ENGEES Formation continue

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1 1 ENGEES Formation continue LES NOTIONS DE BASE D HYDROLOGIE UTILES EN ASSAINISSEMENT Thierry ADAM, Chef de projet

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3 Plan de l intervention 3 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Débit de pointe à l exutoire Volume ruisselé à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

4 Plan de l intervention 4 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Débit de pointe à l exutoire Volume ruisselé à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

5 Quelques définitions 5 Notion de «réseau» = structuration des flux par nœuds et canaux - Réseau maillé : chemins multiples ; - Réseau ramifié : chemin unique. Notion de «bassin versant» - Bassin versant : surface drainée par un réseau jusqu en un point nommé «exutoire» ; - Exutoire : nœud d un réseau drainant une surface nommée «bassin versant» ; - Lignes de partage des eaux : limites d un BV.

6 Hydrologie et assainissement 6 UNE SURFACE : LE BASSIN VERSANT UNE SOLLICITATION : LA PLUIE UNE REPONSE L HYDROGRAMME Deux facteurs d influence prépondérants : Le temps de concentration Q pointe Q Le coefficient de ruissellement Volume t

7 7 ROMAGNY (68) Tracer les bassins versants de la Commune de Romagny

8 Le contexte géographique 8 Commune de ROMAGNY (68) Bassin du Rhin Bassin du Rhône Ligne de partage des eaux : Mer Méditerranée / Mer du Nord

9 Les réseaux de Romagny 9 dentification des «réseaux» de ROMAGNY racé du réseau hydrographique ; xamen du réseau d évacuation des eaux Détermination des «bassins versants» - Identification des exutoires principaux ; - Tracé des bassins versants correspondants. Résultat

10 Le réseau d évacuation des eaux 10 Résultat Tracer les contours du «bassin versant» de la Rue Principale

11 Plan de l intervention 11 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Débit de pointe à l exutoire Volume ruisselé à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

12 Caractéristiques d un bassin versant 12 Notion de «surface active» pour le ruissellement - Surface active : superficie d un BV sur laquelle se produit un ruissellement, à un instant donné et pour une pluie donnée ; - Coefficient d apport : rapport de la surface active sur la surface totale d un BV. Notion de «concentration» du ruissellement - Type d écoulement : diffus ou concentré ; - Chemin hydraulique : ligne de plus grande pente (diffus) ou canal (concentré) ; - Temps de concentration : durée de parcours du chemin hydraulique le plus long d un BV.

13 Les caractéristiques de surface 13 Morphologie du bassin versant - Surfaces et coefficient d imperméabilisation ; - Longueurs des cheminements hydrauliques ; - Pentes et vitesse de parcours hydraulique. Caractéristiques géologiques et pédologiques - Drainage : naturel (karstique) ou artificiel (agricole). - Perméabilité et capacité d infiltration ; États de surface - Occupation du sol et couverture végétale ; - Porosité instantanée et saturation en eau ; - Sensibilité à la battance.

14 Les caractéristiques de surface 14 Longueur et pente d un chemin hydraulique p = Lj Lj p j 2 L 1,p 1 L 2,p 2 L 3,p 3 L 4,p 4 L 5,p 5

15 Choix du coefficient d apport 15 Coefficient variable dépendant : de l intensité de la pluie : fréquence ; de la morphologie du BV : pente ; de l affectation des sols : rural / urbain ; de la perméabilité des sols ; de l état hydrique des sols ; de la durée de la pluie. C eq = C j A A j j C a = surface active surface totale

16 Le temps de concentration 16

17 Le temps de concentration 17

18 Étude du BV de l étang Noviat 18 Caractérisation du BV : - Surface ; - Longueur ; - Pente ; - Types et affectation des sols. Choix des paramètres : - Temps de concentration ; - Coefficient de ruissellement. Résultat

19 Plan de l intervention 19 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Volume ruisselé à l exutoire Débit de pointe à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

20 Les précipitations 20 La pluie est un phénomène variable, dont l ampleur (étendues et quantités précipitées) conditionne le volume ruisselé à l exutoire d un bassin versant ; La pluie est phénomène limité dans le temps et l espace, dont l intensité et la concentration déterminent le débit de pointe à l exutoire d un bassin versant.

21 Indépendance d un événement 21

22 Les précipitations 22 La pluie est la donnée d entrée pour un calcul d assainissement : l estimation de ses grandeurs caractéristiques doit donc être la plus fine possible ; Plusieurs méthodes (de la plus globale à la plus détaillée) :

23 Loi de Montana Une pluie est caractérisée par une intensité, une durée et une fréquence d apparition. 23 Station de NANCY ESSEY La loi de Montana est un modèle probabiliste empirique permettant de lier les caractéristiques IDF des pluies.

24 Pluie synthétique de projet 24 IM I1 Série chronologique de pluies Pluie historique (18/08/86 à Nancy) 2*I2 HM 0 t tp DP = 4 h DM DM = 15 mn, 30 mn ou 1 heure t θ = DP DM I1 HM HT- HM = et I2 = DM DP- DM DP t MODÈLES DÉTAILLÉS

25 Loi de Montana 25 Calculer l intensité moyenne et la lame d eau précipitée pour une averse décennale d une durée égale au temps de concentration du BV de l étang Noviat à ROMAGNY. Station de NANCY ESSEY

26 Plan de l intervention 26 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Débit de pointe à l exutoire Volume ruisselé à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

27 Transformation de la pluie en débit 27 Eau incidente écoulement retardé absorption par la végétation Eau parvenant à la surface du sol évaporation évapotranspiration évaporation stockage permanent en surface dans les cavités ruissellement vers les zones non drainées ruissellement en surface infiltration ruissellement vers le réseau écoulement hypodermique eau arrivant à l égout

28 Transformation de la pluie en débit Modèles déterministes 28 Modèles statistiques : les débit et volume caractéristique de crue sont déterminés par une exploitation statistique de mesures enregistrées (environ 20 ans). Modèles globaux : les débit et volume caractéristiques d une crue sont calculés avec une formule simple à partir des caractéristiques du bassin versant. Modèles détaillés : le principe est de simuler les phénomènes hydrologiques par des modules (pluviométrie, ruissellement, écoulement) qui reconstituent les différentes étapes du cycle de l'eau.

29 L hydrogramme de crue 29 L hydrogramme de crue est la réaction hydrologique d un bassin versant soumis à une sollicitation (précipitation). Le volume total ruisselé permet les calculs de rétention ; Le débit de pointe est utilisé pour le calcul des réseaux. Débit courbe de concentration Pointe courbe de décrue courbe de tarissement MODÈLES DÉTAILLÉS pluie temps de base ruissellement Temps

30 Modèles globaux : débits de pointe 30 Petits bassins versants ruraux (< 10 ha) : formule rationnelle Q = C i A Q = 2.78 C i A r T r T Q C r i T A : débit de pointe (m 3 /s), : coefficient de ruissellement, : intensité de la pluie (mm/mn), : surface du bassin versant (ha). Q : débit de pointe (l/s), C r : coefficient de ruissellement, i T : intensité de la pluie (mm/h), A : surface du bassin versant (ha). Petits bassins versants urbains ( < 50 ha) : méthode de Caquot

31 Méthode de Caquot 31 Méthode recommandée par l IT1977 mais dont l usage doit être limité à son domaine de validité, conformément au guide «La Ville est son Assainissement» en Limites de validité : Réseau ramifié (sans D.O. ou bassins) ; Usage des coefficients de Montana locaux ; Règles d assemblage des bassins versants en parallèle ; A < 50 ha ; C imp > 0,20 ; Q max < 200 L/s ; p < 5 %. SINON, MODÈLES DÉTAILLÉS

32 Autres méthodes pour BV ruraux 32 Extrapolation à partir de mesures sur des BV comparables SOCOSE + rationnelle (BV< 200 ha) SOCOSE (BV > 200 ha) CRUPEDIX (pour les rivières) SINON, MODÈLES DÉTAILLÉS

33 Plan de l intervention 33 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Débit de pointe à l exutoire Volume ruisselé à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

34 Modèles globaux : volume de rétention 34 Méthode des pluies (permet l utilisation des coefficients de Montana locaux) Méthode des volumes (pour mémoire)

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37 Calcul du volume de stockage 37 Limites de validité : Débit fuite constant ; Transfert instantané (pas de rétention amont) ; Indépendance des pluies ; V < 1000 m3.

38 Calcul de débits 38 Calculer les débits de pointe à évacuer à l aval du bassin versant de l étang Noviat à Romagny : Bassin versant rural ; Bassins versants urbains. Calculer le volume de rétention à mettre en place pour stocker la totalité du ruissellement centennal issu du bassin versant rural.

39 Plan de l intervention 39 Notions de réseau et de bassin versant Tracé des bassins versants Détermination de leurs caractéristiques Modélisation de la pluie Modélisation de l hydrogramme de crue Volume ruisselé à l exutoire Débit de pointe à l exutoire Quelles conclusions pour le concepteur?

40 EXEMPLE : Estimation d un hydrogramme par la méthode des courbes isochrones Aménagement sur secteur BV2 : Faut-il prévoir une rétention ou favoriser les écoulements? DDAF du Haut-Rhin - Sous-Direction 0 de l Équipement des Collectivités DT1 DT2 DT3 DT4 DT5 DT6 DT7 DT8 DT9 DT10 BV5 BV4 BV3 BV2 BV1

41 41 Préconisations Sur les bassins versants amont : Toujours favoriser la limitation des volumes de ruissellement (infiltration) ou/et l écrêtement des débits de pointe (rétention) Sur les bassins versants aval : Toujours favoriser l infiltration mais pas obligatoirement la rétention