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Jean Monfet, ing. agr. Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la méthode SCS modifiée Gouvernement du Québec Ministère des Richesses naturelle: Service de l'hydromètrie

Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

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Page 1: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Jean Monfet, ing. agr.

Évaluation du coefficientde ruissellementà l'aide de laméthode SCS modifiée

Gouvernement du QuébecMinistère des Richesses naturelle:Service de l'hydromètrie

Page 2: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

,SERVICE DE L'HYDROMÉTRIE

ÉVALUATION DU COEFFICIENT DE RUISSELLEMENT

À L'AIDE DE LA MÉTHODE SCS MODIFIÉE.

préparé

pa r

Jean Monfet, i ng, agr.

Août 1 979

Page 3: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Dépôt légal - 2e trimestre 1980Bibliothèque nationale du QuébecISBN 2-551-03851-0

Éditeur officiel du Québec

Page 4: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

TABLE DES MATIÈRES

I NTRODUCTION ........................................... 1

1 . La méthodologie et son application au Québec . . . . . ..

2

1 . 1 Les caractéristiques du sol ...................

31 . 2 L'utilisation du sol ..........................

41 . 3 Un exemple de calcul du

numéro de courbe ..............................

81 . 4 Le choix des bassins .......................... 111 . 5 Le choix et le classement

des événements ................................ 11

2. Les résultats - Analyse et discussion .............. l7

2.1 Les numéros de courbe ......................... 172.2 Les relations pluie-ruissellement ............. 212.3 Recommandations ............................... 31

CONCLUSION ............................................. 3;

BIBLIOGRAPHIE .......................................... 33

APPENDICE A. Courbes de ruissellement ................. 34

APPENDICE B. Table de modification des numérosde courbe selon les conditionsd'humidité initiale ...................... 35

Page 5: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

I NTRODUCTION

La connaissance du volume ruisselé lors d'un événement

pluvieux revêt un grand intérêt en hydrologie. Plusieurs mé-

thodes, telles celles de l'hydrogramme unitaire ou synthéti

que, sont basées sur l'évaluation du volume ruisselé et ont

besoin de cette valeur pour être complètes et mener à une

conception d'ouvrage.

La présente étude a pour but d'évaluer le ruissellement

pour différents événements pluvieux en se servant d'une métho-

dologie développée par le Service de conservation des sols

(SCS) du ministère de l'Agriculture des États-Unis (USDA).

Basée sur les caractéristiques physiques et sur l'utilisation

du sol, cette méthode permet d'évaluer le volume ruisselé

pour des événements pluvieux d'importance variable. John

Harris (1975) a repris cette méthode pour l'appliquer en

Ontario en diminuant le nombre de paramètres, mais en conser-

vant les mêmes valeurs; il s'en sert à des fins de conception.

Cette méthode sera appliquée de façon intégrale pour en véri-

fier la validité au Québec, et éventuellement des courbes de

ruissellement propres à la région étudiée seront développées.

L'étude portera sur les stations du réseau pilote ainsi

que sur quelques autres bassins versants d'une superficie va-

riant

de

1 5

à

400

km2.

Situés

sur

l a

rive

sud

du

Saint-Lau

rent, dans la région de l'Estrie et des Bois-Francs, ces

bassins sont à vocation agricole ou forestière. L'occupation

urbaine y est faible.

Après une brève présentation de la méthode et des hypo-

thèses nécessaires à son application aux conditions québécoi-

ses, les résultats trouvés seront analysés et discutés.

Page 6: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

1 .

La méthodologie

Développée pour prédire le volume ruisselé, cette métho-

dologie se base sur les caractéristiques physiques du sol,

sur l'utilisation du sol et sur les conditions d'humidité pré-

valant au début de l'événement. Les caractéristiques du

bassin sont intégrées et quantifiées selon une échelle. Les

numéros se retrouvant sur cette échelle sont appelés numéros

de courbe et sont en relation avec la capacité d'infiltration

et de rétention du bassin.

Le ruissellement augmente proportionnellement à l'accrois-

sement du numéro de courbe et, dans la méthode originale, un

graphique permet d'évaluer directement le ruissellement à par-

tir de la connaissance de la pluie et du numéro de courbe

(appendice A). Ce graphique peut se résumer par la formule

suivante:

R = volume ruisselé (po),

P = précipitation pour l'événement (po),

CN = numéro de courbe.

Le calcul du numéro de courbe pour un bassin versant se

fait en pondérant les valeurs de CN en fonction de la super-

ficie de chaque combinaison: type de sol, utilisation du sol

et condition hydrologique.

_2_

Page 7: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

1 . 1 Les - caractéristiques - du - sol

Les sols sont classifiés en fonction de leur capacité

d'infiltration. Cette capacité étant inversement proportion-

nelle à la propension au ruissellement, cette classification

permet de connaître le potentiel que présente chaque sol face

au ruissellement.

Quatre grandes classes de sol sont ainsi créées en se ba-

sant principalement sur la texture. Les graviers et les sa-

bles grossiers qui bénéficient d'un bon drainage interne for

ment la classe A; leur capacité d'infiltration est très éle-

vée. Les sables moyens et fins présentent généralement un

taux de percolation et d'infiltration moindre, ils se retrou-

vent en classe B. La classe C est constituée de sables fins

mal drainés, de sols limoneux et de sols perméables mais min-

ces. Les argiles lourdes mal structurées et mal drainées se

retrouvent en classe D tout comme les sols très minces repo-

sant sur du roc.

La méthodologie américaine classe. l a capacité d'infiltra-

tion des sols uniquement en fonction de leur texture. Ceci

est applicable pour les sols du Québec à l'exception de cer

taines argiles des basses terres du Saint-Laurent (Côté 1979).

L'infiltration est reliée de façon proportionnelle à la per-

méabilité du sol et certaines argiles relativement lourdes de

l a plaine du Saint-Laurent sont très perméables à l'eau ce

qui leur confère une bonne capacité d'infiltration. Ce phé-

nomène est vraisemblablement dû à la structure très bien dé-

veloppée de ces argiles. Ces sols tels que cartographiés lors

des relevés pédologiques peuvent être classés grossièrement

selon leur perméabilité ce qui permet de porter un jugement

sur leur capacité d'infiltration.

- 3-

Page 8: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

1 . 2 L'utilisation du sol

Diverses utilisations du sol ont été étudiées par le Ser-

vice de Conservation des -sols, ce qui leur a permis de classi-

fier la propension relative au ruissellement des différentes

cultures et autres usages du sol. Une échelle arbitraire fut

développée de façon à quantifier ces résultats pour les diffé-

rentes classes de sol. La propension au ruissellement augmen-

te de l a forêt à la jachère en passant par les pâturages, les

céréales et l'horticulture. La classification est basée en

bonne partie sur l'état de la couverture végétale. Par exem-

ple, une culture de petits légumes en rangs présentera une

couverture végétale peu dense et l'interception y sera peu

i mportante; le réseau de racines était peu développé, ce qui

ne favorise guère l'infiltration. Les cultures offrant une

meilleure couverture au sol et un réseau de racines mieux éta-

bli, telles les cultures herbagères périannuelles, présentent

une tendance au ruissellement plus faible.

Une attention particulière est aussi portée aux pratiques

culturales telles l'orientation des cultures par rapport à la

pente du terrain ou la présence des terrasses. Les cultures

parallèles à la pente offrent peu de rétention et d'emmagasi-

nement, si bien que le ruissellement y est intense. Les cul-

tures en contour diminuent le ruissellement tout comme la pré-

sence de terrasses. Cette dernière technique n'est pas utili-

sée au Québec.

Un autre critère s'ajoute aux précédents, soit celui de

l a condition hydrologique qui varie de pauvre à bonne. Cette

condition qualifie l ' état de la couverture végétale pour une

même culture. Un couvert bien établi qui restreint le ruis-

sellement sera associé à une bonne condition hydrologique.

L'absence de rotation. pour l es cultures intensives aura pour

-4-

Page 9: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

effet de détériorer la condition hydrologique. Le surpâtura-

ge et le travail du sol dans des mauvaises conditions ont

aussi un effet dégradant.

L'utilisation du sol et la condition hydrologique font

aussi le sujet de quelques hypothèses. La méthodologie amé-

ricaine définit des valeurs de CN pour un très grand nombre

de cultures et autres utilisations du sol. La variation en-

tre deux cultures est bien souvent moindre que la variation

due à la condition hydrologique; comme l'évaluation de cette

dernière est subjective, il devient alors peu significatif

de détailler l'utilisation au niveau de chaque culture. Des

regroupements ont donc été faits: les boisés et les friches

à broussailles ont été réunis et sont traités comme de la

forêt. Les zones en culture ont été divisées en deux grands

groupes principaux: les cultures intensives soit générale-

ment les cultures annuelles et les cultures plus extensives

associées aux cultures périannuelles. Ces dernières com-

prennent le foin, les pâturages et les friches herbacées.

Elles sont caractérisées par une bonne couverture végétale

et un réseau de racines bien développé. Les cultures intensi-

ves ou annuelles telles le mais, les céréales et l'horticul-

ture laissent le sol dénudé à l'automne et au printemps. Le

couvert végétal y est peu dense pendant une bonne partie de

l a saison et le réseau de racines y est peu développé. Ces

cultures sont qualifiées d'intensives puisque l'agriculteur

l aboure et sème tous l es ans, en plus d'effectuer d'autres

travaux.

Les cartes d'utilisation du sol ne présentent pas la dis-

tinction entre cultures intensives et extensives, mais il est

possible d'obtenir les superficies respectives de ces deux

classes pour chaque municipalité en consultant le recensement

de Statistique Canada. Ceci ne donne cependant pas l a carto-

graphie de ces zones et l'hypothèse suivante doit être admise:

- 5-

Page 10: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

l a répartition entre les cultures extensives et intensives

est la même pour chacune des quatre classes de sol en cultu-

re à l'intérieur d'une même municipalité.

La pente cause aussi un problème; la méthode américaine

fut développée pour des pentes variant de 3 à 8 pour cent alors

que la gamme rencontrée au Québec est beaucoup plus étendue. Les

sols de la plaine du Saint-Laurent ont en effet une pente bieni nférieure à 3 pour cent et certains sols de la région des Appala-ches présentent des valeurs supérieures à d pour cent. Les sols

plats de façon naturelle sont sensiblement équivalents à des sols

en pente où des terrasses auraient été exécutées. Les basses-

terres sont donc considérées comme des sols en terrasse. Pour

l es sols ayant une pente supérieure à 8 pour cent, les pires condi-

tions sont utilisées.

La culture en contour tout comme la construction de

terrasses sont des techniques employées de façon exception-

nelle au Québec, si bien qu'elles ne sont pas considérées

dans le cadre de ce travail. La jachère n'est pas utilisée

non plus au Québec.

L'évaluation de la condition hydrologique est subjecti-

ve et une visite détaillée du terrain aurait été nécessaire

de façon à classer les bassins entre eux. Un tel travail sem

blait injustifié à ce stade-ci et un jugement est donc porté

d'après la qualité du sol et la pente du terrain. Bien sou-

vent, une condition hydrologique moyenne est employée pour

tout le bassin. Le tableau 1 résume les différents résultats

suite aux regroupements et hypothèses effectués. Ces valeurs

sont extraites des résultats fournis par le Service de con-

servation des sols et certaines interpolations ont été réali-

sées.

- 6-

Page 11: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Tableau I

Numéro de courbe pour différentes combinaisons sol

et utilisation du sol

A- Graviers et sables grossiers

B- Sables moyens e. fins

C-

Sables f i ns ma l

sols

limoneux et argiles

perméables

D- Argiles lourdes ef :- jls minces

PenteCondition

hydrologique A

Classe

B

de

C

sol

D

Culture intensive < 3% pauvre 63 74 80 82

bonne 60 70 78 81

3-89- pauvre 65 76 84 88

bonne 63 75 83 87

> 8% pauvre 72 81 88 91

bonne 67 78 85 89

Culture extensive < 3i pauvre 39 61 74 80

bonne 25 40 70 78

3-8"r„ pauvre 49 69 79 84

bonne 39 61 74 80

> 8% pauvre 68 79 86 89

bonne 49 69 79 84

Boisé < 39. pauvre 25 55 70 77

bonne 22 53 65 74

3-89-' pauvre 41 63 75 81

bonne 25 55 70 77

> 85.1 pauvre 47 68 80 84

bonne 41 63 75 81

Résidentielle,commerciale dense 73 83 88 90

peu dense 59 74 82 86

Page 12: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

1 . 3 Un exemple de calcul du numéro de courbe (CN)

Le bassin versant du ruisseau Salvail en amont de la sta-

tion hydrométrique 030328 est retenu comme exemple de calcul

du numéro de courbe. La technique de calcul de ce numéro est

simple mais demande un travail relativement long.

La première étape consiste à classifier les sols selon

l es grands groupes (A, B, C, D) à partir de la carte pédolo-

gique ou de la carte de la géologie des dépôts meubles. Les

cartes pédologiques sont préparées par le Service de recher-

ches en sol du ministère de l'Agriculture du Québec, alors

que les cartes de la géologie des dépôts meubles le sont par

l a Commission géologique d.u Canada ou la birection générale

des mines du ministère de l'Énergie et Ressources. L'utilisa-

tion des cartes pédologiques est préférable, car l'informa-

tion y est plus appropriée. Dans le cas du ruisseau Salvail,

l a carte pédologique du comté de Saint-Hyacinthe est utilisée.

Les argiles et les limons argileux de la série Sainte-Rosalie

se retrouvent en classe C. La classe B regroupe les limons

sableux des séries Yamaska et Saint-Jude, alors que la terre

noire est dans la classe A.

La seconde étape permet de reporter les limites des diffé-

rentes classes de sol sur les cartes d'utilisation. Le Bureau

d'aménagement du territoire du ministère de l'Agriculture du

Québec a confectionné les cartes d'utilisation du sol. A

l ' aide de photos aériennes prises en 1 977, l es zones résiden-

tielles, de grande culture, de foin, d'horticulture, de friche

et de boisés sont.cartographiées, et les cartes sont restituées

à l'échelle 1:50 000.

Le travail se poursuit par la division des grandes cultu-

res, des friches herbacées, du foin et de l'horticulture en

- 8-

Page 13: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

deux groupes: les cultures intensives et extensives. On uti-

l i se à cette fin les statistiques agricoles de l'année 1 976

fournies par Statistique Canada. Ces données sont disponibles

pour chaque municipalité. Les municipalités de Saint-Bernard,

Saint-Jude et la Présentation couvrent bien l e ruisseau Sal-

vail. La superficie en culture de ces municipalités se répar-

tit comme suit: 48 pour cent en culture extensive et 52 pour

cent en culture intensive.

L'évaluation de la superficie de chaque sous-groupe, soit

chaque combinaison classe de sol et utilisation du sol cons-

titue la quatrième étape; ceci se fait habituellement par pla

nimétrage. Le ruisseau Salvail présente une superficie de 1 , 8

km 2

en

boisé

et

friche

à

broussailles

sur

l e

sol

A,

0,84

km2

en

culture

i ntensive

et

0,87

km2

en

culture

extensive

tou-

jours sur le sol de classe A. Le même calcul est effectué

pour les sols de classe B et C.

L'évaluation du numéro de courbe propre à chaque combi-

naison est aussi à faire. Dans le cas du ruisseau Salvail,

l a pente du terrain est inférieure à 3 pour cent et on suppo

se une condition hydrologique moyenne. Le boisé sur le sol

A présente un CN de 24, l es cultures extensives de 32 et les

cultures intensives sur sol A de 62 (tableau 1). Le même

travail se fait pour les sols B et C.

La sixième et dernière étape est la compilation du CN

pour tout le bassin en calculant une moyenne pondérée selon

l a superficie de chaque combinaison de sol et d'utilisation

de sol. La superficie totale du bassin du ruisseau Salvail

en amont de la station est de 1 59 km 2 , dont 1 , 8 km 2 est boi-

sé sur un sol A et possède un CN de 24. La pondération

s'effectue en fonction de la superficie:

- 9 -

Page 14: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

En effectuant un calcul similaire pour chacune des autres

combinaisons et en sommant les résultats, on obtient le CN du

bassin. Le ruisseau Salvail présente un CN de 65.

- 1 0-

Page 15: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

1 . 4 Le - choix - des - bassins - versants

1 . 5 Le - çhoix - et - l e - classement - des - événements

- 1 1 -

Quelque 33 bassins versants seront étudiés dans le ca-

dre de ce travail. Ces bassins sont répartis sur un territoi-

re couvrant une superficie de 30 000 km 2 , situé sur la rive sud

du Saint-Laurent entre les bassins des rivières Chaudière et

Yamaska. La superficie des bassins versants étudiés varie de

1 5 km 2 à 400 km 2 . I l s'agit pour la plupart de bassins du

réseau de crue et d'étiage, réseau établi en 1972, cependant

quelques bassins étaient jaugés auparavant (carte 1).

Une mince partie du territoire du réseau de crue et d'é-

tiage n'est cependant couverte par aucune étude de sol et

quelques bassins ont dû être éliminés. Il s'agit du territoi

re situé approximativement à l'intérieur du triangle, Sherbroo-

ke, Saint-Georges, Victoriaville. Ceci explique que 33 bassins

sont utilisés plutôt que les 39 du réseau. Ces bassins sont

à vocation agricole ou forestière, et aucun centre urbain

d'importance n'y est localisé. Certains sont situés dans la

plaine du Saint-Laurent alors que les autres sont dans les

Appalaches. I l s semblent représentatifs de l'ensemble des

bassins agricoles québécois de cette dimension.

Le choix des événements s'est fait à partir des hydro-

grammes enregistrés. Les crues retenues sont naturellement

consécutives à des précipitations d'importance qui se sont

produites entre la fonte des neiges et la prise des glaces.

Les hydrogrammes doivent aussi être caractérisés par une mon-

tée rapide, un débit de pointe important et une décrue régu-

l i ère. La lame d'eau ruisselée est calculée en isolant l ' hy-

drogramme à partir du point d'inflexion lors de la montée et

du point d'intersection de la droite de décrue et de tarisse-

ment (les hydrogrammes étant tracés sur papier semi-log).

Page 16: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

CARTE i - LOCALISATION DES BASSINS VERSANTS

Page 17: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

L'écoulement de base et une partie de l'écoulement hypodermi-

que sont ainsi soustraits du ruissellement.

Les pluies sont évaluées en utilisant les données de tous

l es pluviomètres situés sur le territoire du bassin versant

et aux alentours. La pondération est effectuée selon la mé-

thode du polygone de Thiessen.

Selon Foroud (1978) l'utilisation de la formule suivan-

te.

C21

où n = 14 et K = 0,85 donne de bons résultats dans les

conditions québécoises. Cet indice est calculé à partir de

l a pluie pondérée pour chaque bassin versant et pour chaque

événement.

Certains événements sont éliminés après avoir mis en dou-

te la représentativité des pluies. Les pluviomètres ne sont

pas toujours nombreux et couvrent parfois mal les bassins à

étudier. On a donc retenu et utilisé 444 événements au cours

de ce travail.

Les événements sur un même bassin ne se produisent pas

toujours dans les mêmes conditions. Une pluie arrivant dans

l e ou les jours suivant une pluie importante ne présentera

pas le même ruissellement qu'un événement se produisant lors-

que le sol est sec. Un indice des précipitations antécéden-

tes (API) a été développé pour tenir compte de la pluie tom-

bant dans les jours qui précèdent l'événement.

API . indice des précipitations antécédentes (mm)

K . constante

P : précipitation

i . i ndice référant à la journée

- 1 3-

Page 18: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

L'indice des précipitations antécédentes renseigne sur

l a pluie reçue sur le bassin mais n'informe pas totalement sur

l ' humidité. Une même valeur de l'API n'aura pas les mêmes im-

plications en juillet qu'en octobre. L'évanotranspiration

est beaucoup plus forte en été qu'en automne, si bien que le

sol a plus de chance de s'être asséché. La couverture végé-

tale se modifie aussi du printemps à l'automne. Pour les cul-

tures périannuelles, l es boisés et les friches, le couvert vé-

gétal existe tout au long de l'année,mais il est beaucoup plus

dense en été. Le phénomène est encore plus marqué chez les

cultures annuelles où le sol est dénudé avant le semis et sou-

vent dénudé à l'automne après la récolte et le labour. L'in-

terception varie donc beaucoup au cours de la saison tout comme

l ' évapotranspiration. Il faut donc établir certaines distinc-

tions à l'intérieur de la saison de croissance. Un calcul

d'un indice simple d'évapotranspiration potentielle et d'in-

terception est effectué et permet de quantifier ces phénomè-

nes tout au long de la saison d'e végétation. I l est aussi bon

de noter que tous les événements étudiés se produisent au cours

de cette saison.

A l'instar du Service de conservation des sols, un gra-

phique est développé permettant de classer les événements selon

l ' i ndice API, l'assèchement et l'interception probable en fonc-

tion de la saison (figure 2). L'orientation de courbes et les

l i mites sont discutables,mais il faut se rappeler qu'il s'agit

d'un phénomène continu qui est artificiellement découpé en

classes.

La méthodologie américaine est par la suite appliquée

de façon intégrale, c'est-à-dire que les événements de la classe

I I sont inscrits directement pour le CN calculé du bassin et

qu'une table de conversion est utilisée pour corriger le CN

des événements de classe 1 et lit (appendice B).

- 1 4-

Page 19: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

CLASSEMENT DES ÉVÉNEMENTS SELON

L'INDICE API ET LA SAISON.

FIGURE. - 2

_15_

Page 20: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

- 1 6-

Prenons comme exemple, des événements se produisant sur

l e ruisseau Salvail. Le CN calculé de ce bassin est de 65

et si un événement présentant un indice API de 28 mm se pro

duit le 15 .juillet, la figure 2 permet de constater qu'il s'a-

git d'une condition d'humidité initiale de classe II, et le

CN n'a pas à être modifié. Par contre, si un événement simi-

l aire arrive le 30 octobre, on se retrouve en classe III (fi-

gure 2), et le CN est alors modifié selon l'appendice B et

devient égal à 82.

Page 21: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

2.

Résultats, analyse et discussion

2.1 Les - numéros - de - courbe - (CN)

L'utilisation du numéro de courbe constitue un compromis

puisque les conditions de couverture végétale évoluent au cours

de la saison. Une céréale qu'on vient de semer n'a pas la même

- 1 7-

L'application de la méthodologie décrite au premier cha-

pitre permet de calculer le numéro de courbe des différents

bassins versants. Le tableau 2 donne la liste des bassins

versants étudiés, leur superficie et le numéro de courbe cal-

culé.

Le premier fait à constater est le peu de variation des

valeurs trouvées; en effet, 26 des 33 bassins étudiés ont un

CN compris entre 60 et 70, le minimum étant de 47 et le maxi

mum de 72. Ceci peut s'expliquer de diverses façons: pre-

mièrement, les bassins sont tous situés dans une même région.

Cette région est cependant composée de deux secteurs bien

différents, soit les basses terres du Saint-Laurent et les

Appalaches. La pente du terrain est beaucoup plus prononcée

dans ce dernier secteur, ce qui laisserait présager des va-

l eurs de CN beaucoup plus élevées. La différence est cepen-

dant peu marquée et ça semble d0 à la variation de l'utilisa-

tion du sol. Le pourcentage boisé est généralement plus éle-

vé dans les sols en pente et les superficies cultivées le

sont souvent de façon moins intensive. Les sols en pente sont

moins aptes pour la culture en raison de la mécanisation diffi-

cile et de la qualité agricole du sol généralement moindre;

i l est donc normal de constater une utilisation moins intensi-

ve des territoires accidentés. L'effet d'une pente plus accen-

tuée est donc compensé en bonne partie par une utilisation

moindre, ce qui explique le peu de variation des valeurs de CN.

Page 22: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

capacité d'interception qu'en juillet où elle atteint sa

pleine hauteur et offre un couvert végétal très dense. Au

moment de la récolte, les conditions sont aussi modifiées de

façon importante. La solution idéale serait la compilation

du CN pour chaque événement retenu alors que la méthode ac-

tuelle considère une condition moyenne pour toute l a saison.

L'utilisation du CN constitue en ce sens un compromis entre

l e calcul détaillé pour chaque événement et le fait de ne pas

tenir compte du type de sol et de l'utilisation du territoire

La région étudiée, même si elle est relativement peu é-

tendue, semble représentative des bassins du Québec méridio-

nal. Les sols varient de légers à lourds, les pentes sont va

riées, le pourcentage boisé est tantôt faible, tantôt élevé.

_lg_

Page 23: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Tableau 2

Numéros de courbe des bassins versants étudiés

-19-

Numéros destation Nom

(kmAife

CN

023432 Bras d'Henri 1 38 52

023433 Linière 381 67

023434 A la Truite 47.4 65

023435 Pozer 1 54 69

023436 Des Abenaquis 1 50 63

023437 Arnold 1 40 64

023438 Nadeau 40.4 65

023439 * Des Plantes 1 1 3 65

023440 Samson 1 1 0 65rI 023501 Bourret 66.6 47

023601 Aux Chevreui ls 55 .9 56

023701 Petite rivière du Chêne 352 54

023902 Gentilly 295 63

02401l Bullard 89.4 70

a 024012 Palmer 210 67

030107 Des Saults 1 40 61

030108 Ruisseau à Patate 62.9 60

030110 Bulstrode 250 72

030111 * Noire 51.5 61

030246 Ascot 214 613

030257 Eaton Nord 1 1 6 61

030262 Saint-Germain 280 59

030263 * La Clef 1 25 68

030314 Yamaska Sud-Est 209

Page 24: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Tableau 2 (suite)

Numéros de courbe des bassins versants étudiés

Les numéros des stations suivantes ont changé - :

023439 devient 023415 en 1977

024011 devient 024010 en 1978

030111 devient 030117 en 1977

030277 devient 030257 en 1973

030229 devient 030263 en 1973

030330 devient 030325 en 1973

- 2 0-

Numéro destation

Noms Aire(k m2)

CN

030323 Shefford 1 5.3 69

030324 Foster 73.6 63

030327 Saint-Louis 64.0 67

030328 Salvail 1 59 65

030329 Runnets 32.9 65

030325 Jaune 74.9 65

030322 Yamaska Sud-Ouest 97.6 68

030316 David 342 61

030318 Noire I 262 I 69

Page 25: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

2.2 Les - relations - pluie-ruissellement

Des régressions multiples sont tentées dans le but de re-

l i er la lame ruisselée à la précipitation et, soit au CN du

bassin (sans tenir compte des conditions d'humidité initiale),

soit au CN modifié selon les conditions de chaque événement.

L'addition du CN dans- l a régression, dans un cas comme dans

l ' autre, n'améliore pas de -façon significative les résultats.

Leur emploi dans la régression ne se justifie donc pas.

Un calcul a aussi été effectué dans le but de vérifier

l a l i néarité de la relation ruissellement-pluie. Le coeffi-

cient de ruissellement (lame ruisselée/pluie) est relié à la

pluie, et le coefficient de corrélation trouvé est de 0,11.

Le coefficient de ruissellement est donc peu influencé par

l a valeur de précipitâtion reçue. L'emploi d'une droite

pour relier ruissellement et pluie est donc justifié. La

grande dispersion des points observés n'incite pas non plus

à utiliser d'autres équations de régression (figure - 3 à 8).

Les numéros de courbe sont modifiés pour chaque événe-

ment selon les conditions d'humidité initiale (figure 2) et

selon le tableau proposé par la méthodologie originale (appen

dice B). Ceci permet d'obtenir une distribution plus étendue

des valeurs de CN et d'utiliser six classes de longueur uni-

forme pour diviser les données. Les droites de régression

sont les suivantes:

significatif à l % selon le test de Student.

- 2 1 -

r n

CN 30-40 R = 40.93 1 0.241P 0.69 * 32

cN 4o-50 R = -0.98 + 0.289P 0.78 * 1 1 4

CN 50-6o R ---- -3.00 + 0.432P 0.84 * 51

cN 6o-70 R = -1.97 + 0.432P 0.85 * 1 79

CN 70-80 R = -0.76 + 0.398P 0.96 * 20

CN 80-90 R = -2.49 + 0.505P 0.81 * 48

Page 26: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

R = l ame ruisselée (mm),

P = précipitation (mm),

r = coefficient de corrélation,

n = nombre d'événements.

Les figures 3 é 8 i nclusivement permettent de visualiser

ces différents résultats ainsi que les courbes proposées par

l a méthodologie américaine. Les bandes de confiance sont

aussi tracées sur ces figures. La première constatation por-

te sur la différence marquée entre les résultats obtenus et

l es courbes fournies par le Service de conservation des sols.

Le coefficient de ruissellement est plus élevé dans les con-

ditions québécoises; la différence est beaucoup plus marquée

pour les faibles valeurs de CN, ce qui laisse supposer une

i nfluence moindre du CN dans les conditions québécoises. i l

existe aussi une différence marquée pour les pertes initiales:

l es résultats obtenus présentent des pertes beaucoup moilns

i mportantes que la méthode originale; les bassins versants é-

tudiés offrent donc une capacité d'emmagasinement faible.

Ceci peut s'expliquer par le réseau de drainage très développé

de chaque ferme et par les pluies plus nombreuses qui ont pour

effet de maintenir la nappe phréatique plus près de la surface

du sol.

L'écartement des bandes de confiance est variable, il est

tantôt faible (classe 60-70), tantôt grand (classe 30-40).

Ceci s'explique en partie par le nombre de valeurs dans chaque

classe: une classe où les événements sont nombreux (celle de

60-70 en compte 179) présente des bandes de confiance assez

étroites, car l'échantillon est suffisamment volumineux pour

bien décrire la population. Le phénomène inverse se produit

l orsqu'il y a peu de valeurs dans une classe (celle de 70-80

n'en compte que 20).

- 2 2-

Page 27: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE - 3

RELATION - RUISSELLEMENT/ PLUIE ( COURRE N°$ 30-40)

Page 28: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE

RELATION - RUISSELLEMENT / PLUIE ( COURBE N 03 40-50)

Page 29: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE , 3

°ELATION - RUISSELLEMENT f PLUIE ( COURBE

NOS

50-f®)

Page 30: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE - 6

RELATION - RUISSELLEMENT / PLUIE c COURBE

N'Ds 6a-70

Page 31: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE

RELATION - RUISSELLEMENT / PLUIE ( COURBE Nos

70-80)

Page 32: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE - 8

RELATION - RUISSELLEMENT / PLUIE ( COURBE N'Ds

80-90)

Page 33: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

L'orientation des droites de régression est bonne; à

mesure que le CN augmente, le coefficient de ruissellement

augmente sauf pour la classe 70-80. Cette classe ne comprend

que 20 événements, et sa représentativité est moindre. i l

existe un problème avec les ordonnées à l'origine. Dans un

cas, une ordonnée positive est rencontrée, ce qui signifie

physiquement qu'il y a ruissellement sans avoir de pluie. Ce

phénomène est possiblement dû à l'élimination des événements

où le coefficient de ruissellement est inférieur à 16 pour cent,

c'est-à-dire lorsque la précipitation est plus grande que huit

fois la lame ruisselée. L'étude vise à étudier les crues, c'est

pourquoi ces événements ont été écartés:.. De toute façon; cette

portion des droites présente peu d'intérêt.

La figure 9 résume les résultats obtenus. Cependant,

quelques petites corrections ont été effectuées de façon à

uniformiser la répartition d'une classe à l'autre et à enle

ver l'ordonnée à l'origine positive. Les droites ont été

orientées en accordant un poids important aux classes où les

événements sont nombreux.

Des tentatives ont aussi été faites dans le but de ré-

gionaliser les résultats obtenus. Les sous-régions de crue

et les sous-régions agricoles telles que définies par Hoang

(1979) sont utilisées. Les résultats sont parfois différents

d'une région à l '. autre mais une observation attentive de la

distribution des valeurs des CN permet de constater que les

différences s'expliquent par la présence d'un plus ou moins

grand nombre d'événements dans chaque classe de CN. La ré-

gionalisation des résultats, que ce soit selon les sous-ré-

gions de crue ou les sous-régions agricoles ne semble pas né-

cessaire, car le numéro de courbe prédomine et permet vrai-

semblablement d'effacer les disparités régionales.

- 2 9-

Page 34: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

FIGURE - 9

RELATION- RUISSELLEMENT/ PLUIE POUR LES DIFFÉRENTS NUMÉROS DE COURBE

Page 35: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

2.3 Recommandations

Les résultats obtenus au cours de ce travail présentent

un intérêt évident. Ils ont permis de développer des courbes

de ruissellement pour différents CN, courbes qui s'éloignent

réellement des valeurs proposées par la méthodologie origi-

nale. La prudence s'impose tout de même avant la généralisa-

tion pour différentes raisons:

- Le nombre d'événements étudiés est grand mais la période

de relevés est courte puisque le réseau pilote n'existe que

depuis six ans. Au cours des années de relevés, des événe

ments de diverses récurrences se sont produits mais leur nom-

bre demeure relativement restreint.

- La variation des CN calculés est faible; il serait inté-

ressant d'étudier quelques autres bassins versants o0 le CN

différerait. Ceci permettrait de vérifier si le tableau uti

l i sé pour modifier le CN est bien précis. Les chevauchements

qui existent actuellement dans les classes 40-50, 50-60 et

70-80 donnent des résultats similaires pour les valeurs modi-

fiées et l(~s valeurs calculées. Si certains autres bassins

situés hors de la gamme présentement étudiée venaient confir-

mer ces résultats, la méthode pourrait alors être utilisée â

son plein potentiel, soit la prédiction de l'effet des chan-

gements d'utilisation du sol sur le ruissellement.

- 3 1 -

Page 36: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

CONCLUSION

Les résultats obtenus sont intéressants, et ils ont per-

mis de découvrir les faits suivants:

- L'application de la méthodologie américaine ne donne pas

des coefficients de ruissellement valables dans les conditions

québécoises puisqu'elle a tendance à sous-estimer le ruisselle-

ment.

- L'utilisation dlune droite pour relier le ruissellement

et la pluie s'est avérée satisfaisante.

- Les numéros de courbes (CN) des bassins versants de la

région étudiée sont peu variables mais sont représentatifs

du Québec méridional à cause de la variété des sols, des

différentes utilisations rencontrées et de la variation de

pente.

- La création de sous-régions à l'intérieur de la région

étudiée n'est pas nécessaire, puisque le numéro de courbe

permet de placer tous les bassins sur un même pied.

- L'utilisation de cette méthode et d'un hydrogramme

(unitaire ou synthétique) permettrait de faire de la concep-

tion en choisissant la pluie selon la récurrence désirée.

De plus, la présence de la bande de confiance permet de choi-

sir l'ordre de grandeur du coefficient de sécurité à employer

l ors des calculs hydrauliques.

Page 37: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

BIBLIOGRAPHIE

Côté Denys, 1 979. Communication personnelle, Service de re-

cherches en sol, ministère de l'Agriculture du

Québec, Québec.

Foroud Nader , 1 978. A flood hydrograph simulation model for

watersheds in southern Quebec, Ph D thesis, McGil

University, Montreal.

Hoang Van Diem, Dumont Roger, 1 979. Étude du comportement

hydrologique des bassins versants du réseau de

crue et d'étiage . Ministère des Richesses

naturelles Ouébec, (rapport i nterne).

Soil Conservation Service, 1 971. National Engineering Handbook ,

Statistique Canada, 1 977. Recensement, Agriculture du Québec

pour l'année 1 976, Statistique Canada, Ottawa.

Harris John, 1975. Design flood estimation for medium and

l arge drainage basins in Ontario , Ministry of

Transportation and Communications, Ontario.

Gray Donald, 1 971. Principes d'hydrologie, Chapitre 4, l'in -

terception . Conseil national de recherches du

Canada, Ottawa.

Page 38: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

APPENDICE "A"

COURBES DE RUISSELLEMENT

Tires de " National

Engineering

Hondbook -Section 4

Page 39: Évaluation du coefficient de ruissellement à l'aide de la

Appendice B : Table de modification des numéros de courbes

selon les conditions d'humidité.

- 35-

CN en CN modifié CN en CN mo di fié

condition II I I I I condition II I I I I

1 00 1 00 1 00 60 4o 7899 97 1 00 59 39 7798 94 99 58 38 7697 91 99 57 37 7596 89 99 56 36 7596 87 98 55 35 7494 85 98 54 34 7393 83 98 53 33 7292 81 97 52 32 7191 80 97 51 31 7090 78 96 50 31 7089 76 96 49 30 6988 75 95 48 29 6887 73 95 47 28 6786 72 94 46 27 6685 70 94 45 26 6584 68 93 44 25 6483 67 93 43 25 6382 66 92 42 24 6281 64 92 41 23 6180 63 91 40 22 6079 62 91 39 21 5978 60 90 38 21 5877 59 89 37 20 5776 58 89 36 1 9 5675 57 88 35 1 8 5574 55 88 34 1 8 5473 54 87 33 1 7 5372 53 86 32 1 6 5271 52 86 31 1 6 5170 51 85 30 1 5 5069 50 8468 48 84 25 1 2 4367 47 83 20 9 3766 46 82 1 5 6 2065 45 82 1 0 4 2264 44 81 5 2 1 363 43 80 0 0 062 42 7961 41 78