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1 - LE BASSIN VERSANT - Cours Master 1 C. Legout Laboratoire d étude des Transferts en Hydrologie et en Environnement Université Joseph Fourier Plan 1- L eau dans les sols : rappels 1.1- Représentation physique des sols 1.2- Forces caractéristiques 1.3- Grandeurs caractéristiques : θ et h 2- Le bassin versant 2.1- Définition 2.2- Caractéristiques géométriques 2.3- Le réseau hydrographique 2.4- Les caractéristiques agro-pédo-géologiques 2.5- Les conditions aux limites et initiales 3- Les processus hydrologiques 3.1- L évapotranspiration et l interception 3.2- Le ruissellement 3.3- La percolation de l eau 3.4- L écoulement de nappe 3.5- L exfiltration 3.6- L écoulement hypodermique 3.7- Décomposition des hydrogrammes de crue

2 1- Définition Surface drainée par une rivière en amont d un point, l exutoire. exutoire exutoire exutoire exutoire Les limites d un bassin versant sont généralement fixées à partir de la topographie : Vallée de Ceillac, H-A, BV Durance (doc. Ph. Bois) 1- Définition Délimitation du BV à partir de cartes IGN Altitude (m) Bassin versant de Kerbernez (29) Distance (m)

3 1- Définition Délimitation du BV à partir de MNT 1- Définition Figures : MNT du bassin versant de la Fontaine du Theil, 35 et représentation du décalage entre le contour réel et déterminé numériquement (ENSA et CEMAGRF Rennes)

4 BV topographique BV hydrogéologique 1- Définition Distinction entre BV réel et BV topographique (doc M. Lelay) Exemples de modifications de la délimitation du BV suite à des modifications anthropiques (D après A. Musy, le BV et son complexe) 1- Définition Sollicitation Pluie (t) Bassin versant Réaction Débit (t) pluie (mm/h) débit (L/s) /2 4/2 6/2 8/2 10/2 12/2 14/2 16/2 18/2 temps 20/2 22/2 24/2 26/2 28/2 2/3 0 29/1 3/2 8/2 13/2 18/2 23/2 28/2 5/3 temps

5 1- Définition Hydrogramme de crue Débit (m 3 s -1 ) Débit de pointe Temps de montée Temps (h) 1- Définition Facteurs de contrôle : le comportement hydrologique d un bassin versant est fonction des mécanismes hydrologiques qui vont s y développer. Ces processus sont contrôlés par : la géométrie du bassin versant, la géométrie du réseau hydrographique, l occupation du sol, la nature du sol et du sous-sol, les conditions aux limites et initiales

6 2- Caractéristiques géométriques La surface: débit f(surface) méthode d estimation des surfaces La forme: comparaison avec un cercle : indice de Gravelius K G P 2 πa Influence de la forme du BV sur l hydrogramme de crue (D après A. Musy, le BV et son complexe ) 2- Caractéristiques géométriques La topographie: altitudes exutoire points culminant courbes hypsométriques Altitude (m) Surface cumulée (%) pente vitesse de ruissellement et d écoulement (temps de montée, débit de pointe pente moyenne, pente maxi, pente mini

7 3- Le réseau hydrographique Définition du réseau hydrographique: ensemble des canaux de drainage naturels ou s écoulent les eaux provenant du ruissellement ou restituées par les nappes souterraines soit sous forme de source, soit par restitution continue le long du lit du cours d eau (Roche, 1963) cours d eau naturels ou artificiels, temporaire ou permanent (Musy, EPFL) Un fossé de drainage est il un élément du réseau hydrographique? Facteurs de contrôle du développement et de la géométrie d un cours d eau: géologique, climatique, topographique (érosion/sédimentation) anthropique (drainage, barrages, endiguement) Quelques géométries types 3- Le réseau hydrographique

8 3- Le réseau hydrographique Les longueurs et pentes caractéristiques: longueur du cours d eau principal profil en long/longitudinal pente moyenne du cours d eau densité de drainage D d Σl i / A densité hydrographique Dh Σn i / A Les ordres du BV: Strahler, Gravelius, Horton Ordre d un BV selon Strahler (D après A. Musy, le BV et son complexe) L ordre d un bassin versant correspond à l ordre du tronçon à l exutoire 3- Le réseau hydrographique Classification des cours d eau : Rapport de confluence R c n n u u+1 Rapport des aires R a a a u u 1 Rapport des longueurs R l l l u u 1

9 3- Le réseau hydrographique Cas particuliers : Diffluences Endoréisme Doménon, Col de la Pra (doc P. Belleudy) Causse Méjean, Mont Lozère Endoréisme : cas du Lac Tchad 3- Le réseau hydrographique Evolution du lac Tchad entre 1972 et 2001

10 3- Les caractéristiques agro-pédo-géologiques Occupation du sol : forêt, prairie, culture, lacs, glaciers, surfaces imperméabilisées Type de sol : texture, structure, capacité d infiltration, stabilité structurale Substrat géologique : perméable, imperméable, fissures, fractures Photo aérienne du bassin versant de Kerbernez (29) 4- Les conditions aux limites et initiales Précipitations : (b) (a) (c) (a) Représentation schématique du bassin versant, (b) influence de la durée de l averse sur la réponse hydrologique et (c) influence des variations d intensité (tiré de Musy, la réponse hydrologique, d après Réménérias)

11 4- Les conditions aux limites et initiales Etat initial du bassin versant Exemple de non-linéarités des crues liées aux conditions initiales: bassin versant de Latte (0.19 km²), Mont Lozère. (a) et (b) réponses très différentes à 2 apports de pluie semblable pour 2 conditions initiales différentes. (b) et (c): réponses semblables pour 2 apports de pluie et 2 conditions initiales différents (Ambroise, 1999). En résumé... Le bassin versant transforme la pluie en débit de rivière Cette transformation est: non linéaire, varie pour un même bassin versant au cours de l année, d une saison à l autre, d une crue à l autre, varie d un bassin versant à un autre selon les conditions géologiques, pédologiques, climatiques et selon l occupation du sol. Besoin de caractériser les mécanismes hydrologiques

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