Recommendation Sur La Revanche CIPC 2013

122 Wasser Energie Luft 105. Jahrgang, 2013, Heft 2, CH-5401 Baden

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ZusammenfassungDie Kommission fr Hochwasserschutz (KOHS) hat eine Methode erarbeitet, nach welcher das fr die Gewhrleistung der Abflusskapazitt erforderliche Freibord in Fliessgewssern bestimmt werden kann. Das erforderliches Freibord setzt sich aus mehreren Teilfreiborden zusammen. Diese bercksichtigen einerseits Unschrfen, die bei der Berechnung einer Wasserspiegellage auftreten, und andererseits hydraulische Prozesse wie die Wellenbildung, den Rckstau an Hindernissen oder den Platz, welcher unter Brcken fr das Abfhren von Treibgut bentigt wird. Es wird auch eine Methode vorgeschlagen, wie das Freibord bei der Wirkungsanalyse im Rahmen von Gefahrenbeurteilungen bercksichtigt werden kann. Der vorliegende Artikel wurde in der vorangehenden Ausgabe von Wasser Energie Luft (WEL 1-2013) in deutscher Sprache verffentlicht.

RsumLa Commission pour la protection contre les crues (CIPC) a labor une mthode pour dterminer la revanche ncessaire pour assurer la capacit hydraulique des cours deau. La revanche requise est compose de plusieurs revanches partielles. Ces dernires intgrent soit les incertitudes lies au calcul hydraulique, soit des processus hydrauliques tels que la formation des vagues, les remous dexhaussement caus par des obstacles ou lespace ncessaires pour assurer le transport de flottants sous les ponts. Larticle propose galement une mthode pour prendre en considration la revanche lors de lanalyse dimpact dans le cadre de lvaluation des dangers.

La revanche dans les projets de protection contre les crues et de lanalyse de dangers Recommendations de la Commission pour la protection contre les crues (CIPC)

CIPC

1. Pourquoi une recommandation relative la revanche?Lors de lestimation de la capacit dcoulement dun cours deau et lors du dimensionnement des ouvrages de protection contre les crues, une revanche est gnralement prise en compte. Celle-ci dsigne la distance entre le niveau de leau et le sommet dune berge ou le bord infrieur dun pont. Il existe diffrentes approches pour la fixation de la revanche ncessaire; par ex. une grandeur fixe (0.5 m, 1.0 m), lnergie cintique v2/2g ou une fraction de celle-ci. Parfois, la revanche ncessaire est aussi fixe par rapport aux objets protger, du type douvrages de protection ou en fonction du temps de retour du dbit de dimensionnement et reoit ainsi la fonction dune grandeur lie lobjectif de protection. En Suisse, aucune mthode unique ne sest impose jusqu prsent dans la pratique hydraulique. De plus, des approches et des critres diffrents sont souvent utiliss lors du dimensionnement des ouvrages de protection contre les crues et lors dune valuation des dangers. Lutilisation de critres diffrents sment la confusion, provoquent des incertitudes pour les responsables des projets et les autorits comptentes quant au choix correct de la

revanche et complique la comparabilit de diffrents projets de protection contre les crues et dvaluations des dangers.

Lexemple suivant montre limpor-tance de la revanche lors de lvaluation de la capacit dcoulement du Rhin alpin Diepoldsau (Figure 1). Le Rhin alpin atteint son niveau de dbordement avec un dbit de 4500 m3/s (revanche = 0 m). La ligne dnergie (vitesse moyenne de la surface mouille totale) atteint la couronne de la digue avec un dbit de 3750 m3/s (revanche denviron 0.5 m) et la capacit dcoulement slve encore 3200 m3/s avec une revanche de 1 m.

Pour ce dbit, une profondeur dcoulement denviron 7.5 m est consta-te dans le lit mineur du cours deau. Selon les calculs, dans le mtre suprieur jusquau sommet de la digue, environ 1300 m3/s ou 40% de la capacit dcoulement avec une revanche de 1 m peuvent tre achemins. Selon le critre utilis pour la revanche ncessaire, on dfinit alors la capacit dcoulement dans cette section du Rhin alpin entre 3200 m3/s (environ HQ100) et 4500 m3/s (environ HQ300).

Avec une recommandation sur le thme de la revanche, la Commission pour la protection contre les crues (CIPC) a

Figure 1. Influence de la revanche sur la capacit dcoulement (gomtrie 1995). Adapt selon [8].

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une approche diffrente par rapport la dtermination de la revanche ncessaire, notamment: fe = une approche probabiliste (Pays- Bas, Haut-Adige, Angleterre) fe = fonction des processus, par un calcul (Autriche, Allemagne) fe = v

2/2g (Autriche, Italie) fe = selon lobjectif de protection vis (Autriche) fe = revanche minimale (Allemagne) fe = 0.17 Fr

1/3 hm, prise en considration dun dveloppement de vagues gnres par le courant avec Fr = le nombre de Froude et hm = la profondeur dcoulement moyenne (Alle- magne).Pour la dtermination de la revanche, on considre les processus suivants: Vent Dferlement des vagues Embcle (en raison de bois flottants) Obstruction (par arrive dune ava- lanche ou de lave torrentielle) Niveau variable du lit du cours deau Glace Courant transversal Tolrance dexcution.Les incertitudes hydrologiques ne sont pas considres dans la dtermination de la revanche ncessaire.

3. Concept de la revanche: principes

3.1 Dfinition de la revancheLa revanche dsigne la distance verticale entre le niveau de leau et le sommet dune berge ou dun ouvrage de construction hydraulique (par ex. barrage, digue), ou le bas dun pont ([1], cit dans [3], cf. Figure 2). Pour les ponts avec une bordure infrieure non horizontale (inclin, vot), la revanche

2.2 Mthodes et leur application en Suisse En Suisse les approches les plus frquemment utilises sont: fe = grandeur fixe fe = v

2/2g fe = fonction du degr de protection vis et du potentiel de dommages.Les valeurs suivantes ont t mentionnes pour les grandeurs fixes: Sous les ponts fe = min. 1.0 m Ruisseaux fe = min. 0.51.0 m Fleuves/Rivires fe = min. 0.81.0 m Torrents fe = min. 1.52.5 mCes valeurs peuvent varier selon les diffrentes institutions.Selon les rsultats de lenqute, les processus suivants sont pris en consi -dration: Bois flottants Variation du niveau du lit du cours deau Surlvation dans les courbes Dbits non stationnaires Formation de vagues.Pratiquement toutes les institutions interroges ont indiqu que la revanche ne doit pas tre utilise pour couvrir les incertitudes lies lhydrologique ou la construction. En rgle gnrale, une revanche est exige dans les projets. Lors de lvaluation des dangers, la pratique est trs diffrente: la rpartition est relativement homogne entre les cantons qui consid-rent une revanche systmatiquement, dans certains cas ou jamais. Elle est toutefoisassez frquemment prise en considration lors de lvaluation de la capacit dcoule-ment au passage de ponts.

2.3 Mthodes et leur application ltranger Les institutions interroges ont chacune

pour objectif de contribuer une prise en considration harmonise de la revanche dans la pratique hydraulique en Suisse. La prsente recommandation a t adopte par la CIPC le 17 janvier 2013. Elle dcrit les pratiques utilises jusqu prsent dans lapplication de la revanche en Suisse et dans les pays voisins (chapitre 2), dfinit les principes pour lutilisation de la revanchelors des projets de protection et des va-luations de danger (chapitre 3) et pro pose une mthode de calcul pour la revanche ncessaire (chapitre 4). Enfin, lapplication de la revanche lors de lanalyse des effets sera galement examine (chapitre 5).

Il existe peu de normes en Suisse pour le dimensionnement des ouvrages de protection ou pour lvaluation des dangers naturels. Il faut comprendre la prsente mthode pour la dtermination de la revanche ncessaire comme recom-mandation de la Commission pour la protection contre les crues de lAssociation suisse pour lamnagement des eaux. Elle sadresse aux ingnieurs hydrauliciens de la pratique et de ladministration. Les approches ont t dveloppes dans le souci dtre les plus transparentes possible, universellement valables, cohrentes en soi et pouvant tre appliques dans la majorit des cas pratiques. Toutefois, il est laiss lutilisateur le soin dadapter et damliorer la mthode compte tenu du contexte et des cours deau tudis.

La dtermination de la revanche estun lment cl de lanalyse des dang-ers de crues ou de la conception et ledimensionnement des mesures de pro-tection. Dautres lments tels que la dfinition des objectifs de protection, ladfinition des vnements de dimension-nement ou la matrise des cas de surcharge doivent tre considrs spar-ment.

2. Pratiques actuelles

2.1 Mthodes dinvestigation Les mthodes appliques actuellement en Suisse et ltranger visant la dtermina-tion de la revanche fe et son application ont t inventories sur la base dune recherche bibliographique, dune enqute auprs des services en amnagement hydraulique et des tablissements denseignement suprieur suisses et trangers au moyen de questionnaires et dentretiens avec des spcialistes du domaine [3]. Les pratiques cantonales en matire dapplication de la revanche pour les valuations des dangers ont t rassembles par lOffice fdral de lenvironnement.

Figure 2. La revanche f dsigne la distance verticale entre le niveau de leau et lesommet dune berge.

Figure 3. Pour les ponts, la revanche se rfre la cote moyenne du bord infrieur.


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Le concept dfini ici ne considre pas les vagues dues au vent (elles sont dune importance secondaire pour les cours deau considrs) et les dfaillances go-techniques des digues.

3.6 Domaine dapplicationLe prsent concept pour la dfinition de la revanche ncessaire est appliqu lors des projets damnagement hydraulique et lors dvaluations des dangers sur des rivires, ruisseaux et torrents. Le profil dcoulement peut tre simple ou compos. Pour des ponts et des votages, une revanche doit en gnral tre respecte. A dfaut, la preuve doit tre fournie quun coulement en charge est possible. Les critres de la revanche valent alors pour le tronon amont.

La mthode a t dveloppe afin de traiter la plupart des cas pratiques. Dans les cas particuliers, par ex. dans le cadre de grands projets ou pour des ouvrages spciaux comme des dversoirs de crues, la prsente mthode peut, respectivement doit tre complte ou tendue.

Les exigences en matire de revanche pour les lacs de barrage et les installations de rtention des cours deau sont dfinies dans lOrdonnance sur la scurit des ouvrages daccumulation [7]. Elles ne seront pas traites ici.

3.7 A quoi la revanche ne doit pas servirLa revanche ne doit pas tre utilise pour couvrir les incertitudes des scnarios hydrologiques (fixation dun dbit ou dun apport en charriage dune certaine priode de retour) ou des incertitudes dans le dimensionnement gotechnique ou statique des ouvrages de protection. Elle ne doit non plus pas servir justifier un plus haut niveau de scurit pour un potentiel de dommages lev (et donc implicitement une capacit

chapitre 4.2. La revanche ne couvre pas les erreurs conscutives lapplication dun modle hydraulique inadapt ou rsultant dune configuration errone du modle.

Les incertitudes doivent tre iden-tifies lors du calcul hydraulique. Elles ne doivent pas tre couvertes par des hypothses conservatrices en relation au gabarit dcoulement, la cote du fond ou aux rugosits dterminantes.

3.5 Processus pris en considration La revanche ncessaire couvre les pro-cessus spcifiques ci-dessous. Cela sig-nifie que la revanche garantit la capa-cit dcoulement dun chenal malgr lapparition de ces processus: Vagues formes par lcoulement, Remous dexhaussement sur des obstacles lcoulement locaux (par ex. sur des arbres ou des coins de mur avancs), Charriage de bois flottant et de glaces flottantes.La revanche sajoute au niveau deau, lequel est calcul en tenant compte des processus suivants: Modifications du lit du cours deau pendant une crue, Modifications du lit du cours deau long terme , Surlvation du niveau deau sur le ct extrieur des courbes, Vitesses dcoulement diffrentes dans le lit principal et dans les glacis dans le cas de sections transversales composes , Accumulations de bois et de glaces flottantes sur des piliers ou des cules de ponts.Dans le cas des laves torrentielles, la revanche sadditionne par analogie la section dcoulement transversale exige par le front de la coule.

se rfre la cote moyenne du bord infrieur (Figure 3).

La revanche ncessaire fe dsigne la revanche devant tre respecte afin de garantir une capacit dcoulement du chenal dtermine par calcul.

3.2 La revanche comme grandeur hydraulique La revanche ncessaire est considre comme une grandeur hydraulique. Dune part elle dcrit les incertitudes dans le calcul de la ligne deau en une section transversale donne, dautre part elle prend galement en compte des processus tels que la formation de vagues et le remous sur des obstacles, ainsi que le transport de matriaux flottants.

3.3 Charge, sollicitation et capacit Dans un tronon de cours deau, lcoul-ement, lapport de matriaux charris, de bois flottants et dautres matires1 peu vent tre considrs comme des grandeurs de charge. Afin de mesurer leffet de la charge sur la section transversale, la cote du niveau deau dtermine par la cote du fond (variable) et la profondeur dcoulement , la vitesse dcoulement ainsi quune mesure t au-dessus du niveau deau seront dfinies. Cette dernire dcrit lespace sollicit par les dbris flottants. La gomtrie du chenal, sa pente, sa rugosit ainsi que la revanche dterminent la capacit du chenal dcouler les grandeurs de charge.

Les grandeurs de charge et de capacit influencent tout deux les niveaux de sollicitation et tout en sinfluenant mutuellement (Figure 4). Ainsi par exem-ple, la cote du niveau deau zw et la vitesse dcoulement v sont autant une fonction de lcoulement quune fonction de la gomtrie et de la rugosit du chenal, ou par ex. la gomtrie de la section transversale dpend dune ventuelle obstruction pardes dbris flottants. Inversement, la for-mation de vagues et ainsi la revanche ncessaire sont dtermines par la vit esse dcoulement v et la profondeur dcoul-ement h.

3.4 Incertitudes prises en considrationLors du calcul du niveau deau, la revanche ncessaire couvre les incertitudes gnrs par celles relatives au pronostic de la cote du fond en priode de crue et par celles du calcul hydraulique. Les incertitudes dans le calcul du niveau deau peuvent tre dtermines daprs les mthodes prsentes au

Figure 4. Dlimitation de systme entre charge, sollicitation et capacit dun tronon de cours deau. La revanche f est un lment de la capacit.

1 Par ex. ballots de foin, marchandise encombrante, glaces flottantes, etc.


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hecrue, il faut sattendre des atterrissements (par ex. sur des tronons avec rupture de pente ou lors dun apport latral de matriaux charris), ou encore lorsque le risque existe de variations long terme de la cote de fond. Elles sont dautant plus grandes que la modification attendue du chenal est leve.

Jusqu prsent, il nexiste que peu de valeurs empiriques pour la dtermination de wz. Des valeurs comprises entre 0.1 m (grand cours deau de plaine) et 1.0 m (torrent de montagne) sont plausibles2. Si la cote de fond est dtermine par des simulations numriques, la justification peut tre donne par une analyse de sensibilit, par ex. par une variation des grandeurs de grain dterminantes ou par lapplication de lois de transport diffrentes. Si un chenal est qualifi de stable, les incertitudes de la cote de fond peuvent tre ngliges (wz = 0).

4.2.3 Erreur dans la ligne deau, provoque par des incertitudes dans le calcul de lcoulementLes incertitudes dans le calcul hydraulique peuvent tre provoques par des incer-titudes dans la gomtrie du profil en travers ou par des erreurs dans lestimation de la rugosit du chenal. Un ordre de grandeur de cette erreur a t dtermin par une analyse de sensibilit pour des calculs dcoulement de diffrents cours deau en Suisse [3]. Pour ce faire, on a suppos que chaque variable dentre pour le calcul dcoulement comporte une erreur moyenne. Linfluence des diffrentes erreurs sur le rsultat du calcul a t dtermine partir de la formule de lcoulement de Strickler et en combinant les rsultats respectifs laide de la loi de propagation des erreurs selon Gauss.

Le calcul derreur a t ralis pour 18 cours deau et un total de 52 dbits diffrents. Les valeurs du Tableau 1 ont t estimes comme erreur sur les variables

additionnes gomtriquement. De cette faon, on considre que les incertitudes ou les processus ne se manifestent pas toujours de manire cumule.

4.2 Revanche ncessaire en raison des incertitudes dans lestimation de la ligne deau

4.2.1 IntroductionChaque calcul de la ligne deau comporte des incertitudes. Celles-ci sont lies: lestimation de la cote de fond dterminante au calcul hydraulique en fonction de la cote de fond dterminante (Figure 5).En raison des incertitudes dans lestimation de ligne deau, la revanche comprend une erreur moyenne w dans le calcul de la ligne deau. Celle-ci se compose de lerreur moyenne provoque par les incertitudes de lestimation de la cote de fond dterminante wz et de lerreur moyenne du calcul de lcoulement wh.

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4.2.2 Erreur dans la ligne deau, provoque par des incertitudes dans lestimation de la cote de fond dterminanteEn principe, des modifications possibles du lit pendant une crue doivent tre pronostiques et prises en considration lors du calcul hydraulique. Ainsi, le para -mtre wz ne sert pas considrer dvent-uels atterrissements dans la revanche, mais couvrir les incertitudes dans le pronostic de la cote de fond. Ces incertitudes doivent tre justifies au cas par cas.

Les incertitudes dans le pronostic de la cote de fond dterminante sont surtout importantes l o, lors dun vnement de

dcoulement plus leve). De tels critres devraient tre pris en compte par le choix du scnario de dimensionnement.

4. Calcul de la revanche ncessaire

4.1 StructureLa revanche ncessaire fe est compose de diffrentes revanches partielles. Chaque revanche partielle prend en considration une des sollicitations dfinies au point 3.3:

(1)avec fe = revanche ncessairefmin = revanche ncessaire minimalefmax = revanche ncessaire maximalefw = revanche ncessaire en raison din- certitudes dans lestimation de la ligne deaufv = revanche ncessaire en raison de la formation de vagues et des remous dexhaussement sur des obstaclesft = revanche ncessaire en raison dune section dcoulement supplmentaire ncessaire pour le passage de dbris flottants sous les pontsSelon la situation, les diffrents lments prennent plus ou moins dimportance. Selon les circonstances, les incertitudes sur le niveau deau en raison de lestimation de la cote du fond (petits cours deau sans modifications du chenal), la formation de vague (cours deau scoulant lentement) ou la section dcoulement ncessaire supplmentaire (chenal ciel ouvert) peuvent ne jouer aucun rle. Dans ces cas, les termes correspondants peuvent tre remplacs par zro.

Pour la dfinition de la revanche ncessaire, les revanches partielles sont

Figure 5. Erreur moyenne w dans lestimation de la ligne deau. La profondeur dcoulement h est calcule daprs une cote de fond z estime et dtrminante. Les estimations de la cote de fond et de la profondeur dcoulement comportent des erreurs.

Tableau 1. Erreur moyenne estime sur les variables dentre dun calcul hydraulique.

2 La valeur wz dcrit lerreur moyenne dans la ligne deau sur la base des incertitudes dans la cote du lit. fin de simplification, la valeur peut tre gale aux incertitudes de la cote du lit, avec wz = z.


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he de la profondeur dcoulement locale, de la dclivit longitudinale et de la rugosit du fond, et peut tre drive des formules hydrauliques habituelles. Les rgles sui-vantes doivent tre appliques: Pour des lits section simple tra- pzodale ou rectangulaire, on assimile la vitesse dcoulement locale la vitesse moyenne. Pour un profil compos (profil avec lit majeur, glacis), la vitesse dcoulement en fonction de la profondeur dcoulement moyenne sur le glacis est dterminante. La largeur du glacis doit au minimum correspondre 5 la profondeur dcoulement. Pour les ponts, on considre la vitesse dcoulement moyenne des sections transversales partielles respec- tives (lit mineur ou glacis) comme vitesse locale. Sur le ct extrieur dune forte courbure, la vitesse locale est jusqu environ 30% plus leve que la vitesse dcoulement moyenne dans la section transversale. Avec une vgtation dense proximi- t de la rive, la vitesse dcoulement locale peut tre fixe zro si les conditions suivantes sont remplies: La bande de vgtation est suf- fisamment large. La bande de vgtation est considre comme non-permable dans le calcul de lcoulement. La conservation de la bande de vgtation est assure dans le concept dentretien.

4.4 Revanche en raison dune section dcoulement supplmentaire ncessaire pour le passage sous les pontsLors de passage sous les ponts, les dbris flottants exigent de lespace sup plmentaire au-dessus du niveau deau afin dtre vacus sans encombres. En principe, lespace ncessaire dpend de la quantit et des dimensions des dbris (troncs, souches, blocs de glace, ballots de foin, etc. transports individuellement ou groups en tapis), et de la constitution du revtement infrieur du pont.

Un systme de classe est propos afin de dterminer la revanche partielle ft pour les bois flottants. ft est une dimension fixe comprise entre 0.3 m et 1.0 m. La valeur de ft sera dfinie en fonction de la constitution du pont et en fonction du type et de la quantit de bois flottants attendus (Tableau 2). On considre un pont avec un revtement rugueux par ex. un pont avec

4.3 Revanche en raison de la formation de vagues et des remous dexhaussement sur des obstaclesLcoulement est par endroit perturb par des obstacles dans le gabarit dcoulement (par ex. piliers ou cules de pont, coins de mur avancs). Le niveau deau slve dans les remous dexhaussement au maximum jusqu la hauteur de la ligne de charge, se trouvant ainsi tout au plus une hauteur v2/2g plus leve que le niveau deau moyen dans la section transversale.

Avec des coulements proches de lcoulement critique, des vagues apparaissent la surface de leau. Les plus hautes se forment aux emplacements o la vitesse dcoulement est la plus leve (au milieu du profil transversal dune section de cours deau rectiligne). Une crte de vague se trouve tout au plus une hauteur v2/2g plus leve que le niveau deau moyen dans la section transversale.

Cest pourquoi, la revanche due la formation des vagues et des remous dexhaussement sur des obstacles est dtermine par

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avec v dsignant la vitesse dcoulement locale. En principe, elle est une fonction

dentre. Les rsultats sont prsents la Figure 6. On constate que lerreur moyenne sur la profondeur dcoulement calcule aug-mente linairement avec celle-ci. Les r-sultats peuvent tre approchs avec une quation linaire:

wz = 0.06 + 0.06 h (3)

Plus la profondeur dcoulement est grande, plus lerreur dans le calcul hyd raulique est galement leve. Cest lerreur sur la rugosit qui se rpercute le plus sur lerreur sur la profondeur dcoulement, car selon la loi de lcoul ement de Strickler, le coefficient de rugo sit agit linairement sur le calcul de lcoulement. Avec des profils en travers composs, une profondeur dcoulement moyenne pondre entre les coulements partiels du chenal principal et du lit majeur doit tre utilise dans lquation 3.

Dans les situations spcifiques, lerreur sur le calcul hydraulique doit tre dtermine individuellement, par ex. lors dune gomtrie trs variable du chenal oulors de grandes rugosits ou enfin lorsque, pour de grands projets, des calculs hydrau-liques complets sont raliss de toutes faons, permettant de prciser les erreurs dans le calcul hydraulique laide dune analyse de sensibilit. De mme lobservation dvnements de crue antrieurs peut tre intgre dans lestimation de lerreur.

Figure 6. Erreur moyenne wh sur la profondeur dcoulement calcule, en fonction de la profondeur dcoulement h des cours deau tests.

Tableau 2. Revanche partielle ft pour bois flottants en relation avec la constitution du pont, le type et la quantit de bois flottants.


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heles crues ou dans le cadre dune valuation des dangers. Dans ces cas, lanalyse depoints faibles rpond aux questions sui-vantes: Pour un coulement donn, o est-ce que leau peut sortir du chenal? Quel est la cause pour laquelle leau schappe (submersion, rupture de digue, embcle)? Quelle est la quantit deau qui schappe?

Selon la mthode du chapitre 4, la revanche ncessaire fe est dtermine pour un dbit Q, un apport de matriaux charris G, de bois H et dautres matires flottantes. Cela nimporte pas si le dbit en question Q est dfini comme un dbit de dimensionnement QDim, un dbit en cas de surcharge ou comme un dbit dun scnario de crue donn HQx ou EHQ.

Si pour un dbit Q donn et son niveau deau calcul zw, la revanche f est plus grande que la revanche ncessaire fe, alors la capacit dcoulement du tronon considr est suffisante pour couler sans dommages le dbit Q. Le tronon considr ne prsente pas de points faibles quant sa capacit dcoulement (Figure 7). Dautres mcanismes de dfaillance (par ex. embcle sur des piliers de ponts, rosion latrale, dfaillance gotechnique dun barrage, affouillement, etc.) restent rservs.

Si pour un dbit Q donn et son niveau deau calcul zw, la revanche f est plus petite que la revanche ncessaire fe, alors la capacit dcoulement du tronon considr ne suffit pas pour couler sans dommages le dbit Q. Dans la terminologie de lvaluation des dangers, le tronon considr prsente un point faible et un effet peut se produire en-dehors du lit du cours deau. Il faut alors examiner si de leau peut sortir du chenal.

Jusqu prsent, cette valuation nest pas homogne dans lestimation des dangers en Suisse. Dans certains cantons, une inondation est identifie lorsque la revanche ncessaire nest plus disponible; dans dautres, lorsque la revanche nexiste plus. Une approche uniforme est propose aux chapitres suivants.

5.2 Effet pour des lits de cours deau avec berge rsistante la submersionDans un chenal dlimit par le terrain ou par un ouvrage de protection submersible (digues ou murs rsistants la submersion), un scnario de dbordement en fonction du niveau deau est dfini lors du dpassement de la capacit dcoulement.

Un niveau deau zw' est considr

une pondration plus leve est attribue lerreur moyenne sur la profondeur dcoulement calcule pour de petits cours deau vitesse dcoulement modre. Avec la limite suprieure fmax, on vite que la revanche ncessaire pour une vitesse dcoulement leve ne soit trop grande. Pour les cours deau avec charriage, une limite suprieure fmax = 1.5 m est propose. Dans les torrents o un risque de lave torrentielle existe, une revanche maximale plus leve peut tout fait tre exige.

La revanche ncessaire est calcule par section transversale et uniformise par tronons de cours deau.

5. Effet dun dpassement de la capacit dcoulement

5.1 Revanche et analyse de points faiblesLa revanche est considre dans lanalysede points faibles dans le cadre de la plani-fication des mesures de protection contre

charpente, piliers saillants ou des conduites suspendues.

Dans un cours deau avec dautres types de dbris flottants que du bois (bal-lots de foin, glace), ft doit tre dtermine par analogie.

4.5 Choix de la revanche partielleAvec le choix des revanches partielles fw, fv et ft dans lquation (1), le calcul de la revanche ncessaire peut tre adapt la situation spcifique dun tronon de cours deau. Selon la situation, lune ou lautre revanche partielle peut tre considre comme nulle. Lors de la dtermination de la revanche ncessaire, les critres du Tableau 3 doivent tre appliqus.

4.6 Revanche ncessaire minimale et maximaleLa revanche ncessaire dtermine par calcul est arrondie au dcimtre et dlimite par des limites infrieures et suprieures.

Avec la limite infrieure fmin = 0.3 m,

Tableau 3. Critres dapplication des revanches partielles.

Figure 7. Prise en considration de la revanche lors dune analyse de points faibles.


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brche, le moment de rupture de la digue ou le dpt de matriaux charris lors du dversement peuvent avoir une plus grande influence que le choix dun niveau deau significatif.

Dans le cadre de lanalyse des effets, la vitesse dcoulement sera utilise pour justifier le cas chant un scnario de rupture de digue, mais pas pour dterminer les quantits deau sortantes.

5.4 Effet pour des ponts ou des votagesDans le cas o la capacit hydraulique de la section transversale dun pont ou dun votage est insuffisante, un scnario dembcle sera dfini, cest--dire que lon va dfinir quelle est la proportion de la sur-face A diminuant le profil transversal dupont ou du passage (Figure 11). Dans ce cas, les dimensions et la forme du profil transversal, la constitution de la face infrieure et du lit (affouillement possible ou pas) et la quantit de bois charris jouent un rle. Pour des profils avec une surface plus petite que 30 m2, les propositions suivantes ont t faites dans le cadre des scnarios dembcle du projet Protect [6]: Diminution de 100% de la section

drives de simulations hydrauliques deux dimensions. La probabilit dinon-dation est alors certainement plus proche de la probabilit du scnario de base3. La mthode a cependant le dsavantage quaucune inondation nest identifie dans les cas o la revanche existante est insuffisante (f < fe) et que par consquent la capacit hydraulique est considre comme non garantie. Le danger dinon-dation doit alors tre signal sous uneautre forme sur la carte dinondation, dintensit ou de danger (Figure 9).

5.3 Effet pour des lits de cours deau avec endiguement ne rsistant pas la submersion Dans le cas o un chenal est dlimit par une berge ne rsistant pas au dversement (digue ou mur), un scnario de dfaillance de la digue ou du mur est dfini lors du dpassement de la capacit dcoulement. Afin de pouvoir dterminer la quantit de sortie deau, un niveau deau possible zw' ou le niveau le plus probable zw peuvent nouveau tre considrs comme dterminants (Figure 10). Il faut nanmoins garder lesprit que dans la plupart des cas, dautres facteurs tels que la grandeur de la

comme niveau deau dterminant. Ce niveau deau pourrait tre atteint compte tenu des incertitudes dfinies au point 4.2. zw' est gal :

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Dans lquation, zw dsigne le niveau deau qui a t dtermin par un calcul hydraulique et en tenant compte des processus spcifis au point 3.5. Cest le niveau deau le plus probable. zw' correspond au niveau deau plus lev tenant compte de lerreur moyenne. Avec cette approche, une surface dinondation est toujours identifie lorsque la capacit dcoulement est considre comme insuffisante (Figure 8). Ainsi, les mmes critres sont appliqus lors dune valuation des dangers et lors du dimensionnement dun ouvrage de protection.

Il est galement possible den-visager le niveau deau zw pour lvaluation de linondation. Jusqu prsent, cette approche a souvent t applique pour la cartographie des dangers lorsque les surfaces dinondation ont t directement

Figure 10. Dpassement de la capacit dcoulement dans un tronon avec endiguement ne rsistant pas au dversement etscnario dinondation.

Figure 9. Dpassement de la capacit dcoulement dans un tronon avec berge rsistant la submersion sans scnariodinondation.

Figure 8. Dpassement de la capacit dcoulement dans un tronon avec berge rsistant la submersion et scnario dinondation avec un niveau deau envisageable.

3 Des dviations sont possibles, si la probabilit du scnario de base se rfre seulement la pointe de dbit et non au volume dcoulement.


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fmax [m] Limite suprieure pour la re-

vanche ncessaire

fmin [m] Limite infrieure pour la re-

vanche ncessaire

ft [m] Revanche partielle en raison

dune section dcoulement

supplmentaire ncessaire

pour le passage de dbris

flottants

fv [m] Revanche partielle en raison

de la formation de vague et

des remous dexhaussement

sur des obstacles

g [m/s2] Acclration due la pesan-

teur

G [m3/vn.] Apport en charriage

H [m3/vn.] Apport en bois

h [m] Profondeur dcoulement

HQx [m3/s] Dbit de crue avec priode de

retour x

J [-] Pente

k [m1/3/s] Coefficient de rugosit

Q [m3/s] Dbit

v [m/s] Vitesse de lcoulement

z [m ASL] Cote du fond

zw [m ASL] Niveau deau

zw' [m ASL] Niveau deau compte tenu

des incertitudes dans le calcul

Sources

[1] Bezzola G.R., Hegg C. (Hrsg.) 2008: Ereigni-

sanalyse Hochwasser 2005, Teil 1 Prozesse,

Schden und erste Einordnung. Bundesamt fr

Umwelt BAFU, Eidgenssische Forschungs-

anstalt WSL. Umwelt-Wissen Nr. 0707. 215 S.

[2] Bundesamt fr Wasserwirtschaft (1982):

Hochwasserschutz an Fliessgewssern. Weg-

leitung.

[3] KOHS (2012): Literaturrecherche Freibord.

HSR Hochschule fr Technik Rapperswil Insti-

tut fr Bau und Umwelt.

[4] KOHS Arbeitsgruppe Freibord (2010):

Fehlerschtzung am berechneten Wasser-

spiegel. Internes Arbeitspapier. 24.09.2010,

unverffentlicht.

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wasserschutz. Bundesamt fr Wasser und Geo-

logie (Hrsg.). Bern: Haupt, 2003.

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Schutzmassnahmen. Nationale Plattform fr

Naturgefahren PLANAT, Bern. 289 S.

[7] Sicherheit der Stauanlagen. Richtlinien des

BWG, 2002.

[8] Zarn B. (2003): Szenarienbildung bei der

Erstellung von berflutungs- und Gefahrenkar-

ten ein Diskussionsbeitrag. Wasser Energie

Luft, 95. Jahrgang, 5/6.

Symboles

w [m] Incertitudes dans le niveau deau calcul

wh [m] Incertitudes dans la profondeur dcoulement calcule

wz [m] Incertitudes dans le niveau deau calcul en raison des

incertitudes dans lestimation

de la cote de fond

z [m] Incertitudes dans lestimation de la cote de fond

A [m2] Rduction du profil transversal en raison dembcle sur

les ponts et passages par des

bois flottants

A [m2] Section transversale

EHQ [m3/s] Crue extrme

f [m] Revanche

fe [m] Revanche ncessaire

fw [m] Revanche partielle en raison

des incertitudes dans lesti-

mation de la ligne deau

dcoulement (embcle total), lorsque La plus petite dimension de la section est < 1 m ou Le lit du cours deau ne peut sadapter par affouillement ou La quantit de bois flottants est trop leve. Diminution de 50% de la section dcoulement (embcle partiel), lorsque La quantit de bois flottants est faible et le lit du cours deau peut sadapter par affouillement.Dans le cas o le passage dun pont est forc par un coulement en charge, le critre de la revanche ne vaut pas pour la section transversale du pont en soi, mais pour le secteur amont o le remous se cre. Le comportement dun pont en charge lors de larrive de dbris flottants doit faire lobjet dun examen spcifique.

6. ConclusionLe prsent document contient la description dune mthode par laquelle la capacit dcoulement dun cours d'eau peut tre value compte tenu dune revanche. La revanche ncessaire est interprte comme une grandeur hydraulique et prend en considration des processus comme la formation des vagues, des remous dexhaussement suite des obstacles dcoulement, le transport de bois flottants, ainsi que les incertitudes dans le calcul du niveau deau. Dautres incertitudes telles que celles relatives la dtermination des dbits doivent tre examines indpendamment.

Il faut toutefois considrer quune section transversale dun cours deau peut aussi prsenter un point faible mme lorsque la revanche ncessaire est garantie pour un certain dbit donn.

La Commission pour la protection contre les crues de lAssociation suissepour lamnagement des eaux recommande de dterminer la revanche selon la mthode dcrite dans le prsent document. Elle recommande dappliquer la mthode tous les projets de construction hydrau-liques futurs ainsi que lors de llabo-ration de nouvelles cartes de danger ou la rvision des cartes existantes.

Figure 11. Dpassement de la capacit dcoulement du profil transversal dun pont et scnario dembcle.

Adresse des auteursCommission pour la protection contre les crues (CIPC) de lAssociation suisse pour lamnagement des eaux (ASAE).Membres du groupe de travail: Lukas Hunzinger, Martin Jggi, Jean-Pierre Jordan, Jrg Speerli, Heinz Weiss, Benno Zarn.

RemerciementsLa CICP remercie lOffice fdrale de lenvironnement pour le soutien financire et lAmt fr Abfall, Wasser, Energie und Luft du canton de Zurich pour le soutien logistique pour lelabo-ration de la recommendation.


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deux derniers kilomtres de son parcours, la rivire scoule sur son cne alluvial. Sur ce tronon, le ruisseau a t corset dans un canal rigide aprs les inondations dvastatrices de 1911 (cf. Figure 2). Sur ce secteur, la pente est de 2.2%, la largeur du lit fait 15 m et les berges ont une inclinaison de 1:1. La rugosit du lit et du mur peut tre caractrise par une valeur k de Strickler de 45 m1/3/s.

Dans la partie suprieure, le canal se trouve dans une tranche. Le canal

Le ruisseau a t dimensionn sur la base dun calcul hydraulique une dimension avec courbe de remous (indice de rugosit k = 25 m1/3/s). Le dbit de dimensionnnement est de 13 m3/s. Il en rsulte une profondeur deau de 1.1 m et une vitesse dcoulement de 2.5 m/s. Sur la section considre, lapport en matriaux charris est faible car la plupart des apports en matriaux du bassin-versant restent bloqus lentre du village. De plus, du matriel graveleux (matriaux adjacents et matriaux introduits pour des considrations cologiques) est trans-port en cas de crue, si bien que la cote du fond est soumise des variations en cas de crue. Cest pourquoi, les incertitudes la cote du fond sont estims wz = 0.2 m. Lapport en bois est plutt faible en raison des embcles dans la partie troite en amont du village et aussi cause de la prsence douvrages de stabilisation. Les arbres sont charris de manire isole.

Les revanches ncessaires rsul-tantes sont prsentes dans le Tableau 1.

3. Schchen, commune dAltdorf, canton dUriLa rivire Schchen draine louest du col du Klausen situ dans le Schchental et se jette dans la Reuss Attinghausen. Le bassin-versant mesure 109 km2. Sur les

1. IntroductionLa mthode pour dterminer la revanche ncessaire prsente dans l'article prc-dent est applique sur trois exemples. Les exemples reprsentent des cours d'eau de grandeur diffrente dont la revanche ncessaire est dtermine par des pro-cessus distincts.

2. Sagentobelbach, commune de Dbendorf, canton de ZurichLe Sagentobelbach prend sa source au nord de la colline de Zurich (Zrichberg) sur un terrain raide et bois. Son bassin-versant mesure 3.2 km2. Le ruisseau est pour une part fortement endigu et par endroits principalement stabilis par des falaises molassiques. A partir du quartier de Stettbach, le cours du ruisseau saplatit; le ruisseau est surtout troit et fortement endigu lentre du village, ce qui priodiquement amne des embcles. A la sortie du village, le ruisseau a t dvi et ramnag sur environ 300 m lors de llargissement de la gare de Stettbach.

Le nouveau tronon a t creusdans une moraine compacte granu-lomtrie fine avec des lentilles de gravier et dboulis. Sur le tronon considr, la pente longitudinale du ruisseau varie entre 1.5% et 2.0%. Le lit pour les eaux moyennes a un diamtre compris entre 0.5 m et 1 m. Le lit majeur se situe entre 50 et 80 cm au-dessus du lit moyen et salterne sur les rives gauches et droites. La largeur de la berge suprieure mesure au minimum 15 m. La pente des talus varie entre 1:3 et 1:2. En profil, les berges atteignent bien 4 m de haut. A certains endroits, des petites digues slvent jusqu 60 cm au-dessus du terrain. Celles-ci ont une inclinaison de 1:5 du ct terre et sont recouvertes dherbe, mais ne sont par calcul pas conues pour tre sujettes la submersion. Dans la partie amont, le ruisseau est travers par un pont dont la largeur est de 7 m entre les cules et la hauteur de 2 m au-dessus du lit moyen.

La revanche dans les projets de protection contre les crues et de lanalyse de dangers Examples des cas

CIPC

Figure. 1. Le Sagentobelbach sur le tron-on plat (1.5%2.0%). Photographie prise en novembre 2012 (aprs la grosse crue du 3 juillet 2012) (Photo: Basler&Hofmann AG).

Tableau 1. Revanches ncessaires pour le ruisseau du Sagentobelbach pour un dbit de 13 m3/s.


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hede la section transversale du pont par des matriaux charris et du bois.

Fondamentalement, on distingue deux cas de dimensionnement diffrents, savoir le cas dun coulement deau claire avec une vitesse leve sur un lit lisse, ainsi que le cas dun coulement sur un atterrissement rgressif.

Les revanches ncessaires pour le cas sans dpt de matriaux charris dans le canal sont prsentes dans le Tableau 2. Elles sont dtermines daprs les revanches ncessaires minimales et maximales dcrites au chapitre 4.6 de l'article prcedant. La distance intrieure sous le pont et la hauteur des berges slvent 3 m. La somme de la hauteur deau avec la revanche vaut 2.8 m. Le dimensionnement serait alors suffisant dans ce cas.

Les revanches ncessaires pour le cas avec dpt de matriaux charris dans le canal sont prsentes dans le Tableau 3. Dans ce cas-l, les berges doivent tre dau moins 4 m (correspondant la somme des dpts, de la hauteur deau et la revanche ncessaire). Cette condition est respecte par le rehaussement rcent des murs de rive.

Sous le pont, un dgagement de 4.16 m devrait tre disponible. La hauteur de 4 m prvue initialement lors de la construction des NLFA naurait donc pas suffi. Le nouveau pont a t ralis comme pont en charge avec un carnage de 3 m. Plus tard, le dimensionnement calcul se rvla correct dans les modles dessais hydrauliques.

4. Rhin alpin, tronon du Rhin internationalEn amont du lac de Constance, le Rhin alpin marque la frontire entre Saint-Gall (CH) et le Vorarlberg (A) et draine un grand bassin versant de 6119 km2. Le long de ce tronon, plusieurs ponts traversent le fleuve. Celui-ci scoule entre des hautes digues non-rsistant la submersion en forme de double trapze. Les glacis sont spars du lit mineur par des digues submersibles. Le lit mineur a une largeur denviron 60 m. La distance entre les digues principales est denviron 255 m. Le Rhin alpin a une pente de 0.11%. Lindice de rugosit du lit est estim 37 m1/3/s, celui des berges et du glacis est valu 32.5 m1/3/s. Ce tronon est considr comme un secteur daggradation. Mais, les variations du lit sont faibles durant les crues car les bassins versants des torrents sont loigns et les matriaux charris stocks dans le lit en amont. Par contre les apports de bois sont levs en cas de crue.

amont de son embouchure, et provoqua de nombreux dgts. La Reuss ne par-vint plus matriser laccumulation des matriaux charris, conduisant un atterrissement du lit lembouchure. La combinaison de ces deux vnements provoqua un atterrissement rgressif dans le canal du Schchen, puis le remplissage

coule ensuite sur le cne alluvial, cest--dire que leau sortante ne retourne pas dans le chenal.

Les situations mtorologiques de barrages de louest conduisent toujours des crues importants. Le 1er aot 1977 et le 23 aot 2005, le Schchen dborda en amont du pont CFF et aussi-juste en

Figure 2. Ruisseau de Schchen au niveau de la commune dAltdorf (Photo: Flussabau AG SAH).

Figure 3. Rhin alpin Au/Lustenau (la photo ne correspond pas lhydraulique demplacement) (Photo: Hunziker, Zarn & Partner AG).

Tableau 2. Revanche ncessaire pour le ruisseau de Schchen. Calcul effectu pour un dbit de 120 m3/s, avec un coulement sur un lit lisse, sans aterrissement.

Tableau 3. Revanche ncessaire pour le ruisseau de Schchen. Calcul effectu pour un dbit de 120 m3/s, avec aterrissement rgressif.


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he pour le lit majeur que pour le canal principal.En raison des vitesses dcou-

lement diffrentes dans les sections partielles, la formation des vagues et les remous dexhaussement sur des obstac-les diffrent selon la section considre. La revanche partielle fv du lit majeur nest donc pas quivalente celle du lit mineur. Avec lquation (4), on obtient fv = 0.69 m pour le lit mineur, fv = 0.27 m pour le glacis gauche et fv = 0.20 m pour la glacis droite. Comme les bois flottants peuvent tre charris dans toutes les sections transversales partielles, la revanche partielle ft est fixe partout 1 m.

La revanche ncessaire est dter-mine individuellement pour chaque sec-tion transversale partielle. Les rsultats sont synthtiss dans le Tableau 4. Pour les berges hauteur de terrain, une revanche ncessaire fe de 0.4 m est dfinie. Celle-ci est une valeur thorique car le Rhin alpin ne scoule pas sans digues. Dans cette situation hypothtique, la revanche nc essaire serait identique pour les trois sections transversales partielles, car elle serait uniquement dpendante de lerreur du niveau deau. Le long des digues, la revanche ncessaire est de 0.50 m pour les deux rives du lit majeur. Elle serait de 0.80 m dans le lit mineur si celui-ci tait canalis par des digues. Cette diffrence est cause par une vitesse dcoulement plus leve dans le lit mineur. Au niveau dun pont, la revanche ncessaire fe est de 1.10 m pour les deux lits majeurs et de 1.30 m dans le canal principal.

Adresse des Auteurs:

Commission pour la protection contre les crues

(CIPC)

(6)

Avec lquation (3), la valeur ob -tenue pour wh est 0.43 m. Lerreur sur le niveau deau wz lie aux incertitudes de la cote du fond est estime 0.05 m. Dans le lit mineur, cette incertitude est due aux dpts potentiels de matriaux charris, et dans le lit majeur, elle est due aux dpts des matires en suspension.

Si les erreurs taient estimes dif-f remment pour les lits partiels, une moyenne pondre pourrait tre dter-mine avec le mme procd que celui utilis pour le calcul derreurs des hauteurs deau. En utilisant lquation (2), on obtient enfin une valeur fw de 0.43 m aussi bien

La revanche partielle fw consid-rant les incertitudes lors de dtermination du niveau deau, est calcule sur la totalit de la section transversale. Une erreur dans lestimation de lindice de rugosit du lit majeur se rpercute sur le niveau deau dans le chenal moyen et vice-versa.

Pour un dbit de 3100 m3/s (HQ100), environ 2080 m3/s scoulent dans le chenal principal (lm) avec une hauteur deau moyenne de 7.36 m et une vitesse dcoulement moyenne de 3.67 m/s. Les valeurs correspondantes pour le glacis gauche (gg) sont de 715 m3/s, 3.73 m et 2.31 m/s; et pour le glacis droite (gd) 305 m3/s, 2.92 m et 1.96 m/s. Les valeurs ont t dtermines en coulement normal sur un profil transversal idalis au kilomtre 79.4. Lerreur induite par le calcul du dbit wh peut tre value en pond-rant les dbits partiels avec les hauteurs deau moyenne. Celle-ci peut tre calcule par:

Tableau 4. Revanche ncessaire pour le Rhin alpin avec un dbit de 3100 m3/s.

Documents

Recommendation Sur La Revanche CIPC 2013