O r g a n i s a t i o n m é t é o r o l o g i q u e m o n d i a l e
WMO-N 168
GUIDE
DES PRATIQUES HYDROLOGIQUES GUIDE
DES PRATIQUES HYDROLOGIQUES
OMM-N° 168
ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNÉES, ANALYSES, PRÉVISION ET AUTRES APPLICATIONS
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OMM-N° 168
ACQUISITION ET TRAITEMENT DES DONNÉES, ANALYSES, PRÉVISION ET AUTRES APPLICATIONS
GUIDE
DES PRATIQUES HYDROLOGIQUES
C i n q u i è m e é d i t i o n
1 9 9 4
ISBN 92-63-25168-1
NOTES
1) L’édition française a été préparée en 1996.
2) Les appellations employées dans cette publication et la présentation des données qui y figurent n’impliquent de la part du Secrétariat de l’Organisation météorologique mondiale aucune prise de position quant au statut juridique des pays, territoires, villes ou zones, ou de leurs autorités, ni quant au tracé de leurs frontières ou limites.
Page
Préface . . . xxxi
PARTIE A — GÉNÉRALITÉS CHAPITRE 1 — INTRODUCTION AU GUIDE . . . . 1
1.1 Domaine du Guide . . . . 1
1.2 Plan et contenu du Guide . . . . 1
1.3 Correspondance entre le Guide et le Manuel de référence du SHOFM . 3 CHAPITRE 2 — ACTIVITÉS DE L’OMM RELATIVES À L’EAU . . . . 5
2.1 Aperçu général . . . 5
2.1.1 But et description des activités relatives à l’eau . . . 6
2.1.2 Structure du Programme . . . 9
2.1.3 Mise en œuvre du Programme . . . 10
2.1.4 Développement des ressources humaines . . . 11
2.1.5 Coopération technique . . . 11
2.2 Bases de données internationales . . . 12
2.2.1 Service d’information sur les données hydrologiques INFOHYDRO . . 12
2.2.2 Centre mondial de données sur l’écoulement . . . 13
2.2.3 Service mondial d’information sur les données climatologiques INFOCLIMA . . . 14
2.3 Le Système hydrologique opérationnel à fins multiples (SHOFM) . . . 15
2.3.1 Structure du SHOFM . . . 15
2.3.2 Organisation et fonctionnement du SHOFM . . . 16
2.4 Formation professionnelle en hydrologie . . . 21
Références . . . 23
CHAPITRE 3 — LES SERVICES HYDROLOGIQUES . . . . 25
3.1 Fonctions des Services hydrologiques . . . 25
3.1.1 Utilisation des informations hydrologiques . . . 25
3.1.2 Fonctions et responsabilités d’un Service hydrologique . . . 26
3.1.3 Types de données requises . . . 29
3.1.4 Prévisions en temps réel des phénomènes extrêmes . . . 31
3.2 Organisation des Services hydrologiques et météorologiques . . . 31
Références . . . 33
CHAPITRE 4 — NORMES ET RÈGLES HYDROLOGIQUES . . . . 35
4.1 Unités et symboles . . . 35
4.2 Pratiques et procédures recommandées . . . 35
4.3 Exactitude de la mesure hydrologique . . . 50
4.3.1 Principes de base. . . 50
4.3.2 Définitions de termes liés à l’exactitude . . . 51
4.3.3 Types d’erreurs . . . 54
4.3.4 Sources d’erreurs . . . 55
4.3.5 Erreurs de mesures secondaires . . . 56
4.3.6 Caractérisation des instruments et méthodes d’observation . . . 57
4.3.7 Exactitude recommandée des mesures hydrologiques . . . 58
4.4 Codes hydrologiques . . . 59
4.4.1 Généralités . . . 59
4.4.2 Formes symboliques . . . 59
4.4.3 Numéros d’identification des stations d’observation hydrologique . . . 60
4.4.4 Formes symboliques BUFR et GRIB . . . 60
Références . . . 60
CHAPITRE 5 — ORGANISATIONS INTERNATIONALES IMPLIQUÉES DANS LE DOMAINE DE L’HYDROLOGIE ET DES RESSOURCES EN EAU . . . 63
5.1 Introduction . . . 63
5.2 Organisations intergouvernementales (OIG) . . . 63
5.3 Nature et coordination des activités des organisations des Nations Unies dans le développement des ressources en eau . . . 63
5.4 Organisation de la coopération à l’intérieur du système des Nations Unies aux niveaux mondial, régional et sectoriel . . . 76
5.5 Organisations non gouvernementales (ONG) . . . 76
5.6 Coopération institutionnelle dans le cadre de bassins de rivières ou de lacs internationaux . . . 86
Références . . . 86
PARTIE B — INSTRUMENTS HYDROLOGIQUES ET MÉTHODES D’OBSERVATION ET D’ESTIMATION CHAPITRE 6 — VUE D’ENSEMBLE DES INSTRUMENTS HYDROLOGIQUES ET DES MÉTHODES D’OBSERVATION . . . . 87
6.1 Le cycle hydrologique, sujet d’observation . . . 87
6.2 Nouvelles techniques en vue . . . 90
6.2.1 Télédétection . . . 90
6.2.2 Micro-électronique . . . 90
6.2.3 Microprocesseurs . . . 91 Page
6.2.4 Enregistreurs automatiques multi-paramètres . . . 91
Références . . . 94
CHAPITRE 7 — MESURE DES PRÉCIPITATIONS . . . . 95
7.1 Conditions générales . . . 95
7.2 Choix de l’emplacement des pluviomètres . . . 95
7.3 Appareils non enregistreurs . . . 98
7.3.1 Généralités . . . 98
7.3.2 Appareils standard . . . 98
7.3.3 Appareils de stockage . . . 99
7.3.4 Méthodes de mesure . . . 100
7.3.5 Erreurs et exactitude des lectures . . . 100
7.3.6 Correction des erreurs systématiques . . . 101
7.4 Appareils enregistreurs . . . 106
7.4.1 Enregistreurs à pesée . . . 107
7.4.2 Enregistreur à flotteur . . . 107
7.4.3 Enregistreurs à auget basculeur . . . 108
7.4.4 Enregistreurs d’intensité . . . 108
7.4.5 Méthodes d’enregistrement . . . 109
7.5 Chutes de neige . . . 109
7.5.1 Epaisseur de neige . . . 109
7.5.2 Equivalent en eau d’une chute de neige . . . 110
7.6 Observation de la pluie par radar . . . 110
7.6.1 Utilisation du radar en hydrologie . . . 110
7.6.2 L’équation radar-précipitations . . . 111
7.6.3 Facteurs influençant les mesures . . . 112
7.6.3.1 Type de précipitations . . . 112
7.6.3.2 Largeur du faisceau . . . 112
7.6.3.3 Réfraction du faisceau . . . 113
7.6.3.4 Atténuation par l’atmosphère . . . 113
7.6.3.5 Atténuation due à la distance . . . 114
7.6.4 Méthodes et techniques . . . 114
7.6.4.1 Procédés photographiques . . . 114
7.6.4.2 Techniques manuelles . . . 115
7.6.4.3 Techniques automatiques . . . 116
7.6.5 Radar Doppler . . . 116
7.7 Observations par satellite . . . 117
7.8 Rosée . . . 118
7.9 Echantillonnage pour le suivi de la qualité des précipitations . . . 119
7.9.1 Collecteurs d’échantillons . . . 120
7.9.1.1 Collecteurs de pluie . . . 120 Page
7.9.1.2 Collecteurs de neige . . . 120
7.9.1.3 Prélèvement de dépôts secs . . . 120
Références . . . 121
CHAPITRE 8 — STOCK NEIGEUX . . . . 123
8.1 Généralités . . . 123
8.2 Cheminements nivométriques . . . 123
8.2.1 Points de mesure . . . 124
8.2.2 Matériel de prélèvement . . . 125
8.2.3 Méthode de prélèvement . . . 127
8.2.4 Exactitude des mesures . . . 128
8.3 Epaisseur et étendue du manteau nival . . . 128
8.3.1 Mesure avec des perches à neige graduées . . . 128
8.3.2 Mesure à la sonde . . . 129
8.3.3 Mesure par méthodes photogrammétriques . . . 129
8.4 Nivomètres à radio-isotopes . . . 130
8.4.1 Nivomètres à radio-isotopes verticaux . . . 130
8.4.2 Nivomètres à radio-isotopes horizontaux . . . 131
8.5 Coussins à neige . . . 131
8.6 Rayonnement gamma naturel . . . 132
8.6.1 Relevé aérien du stock neigeux . . . 132
8.6.2 Relevé au sol . . . 133
8.7 Mesure de l’équivalent en eau du stock neigeux en utilisant le rayonnement cosmique . . . 134
Références . . . 134
CHAPITRE 9 — EVAPORATION ET ÉVAPOTRANSPIRATION . . . . 135
9.1 Généralités . . . 135
9.2 Bac d’évaporation . . . 135
9.3 Evaporomètres et lysimètres . . . 137
9.4 Evaporation de la neige . . . 138
9.5 Méthodes indirectes . . . 139
9.5.1 Généralités . . . 139
9.5.2 Rayonnement solaire . . . 139
9.5.3 Rayonnement de grandes longueurs d’onde . . . 139
9.5.4 Température de l’air . . . 140
9.5.5 Température superficielle de l’eau . . . 141
9.5.6 Degré hygrométrique ou pression de vapeur d’eau de l’air . . . 141
9.5.7 Vent . . . 142
9.5.8 Centrales de mesure . . . 142
Références . . . 142 Page
CHAPITRE 10 — NIVEAUX DES COURS D’EAU, DES LACS ET
DES RÉSERVOIRS . . . . 143
10.1 Généralités . . . 143
10.2 Instruments de mesure du niveau . . . 143
10.2.1 Limnimètres . . . 143
10.2.2 Limnigraphes . . . 144
10.3 Méthodes de mesure des niveaux . . . 145
10.3.1 Calage du zéro de l’échelle . . . 145
10.3.2 Limnigraphes . . . 145
10.3.3 Utilisation des limnigraphes en hiver . . . 145
10.4 Fréquence des mesures de niveau . . . 146
Références . . . 146
CHAPITRE 11 — MESURE DU DÉBIT . . . . 147
11.1 Généralités . . . 147
11.2 Jaugeage au moulinet . . . 147
11.2.1 Choix du site . . . 148
11.2.2 Mesure de la section transversale . . . 148
11.2.3 Mesure de la vitesse . . . 150
11.2.3.1 Appareils pour la mesure de la vitesse . . . 150
11.2.3.2 Mesure de la vitesse au moulinet . . . 150
11.2.3.3 Détermination de la vitesse moyenne sur une verticale . . . 150
11.2.4 Calcul du débit . . . 152
11.2.5 Jaugeage sous couche de glace . . . 153
11.2.5.1 Choix du site . . . 154
11.2.5.2 Equipement . . . 154
11.2.5.3 Jaugeage . . . 155
11.2.5.4 Calcul du débit . . . 155
11.2.6 Exactitude . . . 156
11.3 Jaugeage à l’aide de flotteurs . . . 156
11.3.1 Choix des sections . . . 156
11.3.2 Flotteurs . . . 156
11.3.3 Méthode de mesure . . . 156
11.3.4 Calcul de la vitesse . . . 157
11.3.5 Calcul du débit . . . 157
11.4 Jaugeage par dilution . . . 157
11.4.1 Conditions générales . . . 158
11.4.2 Choix du site . . . 158
11.4.3 Traceurs et matériel de détection . . . 159
11.4.4 Calcul du débit . . . 160
11.5 Mesure du niveau correspondant . . . 160
11.6 Estimation du débit par des méthodes indirectes . . . 160 Page
11.6.1 Généralités . . . 160
11.6.2 Etude sur le terrain . . . 161
11.6.3 Estimation par la méthode de la pente de la ligne d’eau . . . 161
11.6.4 Mesure du débit dans les aqueducs . . . 161
11.6.5 Mesure du débit à la contraction d’un chenal . . . 162
11.6.6 Mesure du débit au-dessus d’un barrage ou d’un remblai routier . . . 162
11.7 Jaugeage en conditions difficiles . . . 162
11.7.1 Lits instables . . . 162
11.7.2 Cours d’eau de montagne . . . 164
11.7.3 Mesures en régime non permanent . . . 164
11.7.3.1 Jaugeages pendant les crues . . . 164
11.7.3.2 Jaugeages dans les biefs à marée . . . 165
11.7.4 Rivières enherbées . . . 168
11.8 Méthodes non-traditionnelles pour le jaugeage de rivières . . . 168
11.8.1 Généralités . . . 168
11.8.2 Méthode du bateau mobile . . . 168
11.8.3 Méthode ultrasonique (acoustique) . . . 169
11.8.4 Méthode électromagnétique . . . 170
Références . . . 172
CHAPITRE 12 — STATIONS DE JAUGEAGE . . . . 175
12.1 Objet des stations de jaugeage . . . 175
12.2 Choix du site . . . 175
12.3 Contrôles de la relation hauteur-débit . . . 176
12.4 Installations de mesure . . . 177
12.4.1 Les divers types de dispositifs . . . 177
12.4.2 Choix de l’installation . . . 178
12.4.3 Mesure de la hauteur d’eau . . . 178
12.4.4 Exploitation des installations . . . 178
12.5 Relations hauteur-débit . . . 179
12.5.1 Stabilité des relations hauteur-débit . . . 179
12.5.2 Fréquence des mesures de débit . . . 180
Références . . . 181
CHAPITRE 13 — DÉBIT SOLIDE . . . . 183
13.1 Généralités . . . 183
13.2 Choix du site . . . 183
13.3 Mesure du débit des matières en suspension . . . 183
13.3.1 Echantillonneurs et appareils de mesure in situ . . . . 183
13.3.2 Méthode de mesure . . . 184
13.3.3 Détermination de la concentration en matières en suspension . . . 185
13.3.4 Calcul du débit des matières en suspension . . . 186 Page
13.3.5 Relevé continu du débit des matières en suspension . . . 186
13.4 Mesure du débit de charriage de fond . . . 187
13.4.1 Instruments de mesure . . . 187
13.4.2 Méthode de mesure . . . 188
13.4.3 Calcul du débit du charriage de fond . . . 189
13.4.4 Enregistrement continu du charriage de fond . . . 189
Références . . . 190
CHAPITRE 14 — GLACE SUR LES COURS D’EAU, LES LACS ET LES RÉSERVOIRS . . . . 191
14.1 Généralités . . . 191
14.2 Eléments du régime des glaces . . . 191
14.3 Méthodes d’observation . . . 191
14.4 Dates et fréquence des observations . . . 192
14.5 Exactitude . . . 192
Référence . . . 193
CHAPITRE 15 — MESURE DE L’HUMIDITÉ DU SOL . . . . 195
15.1 Généralités . . . 195
15.2 Méthode gravimétrique . . . 195
15.2.1 Prélèvement d’échantillons . . . 196
15.2.2 Description des appareils de prélèvement . . . 197
15.2.2.1 Tarières . . . 197
15.2.2.2 Carottiers . . . 197
15.2.3 Procédure de laboratoire . . . 198
15.3 Méthode par mesure de résistivité . . . 198
15.4 Méthode neutronique . . . 199
15.4.1 Appareillage . . . 199
15.4.2 Tubes d’accès . . . 199
15.4.3 Etalonnage . . . 200
15.4.4 Mesures et exactitude . . . 200
15.5 Méthode gammamétrique . . . 201
15.6 Méthodes diélectriques . . . 201
15.6.1 Réflectométrie dans le domaine temporel . . . 202
15.6.2 Méthode capacitive . . . 203
15.7 Télédétection . . . 203
15.8 Méthode tensiométrique . . . 204
Références . . . 206
CHAPITRE 16 — EAUX SOUTERRAINES . . . . 207
16.1 Généralités . . . 207
16.2 Installation des puits d’observation . . . 208 Page
16.3 Essai des puits d’observation . . . 214
16.4 Rebouchage des puits abandonnés . . . 216
16.5 Instruments et méthodes d’observation . . . 217
16.5.1 Appareils manuels . . . 217
16.5.2 Enregistreurs automatiques . . . 219
16.5.3 Appareils de prélèvement d’eau pour puits sans pompage . . . 223
16.5.4 Enregistreurs de salinité et de température . . . 223
16.6 Surveillance de la qualité des eaux souterraines . . . 224
Références . . . 225
CHAPITRE 17 — QUALITÉ DE L’EAU . . . . 227
17.1 Généralités . . . 227
17.2 Méthodes d’échantillonnage . . . 227
17.2.1 Types d’échantillons . . . 227
17.2.1.1 Echantillon ponctuel . . . 227
17.2.1.2 Echantillons composés . . . 227
17.2.2 Prélèvement d’un échantillon représentatif . . . 228
17.2.3 Equipements et techniques d’échantillonnage . . . 228
17.2.3.1 Echantillonneurs ponctuels . . . 228
17.2.3.2 Echantillonneur à oxygène dissous . . . 232
17.2.3.3 Echantillonneurs automatiques . . . 232
17.2.3.4 Procédures d’échantillonnage suivant la localisation des stations et les saisons . . . 233
17.3 Préparation d’une campagne sur le terrain . . . 233
17.3.1 Préparation générale . . . 233
17.3.2 Sélection des volumes des échantillons . . . 234
17.3.3 Liste de contrôle préalable à la campagne sur le terrain . . . 234
17.4 Filtration sur le terrain et procédures de conservation . . . 235
17.4.1 Filtration . . . 235
17.4.2 Techniques de conservation . . . 236
17.4.2.1 Conteneurs . . . 236
17.4.2.2 Addition de conservateurs chimiques . . . 237
17.4.2.3 Congélation . . . 237
17.4.2.4 Réfrigération . . . 237
17.4.2.5 Aspects pratiques de la conservation . . . 237
17.5 Mesures de terrain . . . 238
17.5.1 Conduite automatique . . . 238
17.5.2 Paramètres mesurés sur le terrain . . . 238
17.5.2.1 Mesure du pH . . . 238
17.5.2.2 Mesure de la conductivité . . . 240
17.5.2.3 Mesure de l’oxygène dissous . . . 240
17.5.2.4 Mesure de la température . . . 241 Page
17.5.2.5 Mesure de la turbidité . . . 242
17.5.2.6 Mesure de la couleur . . . 243
17.5.2.7 Mesure de la transparence . . . 243
17.5.2.8 Résumé des procédures de terrain . . . 243
17.6 Mesure de la radioactivité . . . 244
17.6.1 Sources de radioactivité de l’eau . . . 244
17.6.2 Prélèvement et conservation des échantillons . . . 245
17.7 Echantillonnage pour analyses biologiques . . . 245
17.7.1 Analyses microbiologiques . . . 245
17.7.2 Organismes multicellulaires . . . 246
17.8 Demande biochimique en oxygène . . . 247
17.8.1 Méthodes de mesure . . . 250
17.8.2 Exactitude . . . 251
Références . . . 251
CHAPITRE 18 — NOTIONS DE SÉCURITÉ . . . . 253
18.1 Généralités . . . 253
18.2 Sécurité aux stations d’enregistrement . . . 253
18.2.1 Accès . . . 253
18.2.2 Plateformes . . . 253
18.2.3 Puits . . . 253
18.3 Précautions pour le travail à partir des ponts . . . 254
18.3.1 Risques dus au trafic . . . 254
18.3.2 Risques dus aux équipements suspendus . . . 254
18.4 Précautions pour les jaugeages à gué . . . 255
18.4.1 Généralités . . . 255
18.4.2 Evaluation de la situation . . . 255
18.4.3 Gilets de sauvetage . . . 255
18.4.4 Sécurité des câbles . . . 255
18.4.5 Technique de jaugeage à gué . . . 255
18.4.6 En cas d’accident . . . 256
18.4.7 Responsabilité . . . 256
18.5 Précautions pour le travail à partir de bateaux . . . 256
18.5.1 Généralités . . . 256
18.5.2 Gilets et équipements de sécurité . . . 256
18.5.3 Utilisation de câbles . . . 257
18.5.4 Utilisation des canots . . . 257
18.6 Précautions pour l’utilisation de téléphériques . . . 257
18.7 Précautions pour la manipulation des équipements . . . 258
18.7.1 Topographie . . . 258
18.7.2 Tronçonneuses . . . 258
18.7.3 Equipement électrique . . . 259 Page
18.7.4 Outils à moteur . . . 259
18.7.5 Vêtements et équipements de sécurité . . . 259
18.7.6 Produits radioactifs . . . 259
18.7.7 Sécurité de la surveillance des eaux souterraines . . . 259
18.8 Précautions pour les manipulations chimiques . . . 260
18.9 Précautions spéciales par temps froid . . . 261
18.9.1 Hypothermie . . . 261
18.9.2 Engelures . . . 261
18.9.3 Travail sur les rivières et lacs gelés . . . 262
18.9.4 Travail dans les zones montagneuses . . . 262
18.9.5 Survie dans l’eau glacée . . . 263
18.10 Précautions spéciales pour les grandes chaleurs . . . 263
18.10.1 Hyperthermie . . . 263
18.10.2 Brûlures solaires . . . 264
18.11 Déplacements et transports . . . 264
18.11.1 Généralités . . . 264
18.11.2 Hélicoptères . . . 264
18.11.3 Véhicules à moteur . . . 265
18.12 Equipements et rations de survie . . . 265
18.13 Autres risques . . . 265
Références . . . 266
PARTIE C — COLLECTE, TRAITEMENT ET DIFFUSION DES DONNÉES HYDROLOGIQUES CHAPITRE 19 — RÔLE DES DONNÉES HYDROLOGIQUES DANS UN SYSTÈME D’INFORMATION . . . . 267
19.1 Systèmes d’information . . . 267
19.2 Technique des ordinateurs . . . 269
19.3 Personnel et formation . . . 270
Références . . . 271
CHAPITRE 20 — CONCEPTION ET ÉVALUATION DES RÉSEAUX HYDROLOGIQUES . . . . 273
20.1 Principes généraux pour la conception de réseaux . . . 273
20.1.1 Définition de la conception d’un réseau . . . 274
20.1.2 Méthodes de substitution . . . 276
20.1.3 Le réseau de base . . . 276
20.1.3.1 Le réseau minimal . . . 277
20.1.3.2 Développement de la base d’information . . . 277
20.1.4 Conception de réseau intégré . . . 279
20.1.4.1 Stations à buts opérationnels . . . 279 Page
20.1.4.2 Stations repères . . . 280
20.1.4.3 Bassins versants représentatifs . . . 280
20.1.5 Analyse d’un réseau . . . 280
20.2 Densité des stations pour un réseau minimal . . . 283
20.2.1 Densités minimales des stations climatologiques . . . 284
20.2.1.1 Stations pluviométriques . . . 284
20.2.1.2 Etudes du manteau nival . . . 286
20.2.1.3 Stations évaporimétriques . . . 287
20.2.2 Densités minimales des stations hydrométriques . . . 288
20.2.2.1 Stations débitmétriques . . . 288
20.2.2.2 Niveaux des cours d’eau . . . 289
20.2.2.3 Niveaux des lacs et des réservoirs . . . 289
20.2.2.4 Débit solide et sédimentation . . . 290
20.2.2.5 Stations de mesure de la qualité des eaux . . . 290
20.2.2.6 Température de l’eau . . . 291
20.2.2.7 Couche de glace sur les rivières et les lacs . . . 291
20.3 Observation des eaux souterraines . . . 292
20.4 Besoins spécifiques au contrôle de la qualité de l’eau . . . 294
20.4.1 Caractéristiques spécifiques de la qualité des eaux . . . 294
20.4.2 Qualité des eaux de surface . . . 296
20.4.3 Qualité de l’eau des précipitations . . . 301
20.4.4 Qualité des sédiments . . . 302
20.4.5 Qualité des eaux souterraines . . . 303
Références . . . 304
CHAPITRE 21 — COLLECTE DES DONNÉES . . . . 305
21.1 Choix du site . . . 305
21.2 Description des stations . . . 305
21.2.1 Identification des emplacements de collecte de données . . . 305
21.2.2 Information descriptive . . . 309
21.2.2.1 Description de la station . . . 309
21.2.2.2 Plan de masse de la station . . . 312
21.2.2.3 Plan de situation . . . 313
21.2.2.4 Coordonnées . . . 313
21.2.2.5 Descriptif . . . 314
21.3 Fréquence et programme des visites à la station . . . 314
21.3.1 Stations de mesure manuelle . . . 314
21.3.2 Stations à enregistrement . . . 315
21.4 Maintenance des sites de collecte de données . . . 316
21.5 Observations . . . 317
21.5.1 Stations de mesure manuelle . . . 317
21.5.2 Stations à enregistrement . . . 319 Page
21.5.3 Compte rendu en temps réel . . . 320
21.5.4 Instructions complémentaires pour les observateurs . . . 320
21.6 Systèmes de transmission . . . 322
21.6.1 Généralités . . . 322
21.6.2 Voies de transmission . . . 322
21.6.3 Critères de choix des systèmes de transmission . . . 323
21.7 Contrôle de la qualité des eaux . . . 324
21.7.1 Identification de la station . . . 324
21.7.2 Feuilles de terrain pour le contrôle de la qualité des eaux . . . 324
21.7.3 Transport des échantillons . . . 328
21.7.4 Test de qualité in situ des données sur la qualité des eaux . . . . 328
21.8 Collecte de données particulières . . . 328
21.8.1 Besoins . . . 328
21.8.2 Etudes de précipitations au moyen de divers récipients . . . 329
21.8.3 Données fournies par les radars météorologiques et par les satellites . . . 329
21.8.4 Niveaux et débits extrêmes . . . 329
Références . . . 330
CHAPITRE 22 — CODAGE ET CONTRÔLE DES DONNÉES . . . . 331
22.1 Contrôle de qualité et détection des erreurs . . . 331
22.1.1 Inspection des stations . . . 331
22.1.2 Contrôle préliminaire des données . . . 332
22.1.3 Détection des erreurs . . . 333
22.1.4 Résultats du contrôle de qualité . . . 335
22.2 Procédures de validation . . . 336
22.2.1 Procédures générales . . . 336
22.2.2 Techniques combinées . . . 337
22.2.3 Procédures de validation spécifique . . . 342
22.2.3.1 Données climatologiques . . . 342
22.2.3.2 Données de précipitations . . . 343
22.2.3.3 Données sur la neige et la glace . . . 343
22.2.3.4 Données limnimétriques . . . 344
22.2.3.5 Données relatives aux jaugeages . . . 347
22.2.3.6 Données de qualité des eaux . . . 347
22.2.3.7 Données sédimentométriques . . . 349
22.2.4 Données manquantes . . . 349
22.3 Codage des données . . . 350
22.3.1 Codes de localisation . . . 351
22.3.2 Codes pour les variables . . . 351
22.3.3 Codes de qualification des données . . . 352
22.3.4 Codes des données manquantes . . . 357 Page
22.3.5 Codes de transmission . . . 357
Références . . . 358
CHAPITRE 23 — TRAITEMENT PRIMAIRE DES DONNÉES . . . . 359
23.1 Généralités . . . 359
23.2 Saisie des données . . . 360
23.2.1 Introduction des données au clavier . . . 360
23.2.2 Traitement des diagrammes . . . 363
23.2.3 Stations manuelles utilisant la télétransmission . . . 365
23.2.4 Stations automatiques . . . 365
23.2.4.1 Bandes-papier et enregistreurs à cassette . . . 367
23.2.4.2 Mémoires intégrées . . . 368
23.3 Procédures de traitement . . . 369
23.3.1 Procédures générales de traitement primaire . . . 369
23.3.2 Procédures spécifiques au traitement primaire . . . 372
23.3.2.1 Données climatologiques . . . 372
23.3.2.2 Observation de l’évaporation et de l’évapotranspiration . . . 373
23.3.2.3 Données pluviométriques . . . 374
23.3.2.4 Données débitmétriques . . . 375
23.3.2.5 Données sur la qualité des eaux . . . 379
Références . . . 381
CHAPITRE 24 — STOCKAGE ET EXTRACTION DES DONNÉES . . . . . 383
24.1 Archivage des données originales . . . 383
24.2 Gestion et stockage des données traitées . . . 383
24.2.1 Généralités . . . 383
24.2.2 Contrôle du flux des données . . . 385
24.2.3 Procédures de mise à jour . . . 387
24.2.4 Compactage et exactitude . . . 388
24.2.5 Structure des fichiers physiques . . . 389
24.2.6 Structure des fichiers logiques . . . 390
24.2.7 Extraction de données à une seule variable . . . 393
24.2.8 Stockage des données en boucle ou sur support indépendant ? . . . 394
24.3 Extraction des données . . . 396
Références . . . 399
CHAPITRE 25 — DIFFUSION DES DONNÉES . . . . 401
25.1 Généralités . . . 401
25.2 Catalogues d’information . . . 402
25.3 Rapports récapitulatifs . . . 407
25.4 Publication des données . . . 407
25.4.1 Objectif . . . 407 Page
25.4.2 Fréquence des publications . . . 408
25.4.3 Contenu et forme . . . 408
25.5 Supports numériques magnétiques . . . 412
25.5.1 Cassettes à bande magnétique . . . 412
25.5.2 Disques magnétiques . . . 413
25.5.3 Disques optiques . . . 414
25.6 Formats de transmission des données en temps réel . . . 414
Références . . . 415
PARTIE D — ANALYSE HYDROLOGIQUE CHAPITRE 26 — INTRODUCTION À L’ANALYSE HYDROLOGIQUE . . 417
26.1 Méthodes d’analyse utilisées en hydrologie . . . 417
26.2 Objet de la partie D . . . 418
CHAPITRE 27 — ANALYSE FRÉQUENTIELLE . . . . 419
27.1 L’utilisation de l’analyse fréquentielle en hydrologie . . . 419
27.2 Séries statistiques et périodes de retour . . . 419
27.3 Approche mathématique pour l’analyse fréquentielle . . . 421
27.3.1 Distributions de probabilités utilisées en hydrologie . . . 421
27.3.2 Estimation des paramètres . . . 422
27.3.3 Homogénéité des données . . . 422
Références . . . 423
CHAPITRE 28 — FRÉQUENCE ET INTENSITÉ DES PLUIES . . . . 425
28.1 Fréquence des pluies . . . 425
28.1.1 Hauteur de pluie ponctuelle . . . 425
28.1.1.1 Correction des données pour des intervalles d’observation fixes . . . 425
28.1.1.2 Estimation indirecte de données de fréquence de pluie ponctuelle . . . . 426
28.1.1.3 Hauteurs de pluie maximales observées . . . 429
28.1.2 Hauteur de pluie sur une région . . . 431
28.1.3 Cartes généralisées . . . 431
28.1.4 Sécheresse . . . 432
28.2 Intensité des pluies . . . 433
28.2.1 Pluie ponctuelle . . . 433
28.2.2 Hauteur de pluie sur une région . . . 434
Références . . . 435
CHAPITRE 29 — ANALYSE DES AVERSES . . . . 437
29.1 Généralités . . . 437
29.2 Courbes de précipitations cumulées . . . 437
29.3 Analyse hauteur-superficie-durée . . . 438 Page
29.4 Précipitations maximales probables (PMP) . . . 439
29.4.1 Méthodes d’estimation des PMP . . . 439
29.4.2 Estimations préliminaires . . . 441
29.4.3 Choix de la durée de la chute de pluie nominale . . . 441
29.4.4 Choix des sous-bassins . . . 442
29.4.5 Transposition d’averses . . . 442
29.4.6 Choix et analyse des principales averses . . . 443
29.4.7 Maximalisation des averses choisies . . . 444
29.4.8 Orientation du tracé des isohyètes d’averses . . . 444
29.4.9 Uniformité régionale des estimations . . . 444
29.4.10 Estimations en l’absence de données . . . 445
Références . . . 447
CHAPITRE 30 — INTERPRÉTATION DES DONNÉES SUR LES PRÉCIPITATIONS . . . . 449
30.1 Généralités . . . 449
30.2 Prétraitement des données . . . 449
30.2.1 Période de base normalisée des observations . . . 450
30.2.2 Analyse par la courbe de doubles cumuls . . . 451
30.2.3 Estimation des données manquantes . . . 452
30.3 Répartition spatiale . . . 453
30.3.1 Représentation au moyen de cartes pluviométriques . . . 453
30.3.2 Evaluation des effets physiographiques . . . 453
30.4 Calcul des précipitations zonales moyennes . . . 454
30.4.1 Moyenne arithmétique . . . 454
30.4.2 Méthode des polygones . . . 455
30.4.3 Méthode des isohyètes . . . 456
30.4.4 Méthode du pourcentage de la normale . . . 456
30.4.5 Méthode hypsométrique . . . 457
Références . . . 458
CHAPITRE 31 — ANALYSE DE L’ÉCOULEMENT DE L’EAU DE FONTE DES NEIGES . . . . 459
31.1 Généralités . . . 459
31.2 Théorie de la fonte en un point déterminé . . . 459
31.3 Estimation de la fonte de la neige sur un bassin versant en l’absence de pluie . . . 463
31.4 Estimation de la fonte de la neige sur un bassin versant pendant la pluie . 467 31.5 Estimation des débits dus à la fonte des neiges . . . 467
31.6 Evaporation à partir d’une couche de neige . . . 469
31.7 Maximum probable de précipitations et de fonte de la neige . . . 470
31.7.1 Introduction . . . 470 Page
31.7.2 Accumulation maximale probable de neige . . . 471
31.7.3 Evaluation de la fonte de la neige . . . 471
31.8 Ecoulement d’intervalles de fonte de courtes durées . . . 472
31.8.1 En plaine . . . 472
31.8.2 En montagne . . . 472
Références . . . 473
CHAPITRE 32 — EVALUATION DES DONNÉES SUR LES DÉBITS DES COURS D’EAU . . . . 475
32.1 Généralités . . . 475
32.2 Correction des données . . . 475
32.3 Répartition spatiale . . . 476
32.3.1 Cartes de l’écoulement annuel moyen . . . 477
32.3.2 Détermination de l’écoulement moyen à partir des précipitations et de la température . . . 477
32.3.3 Corrélation entre stations . . . 480
32.3.4 Longueur effective d’un relevé étendu . . . 482
Références . . . 483
CHAPITRE 33 — RELATIONS ENTRE LES CHUTES DE PLUIE ET L’ÉCOULEMENT . . . . 485
33.1 Généralités . . . 485
33.2 Volumes de l’écoulement . . . 485
33.2.1 Indice de précipitations antécédentes . . . 485
33.2.2 L’écoulement de base initial comme indice du volume de l’écoulement . . . 488
33.2.3 Méthodes de calcul de l’humidité . . . 489
33.3 Répartition de l’écoulement dans le temps . . . 490
33.3.1 Hydrogramme unitaire . . . 491
33.3.1.1 Construction de l’hydrogramme unitaire à partir des relevés de débit . . . 491
33.3.1.2 Hydrogrammes unitaires synthétiques . . . 494
33.3.1.3 Conversion de la durée d’un hydrogramme unitaire . . . 495
33.3.2 Méthode des isochrones . . . 496
33.4 Modèles répartis . . . 498
Références . . . 498
CHAPITRE 34 — PROPAGATION DES ÉCOULEMENTS . . . . 499
34.1 Généralités . . . 499
34.2 Méthodes hydrodynamiques . . . 499
34.2.1 Méthode complète . . . 499
34.2.2 Diffusion et propagation cinématique . . . 502 Page
34.3 Méthodes hydrologiques . . . 503
34.4 Propagation des crues en présence de réservoirs ou laminage . . . 505
Références . . . 506
CHAPITRE 35 — ANALYSE DES ÉCOULEMENTS FAIBLES ET DES SÉCHERESSES . . . . 507
35.1 Généralités . . . 507
35.2 Courbes de débits classés . . . 507
35.3 Fréquences de basses eaux . . . 509
35.4 Analyse statistique des sécheresses . . . 510
35.5 Analyse de la courbe de tarissement . . . 511
Références . . . 513
CHAPITRE 36 — FRÉQUENCE DES DÉBITS DE CRUES . . . . 515
36.1 Analyse des données recueillies aux stations . . . 515
36.1.1 Débit de pointe . . . 515
36.1.2 Analyse statistique d’hydrogrammes de crues . . . 516
36.2 Régionalisation des écoulements de crues . . . 517
36.2.1 Méthode de la crue indicatrice . . . 517
36.2.2 Méthodes basées sur la régression . . . 518
Références . . . 520
CHAPITRE 37— ESTIMATION DE L’ÉVAPORATION DES LACS ET DES RÉSERVOIRS . . . . 523
37.1 Généralités . . . 523
37.2 Méthode du bilan hydrologique . . . 523
37.2.1 Débit entrant et débit sortant . . . 524
37.2.2 Précipitations . . . 524
37.2.3 Infiltration nette et stockage dans les berges . . . 524
37.2.4 Variation du volume stocké dans le réservoir . . . 524
37.3 Méthode du bilan énergétique . . . 524
37.3.1 Rayonnement réfléchi de grandes longueurs d’onde . . . 526
37.3.2 Rayonnement émis par la surface de l’eau . . . 526
37.3.3 Variation de l’énergie stockée . . . 526
37.3.4 Energie servant à l’évaporation . . . 527
37.3.5 Energie transmise par convection à la masse d’eau ou par celle-ci sous forme de chaleur sensible . . . 527
37.3.6 Energie transmise par advection par l’eau évaporée . . . 528
37.3.7 Echange d’énergie entre l’eau du réservoir et le fond . . . 528
37.3.8 Evaporation . . . 528
37.4 Méthodes aérodynamiques . . . 530
37.4.1 Valeur du coefficient N . . . . 531 Page
37.4.2 Vent . . . 532
37.4.3 Température superficielle de l’eau . . . 532
37.4.4 Humidité de l’air ou tension de vapeur d’eau dans l’air . . . 532
37.4.5 Méthode de la corrélation tourbillonnaire . . . 533
37.5 Combinaison des équations d’aérodynamique à celles du bilan énergétique . . . 533
37.6 Extrapolation de mesures sur bacs . . . 536
Références . . . 541
CHAPITRE 38 — ESTIMATION DE L’ÉVAPOTRANSPIRATION D’UN BASSIN . . . . 543
38.1 Généralités . . . 543
38.2 Evapotranspiration potentielle . . . 543
38.3 Evapotranspiration réelle . . . 543
38.4 Méthode du bilan hydrologique . . . 544
38.4.1 Précipitations . . . 544
38.4.2 Débit . . . 544
38.4.3 Variation du stockage . . . 545
38.4.4 Infiltration profonde . . . 545
38.5 Méthode du bilan énergétique . . . 545
38.6 Approche aérodynamique . . . 545
38.7 Méthode de Penman-Monteith . . . 546
38.8 Méthode de Priestley-Taylor (du rayonnement) . . . 546
38.9 Méthode complémentaire . . . 547
Références . . . 547
CHAPITRE 39 — MODÉLISATION DES SYSTÈMES HYDROLOGIQUES . . . . 549
39.1 Généralités . . . 549
39.2 Modèles “boîtes noires” (approche systémique) . . . 550
39.3 Modèles conceptuels . . . 552
39.3.1 Modèle du Centre hydrométéorologique de l’ex-URSS . . . 552
39.3.2 Modèle de Sacramento . . . 553
39.3.3 Modèle à réservoirs . . . 556
39.3.4 Choix des modèles . . . 558
39.4 Modèles hydrodynamiques . . . 559
39.5 Evaluation des paramètres . . . 562
39.6 Simulation stochastique de chroniques hydrologiques . . . 563
39.6.1 Modèles markoviens de premier ordre . . . 564
39.6.2 Modèles autorégressifs à moyenne mobile ARMA . . . 565
39.6.3 Modèles du bruit gaussien fractionnel et du processus en ligne brisée . . . 566
39.7 Modélisation de la qualité de l’eau . . . 566 Page
39.7.1 Généralités . . . 566 39.7.2 Types de modèles . . . 567 39.7.3 Modèles du transport des polluants dans les cours d’eau . . . 568 39.7.4 Applications et exemples . . . 568 39.8 Choix d’un modèle . . . 569 Références . . . 570 CHAPITRE 40 — MESURE DES CARACTÉRISTIQUES
PHYSIOGRAPHIQUES . . . . 575 40.1 Généralités . . . 575 40.2 Systèmes de référence . . . 575 40.3 Mesures ponctuelles . . . 576 40.4 Problèmes linéaires . . . 576 40.4.1 Le cours d’eau . . . 577 40.4.2 Le réseau hydrographique . . . 577 40.4.3 Profil du cours d’eau . . . 579 40.4.4 Le réseau hydrographique . . . 580 40.4.5 Section en travers . . . 580 40.4.6 Caractéristiques physiques . . . 581 40.5 Mesures de superficie . . . 581 40.5.1 Le bassin . . . 581 40.5.2 Le maillage . . . 587 40.6 Mesures de volumes . . . 587 40.6.1 Méthodes bathymétriques . . . 588 40.6.2 Méthodes topographiques . . . 588 40.7 Systèmes d’information géographique . . . 588 Références . . . 589 PARTIE E — PRÉVISION HYDROLOGIQUE
CHAPITRE 41 — INTRODUCTION À LA PRÉVISION
HYDROLOGIQUE . . . . 591 41.1 Généralités . . . 591 41.2 Caractéristiques des prévisions . . . 591 41.3 Besoins en prévision . . . 594 41.3.1 Exactitude et opportunité . . . 594 41.3.2 Coûts et bénéfice des prévisions hydrologiques . . . 595 41.4 Services de prévisions hydrologiques . . . 599 41.4.1 Organisation . . . 599 41.4.2 Activités . . . 600 41.5 La diffusion des alertes et des prévisions . . . 600 Page
CHAPITRE 42 — DONNÉES NÉCESSAIRES AUX PRÉVISIONS . . . . 603 42.1 Généralités . . . 603 42.2 Données nécessaires à la mise au point du système de prévision . . . 603 42.2.1 Variables hydrologiques . . . 604 42.2.2 Caractéristiques du bassin versant . . . 604 42.2.3 Caractéristiques des cours d’eau . . . 604 42.3 Données nécessaires à la mise en œuvre des prévisions . . . 605 42.3.1 Pluie . . . 605 42.3.2 Neige . . . 605 42.3.3 Niveaux et débits des cours d’eau . . . 606 42.3.4 Autres besoins en données . . . 606 42.4 Utilisation des prévisions météorologiques . . . 607 42.5 Précision et fréquence des observations . . . 607 42.6 Acquisition des données dans le cadre opérationnel . . . 607 42.6.1 Réseaux de mesure . . . 607 42.6.2 Télédétection . . . 610 42.6.2.1 Radar . . . 611 42.6.2.2 Techniques basées sur l’utilisation des satellites . . . 612 42.6.2.3 Détection par avion . . . 614 42.6.3 Systèmes de communications . . . 614 42.6.3.1 Utilisation des satellites . . . 616 42.6.3.2 Impulsion météorique . . . 616 Références . . . 617 CHAPITRE 43 — MÉTHODES DE PRÉVISION . . . . 619 43.1 Généralités . . . 619 43.2 Corrélation et régression . . . 620 43.3 Indices d’humidité . . . 621 43.4 Prévision des tirants d’eau maximum de crue . . . 622 43.5 Prévisions de l’écoulement basées sur le volume stocké . . . 624 43.6 Prévision basée sur le tarissement . . . 625 43.7 Modèles conceptuels de l’écoulement en rivière . . . 625 43.8 Calcul de propagation de l’écoulement . . . 626 43.9 Analyses des séries chronologiques . . . 626 43.10 Techniques de correction des prévisions . . . 627 43.11 Prévision probabiliste . . . 628 Références . . . 629 CHAPITRE 44 — PRÉVISION DES CRUES ET DES RESSOURCES
EN EAU . . . . 631 44.1 Généralités . . . 631 44.2 Prévision des crues . . . 631 Page
44.3 Crues éclair . . . 632 44.3.1 Généralités . . . 632 44.3.1.1 Programmes de prévision . . . 633 44.3.1.2 Systèmes d’alarme . . . 633 44.3.1.3 Mises en garde et avis . . . 634 44.3.1.4 Crues éclair et qualité des eaux . . . 634 44.3.2 Inondation en zones urbaines . . . 634 44.3.3 Rupture de barrages . . . 635 44.4 Marées de tempête dans les cours d’eau . . . 636 44.5 Prévision de l’approvisionnement en eau . . . 637 44.6 Basses eaux (étiages) . . . 638 Références . . . 639 CHAPITRE 45 — PRÉVISION DE LA FONTE DES NEIGES . . . . 641 45.1 Généralités . . . 641 45.2 Processus de l’écoulement nival dans les basses plaines et les cours
d’eau de montagne . . . 641 45.3 Modèles de prévision . . . 642 45.3.1 Méthodes basées sur des indices . . . 642 45.3.2 Modèles conceptuels . . . 644 45.3.3 Extension de la prévision de l’écoulement fluvial . . . 645 45.3.4 Données d’entrée . . . 645 45.4 Prévisions de l’écoulement nival à courte et à moyenne échéance . . . . 645 45.5 Prévisions à longue échéance de l’écoulement nival . . . 646 45.6 Prévision de la fonte saisonnière de la neige dans les régions plates . . 646 45.7 Prévision de la fonte saisonnière de la neige dans les régions
montagneuses . . . 648 Références . . . 648 CHAPITRE 46 — PRÉVISION DE LA FORMATION DE LA GLACE
ET DES DÉBÂCLES . . . . 651 46.1 Généralités . . . 651 46.2 Prévision de la formation des glaces . . . 651 46.3 Prévision de la débâcle des glaces . . . 654 46.3.1 Prévision de la débâcle dans les réservoirs . . . 655 46.3.2 Prévision de la débâcle sur les cours d’eau . . . 655 46.4 Prévision à longue échéance concernant les glaces . . . 656 46.4.1 Formation des glaces . . . 656 46.4.2 Débâcle des glaces . . . 657 46.4.3 Utilisation de la circulation atmosphérique . . . 657 Références . . . 657 Page
PARTIE F — APPLICATIONS À LA GESTION DES EAUX CHAPITRE 47 — INTRODUCTION AUX APPLICATIONS À LA
GESTION DES EAUX . . . . 659 47.1 Généralités . . . 659 47.2 Finalités d’un projet de gestion des eaux . . . 659 47.3 Projets à buts multiples . . . 660 47.4 Système de ressources en eaux . . . 660 47.5 Etudes préliminaires pour les projets de gestion des eaux . . . 661 Références . . . 664 CHAPITRE 48 — DÉVELOPPEMENT DURABLE DE LA
RESSOURCE EN EAU . . . . 665 48.1 Généralités . . . 665 48.2 Variabilité de la ressource . . . 665 48.2.1 Modifications naturelles . . . 665 48.2.2 Modifications anthropiques . . . 666 48.3 Evolution de la gestion des eaux . . . 666 48.3.1 Gestion par bassin . . . 668 48.3.2 Fragmentation de la gestion . . . 669 48.4 Les programmes de données sur l’eau . . . 669 48.4.1 Estimation des besoins futurs en matière de données sur l’eau . . . 669 48.4.2 Pertinence et physionomie des réseaux . . . 671 48.4.3 Options stratégiques pour les réseaux . . . 672 48.5 Conclusions . . . 673 Références . . . 674 CHAPITRE 49 — QUALITÉ ET PROTECTION DE LA RESSOURCE
EN EAU . . . . 675 49.1 Généralités . . . 675 49.2 Relation entre la qualité et la quantité d’eau . . . 675 49.2.1 Fleuves et rivières . . . 675 49.2.2 Grands lacs et réservoirs . . . 677 49.3 Effets des projets d’aménagement hydraulique sur la qualité des
fleuves et rivières . . . 678 49.3.1 Barrages et déversoirs . . . 678 49.3.2 Travaux de recalibrage des rivières . . . 678 49.3.3 Réduction et augmentation des débits . . . 679 49.4 Effets des projets d’aménagement hydraulique sur la qualité des
grands lacs et réservoirs . . . 679 49.5 Modifications de la qualité de l’eau due à la pollution . . . 680 49.5.1 Eutrophisation . . . 680 Page
49.5.2 Matière organique et auto-épuration . . . 680 49.5.3 Adsorption et accumulation des polluants . . . 681 49.5.4 Pollution thermique . . . 681 49.6 Mesures pour réduire les effets de la pollution sur la qualité de l’eau . 682 49.6.1 Mesures préventives . . . 682 49.6.2 Mesures correctives . . . 682 Référence . . . 683 CHAPITRE 50 — EVALUATION DE LA RESSOURCE EN EAU . . . . 685 50.1 Généralités . . . 685 50.2 Nécessité d’une évaluation des ressources en eau . . . 685 50.3 Utilisations de l’information concernant la ressource en eau . . . 686 50.4 Types d’information concernant la ressource en eau . . . 687 50.5 Eléments du programme d’évaluation des ressources en eau . . . 690 50.6 Estimation des activités d’évaluation des ressources en eau . . . 692 Références . . . 693 CHAPITRE 51 — ESTIMATION DES DEMANDES EN EAU . . . . 695 51.1 Généralités . . . 695 51.2 Utilisation de l’eau . . . 695 51.2.1 Approvisionnement en eau pour les besoins municipaux . . . 697 51.2.2 Usages domestiques . . . 697 51.2.3 Usages commerciaux . . . 697 51.2.4 Irrigation . . . 698 51.2.5 Elevage . . . 698 51.2.6 Industrie . . . 699 51.2.7 Centrales thermo-électriques . . . 699 51.2.8 Diminution de la pollution . . . 700 51.2.9 Loisirs, esthétique et tradition . . . 700 51.2.10 Protection des poissons et de la vie aquatique . . . 700 51.2.11 Navigation . . . 700 51.2.12 Maîtrise des crues . . . 700 Références . . . 701 CHAPITRE 52 — EVALUATION DE LA CAPACITÉ DE RÉSERVE . . . . 703 52.1 Généralités . . . 703 52.2 Estimation des pertes en eau dans le réseau hydrographique de
surface . . . 704 52.2.1 Nature des pertes . . . 704 52.2.2 Pertes dans les zones irriguées . . . 705 52.2.3 Evaporation par les réservoirs . . . 705 52.2.4 Pertes par infiltration dans les réservoirs . . . 705 Page
52.3 Influence de l’emplacement d’un réservoir . . . 706 52.4 Influence des apports solides . . . 706 52.5 Analyse séquentielle . . . 706 52.5.1 Méthode numérique . . . 706 52.5.2 Méthode graphique . . . 709 52.6 Méthode statistique . . . 709 52.6.1 Méthodes rigoureuses . . . 710 52.6.2 Méthodes approchées . . . 711 52.7 Relation stockage-prélèvement-fiabilité . . . 712 52.8 Réservoirs à buts multiples . . . 712 52.9 Systèmes de réservoirs . . . 714 52.10 Incidences des réservoirs . . . 716 52.10.1 Effets sur les régimes hydraulique et hydrologique . . . 716 52.10.2 Effets sur l’environnement . . . 716 52.11 Estimation des niveaux maximum des réservoirs . . . 717 52.11.1 Marnage dû au vent . . . 717 52.11.2 Vagues dues à l’effet du vent . . . 717 52.11.3 Ondulation périodique de la surface de l’eau . . . 719 Références . . . 719 CHAPITRE 53 — ESTIMATION DES CRUES DE PROJET . . . . 721 53.1 Généralités . . . 721 53.2 La crue de projet et sa typologie . . . 722 53.2.1 Ampleur des crues et méthodes de calcul . . . 722 53.2.2 Durée de vie d’un projet . . . 722 53.2.3 Crues de projet pour de grands réservoirs . . . 723 53.2.4 Crue maximale probable (CMP) . . . 724 53.2.5 Crue de projet standard (CPS) . . . 725 53.3 Préparation des données . . . 725 53.4 Méthodes de calcul des crues de projet . . . 726 53.4.1 Méthodes empiriques . . . 726 53.4.2 Modèles déterministes . . . 727 53.4.3 Méthodes probabilistes . . . 728 Références . . . 729 CHAPITRE 54 — MAÎTRISE DES CRUES . . . . 731 54.1 Généralités . . . 731 54.2 Réservoirs à usage de maîtrise des crues . . . 731 54.2.1 Problème de la conception . . . 731 54.2.1.1 Stockage contrôlé . . . 732 54.2.1.2 Stockage non contrôlé dans la rivière . . . 733 54.2.1.3 Stockage non contrôlé hors-rivière . . . 733 Page
54.2.2 Considérations d’exploitation pour l’élaboration du projet . . . 734 54.2.3 Autres considérations concernant les réservoirs . . . 734 54.2.3.1 Intervalle de temps entre deux crues successives . . . 734 54.2.3.2 Effets de la sédimentation . . . 734 54.2.3.3 Impacts de futurs aménagements amont . . . 735 54.3 Autres mesures structurales . . . 735 54.3.1 Dérivation . . . 735 54.3.2 Modification des chenaux . . . 735 54.3.3 Digues et murs de protection contre les crues . . . 736 54.4 Mesures non structurelles . . . 737 54.4.1 Maîtrise de l’aménagement des plaines d’inondation . . . 737 54.4.2 Avis de crues . . . 737 54.5 Conception des ouvrages d’assainissement pour des bassins
urbains et de petits bassins ruraux . . . 738 54.5.1 Caractéristiques des réseaux de drainage . . . 738 54.5.2 Calcul de débits d’un réseau de drainage . . . 739 54.6 Effets sur le cycle hydrologique . . . 740 Références . . . 740 CHAPITRE 55 — IRRIGATION ET DRAINAGE . . . . 741 55.1 Irrigation . . . 741 55.1.1 Besoins en eau des cultures . . . 741 55.1.1.1 Méthode de Blaney-Criddle . . . 742 55.1.1.2 Humidité des sols . . . 743 55.1.1.3 Qualité des eaux . . . 743 55.1.2 Pertes en eaux . . . 743 55.2 Drainage agricole . . . 744 55.2.1 Définition . . . 744 55.2.2 Facteurs qui entravent l’action du drainage . . . 745 55.2.3 Avantages du drainage agricole . . . 746 55.2.4 Principaux types de drainage . . . 747 55.2.4.1 Drainage par modelage des surfaces . . . 747 55.2.4.2 Drainage par interception . . . 747 55.2.5 Méthodes de drainage artificiel . . . 747 55.2.5.1 Drainage de surface . . . 747 55.2.5.2 Drainage enterré . . . 747 55.2.6 Facteurs économiques . . . 749 Références . . . 749 CHAPITRE 56 — ENERGIE HYDRAULIQUE ET PROJETS
ÉNERGÉTIQUES . . . . 751 56.1 Généralités . . . 751 Page
56.2 Energie hydraulique . . . 751 56.2.1 Avantages . . . 752 56.2.2 Potentiel d’un site . . . 753 56.2.3 Règles opérationnelles . . . 757 56.2.4 Qualité des eaux . . . 758 56.3 Projets relatifs à la production d’énergie . . . 758 56.3.1 Production d’énergie à partir de combustibles fossiles ou nucléaires . . 760 56.3.2 Extraction et traitement du charbon . . . 762 56.3.3 Extraction et traitement de l’uranium . . . 763 56.3.4 Production de pétrole . . . 763 56.3.5 Production de méthanol . . . 764 Références . . . 764 CHAPITRE 57 — NAVIGATION FLUVIALE ET AMÉNAGEMENT
DES RIVIÈRES . . . . 765 57.1 Application de l’hydrologie à la navigation . . . 765 57.1.1 Application des données hydrologiques à la caractérisation
des cours d’eau . . . 765 57.1.1.1 Paramètres géométriques . . . 767 57.1.1.2 Paramètres hydrologiques . . . 767 57.1.1.3 Paramètres hydrauliques . . . 771 57.1.2 Utilisation des données hydrologiques pour la navigation
opérationnelle . . . 771 57.1.2.1 Collecte des données . . . 771 57.1.2.2 Prévisions . . . 772 57.1.2.3 Transmission des données et des prévisions . . . 773 57.1.3 Navigation sur lacs et canaux . . . 773 57.2 Application des données hydrologiques à l’aménagement
des cours d’eau . . . 774 57.2.1 Evolution et caractérisation des méandres . . . 774 57.2.2 Détermination des débits et niveaux de projet . . . 776 57.2.2.1 Détermination du débit de projet pour l’aménagement du lit majeur . . 776 57.2.2.2 Détermination du débit de projet pour l’aménagement du lit moyen . . 777 CHAPITRE 58 — GESTION DES RESSOURCES EN EAUX URBAINES . . 779 58.1 Généralités . . . 779 58.2 Pratiques en matière de réseau d’assainissement pluvial en
zone urbaine . . . 780 58.3 Modélisation de la pluie, du ruissellement et des réseaux
d’assainissement pluviaux . . . 781 Références . . . 781 Page
CHAPITRE 59 — TRANSPORT SOLIDE ET DÉFORMATION
DES LITS DE RIVIÈRES . . . . 783 59.1 Généralités . . . 783 59.2 Erosion des bassins versants . . . 783 59.3 Erosion des cours d’eau . . . 783 59.4 Transports solides dans les cours d’eau . . . 784 59.4.1 Transport des matériaux en suspension . . . 784 59.4.2 Transport de fond . . . 785 59.5 Sédimentation . . . 786 59.6 Mesures à prendre pour la maîtrise des sédiments . . . 787 Références . . . 788 Index . . . 789 Page
L’un des objectifs de l’Organisation météorologique mondiale est d’encourager la nor- malisation des observations météorologiques et hydrologiques et d’assurer la publica- tion uniforme d’observations et de statistiques. C’est dans ce dessein que le Congrès météorologique mondial a adopté un Règlement technique fixant les pratiques et les procédures météorologiques que les pays Membres de l’Organisation sont invités à suivre. Le Règlement technique est complété par un certain nombre de Guides qui décrivent avec plus de précision les pratiques, les procédures et les spécifications que les Membres sont invités à suivre ou à mettre en œuvre, lorsqu’ils prennent leurs dis- positions pour se conformer au Règlement technique ainsi que pour développer et exploiter les Services météorologiques et hydrologiques de leurs pays respectifs.
L’idée de la présente publication remonte à la première session (Washington, 1961) de la Commission d’hydrologie de l’OMM, au cours de laquelle il a été reconnu qu’il était urgent de disposer d’un Guide des pratiques hydrologiques. La première édition a été publiée en 1965 sous le titre de Guide des pratiques hydro- météorologiques.
La deuxième et la troisième édition du Guide ont paru respectivement en 1970 et en 1974. La troisième édition a été rebaptisée Guide des pratiques hydrologiques pour tenir compte de l’élargissement du champ d’application de son contenu. En rai- son des révisions et des importantes adjonctions approuvées par la Commission au cours de sa cinquième session (Ottawa, 1976), il a fallu publier la quatrième édition en deux volumes, à savoir : Volume I — Acquisition et traitement des données;
Volume II — Analyse, prévision et autres applications; les Volumes I et II de la qua- trième édition ont été publiés en 1981 et 1983 respectivement.
A sa huitième session (Genève, 1988), la Commission a approuvé une nouvelle présentation pour la cinquième édition du Guide, où les chapitres de la quatrième édition deviendraient des parties subdivisées en chapitres, chacun ayant sa propre liste de références bibliographiques. Elle a décidé que chaque chapitre porterait sur une variable ou un sujet hydrologique, facilitant ainsi la consultation du Guide, les révisions ultérieures et les renvois au Manuel de référence du SHOFM. La présente édition du Guide comporte donc six parties et 59 chapitres, publiés en un seul volume. En plus de la version anglaise, le Guide est traduit dans les trois autres
langues officielles de l'Organisation (français, espagnol et russe). Par ailleurs, plusieurs Membres de l'Organisation ont annoncé leur intention de traduire le Guide dans leur propre langue nationale, comme ce fut le cas pour les versions précédentes.
Le Guide des pratiques hydrologiques a pour but de fournir, à tous ceux qui s'occupent d'hydrologie, des renseignements sur les pratiques et les procédures à suivre, ainsi que sur les instruments qui peuvent leur être utiles pour mener à bien leurs travaux. Il n'entre pas dans le cadre de cet ouvrage de donner une description complète des bases théoriques ni d'énoncer l'éventail complet des applications des méthodes et des techniques; certains ouvrages de référence sont toutefois signalés, lorsqu'il y a lieu.
Le présent Guide devrait être utile non seulement aux Services météorologiques et hydrologiques, mais également aux très nombreuses autres institutions dans le monde s'occupant de contrôle et d'évaluation des ressources en eau. Les utilisateurs du Guide sont invités à continuer d'envoyer au Secrétaire général leurs observations et leurs propositions qui permettront d'apporter de nouvelles améliorations à cet ouvrage.
C'est avec un très grand plaisir que j'exprime la reconnaissance de l'Organisation météorologique mondiale au cercle de plus de 40 experts du monde entier qui ont contribué à la préparation de cette nouvelle édition du Guide. Nos remerciements s'adressent tout spécialement à MM. M. Roche (France) et A. R. Perks (Canada) qui se sont chargés de compiler la version initiale du texte et de réviser la partie B; à MM. A. Hall et B. Stewart (Australie) qui ont révisé la partie C; à MM. F. Bultot (Belgique), S. Zevin (Etats-Unis d'Amérique) et V. R. Schneider (Etats-Unis d'Amérique), qui ont révisé les parties D, E et F respectivement. En ce qui concerne la préparation des textes nouveaux, nous tenons à marquer notre profonde reconnais- sance d'adresse à M. M. Normand (France) pour le chapitre 15 (mesure de l'humi- dité du sol); à M. P. Pilon (Canada) pour le chapitre 36 (fréquence des débits de crues); à MM. G. Young et A. Perks (Canada) pour le chapitre 48 (développement durable de la ressource en eau) et à M. L. Goda (Hongrie) pour le chapitre 57 (navi- gation fluviale et aménagement des rivières). Enfin, nous exprimons une gratitude particulière à M. M. Moss (Etats-Unis d'Amérique) qui a aidé à constituer la version définitive de l'ouvrage, ainsi qu'à M. O. Starosolszky (Hongrie) qui nous a prodigué ses bons conseils tout au long de la préparation de la présente édition du Guide.
(G. O. P. Obasi) Secrétaire général
1.1 Domaine du Guide
L'hydrologie est la science qui traite de la présence et de la distribution des eaux sur la terre, avec leurs propriétés chimiques, biologiques et physiques, et de leur inter- action avec l'environnement physique. En tant que telle, elle est le fondement de la résolution des problèmes pratiques d'inondation, de sécheresse, d'érosion, de trans- port des sédiments, et de la pollution de l'eau. En effet, les inquiétudes croissantes sur la pollution des eaux de surface et des eaux souterraines, les pluies acides, l'assèchement des lacs et les autres types de modifications de l'environnement liées à l'utilisation des terres, qui vont de pair avec la menace sur les ressources en eau due à l'évolution climatique et à l'élévation du niveau de la mer, ont mis au premier plan le rôle central de l'hydrologie dans beaucoup de projets concernant l'environnement.
Le présent Guide aborde ces sujets et plusieurs autres aspects du cycle hydrolo- gique, notamment ses phases à la surface et au-dessous de la surface de la terre.
Naturellement, il est centré sur des régions qui tombent dans le domaine d’activités de l'Organisation météorologique mondiale en matière d'hydrologie et de ressources en eau pour accroître le soutien aux Services hydrologiques nationaux et aux orga- nismes ayant une mission semblable. En conséquence, le Guide traite de la nature des principaux éléments du cycle hydrologique et de leur expression dans le trans- fert et le stockage de l'eau :
a) les précipitations;
b) la couverture neigeuse (répartition, épaisseur, densité, équivalent en eau);
c) le niveau de l'eau (rivières, lacs, réservoirs, sources et puits);
d) l'écoulement fluvial, le débit solide et la qualité des eaux de surface;
e) l'évaporation et l'évapotranspiration;
f) l'humidité du sol;
g) les eaux souterraines, y compris leur qualité.
1.2 Plan et contenu du Guide
Les activités nationales en hydrologie se sont rapidement multipliées durant les dernières décennies. Il existe aussi de nombreux programmes d'assistance bilatérale en la matière,
GÉNÉRALITÉS
CHAPITRE 1
INTRODUCTION AU GUIDE
en plus de ceux des Nations Unies et de leurs agences spécialisées, et il n'est pas rare de constater des chevauchements des programmes d'hydrologie dans un même pays. Tout cela a augmenté la nécessité de disposer de directives et normes internationales, et il est permis d'espérer que le présent Guide répondra à ce besoin. Pour faire face à tous les besoins, des efforts soutenus ont été accomplis pour compléter et améliorer ce Guide, le présent volume étant la cinquième édition.
Partie : A Généralités — chapitres 1 à 5
B Instruments hydrologiques et méthodes d'observation et d'estima- tion — chapitres 6 à 18
C Collecte, traitement, et diffusion des données hydrologiques — chapitres 19 à 25
D Analyse hydrologique — chapitres 26 à 40 E Prévision hydrologique — chapitres 41 à 46
F Applications à la gestion des eaux — chapitres 47 à 59
Les chapitres 1 à 5 (Partie A) fournissent des informations d'ordre général sur les activités de l'OMM et d'autres organisations internationales dans le domaine de l'eau, ainsi que sur les normes et les règlements techniques de l'OMM qui se rapportent à l'hydrologie et aux fonctions et responsabilités des Services hydrologiques nationaux.
Les chapitres 6 à 25 (Parties B et C) se rapportent aux instruments et méthodes d'observation, à la planification des réseaux hydrologiques et à la collecte, au traite- ment et à la publication des données. Les pays Membres de l' OMM sont invités à suivre et à mettre en œuvre les diverses pratiques et normes traitées dans ces chapitres pour mettre en place et gérer leurs Services hydrologiques nationaux. L'adoption des recommandations est d'un intérêt particulier pour les pays où les réseaux hydrolo- giques sont mis en place, ou exploités par un certain nombre d'institutions et d'organi- sations gouvernementales et privées. Le contenu de ces chapitres fait, dans une cer- taine mesure, double emploi avec la documentation présentée dans d'autres guides de l' OMM; mais ici le développement et la gestion des ressources en eau sont particuliè- rement mis en relief. Ce Guide est destiné à servir à d'autres institutions que les Servi- ces hydrologiques, et c'est pourquoi il a été jugé préférable qu’il soit tout à fait com- plet plutôt que d'y inclure de trop fréquentes références aux autres guides de l'OMM.
Les chapitres 26 à 59 (Parties D, E et F) traitent des méthodes d'analyse, des prévisions hydrologiques et d'autres applications aux projets de gestion des eaux et aux problèmes connexes. Si l'on a pu parvenir à un certain niveau de normalisation pour les instruments, les méthodes d'observation et les pratiques en matière de publi- cation (des progrès continus peuvent encore être effectués), cela n'est pas le cas pour l'analyse hydrologique et ses applications. C'est pourquoi, plusieurs approches qui se sont revélées pratiques et satisfaisantes par l'expérience sont décrites. Le but est d'attirer l'attention sur l'existence de plusieurs techniques utilisées et de montrer les principales caractéristiques et avantages de chacune, plutôt que de recommander une
d'entre elles de préférence aux autres. Le grand nombre de facteurs qui entrent en jeu (régime hydrologique et climatique, renseignements et données disponibles, objectifs recherchés, etc...) permettent, grâce à une compréhension totale de chaque cas particu- lier, que des recommandations valables puissent être formulées. Au cours des dernières années, l'accroissement des possibilités des micro-ordinateurs a permis l'introduction de méthodes et techniques d'analyse plus élaborées. Puisque certaines d'entre elles sont largement utilisées à l'heure actuelle, elles ont été introduites dans ce Guide.
Comme il a déjà été mentionné, des répétitions existent, certains sujets figurent aussi bien dans deux chapitres ou même plus. Par exemple, il n'y a pas de limite très nette entre le traitement et l'analyse des données. Si l'on publie chaque mois des cartes d'isohyètes, on pourra les considérer comme des données de précipitation traitées. Dans d'autres cas, la préparation de cartes d'isohyètes est une étape de l'analyse des données hydrologiques en vue de mettre au point une relation pluie — débit aux fins de prévision. Une difficulté de même ordre se présente avec les élé- ments hydrologiques et climatiques dérivés. On s'est efforcé de pallier à ces diffi- cultés, grâce à des renvois à d'autres chapitres.
Ce serait sortir du cadre du présent Guide que de décrire de façon complète les bases théoriques des pratiques recommandées, et de discuter en détail les méthodes d'application. En ce qui concerne ces détails, nous renvoyons le lecteur aux manuels et rapports techniques appropriés de l'OMM, ainsi qu'aux ouvrages, guides de référence et manuels des agences. Des références et une bibliographie sont données à la fin de chaque chapitre.
1.3 Correspondance entre le Guide et le Manuel de référence du SHOFM Pour assurer un renvoi facile au Manuel de référence (MRS) du Système hydro- logique opérationnel à fins multiples (SHOFM) (section 2.3), une référence (entre crochets) relative à des sous-sections du MRS, figure, le cas échéant, en marge de droite des titres des sections du Guide.
2.1 Aperçu général
L'Organisation météorologique mondiale (OMM), dont 172* Etats et Territoires Mem- bres, est une agence spécialisée des Nations Unies. Conformément à l’Article 2 [1]
de sa Convention, les buts de l'Organisation sont les suivants :
a) faciliter la coopération mondiale en vue de l'établissement de réseaux de stations effectuant des observations météorologiques, ainsi que des observations hydro- logiques et d'autres observations géophysiques se rapportant à la météorologie, et encourager l'établissement et le maintien de centres chargés de fournir des services météorologiques et connexes;
b) encourager l'établissement et le maintien de systèmes pour l’échange rapide des renseignements météorologiques et connexes;
c) encourager la normalisation des observations météorologiques et connexes et assurer la publication uniforme d'observations et de statistiques;
d) encourager les applications de la météorologie à l'aviation, à la navigation ma- ritime, aux problèmes de l'eau et à d'autres activités humaines;
e) encourager les activités dans le domaine de l'hydrologie opérationnelle et favoriser une coopération étroite entre Services météorologiques et Services hydrologiques;
f) encourager les recherches et l'enseignement en météorologie et, selon les besoins, dans des domaines connexes, et concourir à la coordination des aspects internationaux de ces activités.
L'Organisation comprend :
a) le Congrès météorologique mondial qui est l'organe suprême de l'Organisation. Il réunit les représentants des pays Membres une fois tous les quatre ans pour déter- miner la politique générale à suivre afin d'atteindre les buts de l'Organisation;
b) le Conseil exécutif, composé de 36 directeurs de Services météorologiques ou hydrométéorologiques nationaux qui se réunit au moins une fois par an pour mettre à exécution les programmes approuvés par le Congrès;
c) les six associations régionales (Afrique, Asie, Amérique du Sud, Amérique du Nord et Amérique centrale, Pacifique Sud-Ouest et Europe), composées des gou- vernements Membres, coordonnent les activités météorologiques et connexes dans leurs régions respectives;
* Chiffre de 1994, 184 en 1996.
ACTIVITÉS DE L’OMM RELATIVES À L’EAU
d) les huit commissions techniques, composées d'experts désignés par les Membres, étudient toutes les questions relevant de leur compétence respective (des commis- sions techniques ont été établies pour les systèmes de base, les instruments et mé- thodes d'observation, les sciences de l'atmosphère, la météorologie aéronautique, la météorologie agricole, la météorologie maritime, l'hydrologie et la climatologie);
e) le Secrétariat joue le rôle de centre d'administration, de documentation et d'infor- mation de l'Organisation. Il prépare, met en forme, produit et diffuse les publications de l'OMM, exécute les tâches prévues dans la Convention et d'autres documents fon- damentaux et fournit aux organes constituants de l'OMM mentionnés précédem- ment l'appui du Secrétariat dont ils ont besoin afin de mener à bien leurs travaux.
La figure 2.1 montre la structure de l'OMM, et la figure 2.2 définit les six asso- ciations régionales de l'OMM.
2.1.1 But et description des activités relatives à l’eau
L'engagement dans le domaine de l'hydrologie opérationnelle décrit à l'Article 2 e) de la Convention de l'OMM mentionné ci-dessus est mis en œuvre dans le cadre du Programme d'hydrologie et des ressources en eau (PHRE). Ce programme aide les Services hydrologiques des Membres sur le plan de l'hydrologie opérationnelle et de l'atténuation des risques liés à l'eau tels que les inondations et les sécheresses. Il promeut aussi la coopération entre les pays aux niveaux régional et sous-régional, notamment là où le partage de bassins fluviaux communs est mis en cause.
Le PHRE est axé sur l'hydrologie opérationnelle dont le champ d'application est défini dans l’annexe III au Règlement général de l'OMM [voir aussi 2], en ces termes : a) la mesure des éléments hydrologiques de base à partir de réseaux de stations météorologiques et hydrologiques : rassemblement, transmission, traitement, archivage, restitution et publication des données hydrologiques de base;
b) la prévision hydrologique;
c) le développement et le perfectionnement des méthodes, des procédures et des techniques pertinentes concernant :
i) la planification des réseaux;
ii) les spécifications des instruments;
iii) la normalisation des instruments et des méthodes d'observation;
iv) la transmission et le traitement des données;
v) la fourniture des données météorologiques et hydrologiques aux fins de planification;
vi) la prévision hydrologique.
Il faut noter que les données hydrologiques dont il s'agit ici incluent les données sur la quantité et la qualité aussi bien des eaux de surface que des eaux souterraines.
L'hydrologie opérationnelle est donc fortement en interaction avec l'évaluation des ressources en eau.
