PLUVIOMÉTRIE & intensités des précipitations
1 -Mesure de la pluie: La hauteur de pluie est mesurée par deux types d'appareils : Le pluviomètre, qui donne la pluie globale à une station pendant un temps donné. Le pluviographe, qui donne la répartition de la pluie dans le temps.
a- Le pluviomètre association: placé à 1 ou à 1,5 m au-dessus du sol et éloigné de tout obstacle. Pour mesurer la hauteur de la pluie, on verse le contenu du seau dans une éprouvette graduée en millimètres. Mathématiquement, on divise le volume d'eau du pluviomètre par sa surface de réception (400 cm² par exemple). H (mm) = V / S
b-le pluviographe à augets basculeurs : Permet de connaître l'intensité des précipitations exprimées en millimètres par heure Dessine sur un diagramme l enregistrement continu des hauteurs de pluie appelé pluviogramme.
Le dispositif enregistreur du pluviographe à augets basculeurs Exemple de pluviogramme
2 -pluie moyenne sur un bassin versant: Les pluviomètres donnent des indications sur la hauteur d'eau tombée sur les points de mesure. Ils ne peuvent donc pas représenter les conditions pluviométriques exactes d'une grande surface. Si les stations pluviométriques sont assez nombreuses et très bien réparties sur toute la superficie du bassin, on pourra utiliser la moyenne arithmétique des hauteurs annuelles de toutes les stations : Le module annuel pi est la hauteur des précipitations annuelle d'une station du bassin; n est le nombre de stations.
La méthode de la moyenne arithmétique ne reflète pas souvent la hauteur réelle des pluies tombées sur la totalité du bassin versant ; les hautes montagnes sont souvent dépourvues de stations de mesure, et la moyenne arithmétique ne tiendra pas compte des précipitations importantes de ces régions. Pour cela, on a recours à d'autres méthodes plus fiables : La méthode de Thiessen et La méthode des isohyètes
-Méthode de Thiessen: Pluviométrie & intensités des précipitations La méthode de Thiessen consiste à attribuer à chaque pluviomètre une zone d'influence, tel qu'un point situé sur cette zone soit plus près du pluviomètre correspondant que de tout autre pluviomètre.
Considérons un bassin pourvu de trois pluviomètres A, B et C. - Joignons les points A, B et C - Traçons les médiatrices des segments AB, BC et AC. Celles-ci partagent le bassin en trois zones I, II et III. Un point situé en I sera plus près de A que de B ou de C. Si PA, PB et PC représentent les pluies tombées en A, B et C, et S1, S2 et S3 les surfaces respectives des trois zones, puis si S est la surface totale du bassin et P la pluie moyenne sur le bassin, On aura d'après Thiessen :
- Méthode des isohyètes: Une courbe isohyète est une courbe qui joint les points sur lesquels il est tombé la même hauteur de pluie pendant une période déterminée. Pour pouvoir tracer les isohyètes avec un maximum d'exactitude, il faut que le réseau des pluviomètres soit très dense, en couvrant toute la superficie du bassin ; on peut même tenir compte des stations situées dans les bassins voisins.
Calcul de la pluviométrie moyenne: On prendra comme exemple la pluviométrie moyenne interannuelle du bassin du Konkouré (Guinée). On mesure au planimètre toutes les surfaces élémentaires comprises entre les isohyètes :
Hauteurs des précipitations (pi) Surfaces (si en km²) 1600 à 1700 mm 2 1700 à 1800 mm 9 1800 à 1900 mm 15 1900 à 2000 mm 45 2000 à 2100 mm 42 2100 à 2200 mm 29 2200 à 2300 mm 12,5 2300 à 2400 mm 1,5 si est la surface comprise entre deux isohyètes pi est la précipitation correspondante. 156 km² P = (1650 * 2) + (1750 * 9) + (1850 * 15) + (1950 * 45) + (2050 * 42) + (2150 * 29) + (2250 * 12,5) + (2350 * 1,5) P = 2017 mm. 156
3 Etude des intensités des précipitations: L étude des averses est importante en hydrologie des petits bassins versants et en hydrologie urbaine car déterminante pour les crues et le dimensionnement des ouvrages d'assainissement. Une averse est un ensemble de pluies associées à une perturbation météorologique bien définie. la durée d'une averse peut varier de quelques minutes à plusieurs dizaines d'heures et intéresser une superficie allant de quelques kilomètres carrés (orages) à des milliers de km² (pluies cycloniques). L'intensité moyenne d'une averse est le rapport de la hauteur de pluie observée à la durée t de l'averse. i m : intensité moyenne de la pluie [mm/h, mm/min ou l/s/ha], h : hauteur de pluie de l'averse [mm], t : durée de l'averse [h ou min].
L'intensité des précipitations peut être analysée à partir d un pluviogramme ou d un hyétogramme Le pluviogramme est la courbe de l enregistrement continue de la pluie par le pluviographe. Le hyétogramme est un graphique en histogramme, de l'intensité de la pluie en fonction du temps. Pour construire le hyétogramme, on divise le pluviogramme en un pas de tempsȃt le plus petit possible (30 min, 1 h )
Les courbes IDF (intensité-durée-fréquence) 1 : Les lois de la pluviosité L'analyse des pluies a permis de définir deux lois générales de pluviosité : - Pour une même fréquence d'apparition, (donc un même temps de retour), l'intensité dune pluie est d'autant plus forte que sa durée est courte. - A durée de pluie égale, une précipitation sera d'autant plus intense que sa fréquence d'apparition sera petite (donc que son temps de retour sera grand). Ces lois permettent d'établir les relations entre les intensités, la durée et la fréquence d'apparition des pluies par les courbes IDF (intensité-durée-fréquence).
2 : Établissement des courbes IDF Les courbes IDF sont établies dans le but de bien connaître l'information pluviométrique d une station et de calculer des averses d une fréquence donnée (ou pluie de projet) ainsi qu éventuellement des débits de crue particulières. Elles sont établies sur la base de l'analyse des averses enregistrées à une station au cours d'une longue période.
La formule de Montana est très souvent utilisé pour exprimer l intensité i d une averse, d une durée t et pour une période de retour T donné. a et b : paramètres d'ajustement i: intensité en mm/h t: durée de référence en h Les paramètres a et b résultent de l'ajustement mathématique des courbes expérimentales (en format linéaire) : Log i = log a b.log t Avec l équation de Montana, on peut ainsi estimer les intensités probables pour différentes durée de pluie (2 h, 5 h, 10 h ) Les différentes intensités correspondants aux différentes période de retour résultent de l ajustement statistiques des intensités maxima par une loi de type Gumbel (voir ajustement des débits maxima par la loi de Gumbel)
-Trier les valeurs des lames précipitées dans l ordre décroissant. - Attribuer un rang à chaque valeur. - Calcul de la fréquence empirique et la fréquence de non-dépassement - Calcul des variables réduites «y» et représentation graphique - Calcul des équations de la droite de Gumbel, ajustement de la loi aux échantillons de pluies et calcul des quantiles (2, 10, 20, 50 ans etc)
Représentation graphique sous la forme de courbes Intensité Durée Fréquence Calcul des paramètres de la formule de Montana Estimation des intensités de durées plus courtes (5, 10, 15 h )