APPROCHES SIMPLIFIÉES POUR L ÉVALUATION DES PARAMÈTRES DE CONCEPTION POUR LES BASSINS DE FAIBLES DIMENSIONS Gilles Rivard, ing. M. Sc. Québec 15 mars 2012
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
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
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE MODÉLISATION Précipitation Paramètres de conception Intensité Durée Quantité Durée Débit Volume Qualité
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
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE FHWA, 2002
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE FHWA, 2002
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Caractéristiques des événements pluvieux
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Fréquence de la pluie Fréquence de Q ou V Pluies différentes conditions antécédentes d humidité identiques Journal ACRH - 1986
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE Fréquence de la pluie Fréquence de Q ou V Pluies identiques conditions antécédentes d humidité différentes Journal ACRH - 1986
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION Courbes IDF
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION Pluies de conception
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PRÉCIPITATION
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PERTES INITIALES
FACTEURS AFFECTANT LA RÉPONSE PERTES - Infiltration
APPROCHES SIMPLIFIÉES
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)
APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle Pluie en bloc uniforme pour la durée t c A i = (B + t) C t c
APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle Temps de concentration Plusieurs équations disponibles Deux grandes catégories Hydraulique - Empiriques
APPROCHES SIMPLIFIÉES
APPROCHES SIMPLIFIÉES
APPROCHES SIMPLIFIÉES
APPROCHES SIMPLIFIÉES
APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthodes pour Tc Lag Vitesses Trois types de segments: En nappe Écoulement concentré peu profond Écoulement canalisé
APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement en nappe
APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement concentré peu profond
APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement concentré peu profond
APPROCHES SIMPLIFIÉES Écoulement canalisé Équation de Manning V - vitesse d écoulement R rayon hydraulique Sf pente n coefficient de rugosité
APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle application pour contrôle de la quantité
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 90.7 64.5 51.4 33.3 20.8 12.9 6 mois 46 34 28 19 12.9 8 ratio (6mois/2ans) 0.507 0.527 0.545 0.571 0.620 0.620
APPROCHES SIMPLIFIÉES Méthode rationnelle application pour contrôle de la qualité Q = C i A /360
APPROCHES SIMPLIFIÉES Pluie de conception contrôle de la qualité 40 Pluie pour contrôle de la qualité Pluie de type Chicago - Durée de 6 heures 35 30 Intensité de pluie (mm/h) 25 20 15 10 5 0 Temps (minutes)
APPROCHES SIMPLIFIÉES MAPAQ, 2007 Temps de concentration Méthode de Kirpich ou Mockus
APPROCHES SIMPLIFIÉES MAPAQ, 2007 Q = C i A /360
APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Hydrogrammes basés sur la méthode rationnelle
APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Temps de concentration
APPROCHES SIMPLIFIÉES MTQ, Manuel des ponceaux, 1995 Temps de concentration
APPROCHES SIMPLIFIÉES Guide de gestion des eaux pluviales, MDDEP, 2011 Équation aéroport (FAA) (écoulement nappe) Équation Kerby (écoulement nappe) Équation Bransby-Williams
APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire) Projet Agriculture Canada, 2011
APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire)
APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques Établis avec méthode SCS pour infiltration et lots agricoles typiques (forme rectangulaire)
APPROCHES SIMPLIFIÉES Débits spécifiques
VALIDATION - QUÉBEC Méthode rationnelle surestime pour bassins agricoles de faibles pentes
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 = -0.117ln(x) + 1.4046 y = -0.059ln(x) + 0.7023 0.1 1 10 100 1000 Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003
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 = -0.139ln(x) + 1.6369 y = -0.069ln(x) + 0.8184 0.1 1 10 100 1000 Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003
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 = -0.168ln(x) + 1.9597 y = -0.084ln(x) + 0.9799 0.1 1 10 100 1000 Aire (km 2 ) Étude MTQ, 2003
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 0.945 0.693*A 0.940 0.185*A 1.123 0.733*A 0.912 1.398*A 0.807 0.059*A 1.307 0.598*A 0.933 0.224*A1.152 0.273*A 1.056 aire, pente 0.547*A 0.933 *S 0.076 0.437*A 0.993 *S 0.090 0.221*A 1.077 *S 0.066 0.415*A 0.957 *S 0.134 0.749*A 0.866 *S 0.117 0.081*A 1.215 *S 0.130 0.595*A 0.932 *S 0.007 0.115*A 1.243 *S 0.115 0.269*A 1.060 *S- 0.012 Log-Lineaire aire 0.842*A 0.873 0.769*A 0.903 0.258*A 1.062 0.775*A 0.892 0.711*A 0.926 3.571*A 0.646 1.128*A 0.819 1.235*A 0.809 0.133*A 1.167 aire, pente 0.846*A 0.873 *S -0.001 0.928*A 0.887 *S -0.041 0.269*A 1.051 *S 0.012 0.653*A 0.908 *S 0.036 1.039*A 0.892 *S -0.079 1.405*A 0.749 *S 0.137 1.219*A 0.812 *S -0.030 1.209*A 0.809 *S 0.011 0.108*A 1.218 *S -0.102 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 1.000 0.889*A 0.905 0.124*A 1.201 0.466*A 1.002 1.774*A 0.776 0.010*A 1.596 0.546*A 0.960 0.281*A 1.121 0.246*A 1.086 aire, pente 0.429*A 0.984 *S 0.088 0.563*A 0.956 *S 0.094 0.151*A 1.151 *S 0.078 0.258*A 1.045 *S 0.151 1.003*A 0.828 *S 0.111 0.019*A 1.454 *S 0.145 0.548*A 0.962 *S- 0.010 0.139*A 1.216 *S 0.128 0.235*A 1.099 *S- 0.032 Log-Lineaire aire 0.925*A 0.871 0.864*A 0.900 0.201*A 1.114 0.855*A 0.892 0.792*A 0.922 2.669*A 0.708 1.219*A 0.818 1.414*A 0.795 0.113*A 1.206 aire, pente 0.903*A 0.874 *S 0.006 1.014*A 0.882 *S -0.035 0.211*A 1.103 *S 0.014 0.692*A 0.911 *S 0.044 1.167*A 0.888 *S -0.081 0.924*A 0.825 *S 0.155 1.329*A 0.810 *S- 0.033 1.356*A 0.796 *S 0.021 0.089*A 1.264 *S -0.118 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 1.066 1.121*A 0.872 0.078*A 1.289 0.253*A 1.116 2.230*A 0.745 0.002*A 1.860 0.489*A 0.990 0.341*A 1.094 0.217*A 1.118 aire, pente 0.317*A 1.044 *S 0.099 0.713*A 0.920 *S 0.097 0.096*A 1.234 *S 0.089 0.136*A 1.159 *S 0.164 1.320*A 0.791* S 0.106 0.003*A 1.748 *S 0.155 0.489*A 0.995 *S -0.027 0.160*A 1.194 *S 0.141 0.199*A 1.140 *S -0.051 Log-Lineaire aire 1.005*A 0.870 0.959*A 0.892 0.153*A 1.171 0.932*A 0.892 0.874*A 0.918 1.887*A 0.777 1.312*A 0.818 1.598*A 0.781 0.095*A 1.244 aire, pente 0.951*A 0.876 *S 0.013 1.097*A 0.877 *S -0.030 0.161*A 1.158 *S 0.017 0.729*A 0.914 *S 0.051 1.298*A 0.883 *S -0.083 0.582*A 0.907 *S 0.172 1.427*A 0.809 *S -0.036 1.502*A 0.783 *S 0.032 0.073*A 1.310 *S -0.132 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
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)