et prenant en compte la contribution du sol &agrave

Texte intégral

(1)Une approche de modélisation hydrologique distribuée pour les bassins versants urbains : de la parcelle cadastrale au bassin versant. • Modélisation. hydrologique : contexte. • Un modèle hydrologique distribué et prenant en compte la contribution du sol à la formation des débits • A quoi ça sert? • Conclusion et perspectives.

(2) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Research topic - Urban hydrological modeling L’hydrologie des bassins versants urbains Semble simple de 1er abord ... Ruissellement des surfaces imperméabilisées et écoulement dans les réseaux d’assainissement. ... mais....

(3) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Hétérogénéité de l’occupation du sol Superposition d’un système naturel et d’un système anthropisé Multiples chemins de l’eau Interactions entre l’eau du sol et le réseau de drainage (tranchées). Techniques alternatives Milieu en évolution.

(4) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Interactions entre l’eau du sol et le réseau de drainage. Conclusions et +. Bassin versant du Pin sec 31 ha, Cimp : 45 % Site Atelier Pluridisciplinaire, IRSTV Nantes Suivi en continu des flux hydriques. LEGEND Microclimatology observation mast Raingauge & Weather station Flowmeter Rainwater quality sampler Piezometer Rainwater sewer system Wastewater sewer system. 00. 100m 100m.

(5) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et + PZPS2006. PZPS2007. PZPS2008. Surface sol = 19,50 m. 17.4. 17.2. Charge (m). Evolution du niveau piézométrique en 2007. 17. 16.8. 16.6. 16.4. 16.2. 21-déc. 29-nov. 10-déc. 7-nov. 19/11/07. 27-oct. 18-nov. 05/11/07. 4-oct. 15-oct. 1-sept. 12-sept. 23-sept. 10/09/07. 21-août. 10-août. 27/08/07. 7-juil. 19-juil. 30-juil. 26-juin. 4-juin. 15-juin. 2-mai. 13-mai. 24-mai. 10-avr. 21-avr. 7-mars. 18-mars. 29-mars. 25-févr. 3-févr. 14-févr. 23-janv. 1-janv. 12-janv. 16. 26 24 22 20 18 16 14 12. 31/12/07. 17/12/07. 03/12/07. 22/10/07. 08/10/07. 24/09/07. 13/08/07. 30/07/07. 16/07/07. 02/07/07. 18/06/07. 04/06/07. 21/05/07. 23/04/07. 07/05/07. 26/03/07. 09/04/07. 12/03/07. 12/02/07. 26/02/07. 15/01/07. 29/01/07. 10 01/01/07. Evolution de la hauteur d’eau (débit de base) dans le réseau d’eaux pluviales. Hauteur d'eau dans le réseau d'assainissement pluvial [cm]. Temps (jour). LEGEND Microclimatology observation mast. Comparaison Débit de base/ niveau piézo Raingauge & Weather station Flowmeter Rainwater quality sampler Piezometer Rainwater sewer system Wastewater sewer system. Hauteur d'eau dans le réseau d'assainissement pluvial [cm]. 24 22 20 18 16 14. 00. 100m 100m. y = 9.2521x - 137.81 R2 = 0.88. 12 10 16. 16.2. 16.4. 16.6. 16.8. 17. 17.2. Niveau de saturation à l'exutoire (PzPS) du bassin versant du Pin Sec [m]. 17.4.

(6) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Bilan Hydrique en janvier 2009 : Pluie : 127 mm Hauteur ruisselée EP : 64 mm Dont EPI (EP) 11 mm EPI (EU) : 22 mm *EPI : eaux parasites d’infiltration. LEGEND Microclimatology observation mast Raingauge & Weather station Flowmeter Rainwater quality sampler Piezometer Rainwater sewer system Wastewater sewer system. 00. 100m 100m.

(7) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Les banques de données urbaines : l’atout Les villes renseignent le milieu (SIG, BDUs) - parcelles cadastrales - bâtiments - routes - réseaux enterrés - topographie - arbres. Nantes Métropole.

(8) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Développement d’un modèle hydrologique: • spatialement distribué et basé sur les BDU • prise en compte de processus physiques souvent négligés en milieu urbain (évapotranspiration, infiltration, interception, écoulement subsurfacique) • capable de représenter l’état hydrique du sol (niveau de saturation, teneur en eau moyenne) • capable de simuler des bassins versants sur de longues chroniques temporelles et à un pas de temps adapté au milieu urbain URBS (Urban Runoff Branching Structure).

(9) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. DISCRETISATION SPATIALE DES BASSINS EH = Parcelle cadastrale + Bâtiment(s) + Voirie adjacente. Runoff Branching Structure. DHS BHE EH Pc. ∃ L. 10 m. Production : transformation de l’eau pluviale / ruissellement. Transfert des eaux pluviales sur le réseau hydrographique.

(10) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Modélisation d’un Elément Hydrologique Fonction de production à l’échelle de chaque parcelle Voirie. Réseau ?. Sol naturel. Bâti. Zone Non Saturée Zone Saturée. Sorties du modèle. R tot (t ) = f bat Abat R bat (t )+ f voi Avoi R voi (t )+ f nat Anat R nat (t )+ f reseau _ ep Atot I res (t ) Etat hydrique du sol : zzs ou teneur en eau.

(11) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Transfert à l’exutoire - le transfert surfacique entre chaque EH et les avaloirs du réseau d’assainissement : estimation d’un temps de parcours (vitesse Manning Strickler). Mg Pi. Mc Pj. Avaloir fictif. exutoire. - le transfert hydraulique dans le réseau d’assainissement est représenté en utilisant la formulation de MuskingumCunge Q j +1 (t + !t ) = C 0 Q j (t + !t )+ C1Q j (t )+ C 2 Q j +1 (t ). C0 =. " kx + 0.5!t (k " 1)x + 0.5!t. , C1 =. kx + 0.5!t (k " 1)x + 0.5!t. et C 2 =. (k " 1)x " 0.5!t (k " 1)x + 0.5!t.

(12) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Etude de cas Gohards (Nantes) bv urbain. 180 ha, Cimp=0.38 • 911 parcelles • Estimation des paramètres (observations, litterature) • P and ETP (1998-2002) • Qexutoire (1998-2002). P. • Pas de temps 5 minutes Comparaison Qmesuré / Qsimulé Erreur relative : 2.2 % Q. coefficient corrélation R². = 0.74.

(13) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Débit simulé. Simulation du débit à l’exutoire au mois de janvier, le cumul de pluie atteint 130mm en 20 jours; le débit de base est indiqué en gras (contribution du sol : Ires).

(14) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Niveau de saturation simulé Niveau de saturation par rapport à la surface du sol. Distribution spatiale du niveau de saturation, janvier 1999. Cohérence des écoulements souterrains?.

(15) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Scénarios d’aménagement / techniques alternatives Chaussée poreuse à structure réservoir. Rétention par les arbres. Toits-terrasse.

(16) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Scénarios d’aménagement Etude de cas : habitat individuel classique. Rezé , 5 ha, Cimp=0.37. Conclusions et +.

(17) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Scénarios d’aménagement Hypothèse : toute la zone est réaménagée Permeable reservoir pavement Flat roof 1 Flat roof 2. Augmentation du taux de voirie « arboré » de 0.12 à 25% Tree plantation.

(18) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Influence des techniques alternatives sur l’hydrologie flat roof 1. 70%. permeable tree flat roof 2 pavement plantation. 60%. Runoff diminution. -5% -10% -15% -20% -25% -30%. Evaporation perturbation. 0%. 50% 40% 30% 20% 10% 0% -10% -20%. flat roof 1. flat roof 2. permeable tree pavement plantation. • La réduction du ruissellement varie d’une technique à l’autre • Evaporation favorisée (sauf pour la chaussée poreuse) • Contribution du sol modifiée (toit terrasse + injection dans la pelouse => ↑niveau de saturation du sol).

(19) Contexte. Le modèle. Illustrations/résultats. Conclusions et +. Conclusions et perspectives Développement d’un modèle proche des processus physiques, dédié aux bassins urbains et basé sur les BDUs Les résultats semblent réalistes, mais les travaux se poursuivent - estimation des paramètres - évaluation sur différents bassins versants - Modélisation de la zone saturée - Interface sol-atmosphère. Atmosphere . .. ... .. . . . . .. ... .. ... .. .. .. Groundwater. Capacité du modèle à prendre en compte de nouvelles techniques d’aménagement : evaluation du rôle des techniques alternatives sur l’hydrologie à moyen terme.

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