FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE DES ZRV

FONCTIONNEMENT HYDRAULIQUE DES ZRV Michel LAFFORGUE SUEZ CONSULTING Vendredi 24 juin 2016

1 Objectifs du volet hydraulique 2 Méthodologie 3 Résultats transversaux (sites A à D) 4 Analyse hydrologique du site E 5 Conclusions 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 2

1 Objectifs du volet hydraulique 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 3

Les principaux objectifs Quel est le bilan hydraulique des sites d étude? Peut on calculer l infiltration et quel est son poids dans les bilans? Peut on calculer le temps de séjour des eaux pour les sites d étude? Quels enseignements tirer en termes de métrologie? Peut on simuler la ligne d eau d une ZRV? 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 4

2 Méthodologie 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 5

Le bilan hydraulique des sites d étude BILAN HYDRIQUE Entrées Apports venant de la station d'épuration Apport liés à la pluie Sorties Pertes par évapotranspiration Pertes par évaporation Variations du volume Pertes par infiltration Flux sortant à l'exutoire ORIGINE Mesurés Mesurés Calculées à partir des mesures Calculées à partir des mesures Mesurées Calculées à partir du bilan hydrique Mesurés 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 6

Le Temps de séjour hydraulique Temps de séjour théorique dans chaque bassin: varie en fonction des flux entrant/sortant de chaque bassin et des volumes de ceux ci. Traçages réalisés au gadolinium: Une campagne par site (en parallèle à la campagne de suivi multi-paramètres), sauf pour le site E (4 campagnes de traçage réalisées). Temps de séjour réels: Etablis en croisant ces éléments. Permet d en déduire les circulations dans les bassins et les volumes d eau morte. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 7

Analyse de la ligne d eau Modélisation de la ligne d eau réalisée sur le site E. Données d entrées: bathymétrie et géométrie des bassins, flux entrant, apports/pertes calculés sur chaque bassin, Modèle utilisé: Mike 1D Conditions aux limites: Flux entrant (amont), niveau aval dans le bassin final. Calage du modèle: sur les données de 2011 Validation du modèle: sur les données de 2014. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 8

3 Résultats transversaux (sites A à D) 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 9

Les résultats des quatre sites étudiés sur une campagne ponctuelle sont les suivants: SITE A SITE C Entrée 91% Pluie 9% ETP + EP 9% Variation volume 3% Sortie 87% Entrée 98% Pluie 2% ETP + EP 4% Variation volume 4% Sortie 86% Infiltration 2% Infiltration 7% SITE B SITE D Entrée 100% Pluie 0% ETP + EP 11% Variation volume -4% Sortie 43% Entrée 64% Pluie 36% ETP + EP 13% Variation volume 26% Sortie 0% Infiltration 50% Infiltration 60% 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 10

Les résultats des quatre sites étudiés sur une campagne ponctuelle sont les suivants: Flux (m3/jour) C B A D Entrées 452 73 2368 2330 Apports station d'épuration 443 73 2157 1500 Apport liés à la pluie 9 0 211 830 Sorties 453 74 2370 3445 Pertes par évapotranspiration + évaporation 17 8 202 460 Variation du volume 18-3 66 910 Pertes par infiltration 30 37 43 2075 Flux sortant à l'exutoire 388 32 2059 0 Répartition des flux (%) C B A D Entrées Apports station d'épuration 98% 100% 91% 64% Apport liés à la pluie 2% 0% 9% 36% Sorties Pertes par évapotranspiration + évaporation 4% 11% 9% 13% Variation du volume 4% -4% 3% 26% Pertes par infiltration 7% 50% 2% 60% Flux sortant à l'exutoire 86% 43% 87% 0% C B A D Campagne de suivi Eté Eté Automne Automne Temps de séjour global calculé (jours) 1 20 45 140 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 11

4 Analyse hydraulique du site E 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 12

Sortie Rejet ZL Filtre à sable Bassin à Herbier Caractéristiques des déversoirs Seuil déversant Seuil déversant Ecoulement PH Delta Méandre Sortie delta Roselière Bassin à Microphytes Entrée Prairie Humide 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 13 STEP

Rappel des mesures en routine Un suivi hebdomadaire (notamment de fin avril 2014 à fin décembre 2014) Mesures: niveaux d eau, météorologie, taux de couverture des bassins (macrophytes, hélophytes), débits Quatre campagnes ponctuelles additionnelles (de 22 à 25 jours) Deux campagnes estivales, une en automne, et une en hiver Elles comportent un suivi plus dense et un traçage au gadolinium 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 14

Nappe -ancien regard STEP réseau Sortie ZL BH Prélèvement traceur Injection traceur Mesures de niveaux De Me BM Ro Entrée ZL Nappe piezomètre cascade 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 15

Bilan de flux sur 2014 Flux sortant de chaque bassin: calculés à partir des apports et des pertes dans ce bassin. Flux calculés en sortie de ZRV: comparés avec les flux mesurés sortant. Paramètres de calage: essentiellement l infiltration. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 16

Bilan de flux sur 2014 Les deux sorties principales sont l exutoire et l infiltration. Entrée 96% Alimentation par la nappe 2% Pluie 2% Infiltration 32% SITE E ETP + EP 5% Variation volume 0% Surverse 8% Sortie 55% Répartition des flux (%) Entrées Apports station d'épuration 96% Alimentation par la nappe 2% Apport liés à la pluie 2% Sorties Pertes par évapotranspiration + évaporation 5% Variation du volume 0% Pertes par infiltration 32% Surverse prairie humide 8% Flux sortant à l'exutoire 55% 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 17

Echanges avec la nappe Les apports de la nappe représente 2% (périodes de fortes pluies) et l infiltration 32% du bilan hydrique de 2014. 1 000 Infiltration calculée à partir du bilan des flux pour 2014 700 600 Débit d'alimentation par la nappe (2014) Débit (m3/jour) 800 600 400 200 Qnappe (m3/jour) 500 400 300 200 100 0 1/1 3/3 3/5 3/7 2/9 2/11 Date 0 1/5 31/5 1/7 31/7 31/8 30/9 31/10 30/11 31/12-100 Date 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 18

Evapotranspiration Elle pèse 4% en moyenne sur 2014, mais elle peut atteindre 25% en début d été 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Temps de séjour Ils varient de 6 à 7 jours en hiver et de 7 à 10 jours en été. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 19

Modélisation de la ligne d eau pour 2014 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 20

Résultats 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 21

5 Conclusions 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 22

Bilan de flux Flux: Calculables si les données sont complètes, permet de déduire l infiltration. Infiltration: Très variable d un site à l autre (entre 2 à 60% pour les 5 sites étudiés). Evaporation et évapotranspiration: Ne pèsent généralement significativement dans le bilan qu en période estivale. Apports par la nappe: Sont marginaux mais peuvent ponctuellement exister. Temps de séjour Durée: Très variable, entre 1 et 140 jours pour les 5 sites étudiés. Traçage: Bon outil pour estimer les temps de séjour réels (du fait de la présence de court-circuits hydrauliques partiels). 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 23

Modélisation de la ligne d eau Possible mais nécessite des séries de données suffisantes dans le temps et des données fiables. Principaux apports d une bonne compréhension du fonctionnement hydraulique sur les autres fonctionnalités des nouvelles ZRV PRINCIPAUX ELEMENTS IMPACTES Hydrologie globale Capacité épuratrice Fonctionnement écosystème Infiltration X X Circulations hydrauliques X X Ligne d'eau X X Temps de séjour X X X L hydrologie impacte à la fois la capacité épuratrice des nouvelles ZRV, le fonctionnement de l écosystème, donc son rôle de vecteur de biodiversité, et enfin, par voie de conséquence, son intégration paysagère. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 24

Eléments nécessaire pour dimensionner les nouvelles ZRV La topographie du site et des espaces disponibles Les données géotechniques Les niveaux altimétriques de la nappe et de l exutoire en eau superficielle La perméabilité des sols en place La Météorologie au droit du site: pluie, vitesse du vent, humidité, ensoleillement, température de l air. L Hydrologie: les débits entrant dans la future ZRV. Les contraintes en terme d infiltration (entre pas d infiltration et tout doit s infiltrer). 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 25

Eléments nécessaire pour assurer le suivi du fonctionnement hydrologique des ZRV Le débit entrant et sortant de la ZRV Les données météorologiques: vitesse du vent, humidité, ensoleillement, température de l air Les niveaux altimétriques de la nappe et de l exutoire en eau superficielle Le niveau d eau dans les différents bassins. 24/05/2016 Colloque de restitution du PROJET ZHART 26

MERCI DE VOTRE ATTENTION michel.lafforgue@safege.fr