Notions de Base d'Hydrologie Utile en Assainissement

27.11.06DDAF du Haut-Rhin - Sous-Direction de l’Équipement des Collectivités

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ENGEES ENGEES Formation continueFormation continue

LES NOTIONS DE BASE D’HYDROLOGIE

UTILES EN ASSAINISSEMENT

Thierry ADAM, Chef de projet


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Plan de l’intervention

• Notions de réseau et de bassin versant– Tracé des bassins versants– Détermination de leurs caractéristiques

• Modélisation de la pluie

• Modélisation de l’ hydrogramme de crue– Débit de pointe à l’exutoire– Volume ruisselé à l’exutoire

• Quelles conclusions pour le concepteur ?


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Quelques définitions

• Notion de « bassin versant »- Bassin versant : surface drainée par un

réseau jusqu’en un point nommé « exutoire » ;

- Exutoire : nœud d’un réseau drainant une surface nommée « bassin versant » ;

- Lignes de partage des eaux : limites d’un BV.

• Notion de « réseau » = structuration des flux par nœuds et canaux- Réseau maillé : chemins multiples ;- Réseau ramifié : chemin unique.


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Hydrologie et assainissement

t

QDeux facteurs d’influence prépondérants :

Le temps de concentration Q pointe

Le coefficient de ruissellement Volume

UNE SURFACE : LE BASSIN VERSANT

UNE SOLLICITATION : LA PLUIE

UNE REPONSEL’HYDROGRAMME


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ROMAGNY (68)

Tracer les bassins versants de la Commune

de Romagny


8Le contexte géographique

Bassin du Rhône

Bassin du RhinCommune de ROMAGNY (68)

Ligne de partage des eaux :Mer Méditerranée / Mer du Nord

www.sandre.eaufrance.fr


9Les réseaux de Romagny

• Détermination des « bassins versants »- Identification des exutoires

principaux ; - Tracé des bassins versants

correspondants.

dentification des « réseaux »de ROMAGNY

racé du réseau hydrographique ;

xamen du réseau d’évacuation des eaux

Résultat


10Le réseau d’évacuation des eaux

Résultat

Tracer les contours du « bassin versant » de la Rue Principale


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Caractéristiques d’un bassin versant• Notion de « surface active » pour le ruissellement

- Surface active : superficie d’un BV sur laquelle se produit un ruissellement, à un instant donné et pour une pluie donnée ;

- Coefficient d’apport : rapport de la surface active sur la surface totale d’un BV.

• Notion de « concentration » du ruissellement- Type d’écoulement : diffus ou concentré ;- Chemin hydraulique : ligne de plus grande pente

(diffus) ou canal (concentré) ;- Temps de concentration : durée de parcours du

chemin hydraulique le plus long d’un BV.


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Les caractéristiques de surface• Morphologie du bassin versant

- Surfaces et coefficient d’imperméabilisation ;- Longueurs des cheminements hydrauliques ;- Pentes et vitesse de parcours hydraulique.

• Caractéristiques géologiques et pédologiques- Drainage : naturel (karstique) ou artificiel (agricole).- Perméabilité et capacité d’infiltration ;

• États de surface- Occupation du sol et couverture végétale ; - Porosité instantanée et saturation en eau ;- Sensibilité à la battance.


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Les caractéristiques de surface

• Longueur et pente d’un chemin hydraulique 2

⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

=∑∑

j

j

j

pLL

p

L1,p1 L2,p2 L3,p3 L4,p4 L5,p5


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Choix du coefficient d’apportCoefficient variable dépendant :

– de l’intensité de la pluie : fréquence ;– de la morphologie du BV : pente ;– de l’affectation des sols : rural / urbain ;– de la perméabilité des sols ;– de l’état hydrique des sols ;– de la durée de la pluie.

totalesurfaceactivesurfaceCa =

∑∑ ×

=j

jjeq A

ACC


16Le temps de concentration


17Le temps de concentration


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Étude du BV de l’étang Noviat

• Caractérisation du BV :- Surface ;- Longueur ;- Pente ;- Types et affectation des sols.

• Choix des paramètres :- Temps de concentration ; - Coefficient de ruissellement.

Résultat


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• Modélisation de l’ hydrogramme de crue– Volume ruisselé à l’exutoire– Débit de pointe à l’exutoire



20Les précipitations• La pluie est un phénomène variable, dont l’ampleur (étendues et

quantités précipitées) conditionne le volume ruisselé à l’exutoire d’un bassin versant ;

• La pluie est phénomène limité dans le temps et l’espace, dont l’intensité et la concentration déterminent le débit de pointe à l’exutoire d’un bassin versant.


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Indépendance d’un événement


22Les précipitations• La pluie est la donnée d’entrée pour un calcul d’assainissement :

l’estimation de ses grandeurs caractéristiques doit donc être la plus fine possible ;

• Plusieurs méthodes (de la plus globale à la plus détaillée) :


23Loi de Montana• Une pluie est caractérisée par une

intensité, une durée et une fréquenced’apparition.

• La loi de Montana est un modèle probabiliste empirique permettant de lier les caractéristiques IDF des pluies.

Station de NANCY ESSEY


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IM

I1

2*I2HM

0 tp

DM

t DP

t

DP = 4 hDM = 15 mn, 30 mn ou 1 heure

tDP DM

I1 HMDM

et I2 = HT- HMDP- DM

θ =−

=

Pluie synthétique de projet

Pluie historique (18/08/86 à Nancy)

Série chronologique de pluies

MODÈLES DÉTAILLÉS


25Loi de Montana

• Calculer l’intensité moyenne et la lamed’eau précipitée pour une averse décennale d’une durée égale au temps de concentration du BV de l’étang Noviat à ROMAGNY.

Station de NANCY ESSEY


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27Transformation de la pluie en débit

Eau incidente

absorption par lavégétation

évaporationévapotranspiration

Eau parvenant à lasurface du sol

écoulementretardé

évaporation

stockage permanenten surface dans les

cavités

ruissellementen surface

ruissellement versles zones non

drainées

infiltration

ruissellementvers le réseau

écoulementhypodermique

eau arrivantà l’égout


28Transformation de la pluie en débitModèles déterministes

• Modèles statistiques : les débit et volume caractéristique de crue sont déterminés par une exploitation statistique de mesures enregistrées (environ 20 ans) .

• Modèles globaux : les débit et volume caractéristiques d’une crue sont calculés avec une formule simple à partir des caractéristiques du bassin versant.

• Modèles détaillés : le principe est de simuler les phénomènes hydrologiques par des modules (pluviométrie, ruissellement, écoulement) qui reconstituent les différentes étapes du cycle de l'eau.


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• L’hydrogramme de crue est la réaction hydrologique d’un bassin versant soumis à une sollicitation (précipitation).

L’hydrogramme de crue

Pointe

courbe de décrue

courbe de tarissement

temps de base

courbe de concentration

pluie ruissellement

Débit

Temps

MODÈLES DÉTAILLÉS

• Le volume total ruisselé permet les calculs de rétention ;

• Le débit de pointe est utilisé pour le calcul des réseaux.


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• Petits bassins versants ruraux (< 10 ha) : formule rationnelle

Modèles globaux : débits de pointe

AiC167.0Q Tr ×××=

AiC78.2Q Tr ×××=

Q : débit de pointe (m3/s), Cr : coefficient de ruissellement, iT : intensité de la pluie (mm/mn), A : surface du bassin versant (ha).

Q : débit de pointe (l/s), Cr : coefficient de ruissellement, iT : intensité de la pluie (mm/h), A : surface du bassin versant (ha).

• Petits bassins versants urbains ( < 50 ha) : méthode de Caquot


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• Méthode recommandée par l’IT1977 mais dont l’usage doit être limité à son domaine de validité, conformément au guide « La Ville est son Assainissement » en 2003.

Méthode de Caquot

• Limites de validité :– Réseau ramifié (sans D.O. ou bassins) ;– Usage des coefficients de Montana locaux ;– Règles d’assemblage des bassins versants en parallèle ;– A < 50 ha ;– Cimp > 0,20 ;– Qmax < 200 L/s ;– p < 5 %.

SINON,MODÈLES

DÉTAILLÉS


32Autres méthodes pour BV ruraux

• SOCOSE + rationnelle (BV< 200 ha)

• SOCOSE (BV > 200 ha)

• CRUPEDIX (pour les rivières)

• Extrapolation à partir de mesures sur des BV comparables

SINON,MODÈLES

DÉTAILLÉS


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34Modèles globaux : volume de rétention

• Méthode des pluies (permet l’utilisation des coefficients de Montana locaux)

• Méthode des volumes (pour mémoire)


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37Calcul du volume de stockage

• Limites de validité :– Débit fuite constant ;– Transfert instantané (pas de

rétention amont) ;– Indépendance des pluies ;– V < 1000 m3.


38Calcul de débits

• Calculer les débits de pointe à évacuer à l’aval du bassin versant de l’étang Noviat à Romagny :– Bassin versant rural ;– Bassins versants urbains.

• Calculer le volume de rétention à mettre en place pour stocker la totalité du ruissellement centennal issu du bassin versant rural.


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• Modélisation de l’ hydrogramme de crue– Volume ruisselé à l’exutoire– Débit de pointe à l’exutoire



40EXEMPLE : EXEMPLE :

Estimation d’un Estimation d’un hydrogrammehydrogramme par la par la méthode des courbes isochronesméthode des courbes isochrones

Aménagement sur secteur BV2 :Aménagement sur secteur BV2 :FautFaut--il prévoir une rétention ou il prévoir une rétention ou favoriser les écoulements ?favoriser les écoulements ? 0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8 DT9 DT10

BV5BV4BV3BV2BV1


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Préconisations

• Sur les bassins versants amont :Toujours favoriser la limitation des volumes de ruissellement (infiltration) ou/et l’écrêtement des

débits de pointe (rétention)

• Sur les bassins versants aval :Toujours favoriser l’infiltration

mais pas obligatoirement la rétention

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