir de nouvelles stations pourrsoudre un problme. Il peut obtenir des rsultats en extrapolant ceux enregistrs sur des stations du rseau original, voisinesou comparables. Il peut galement se contenter d'une station nouvelle (station tertiaire ou station de projet), mais observe sur

une courte priode. Les donnes de cette station seront tendues par corrlation avec celles, plus longues, du rseau original.




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Problmesparticuliers

initiaux

Cration

de stationde mesure

EtudeParticulire


Suppressionde stationde mesure

Cration de

station tertiaire(ou de projet)

Rseau

Original

Rseau

rationalis

Correlationset extensinsdes donnes

Problmesgnraux

Rationalisationdes rseaux

Etudessystmatiques

Suppressionde station

Etude dumilieu

hydrologique

Anciennesstations

Cration destations

complmentaire

Rsultatsgnraux

Suppressionde station

Cration debassins

expriementaux

Gestion des rseauxet critique des donnes

Banquede

donnes

Problmesparticu liers

Application desrsultats gnraux


Etude sur unestation comparable

du rseau

S

O

L

U

T

I

O

N

EtudeParticulire

1

1

1

2

2

2

3

3

3

4

4

5 5

6

6

6

Organisation schmatique et volution dans le temps d'un service hydrologique.

Par la suite, les services hydrologiques peuvent parfois ne plus s'intresser uniquement aux problmes

particuliers. On atteint le stade des problmes gnraux qui se ramnent essentiellement deux types principaux : L'optimisation et la planification du rseau : Ces deux types de travaux reposent sur l'tude du milieu hydrologique. Onramne l'ensemble des paysages un nombre fini de rgions dites hydrologiquement homognes. La planification permet dedterminer le nombre minimal de stations ncessaires la connaissance de chaque type de milieu hydrologique.L'optimisation met en vidence, par comparaison avec le rseau original, les zones sur-observes, et par consquent, lesstations supprimer et ventuellement les zones quiper. Les tudes systmatiques : Elles s'intressent un mme phnomne (crues, tiages, etc. ) sur les diffrentes stations durseau. Elles essaient de mettre en vidence des facteurs explicatifs et, si possible, de quantifier leurs influences, ceci afind'extrapoler ces rsultats gnraux des bassins versants non tudis.

A ce dernier stade s'ouvre une quatrime voie pour rsoudre un problme particulier en un point. Celle-ci consiste dterminer au site intressant, les valeurs des facteurs explicatifs et appliquer les rsultats gnraux obtenus sur l'ensembledu rseau.

I - 5 : GRANDES DIVISIONS DU COURS

Partant du principe que l'on ne peut pas faire de bonnes tudes hydrologiques sans avoir de bonnes donnes demesure et que l'on ne peut pas faire de bonnes mesures sur des phnomnes que l'on connat mal, le cours d'hydrologie seraarticul en trois grandes parties.

La premire sera essentiellement descriptive. Elle comportera la caractrisation du milieu hydrologique et lacomprhension des phnomnes mtorologiques.

La deuxime partie sera rserve l'acquisition des donnes : mesures climatologiques et mesures de dbits.Enfin, le traitement de ces donnes fera l'objet de la troisime partie. En particulier, nous aborderons les problmes

de critique de donnes, de maximisation de l'information, et enfin, diffrents types particuliers d'tudes (crues, tiages,apports, etc. ).




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II - LE CYCLE DE L'EAU

Le cycle de l'eau, appel aussi cycle hydrologique, est l'ensemble des cheminements que peut suivre une particuled'eau. Ces mouvements, accompagns de changements d'tat, peuvent s'effectuer dans l'atmosphre, la surface du sol etdans le sous-sol. Chaque particule n'effectue qu'une partie de ce cycle et avec des dures trs variables : une goutte de pluiepeut retourner l'ocan en quelques jours alors que sous forme de neige, en montagne, elle pourra mettre des dizaines

d'annes.

II - 1 : ETATS ET SITUATIONS DE L'EAUClassiquement, on schmatise les tats et les situations de l'eau dans le cycle de la faon suivante :

Etats Principaux stocks Phnomnes de transportVapeur humidit atmosphrique, vaporation

nuages, brouillards vapotranspirationLiquide ocans, mers, lacs, pluie, cours d'eau, nuages,

eaux souterraines circulations souterrainesSolide glaciers, manteaux neigeux, neige, grle,

calottes polaires coulement des glaciers

II - 2 : STOCKS, FLUX ET INERTIE DES SYSTEMESQuelles sont les quantits d'eau correspondant chacun des termes de ce tableau, et avec quelles vitesses se font les

changes ? Les rponses ces questions sont trs difficiles donner ; on pourra retenir, pour fixer les ordres de grandeur, leschiffres fournis parG . REMENIERAS :

II. 2 . 1 : VolumesEn surface, les terres merges ne reprsentent que 146 106km 2sur une surface totale de la plante de 510 106km 2

(soit sensiblement 1/4). Cette disparit entre ocans et terres est beaucoup plus accentue entre eaux douces et eaux sales.

Le volume total des eaux douces est d'environ 36 106 km 3, soit 2,8 % des rserves totales en eau. Par ailleurs, leseaux se rpartissent peu prs ainsi, exprimes en paisseur uniformment rparties sur la terre :

mers et ocans : 2500 m. eaux souterraines : 300 600 mm.glaciers : 50 100 m. eaux atmosphriques : 20 30 mm.

eaux continentales : 350 700 mm. matire vivante : !On retiendra que ce qui circule dans les cours d'eau ne reprsente qu'une partie absolument infime du volume d'eau

total.

II - 2 - 2 : FluxLa vitesse avec laquelle l'eau circule est trs variable ; gnralement, on prend l'anne comme priode de rfrence.

L

Documents

element_d_hydrologie_de_surface[1].pdf