Étude hydrologique, hydraulique et géomorphologique...CANO VALENCIA Alejandro 111 066 452 [email protected] DESAULNIERS Francis 111 042 549 [email protected]

AMÉNAGEMENT DES COURS D’EAU ET CONSERVATION DES SOLS

GAE-3005

Rapport 2

Étude hydrologique, hydraulique et géomorphologique

Équipe #2

ANDERSON Lélia 907 314 289 [email protected] BLAIS François 111 007 035 [email protected] CANO VALENCIA Alejandro 111 066 452 [email protected] DESAULNIERS Francis 111 042 549 [email protected] PRUNEAU-RODRIGUE Mireille 910 059 660 [email protected]

Travail présenté à

LAGACÉ Robert Professeur

3 décembre 2014

mailto:[email protected]





Rapport 2 Étude hydrologique, hydraulique et géomorphologique

Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 ii

Table des matières

RAPPORT ..................................................................................................................................... 1

1. Introduction ............................................................................................................................ 1

2. Étude hydrologique ................................................................................................................ 2 2.1 Débit plein bord du tronçon 2 2 2.2 Débit pour les récurrences 4

3. Étude hydraulique .................................................................................................................. 9 3.1 Caractéristiques géométriques 9 3.2 Énergie et régime d’écoulement 10 3.3 Écoulement uniforme 11

4. Étude géomorphologique ..................................................................................................... 16 4.1 Débit plein bord 16 4.2 Puissance du cours d’eau 19 4.3 Classification géomorphologique des tronçons 19

5. Conclusion ............................................................................................................................ 21

6. Signatures des membres ...................................................................................................... 22

ANNEXES ....................................................................................................................................... A

A. Tableaux ................................................................................................................................. a

B. Description des groupes hydrologiques (usda-nrcs,2009) ..................................................... b

C. Références bilbiographiques .................................................................................................. d


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 iii

Liste de figures

Figure 1.Localisation du bassin versant de la rivière Saint-Charles à Québec (Leclerc et Côté 2007).3 Figure 2. Localisation du sous-bassin de la rivière du Berger au sein du bassin versant de la rivière Saint-Charles (Leclerc et Côté 2007). .................................................................................................. 4 Figure 3. Prédiction de la lame d’eau ruisselée selon le CN (curve number) et la hauteur de pluie (Monfet, 1979) .................................................................................................................................... 5 Figure 4. Géométrie transversal du PT0 (vue en aval) ........................................................................ 9 Figure 5. Géométrie transversal du PT1 (vue en aval) ........................................................................ 9 Figure 6. Géométrie transversal du T2 (vue en aval) ........................................................................ 10 Figure 7. Surfaces d’eau pour différentes récurrences du tronçon 2 ............................................... 14 Figure 8. Vitesse d’écoulement du lit pour différents R, profil longitudinal du T2 ........................... 15 Figure 9. Ligne délimitant la section plein bord (en rouge) pour les trois sections relevées. .......... 18 Figure 10. Classification dérivée de la classification de Rosgen selon Lagacé (2014). ...................... 20

Liste des tables

Tableau 1. Hauteur de pluie par période de retour (mm) avec intervalle de confiance 95% (entre crochets) (CRAAQ, 2014) ..................................................................................................................... 6 Tableau 2. Paramètres utilisés pour l'application des formules ......................................................... 7 Tableau 3. Précipitations (mm) et hauteurs de ruissellement (mm) pour différentes récurrences. .. 7 Tableau 4. Débits de récurrence calculés. .......................................................................................... 8 Tableau 5.Débit de récurrence de 2 ans, 20 ans. et 100 ans retenus pour la détermination des cotes de crues de la rivière du Berger (adapté de Boucher et Francoeur 2014). ............................... 8 Tableau 6. Régime d’écoulement uniforme des sous-tronçons ....................................................... 11 Tableau 7. Résumé des paramètres hydrauliques du T2 .................................................................. 13 Tableau 8. Aires, périmètres, et rayons hydrauliques calculés à l’aide des relevés du T2 ............... 17 Tableau 9. Puissance calculé à la hauteur de ST0, ST1 et ST2. ......................................................... 19 Tableau 10. Paramètre utilisés pour la classification de Rosgen. ..................................................... 20 Tableau 11. Détermination du CN selon différentes utilisations du sol (adapté du USDA-NRCS,2004) .......................................................................................................................................... a


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 iv

Liste des sigles, symboles et acronymes

A Aire CHEQ Centre d'expertise hydrique du Québec D Profondeur hydraulique F Nombre de Froude HEC-RAS Hydrologic Engineering Centers - River Analysis System N.S Débit pour le niveau de surface d’eau mesuré sur le terrain PT0 Profil transversale 0 PT1 Profil transversale 1 PT2 Profil transversale 2 Q Débit R Récurrence du débit R.E Régime d’écoulement R.H Rayon hydraulique ST0 Sous-tronçon 0 ST1 Sous-tronçon 1 ST2 Sous-tronçon 2 T2 Tronçon étudié USACE U.S. Army Corps of Engineers V Vitesse moyenne d’écoulement

yc Profondeur critique d’écoulement yn Profondeur ment normale d’écoule τ Effort de cisaillement


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 1

RAPPORT

1. INTRODUCTION

Les étudiants du cours « Aménagement des cours d’eau et conservation des sols » doivent

faire l’analyse et la caractérisation de la rivière du Berger qui est située à proximité des

Galeries de la Capitale. Le rapport actuel porte sur le tronçon 2 qui est identifié dans le

premier rapport (Anderson et al., 2014). Le présent rapport est divisé en 3 sections : étude

hydrologique, étude hydraulique et étude géomorphologique. La première section fait une

description du bassin versant, puis identifie les débits pour différentes récurrences. La

deuxième partie est composée des caractéristiques géométriques et hydrauliques des sous-

tronçons pour différents débits. Finalement, la troisième partie aborde le débit plein bord, la

puissance du cours d’eau ainsi que les classifications géomorphologiques des différentes

sections.



2. ÉTUDE HYDROLOGIQUE

2.1 DÉBIT PLEIN BORD DU TRONÇON 2

2.1.1 Description du bassin versant

Le bassin versant de la rivière Saint-Charles (figure 1) couvre une superficie totale de 545

km2 (Nature Québec, 2005). Le conseil du bassin de la rivière St-Charles l'évalue à 550km2.

Le territoire du bassin versant a été divisé en six sous-bassins principaux : rivière des

Hurons, rivière Jaune, rivière Nelson, rivière Lorette, rivière Saint-Charles et rivière du

Berger (Leclerc et Côté, 2007), qui est à l’étude dans ce rapport. Le bassin de la rivière du

Berger est dans le secteur sud-est du bassin versant de la rivière Saint-Charles (figure 2). Ce

bassin traverse le piémont du Bouclier canadien en amont et aboutie dans les basses terres

du Saint-Laurent en aval pour une superficie totale de 53 km2. Cette superficie correspond à

5300 ha. La longueur de la Rivière Duberger est de 18,2 km sur un relief plutôt varié mais

portant une pente généralement faible (Leclerc et Côté, 2007). La pente de la rivière au

tronçon 2 a été évaluée à 1% dans le rapport précédent (Anderson et al., 2014).



Figure 1.Localisation du bassin versant de la rivière Saint-Charles à Québec (Leclerc et Côté 2007).



Figure 2. Localisation du sous-bassin de la rivière du Berger au sein du bassin versant

de la rivière Saint-Charles (Leclerc et Côté 2007).

2.2 DÉBIT POUR LES RÉCURRENCES

2.2.1 Méthode de calcul des débits de récurrence

La méthode rationnelle s'avère la plus valide pour calculer le débit de crue (Lagacé, 2014).

Elle s'effectue avec l’ équation 1 :

𝑄 = 𝐻𝐻𝐻𝐻360𝑡𝑡

.......................................................................... Équation 1

Où:

Q = débit de pointe ou de crue (m3/s)

A = superficie du bassin versant (ha)

Hru = hauteur ou lame de ruissellement (mm)

tc = temps de concentration (h)



Hauteur de ruissellement (Hru)

Selon la méthode de Monfet (1979), qui est la plus exacte dans les conditions québécoises,

la hauteur de ruissellement se trouve à l'aide du graphique de la figure 3. La hauteur de

pluie sera déterminée à l'aide de tableaux dans une section suivant.

Figure 3. Prédiction de la lame d’eau ruisselée selon le CN (curve number) et la hauteur de pluie (Monfet, 1979)

Groupe hydrologique

Selon le National Resource Conservation Service du USDA (USDA-NRCS, 2009), un

système de classification des sols a été développé pour décrire leur potentiel de

ruissellement ainsi que leur groupe hydrologique. Quatre groupes sont existants (A,B,C,D)

et correspondent à des descriptions différentes (Annexe C). La zone, dont il est question

dans l'étude du sous-tronçon 2, ne possède aucune carte pédologique. Donc le groupe

hydrologique a été déterminé à l'aide des observations effectuées au terrain et les cartes

pédologiques des régions avoisinantes. Selon les observations sur le terrain terrain, cette



zone est boisée avec un sol plutôt rocheux et possède donc un potentiel de ruissellement

plutôt élevé. Il a alors été déterminé que le groupe hydrologique serait le groupe C.

Numéro de courbe,"Curve Number"(CN)

Le "Curve number" (CN) est fonction de l'utilisation du sol, du groupe hydrologique ainsi

que des conditions d'infiltration. Il est un indice du potentiel de ruissellement et varie de 0 à

100, 0 étant un potentiel de ruissellement nul et 100 indiquant que toute l'eau ruisselle

(Lagacé, 2014).

Une fois le groupe hydrologique déterminé et l'utilisation du sol connue, il est possible de

déterminer le CN du sous-tronçon à l'aide du tableau 11 en annexe (adapté du USDA-

NRCS, 2004). Avec un boisé, une condition d'infiltration bonne et un groupe hydrologique

C, le CN est donc de 70.

Hauteur de pluie

La hauteur de pluie est une donnée qui doit être évaluée selon les récurrences 2, 5, 10, 20,

50 et 100 ans afin d'obtenir les débits de récurrence correspondants. Le tableau 1 indique la

hauteur de pluie en millimètre par période de retour avec un intervalle de confiance de

95%. Ces données proviennent de la station située à l'aéroport international Jean Lesage

(CRAAQ, 2014).

Tableau 1. Hauteur de pluie par période de retour (mm) avec intervalle de confiance 95% (entre crochets) (CRAAQ, 2014)



Temps de concentration

Le temps de concentration est défini tel que suit selon Lagacé (2014) : « temps que prend

le ruissellement pour parcourir la distance entre le point le plus éloignée hydrauliquement

du bassin versant pour rejoindre l’exutoire de celui-ci. » Différentes méthodes sont

existantes, mais la méthode élaborée à partir des travaux de Mokus est celle qui est encore

très utilisée aujourd'hui. L' équation 2 s'exprime comme suit (SCS, 1990; Fangmeier et

al., 2006) :

𝑡𝑡 = 𝐿0,8(�1000𝐶𝐶 −9�

0,7

4407 𝑆0.5 ................................................. Équation 2

Où : tc = temps de concentration (h) L = longueur maximale du parcours de l'eau (m) S = pente moyenne de l'écoulement CN = numéro de courbe moyen

2.2.2 Calcul des débits de récurrence pour 2,5,10,20,50,100 ans

Le tableau 2 présente les paramètres utilisés pour appliquer la formule du temps de

concentration ainsi que ce temps obtenu. L'aire a été évaluée à l'aide du logiciel

« Autocad », la pente a été déterminée dans le rapport 1 (Anderson et al., 2014) et la

longueur maximale du parcours de l'eau a été trouvée dans la littérature (CBVRS-C,2009).

Tableau 2. Paramètres utilisés pour l'application des formules A (ha) 5554 L (m) 18200 S (%) 1 CN 70

Tc (h) 18.62

Le tableau 3 montre la hauteur de pluie qui a été obtenue par extrapolation logarithmique

du tableau 1 ainsi que la hauteur de ruissellement obtenus avec l'abaque de la figure 3. Le

tableau 4 contient les débits de récurrence calculés avec ces différentes données.

Tableau 3. Précipitations (mm) et hauteurs de ruissellement (mm) pour différentes récurrences.



P(mm) Hru (mm) Rec. 2 48,6 18 Rec. 5 67,12 27

Rec. 10 77,5 31 Rec. 20 89 37 Rec. 50 104,6 42 Rec. 100 113,9 45

Tableau 4. Débits de récurrence calculés.

Rec. (an) Q (m3/s) 2 14,91 5 22,37

10 25,68 20 30,649 50 34,79

100 37,276 Des débits de récurrences sont présentés dans le tableau 5. Ces cotes de crues sont associées

à des probabilités théoriques d’occurrence et ont été évalués par BRP et publiés par

Boucher et Francoeur (2014). Des logiciels ont été utilisés afin d'obtenir ces débits de crue.

Par exemple, le logiciel HEC-RAS conçu par le US Army Corps of Engineers et le logiciel

H2D2, conçu par le Centre Eau, Terre et Environnement de l'Institut national de recherche

scientifique et TÉLÉMAC 3D, un logiciel d'origine européenne (Boucher et Francoeur,

2014).

Les débits obtenus dans le présent rapport à l'aide de la méthode présenté ci-dessus sont de

beaucoup supérieurs. Cela est dû à plusieurs facteurs notamment les différences dans les

méthodes et la localisation du tronçon sur le cours d'eau.

Tableau 5.Débit de récurrence de 2 ans, 20 ans. et 100 ans retenus pour la détermination des cotes de crues de la rivière du Berger (adapté de Boucher et

Francoeur 2014).

Débit (m3/s) 2 ans 20 ans 100 ans 4.07 8.97 10.81



3. ÉTUDE HYDRAULIQUE

Cette partie du rapport analyse le tronçon 2 (T2) sur la base des lois de l’hydraulique

comme: la loi de la conservation de l’énergie et la loi de conservation de masse. L’analyse

du rapport a été travaillée sur les items suivants: la géométrie transversale du T2, son

énergie spécifique et régime d’écoulement uniforme.

3.1 CARACTÉRISTIQUES GÉOMÉTRIQUES

Le tronçon étudié (T2) présente trois profils transversaux (PT0, PT1 et PT2) lesquels

représentent la géométrie transversale de sous-tronçon ST0, ST1 et ST2 respectivement.

Selon les facies d’écoulement obtenus du rapport 1 (Anderson et al., 2014) et les données

topométries obtenues sur le terrain, la géométrie transversale du ST0 se ressemble à une

section composé (figure 4) d’un triangle et au-dessus d’un trapèze, et la géométrie

transversal du ST1 et ST2 se ressemblent aux triangles (figure 5 et figure 6).

Figure 4. Géométrie transversal du PT0 (vue en aval)

Figure 5. Géométrie transversal du PT1 (vue en aval)

-20 -10 0 10 20 30100.4

100.6

100.8

101.0

101.2

101.4

101.6

101.8

102.0

Station (m)

Ele

vatio

n (

m)

-10 -5 0 5 199.5

100.0

100.5

101.0

101.5

102.0

102.5

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)



Figure 6. Géométrie transversal du T2 (vue en aval)

Les caractéristiques géométriques des profils transversaux, avec la hauteur d’eau mesurée

sur le terrain et pour les débits de différentes récurrences, elles ont été obtenus avec le

logiciel libre HEC-RAS version 4.1 (USACE, 2010) qui utilise des formules du tableau 1.1

des notes du cours (Lagacé, 2014).

3.2 ÉNERGIE ET RÉGIME D’ÉCOULEMENT

L’étude suppose que le type d’écoulement du T2 est un écoulement uniforme, c’est-à-dire

que son débit, sa section et sa pente sont constants pour chaque sous-tronçon de T2. Alors,

la classification des régimes d’écoulement uniformes est le résultat de la comparaison de

l’énergie spécifique minimale (profondeur critique, yc) de chaque profil transversal avec

l’énergie spécifique (profondeur normale, yn). Pour les débits avec différentes récurrences,

les yc des profils ont été obtenues avec le logiciel libre HEC-RAS version 4.1 (USACE,

2010), lequel utilise les formules indiqués au livre « Hydraulics Of Open Channel Flow »

(French, 1999).

Section rectangulaire : 𝒚𝒄 = (𝜳𝒃𝟐

)𝟎.𝟑𝟑 ................................................... Équation 3

Section trapézoïdal : 𝒚𝒄 = 𝟎.𝟖𝟖(𝜳𝒃𝟐

)𝟎.𝟐𝟐 − 𝒃𝟑𝟎𝟑

.................................... Équation 4

Section triangulaire : 𝒚𝒄 = (𝟐𝜳𝟑𝟐

)𝟎.𝟐𝟎 .................................................... Équation 5

𝛹 = 𝛼𝑄2

𝑔, b: base (m), z: pente du talus Q: Débit (m3/s) g: gravité (m/s2)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 199

100

101

102

103

104

105

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)



Les régimes d’écoulement uniforme de chaque sous-tronçon ont été obtenus en comparant

yc versus yn de toute la section en complet avec les conditions suivantes : yn = yc (régime

critique), yn > yc (régime fluvial) et yn < yc (régime torrentiel). Le tableau 6 montre les

valeurs de profondeur critique et normale ainsi que le régime d’écoulement. Une autre

façon d’obtenir les régimes d’écoulement est avec le nombre de Froude.

Tableau 6. Régime d’écoulement uniforme des sous-tronçons Sous-tronçon 0 (ST0) Sous-tronçon 1 (ST1) Sous-tronçon 2 (ST2)

yc yn F R.E yc yn F R.E yc yn F R.E R=2 0.32 0.79 0,71 Fluvial 0,29 1.13 0,65 Fluvial 1,06 1.05 1,01 Torrentiel R=5 0.66 0.99 0,71 Fluvial 0,38 1.34 0,68 Fluvial 1,25 1.23 1,02 Torrentiel R=10 0.81 1.07 0,75 Fluvial 0,42 1.41 0,71 Fluvial 1,33 1.31 1,01 Torrentiel R=20 0.88 1.17 0,81 Fluvial 0,47 1.51 0,74 Fluvial 1,44 1.42 1,01 Torrentiel R=50 0.96 1.25 0,87 Fluvial 0,51 1.59 0,77 Fluvial 1,52 1.50 1,03 Torrentiel R=100 1.03 1.30 0,89 Fluvial 0,54 1.62 0,79 Fluvial 1,57 1.52 1,07 Torrentiel R : Récurrence du débit (ans) yn : Hauteur d’eau normale de la section en complète (m) yc : Hauteur d’eau critique de la section en complète (m) F : Nombre de Froude de la section en complète R.E : Régime d’écoulement uniforme de la section en complète

3.3 ÉCOULEMENT UNIFORME

L’écoulement de chaque sous-tronçon est étudié comme écoulement uniforme et ne prend

pas en compte ni les pertes d’énergie par friction ni le changement de débits par infiltration

ou captage local.

3.3.1 Section complexe d’écoulement

Chaque profil transversal présente une géométrie variable dans leur section. Pour estimer

les paramètres hydrauliques de chaque profil transversal, il faut le diviser en sections

d’écoulement homogènes comme par exemple: le lit (Q1), la berge droite (Q2) et la berge

gauche (Q3) La somme des débits de chaque section sera égale au débit total (Q)

𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2 + 𝑄3 ......................................................................... Équation 6

3.3.2 Hauteur d’eau, vitesse d’écoulement et efforts de cisaillement

Les hauteurs d’eau ont été incrémentées à intervalles de 10 cm dans les profils

transversaux, en évaluant l’équation de Manning afin d’évaluer les débits et les vitesses



d’écoulement (V) de tous les sous-tronçons. Les efforts de cisaillement (τ) ont été obtenus

en appliquant l’équation 6.2 du notes du cours (Lagacé, 2014). La méthodologie des

calculs hydrauliques utilisée se base sur l’analyse des sections complexes d’écoulement,

laquelle est effectuée aussi par le logiciel HEC-RAS.

𝑉 = 1𝑛𝑅2/3𝑆1/2 ................................................................................ Équation 7

τ = 𝜌𝑅𝑆 ......................................................................................... Équation 8 R : Rayon hydraulique (m) S : Pente du cours d’eau (m/m) ρ: poids spécifique de l’eau (kg/m3)



Le tableau 7 expose le résumé des valeurs des paramètres hydrauliques par débit avec une récurrence donnée par chaque sous-tronçon.

Tableau 7. Résumé des paramètres hydrauliques du T2

R Q(1)

Sous-tronçon 0 (ST0) Sous-tronçon 1 (ST1) Sous-tronçon 2 (ST2)

yn

Lit B.D B.G yn

Lit B.D B.G yn

Lit B.D B.G

V τ V τ V τ V τ V τ V τ V τ V τ V τ 2 14,91 0.79 1,68 53,73 - - - - 1.13 1,69 64,94 - - - - 1,06 2,39 60,36 0,94 23,59 - - 5 22,37 0.99 1,83 59,09 0,05 0,86 - - 1.34 1,93 79,22 0,02 - - - 1,25 2,65 69,83 1,12 30,67 - -

10 25,68 1.07 1,91 62,30 0,12 3,45 - - 1.41 2,04 86,22 0,08 2,30 0,12 2,30 1,33 2,72 71,88 1,18 32,78 - - 20 30,649 1.17 2,01 66,29 0,19 7,11 0,06 7,60 1.51 2,18 95,28 0,14 5,21 0,18 5,21 1,44 2,85 76,85 1,27 36,48 - - 50 34,79 1.25 2,07 68,72 0,23 10,04 0,13 10,18 1.59 2,30 103,32 0,18 7,44 0,23 7,44 1,52 2,94 79,96 1,33 38,80 0,08 38,80

100 37,276 1.30 2,11 69,83 0,25 11,74 0,16 11,53 1.62 2,38 109,49 0,20 8,71 0,25 8,71 1,57 2,98 80,46 1,34 38,84 0,23 38,84

(1) Les valeurs de coefficient de Manning et les pentes longitudinales pour le lit et les berges de chaque sous-tronçon sont tirées du rapport 1 (Anderson et al., 2014) R : Récurrence du débit (ans) Q : Débit total (m3/s) yn : Hauteur d’eau normale de la section en complète (m) B,D, B,G : Berge droit, berge gauche V : Vitesse moyenne d’écoulement (m/s) τ : Effort de cisaillement (N/m2)



3.3.3 Analyses de résultats

Les scenarios hydrauliques analysés du T2 correspondent aux débits avec des récurrences de 2, 5, 10, 20 50 et 100 ans. Les variables à

comparer pour les différents scenarios sont la hauteur d’eau et la vitesse d’écoulement.

Hauteur d’eau

À partir du scenario R= 5 ans, la hauteur d’eau arrive aux berges (droit et gauche). La variation de la hauteur d’eau entre le scénario

R=2 et R= 100 ans fluctue entre 0,79 et 1,62 m, étant que les hauteurs d’eau le plus profonde sont dans le ST1.

Figure 7. Surfaces d’eau pour différentes récurrences du tronçon 2

0 20 40 60 80 100 1299.0

99.5

100.0

100.5

101.0

101.5

102.0

102.5

103.0

103.5

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (m

)

e ge 0

Couronne de l’enrochement Cote: 103.12 m

Surface d’eau Récurrence 100 ans

Surface d’eau Récurrence 20 ans

Ligne de talweg

ST2 ST1 ST0 PT

2

PT1

PT0



Vitesse d’écoulement

Les vitesses d’écoulement ont été obtenues par chaque partie du profil transversal (lit et berges). Les vitesses plus élevées se placent

au lit (entre 2 et 3 m/s). Les vitesses tout au long de la berge gauche du T2 sont faibles (moins de 0,25 m/s) par rapport au lit et à la

berge droite.

Figure 8. Vitesse d’écoulement du lit pour différents R, profil longitudinal du T2

R : Période de récurrences

0 20 40 60 80 100 1200.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

Main Channel Distance (m)

Vel

Chn

l (m

/s)

Legend

Vel Chnl R 100

Vel Chnl R 50

Vel Chnl R 20

Vel Chnl R 10

Vel Chnl R 05

Vel Chnl R 02

Vel Chnl NS

ST2 ST1 ST0

PT2

PT1

PT0


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols GAE-3005 Automne 2014 16

4. ÉTUDE GÉOMORPHOLOGIQUE

4.1 DÉBIT PLEIN BORD

Le débit plein bord correspond au débit que peut supporter le lit mineur avant de déborder

dans la plaine d’inondation (Lagacé, 2014). Les caractéristiques ayant permis de déterminer

les bords du cours d’eau (T2) visuellement ont été : la limite inférieure de la végétation

ligneuse, les changements brusques de pente, les talus minés, les changements dans la

granulométrie des berges, et le haut des banc de sable sur la rive interne des méandres

(Lagacé, 2014). Malgré ces indices, il était parfois difficile d’identifier avec précision la fin

du lit mineur. Le débit plein bord peut aussi être estimé à l’aide d’une évaluation de la

section transversale, la plaine inondable correspond généralement à l’endroit où la pente de

talus s’adoucit subitement (figure 9).

Le coefficient de Manning du lit de ce sous-tronçon ainsi que ceux des tronçons

subséquents ont été calculés dans le rapport précédent (Anderson et al., 2014). L’équation 9

tirée des notes de cours (Lagacé, 2014) a permis de calculer les débits pleins bords.

𝑸 =𝑨𝒏𝑹𝒉

𝟐𝟑 × 𝑺

𝟖𝟐

Équation 9

Les périmètres mouillés et les aires des sections ont été calculés (tableau 8). Le ST1 et ST2

sont plutôt similaires alors que le ST0 a une aire inférieure et conséquemment un débit

plein bord inférieur.



Tableau 8. Aires, périmètres, et rayons hydrauliques calculés à l’aide des relevés du T2

Sous-tronçon 0 1 2

Aires (m2) 7.8 11.1 12.1 Périmètres (m) 15.3 14.3 15.0 Rayon hydraulique (m) 0.51 0.78 0.80 Pente1 (m/m) 0.0100 0.0180 0.0123 Coefficient de rugosité de manning1 0.040 0.045 0.030 Débit plein bord (m3/s) 12.34 28.09 38.65 1 : Référer au rapport 1 (Anderson et al., 2014).



PT0 (vue vers aval)

PT1 (vue vers aval)

PT2 (vue vers aval)

Figure 9. Ligne délimitant la section plein bord (en rouge) pour

les trois profils transversaux (PT) relevées.

-20 -10 0 10 20 30100.4

100.6

100.8

101.0

101.2

101.4

101.6

101.8

102.0

Station (m)

Ele

vatio

n (

m)

-10 -5 0 5 199.5

100.0

100.5

101.0

101.5

102.0

102.5

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

-20 -15 -10 -5 0 5 10 199

100

101

102

103

104

105

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)



4.2 PUISSANCE DU COURS D’EAU

La puissance d'un cours d'eau correspond à la quantité d'énergie que possède l’écoulement

pour transporter des sédiments et qui doit être absorbée par friction (Lagacé, 2014).

L'érosion dans le lit d'un cours d'eau est donc liée à la puissance. La puissance brute est

déterminée avec l'équation 10 (Lagacé, 2014). La puissance obtenue pour chacune des

sections est présentée au tableau 9. Les puissances trouvées sont directement

proportionnelles aux débit plein bords trouvés précédemment.

Ω = ρ g Qb S Équation 10

Où :

Ω = Puissance (Kg m s-2) (W/m)

ρ = masse spécifique de l'eau (1000 kg/m³)

g = 9.81m/s2

Qb = débit plein bord (m³/s)

S = pente du cours d'eau (m/m)

Tableau 9. Puissance calculé à la hauteur de ST0, ST1 et ST2. Sous-tronçon 0 1 2 Ω (Kg m s-2)(W/m) 1210.2 4961.0 4663.8

4.3 CLASSIFICATION GÉOMORPHOLOGIQUE DES TRONÇONS

La classification du tronçon peut être faite avec la classification de Rosgen. La figure 10

présente la ligne directrice de cette classification utilisée et le tableau 10. La largeur de la

plaine d'inondation, la largeur plein bord et la profondeur plein bord ont pu être déterminé à

partir des relevés topométriques analysés sur Autocad. Le «W/D » représente le rapport

largeur de l’écoulement « W » sur la profondeur de l’écoulement « D » en situation plein

bord (Lagacé, 2014). Le « ER » est le rapport entre la largeur de la plaine d'inondation

(Lplaine innondable) sur la largeur plein bord (Lagacé, 2014).



Pour ce qui est du ST0, l’indice W/D est plus grand que 12 et le ER vaut 1.73, le type de

cours d’eau serait alors le « B » caractérisé comme « large peu profond » et « vallée étroite

avec méandre contrainte » (figure 10). Le W/D des ST1 et ST2 est inférieure à 12 et

possède un ER plus grand que 2.2 ce qui les placerait tous les deux dans la catégorie « E »

décrit comme une « large vallée alluviale utilisée comme plaine inondable » et comme

« cours d’eau étroit et profond » (figure 10). Cette dernière caractéristique semble moins

bien caractériser le cours d’eau qui était en fait majoritairement peu profond.

Figure 10. Classification dérivée de la classification de Rosgen selon Lagacé (2014).

Tableau 10. Paramètre utilisés pour la classification de Rosgen.

W D W/D Lplaine

innondable ER 0 15.1 0.71 21.2 26.0 1.73 1 13.94 1.31 10.6 34.0 2.44 2 14.6 1.5 9.7 36.0 2.47



5. CONCLUSION

Les débits de récurrence peuvent varier énormément selon la méthode utilisée et la

localisation sur le tronçon. Il est préférable d'effectuer plus d'une méthode dans le but de

valider les résultats obtenus.

L´énergie spécifique et le régime d’écoulement de chaque sous-tronçon ont été obtenus

pour la section complète des profils transversaux. La vitesse et l’effort de cisaillement de

chaque sous-tronçon ont été analysés en trois parties : le lit et les berges (droite et gauche).

Cette façon de travailler permet de mieux comprendre les évènements hydrauliques de

manière différenciée.

Pour les scénarios (R= 2, 5,…100 ans), l’écoulement devient torrentiel (nombre de Froude

supérieur à 1) seulement pour le sous-tronçon 2 (zone de courbe). Les sous-tronçons 0 et 1

sont à régime fluvial pour tous les scénarios modélisés.

Pour la berge droite du ST2 (zone d’enrochement), la cote du niveau d’eau maximale est

de 101,25 m par une période de récurrences de 100 ans. Ce niveau-là est environ 2 mètres

en dessous de la couronne de l’enrochement (cote 103,12 m).

L’utilisation du logiciel HEC-RAS a permis de modéliser hydrauliquement plusieurs

scénarios du tronçon 2. Les sorties graphiques du logiciel ont aidé à mieux apprécier la

variation des valeurs des paramètres hydrauliques (hauteur d’eau et des vitesses

d’écoulement) tout au long du tronçon étudié. Comme référence, le Centre d'expertise

hydrique du Québec (CEHQ) utilise ce logiciel comme outil informatique pour déterminer

les zones inondables aux villes et villages au Québec.



6. SIGNATURES DES MEMBRES

__________________________________________ Anderson, Lélia

__________________________________________ Blais, François

__________________________________________ Cano Valencia, Alejandro

__________________________________________ Desaulniers, Francis

__________________________________________ Pruneau-Rodrigue, Mireille


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 a

ANNEXES

A. TABLEAUX

Tableau 11. Détermination du CN selon différentes utilisations du sol (adapté du USDA-NRCS,2004)


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 b

B. DESCRIPTION DES GROUPES HYDROLOGIQUES (USDA-NRCS,2009)

Groupe A : Les sols de ce groupe possèdent un faible potentiel de ruissellement lorsque

humides. L’eau percolle facilement au travers du sol. Ces sols ont typiquement moins de 10

% d’argile et plus de 90 % de sable et de gravier et ils possèdent des textures sableuses et

graveleuses. Certains sols ayant des textures de sable loameux, loam sableux ou de loam

limoneux ou silteux peuvent être classifiés dans ce groupe s’ils sont bien structurés et ont

un faible densité. La conductivité hydraulique de tous les horizons est supérieure à 14,4

cm/h. La profondeur du sol perméable est supérieure à 50 cm. La profondeur de la nappe

est supérieure à 60 cm. Les sols ayant une profondeur de sol perméable supérieure à 100

cm ou une nappe plus profonde que100 cm sont placés dans ce groupe si la conductivité

hydraulique des horizons des premiers 100cm est supérieure à 3,6 cm/h

Groupe B : Les sols de ce groupe possèdent un potentiel de ruissellement relativement

faible lorsque humides. Ces sols ont typiquement entre 10 % et 20 % d’argile et entre 50 %

à 90 % de sable et ils possèdent des textures de sable loameux et de loam sableux. Certains

sols ayant des textures de loam, loam silteux, limon ou loam sablo--argileux peuvent être

classifiés dans ce groupe s’ils sont bien structurés et ont un faible densité. La conductivité

hydraulique des 50 premiers cm de sol est comprise entre 3,6 et 14,4 cm/h. La profondeur

du sol perméable est supérieure à La profondeur du sol perméable est supérieure à 50 cm.

La profondeur de la nappe est supérieure à 60 cm. Les sols ayant une profondeur de sol

perméable supérieure à 100 cm ou une nappe plus profonde que 100 cm sont placés dans ce

groupe si la conductivité hydraulique des horizons des premiers 100 cm est comprise entre

1,45et 3,6 cm/h.

Groupe C : Les sols de ce groupe possèdent un potentiel de ruissellement relativement

élevé lorsque humides. Ces sols ont typiquement entre 20% et 40 % d’argile et moins de 50

% de sable et ils possèdent des textures de loam, loam silteux, limon ou loam sablo--

argileux, loam argileux et loam limon--argileux. Certains sols ayant des textures d’argile,

d’argile silteuse, d’argile sableuse peuvent être classifiés dans ce groupe s’ils sont bien

structurés et ont un faible densité. La conductivité hydraulique des 50 premiers cm de sol

est comprise entre 0,35 et 3,6 cm/h. La profondeur du sol perméable est supérieure à 50 cm.


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 c

La profondeur de la nappe est supérieure à 60 cm. Les sols ayant une profondeur de sol

perméable supérieure à 100 cm ou une nappe plus profonde que 100 cm sont placés dans ce

groupe si la conductivité hydraulique des horizons des premiers 100 cm est comprise entre

0,15 et 1,45 cm/h.

Groupe D : Les sols de ce groupe possèdent un potentiel de ruissellement élevé lorsque

humides. Ces sols ont typiquement plus de 40 % d’argile et moins de 50 % de sable et ils

possèdent des textures argileuses. Ils ont aussi dans certaines régions un potentiel de

gonflement et de retrait. Les sols ayant une profondeur de sol perméable inférieure à 50 cm

et/ou les sols ayant une nappe à moins de 60 cm de la surface du sol sont classifiés dans ce

groupe. La conductivité hydraulique des horizons de 50 à 100 cm de profondeur est

inférieure à 0,35 cm/h. Les sols ayant une profondeur de sol perméable supérieure à 100 cm

ou une nappe plus profonde que 100 cm sont placés dans ce groupe si la conductivité

hydraulique des horizons des premiers 100 cm est inférieure à 0,15 cm/h.


Aménagement des cours d’eau et conservation des sols Groupe 2 GAE-3005 Automne 2014 d

C. RÉFÉRENCES BILBIOGRAPHIQUES

Boucher, Marie-Ève, et Jean Francoeur. 2014. Détermination des cotes de cures des Rivières du Berger, des Commissaires et des Sept Ponts Ville de Québec. CEHQ 4132-0509-05-9972 (PPD2009749). Centre d’expertise hydrique de Québec. Québec: Ville de Québec.

Leclerc, M.-C., et D. Côté. 2007. « Portrait du bassin de la rivière Saint-Charles, 2e édition ». Conseil de bassin de la rivière Saint-Charles.

Anderson et al. (2014). Rapport 1 - Description du cours d'eau. Technique, Université Laval, Québec.

CRAAQ. (2014). Courbes et IDF. Consulté le Novembre 26, 2014, sur Agrometéo Québec.

French, R. H. (1999). Hydraulics Of Open Channel Flow (Vol. Chapitre 2). McGraw-Hill.

Lagacé, R. (2014). Aménagement des cours d'eau et sols. Département des sols et de génie agroalimentaire, Québec: Université Laval.

USACE. (2010, Janvier). Hydrologic Engineering Center. Consulté le Novembre 25, 2014, sur Hydrologic Engineering Centers River Analysis System: http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/downloads.aspx

Documents

Étude hydrologique, hydraulique et géomorphologique...CANO VALENCIA Alejandro 111 066 452 [email protected] DESAULNIERS Francis 111 042 549 [email protected]