LGCIE
Influence du fonctionnement hydraulique du système de drainage dans la réponse
hydrologique des bassins versants urbains
B. Chocat
G. Lipeme Kouyi
Définitions
• Réponse hydrologique d’un bassin versant: Production d’une onde de crue (hydrogramme) à l’exutoire d’un bassin versant soumis à une sollicitation pluvieuse.
• Système de drainage: Ensemble des biefs, naturels ou artificiels, au sein desquels s’installe un écoulement organisé, essentiellement unidimensionnel, et qui
permettent d’amener l’eau à l’exutoire du bassin versant.
• Bassin versant urbain: Bassin versant équipé, au moins
en partie d’un système de drainage artificiel (souvent en
partie constitué de conduites souterraines).
But de l’étude
• Explication des réponses hydrologiques à l’exutoire à partir de la connaissance du fonctionnement hydraulique
– Excellente connaissance du système de drainage
• Utilisation d’un simulateur numérique (modèle
numérique détaillé d’un bassin versant réel).
BV Ecully (site OTHU) 229 hectares
Réseaux d’assainissement unitaire
Présentation du bassin versant
Méthode
• Calage d’un modèle détaillé sur le bassin versant d’Ecully (site OTHU)
• Simulation de toutes les pluies mesurées entre 1988 et 1998 (600 pluies)
– Critère de séparation: 4 heures sans pluie, – Pluie éliminée si Hp < 0,6 mm
• Analyse des résultats en séparant les pluies faibles et les pluies fortes et analyse surtout pour les pluies fortes
– Pluie forte si Hp > 30mm et Imax6 > 10mm/h – Ou si Hp > 10mm et Imax6 > 30mm/h
– Au total 67 pluies fortes sur la période
Analyse des coefficients
volumétriques de ruissellement
• C = Hr / Hp
– Hr = volume écoulé à l’exutoire entre le début de la pluie et 2 h après la fin de la pluie divisé par la surface totale du bassin versant (229 hectares).
– Hp = hauteur de pluie mesurée sur le
pluviomètre le plus proche en fonctionnement
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20 1.40
0 2 4 6 8 10 12
C pluies faibles (année 1990)
C = 0.133
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
C Pluies fortes
C = 0.158
0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Relation C = f (Hp) pour les
pluies fortes
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
Série1
Relation Qmax = f (Hp) pour les
pluies fortes
Comparaison de quelques crues
date Ht (mm)
Imax6 (mm/h)
Imax15 (mm/h)
Imax30
(mm/h) V (m3)
Qmax (m3/s) 14/05/1988 14.6 54 45.6 27.2 6097 0.94
25/05/1988 12.8 82 40 22.4 4895 0.84
19/08/1988 17.6 44 22.4 12 4890 0.46
26/08/1990 10.4 40 19.2 14.4 2905 0.5
Pourquoi ce comportement ?
• Uniquement lié à l’hydraulique des réseaux
– Existence de tronçons sous-dimensionnés provoquant des débordements et jouant le rôle d’écrêteur de crue
– Existence de Déversoirs d’orage limitant le
volume arrivant à l’exutoire
Débordement et écrêtement du
débit
Le résultat : plus efficace qu’une
vanne …
Mais où va l’eau ?
• Dans ce cas elle reste sur place et revient ultérieurement au réseau
• Elle peut aussi s’écouler en surface et rentrer dans le réseau ailleurs
• Ou s’écouler en surface et aller vers un autre exutoire (rivière, nappe, …)
• Nécessité de coupler la représentation des écoulements en surface (souvent
2D) et les écoulements en réseau – objet
du projet RIVES
Projet ANR RIVES
Evolution de la forme de l’onde
de crue
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70
B
C
A
Volume amont : 6500 m3
Volume aval : 4500 m3
Volume déversé : 2000 m3
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000
Relation entre le volume déversé par les DO
et le volume arrivant à l’exutoire principal
Et maintenant
Idée d’un modèle multi-exutoire pour représenter chacun des sous-bassins
versants
Exemple de modèle de bassin versant multi exutoire
ER ERA
Réseau assainissement Rivière
Précipitations
Traitement différencié des différents types de surface
Surfaces Imper
Raccordée Réseau Asst
Surfaces Imper
Raccordée Rivière
Surfaces Imper
Raccordée TA
Stockantes
Surfaces Imper
Raccordée TA
Infiltrantes
Surfaces Imper
Raccordée Surfaces Perméables
Surfaces Perméables
ER ERA
Réseau assainissement Rivière
Précipitations
Traitement différencié des différents types de surface
Surfaces Imper
Raccordée Réseau Asst
Surfaces Imper
Raccordée Rivière
Surfaces Imper
Raccordée TA
Stockantes
Surfaces Imper
Raccordée TA
Infiltrantes
Surfaces Imper
Raccordée Surfaces Perméables
Surfaces Perméables
ER ERA
Réseau assainissement Rivière
Précipitations
Surfaces Imper
Raccordée Réseau Asst
Surfaces Imper
Raccordée Rivière
Surfaces Imper
Raccordée TA
Stockantes
Surfaces Imper
Raccordée TA
Infiltrantes
Surfaces Imper
Raccordée Surfaces Perméables
Surfaces Perméables
ER ERA
Réseau assainissement Rivière
Précipitations A
Atmosphère
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER ERA
Réseau assainissement
Rivière
A
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER R RA
ERA DO
A
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER R RA
ERA N
DO SS
A
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER R RA
ERA N
DO SS
A
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER R RA
ERA N
DO SS
A
Principes de mise en équation
• Destiné à simplifier l’écriture du modèle
S
Équations de conservation dans les réservoirs
Fe1
Fs2
Fe2 Fs1
S(t+Dt) = S(t) + Dt×(∑Fei(t) - ∑ Fsi(t)
)S1
S2 C
S
F(t+Dt) = f (S1(t), S2(t)) F(t+Dt) = f (S1(t), C(t))
Équations de flux sur les « flèches »
Pour introduire une nouvelle fonction dans le modèle, il suffit de connaître les variables de stock ou d’état S1 et S2 et de
définir la relation de flux
Précipitations
SIRRA SIRR SIRTAS SIRTAI
SIRSP
SP
ER R RA
ERA N
DO SS
A
Le processus de résolution est indépendant des
« boîtes » et des « flèches » actives
Calcul des flux sur chaque flèche active au temps t+Dt
en fonction des stocks au temps t dans les « boites »
amont et aval
Calcul des stocks dans chaque « boite » au temps
t+Dt en fonction des flux entrants et sortants au
temps t+Dt Boucle sur le
temps
Boucle sur les
« boîtes » Boucle sur les
« flèches »
