CHAP 4. Les débits

I. Mesures des débits

II. Analyse des écoulements

Principe d’hydrométrie

h

Q

2 variables pour caractériser l’écoulement

Principe :

h(t)

t

limnimétrie

+

Q

h

Courbe de tarage

Q

t

hydrogramme

h : cote de la surface de d’eau libre (m)→ limnimétrie

Q : débit du cours d’eau (m3/s ou l/s) )volume traversant une section de cours d’eau par unité de temps→ débitmétrie

h : fonction de la section choisie⇒ uniquement représentatif de la section choisie

Q : conservatif si aucun apport ni perte entre 2 sections⇒ permet une interprétation du comportement du BV

- limnigraphe à mesure de pression : « bulle à bulle »

- Capteur capacitif, piezo-resistif

- Ultra-sons

Limnimétrie :

Réalisée à des stations limnimétriques par :

- limnigraphe analogique à flotteur

limni

Échelle de crue

Débitmétrie

- à partir de jaugeages

par exploration du champs de vitesses(moulinet)

Q= ∫∫section

l)dpdlV(p,p

l

chimiques ou par dilution

Injectiond’un traceur [C1] Q Q=k.C1/C2

Prélèvementdu traceur [C2]

- Détermination du débit par des ouvrages calibrés

Caractérisés par une relation Q=f(h) connue

Exemples :

Seuils et canal venturi :Q=f(h) : lois de l’hydraulique

Q dépend de hamont(dénoyé)Q dépend de hamont et hseuil(noyé)

Déversoirs

Triangulaire : Q= 2/3.2 hgmm ≈ 0.315tan(α/2)

Relation Q=f(h) dépend de la section de déversement

α

hQ

- Techniques particulières en cas de crues :

mesure de la vitesse de surface Vs

Evaluation de Q

Enquête terrain(Amous aval, déc 2002)

Septembre 2002 :400<Q<600 m3/s (20km²)

Intérêt en matière de retour d’expérience sur les crues exceptionnelles

ou à partir des laisses de crues :Repérage de la section d’écoulement S

Hypothèse sur le régime d’écoulement (en gal uniforme)Evaluation rugosité

13 points de mesures + 3 stations DDE

88 km2, 3 m3/s/km2102 km2, 5 m3/s/km2

67 km2, 9 m3/s/km2

12 km2, 11 m3/s/km2

8 km2, 20 m3/s/km2

67 km2, 9 m3/s/km2

3,2 km2, 37 m3/s/km2

3 km2, 27 m3/s/km2

1,7 km2, 21 m3/s/km2

4,6 km2, 30 m3/s/km2

12 km2, 20 m3/s/km2

21 km2, 20 m3/s/km231 km2, 13 m3/s/km2

Exemple du retour d’expérience des inondations du 08 et 09 septembre 2002

Courbe de tarage :

Q

h

-N jaugeages : couples (Q,h) (au moins 10, si possible en crue et étiage)

-Ajustement d’une fonction

Suivi d’une courbe de tarage car détarage possible :

érosion, végétation, action humaine diverses sur le lit du cours d’eau,…

Extrapolation d’une courbe de tarage (crues non jaugées) :

- ne jamais extrapoler directement Q(h)

- extrapoler S(h) et V(h) puis en déduire Q(h)

Q

h

Χ

Source de données

-Banque HYDRO (Ministère de l’Ecologie et du Développement Durable)-Gestion des stations hydrométriques : Direction Régionale de l’environnement

(http://hydro.rnde.tm.fr/)

Remarque :

- Réseaux des stations hydro moins denses que les stations pluvio

- peu d’informations sur les petits BV (<100 km²) : 12% instrumentés

- série de mesures assez courtes, souvent moins de 20 ans

Autres gestionnaires de données hydro :

-DDE, SAC : mais mesures pas toujours archivées (annonce de crues)

-EDF, CGE

II. Variables caractéristiques des débits

Calcul du débit sur un intervalle de temps ∆t=t2-t1

t1 t2t1 t2

h

temps

Courbe de tarageQ(h)

Q

Q(∆t) = volume écoulé pendant ∆t par unité de ∆t ∫∆=∆

2

1

).(1)(t

t

dttQt

tQ↔ Débit « moyen » entre t1 et t2

Si ∆t = 1 jour (J) → débit journalier QJSi ∆t = 1 mois (M) → débit mensuel QMSi ∆t = 1 an (A) → débit annuel QA (ou module)

Débit instantané : QI

Variables caractéristiques des écoulements

→ Débits maximaux et minimaux sur ∆t

X et N désignent respectivement des valeurs maXi ou miNi

Ex : QIXA =débit instantané maximal d’une annéeQJXA = """"""""""""""""""""""""""d'une annéeQJNM = débit journalier minimum d'un moisQMXA = débit mensuel maximal d'une annéeQMNA = débit mensuel minimal d'une année

→ Débits caractéristiques (DC)

On classe les débits journaliers d’une année par ordre décroissant

DCXn = QJ atteint ou dépassé n jours par an.DCNn = QJ non dépassé pendant n jours par an.

1 10 355 365

QJ

jours

DCX10

DCN10

→ Séquences maximales et minimales

QCXn = débit journalier dépassé pendant une période continue de n QCNn = débit journalier non atteint pendant une période continue de n

Pendant1 année par ex.VCXn = débit de n jours consécutifs, maximal

VCNn = débit de n jours consécutifs, minimal

= n jours

QJ

jours

QCXn

t t+n

VCXn = ∑+=

=

nti

tiiQJ

n1

n.VCXn

1 année, ordre chronologique

III. Analyse des écoulements

Permet de décrire le comportement d’un cours (Cf annuaire hydrologique ou Banque Hydro)

A l’échelle annuelle

On suppose que l’on dispose pour un cours d’eau de N années de mesures de débits

Module interannuel = débit annuel moyen interannuel ∑=

=N

1iQAi

N1QA

Hydraulicité d’une année i fixée : QAQAi → Écoulement < ou > à la normale pour l’année i

Unité : m3/an, m3/s, … ou sous forme de lame annuelle écoulée : mm/an

(km²)A/s)QA(m31536L(mm/an)

bv

3=

Amazone : module ≈ 193 000 m3/sRhône à Beaucaire : module ≈ 1600 m3/s

ou sous forme de débit spécifique : m3/s/km²

A l’échelle mensuelle

∑=

=N

1iij,j QM

N1QM

→ décrire les fluctuations saisonnières de l’écoulement : période de basses et hautes eaux

j = indice du mois de 1 à 12

Coefficient mensuel de débit : CMj = QAQMj → régime du cours d’eau

Régime simpleRégime mixte

Pluvio nival Pluvio glaciaire

pluvial

glaciaire

nival

A l’échelle journalière

→ Courbe des débits journaliers classés

QJ

Pour une année fixée

Si on dispose de N années : classement des Nx365 QJ par ordre décroissantsoit r le rang affecté à chaque QJfréquence : r/(365N)

1 10 355 365

QJ

jours

DCX10

DCN10

Fréquence0 0.5 1

QJ(0.5)QJ qui a 50 % de chance d’être dépassé