APPROCHES SIMPLIFIÉES POUR L ÉVALUATION DES PARAMÈTRES DE CONCEPTION POUR LES BASSINS DE FAIBLES DIMENSIONS. Gilles Rivard, ing. M. Sc.

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1 APPROCHES SIMPLIFIÉES POUR L ÉVALUATION DES PARAMÈTRES DE CONCEPTION POUR LES BASSINS DE FAIBLES DIMENSIONS Gilles Rivard, ing. M. Sc. Québec 15 mars 2012

2 PRÉSENTATION Particularités des petits bassins Facteurs affectant la réponse hydrologique Approches simplifiées pour évaluation des paramètres Méthode NCRS (SCS) Méthode rationnelle Débits spécifiques Validation des résultats pour le Québec Conclusions

3 PARTICULARITÉS - Petits bassins Rétention de surface plus importante Écoulement en nappe ou peu profond prédomine Changements dans la rugosité de la surface, la longueur d écoulement ou la pente ont un effet important sur le ruissellement

4 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE MODÉLISATION Précipitation Paramètres de conception Intensité Durée Quantité Durée Débit Volume Qualité

5 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Superficie du bassin versant Pente du bassin versant Rugosité hydraulique(boisé, culture, urbain) Stockage (en surface, lacs, milieux humides) Densité de drainage Longueur du canal principal Conditions antécédentes d humidité Urbanisation

6 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE FHWA, 2002

7 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE FHWA, 2002

8 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Caractéristiques des événements pluvieux

9 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Fréquence de la pluie Fréquence de Q ou V Pluies différentes conditions antécédentes d humidité identiques Journal ACRH

10 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Fréquence de la pluie Fréquence de Q ou V Pluies identiques conditions antécédentes d humidité différentes Journal ACRH

11 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

12 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

13 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION Courbes IDF

14 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

15 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

16 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION Pluies de conception

17 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

18 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION

19 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PERTES INITIALES

20 FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PERTES - Infiltration

21 APPROCHES SIMPLIFIÉES

22 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle Débit de pointe Q = C i A /360 C = Coefficient de ruissellement i = Intensité de pluie correspondant au temps de concentration du sous-bassin (mm/h) A = Superficie du sous-bassin (ha)

23 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle Pluie en bloc uniforme pour la durée t c A i = (B + t) C t c

24 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle Temps de concentration Plusieurs équations disponibles Deux grandes catégories Hydraulique - Empiriques

25 APPROCHES SIMPLIFIÉES

26 APPROCHES SIMPLIFIÉES

27 APPROCHES SIMPLIFIÉES

28 APPROCHES SIMPLIFIÉES

29 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthodes pour Tc Lag Vitesses Trois types de segments: En nappe Écoulement concentré peu profond Écoulement canalisé

30 APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement en nappe

31 APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement concentré peu profond

32 APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement concentré peu profond

33 APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement canalisé Équation de Manning V - vitesse d écoulement R rayon hydraulique Sf pente n coefficient de rugosité

34 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle application pour contrôle de la quantité

35 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle application pour contrôle de la qualité Interpolation Approximativement 1 dans 6 mois Intensités de pluie et ratio 6 mois/2ans Aeroport Jean Lesage 5 min 10 min 15 min 30 min 1h 2h 2 ans mois ratio (6mois/2ans)

36 APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle application pour contrôle de la qualité Q = C i A /360

37 APPROCHES SIMPLIFIÉES Pluie de conception contrôle de la qualité 40 Pluie pour contrôle de la qualité Pluie de type Chicago - Durée de 6 heures Intensité de pluie (mm/h) Temps (minutes)

38 APPROCHES SIMPLIFIÉES MAPAQ, 2007 Temps de concentration Méthode de Kirpich ou Mockus

39 APPROCHES SIMPLIFIÉES MAPAQ, 2007 Q = C i A /360

40 APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Hydrogrammes basés sur la méthode rationnelle

41 APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Temps de concentration

42 APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Temps de concentration

43 APPROCHES SIMPLIFIÉES Guide de gestion des eaux pluviales, MDDEP, 2011 Équation aéroport (FAA) (écoulement nappe) Équation Kerby (écoulement nappe) Équation Bransby-Williams

44 APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire) Projet Agriculture Canada, 2011

45 APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire)

46 APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire)

47 APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques

48 VALIDATION - QUÉBEC Méthode rationnelle surestime pour bassins agricoles de faibles pentes

49 VALIDATION - QUÉBEC Debits specifiques estimes par la loi LPIII - Province de Quebec - T=10 ans 10 Debit specifiques journaliers Debits specifiques instantanes Débits spécifiques instantanés obtenus avec un facteur de pointe théorique de 2 Debits specifiques (m 3 /s/km 2 ) 1 y = ln(x) y = ln(x) Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003

50 VALIDATION - QUÉBEC Debits specifiques estimes par la loi LPIII - Province de Quebec - T=25 ans 10 Debits specifiques Debits specifiques instantanes Débits spécifiques instantanés obtenus avec un facteur de pointe théorique de 2 Debits specifiques (m 3 /s/km 2 ) 1 y = ln(x) y = ln(x) Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003

51 VALIDATION - QUÉBEC Debits specifiques estimes par la loi LPIII - Province de Quebec - T=100 ans 10 Debits specifiques Debits specifiques instantanes Débits spécifiques instantanés obtenus avec un facteur de pointe théorique de 2 Debits specifiques (m 3 /s/km 2 ) 1 y = ln(x) y = ln(x) Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003

52 VALIDATION - QUÉBEC Équations de régression pour les débits de pointe journaliers (facteur de pointe à considérer pour les débits de pointe instantanés) T=25 ans QUEBEC ZONE I ZONE II total (60) A<250 km 2 (23) A>250 km 2 (37) total (27) A<250 km 2 (12) A>250 km 2 (15) total (33) A<250 km 2 (11) A>250 km 2 (22) Non-Lineaire aire 0.574*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.547*A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S Log-Lineaire aire 0.842*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.846*A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S T=50 ans QUEBEC ZONE I ZONE II total (60) A<250 km 2 (23) A>250 km 2 (37) total (27) A<250 km 2 (12) A>250 km 2 (15) total (33) A<250 km 2 (11) A>250 km 2 (22) Non-Lineaire aire 0.446*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.429*A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S Log-Lineaire aire 0.925*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.903*A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S T=100 ans QUEBEC ZONE I ZONE II total (60) A<250 km 2 (23) A>250 km 2 (37) total (27) A<250 km 2 (12) A>250 km 2 (15) total (33) A<250 km 2 (11) A>250 km 2 (22) Non-Lineaire aire 0.324*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.317*A *S *A *S *A *S *A *S *A 0.791* S *A *S *A *S *A *S *A *S Log-Lineaire aire 1.005*A *A *A *A *A *A *A *A *A aire, pente 0.951*A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S *A *S Les équations avec une trame étaient celles avec la meilleure corrélation (bassins de 3 à 700 km 2 ) A est la surface (km 2 ) et S la pente moyenne du bassin versant Étude MTQ, 2003

53 CONCLUSIONS Les paramètres de conception pour les petits bassins sont très variables (vérifier avec 2 ou 3 approches) Écoulements en nappe et peu concentré prédominent pour de petits bassins (évaluer la réponse hydrologique avec approche appropriée) Les paramètres pour la conception devraient être validés par différentes techniques (débits spécifiques, validation hydraulique)