Top 6 des méthodes d'estimation de la décharge d'une crue

Cet article met en lumière les six principales méthodes d’estimation du débit des crues. Les méthodes sont les suivantes: 1. Méthode de captage-ruissellement 2. Formules empiriques 3. Méthode rationnelle 4. Surface transversale et pente du lit 5. Surface de la section transversale et de la vitesse comme observé sur le site du pont 6. Enregistrements disponibles.

Méthode n ° 1. Méthode de captage-arrosage:

La zone de chalandise est la zone de commande d’une rivière d’où elle prend l’approvisionnement en eau. La zone de captage est calculée à partir de la carte des contours et le débit de crue est estimé à l' aide de la formule de «ruissellement» .

Les précipitations sont mesurées par les pluviomètres en millimètres. À partir de l'enregistrement journalier des précipitations, les précipitations annuelles pour une zone sont déterminées. Les précipitations annuelles varient d'un endroit à l'autre et, par conséquent, les précipitations enregistrées pendant une période considérable, par exemple cinquante ans, sont très utiles pour obtenir le maximum de précipitations enregistré au cours de cette période.

L'estimation du débit maximal de crue doit être basée sur cette pluviométrie maximale enregistrée. Le tableau 3.1 présente les précipitations enregistrées dans différentes parties de l'Union indienne pour une période de 15 ans (1935-1949).

Le ruissellement est défini comme la proportion d'eau dans les précipitations totales dans le bassin versant du cours d'eau, du canal ou de la rivière. Il est inutile de mentionner que la totalité des précipitations n'atteint pas le cours d'eau, car une certaine quantité est trempée dans le sol pour former les couches d'eau du sous-sol, une certaine quantité est absorbée par la végétation, une certaine quantité est évaporée et le reste ne s'écoule au canal ou à la rivière.

La Fig. 3.1 et la Fig. 3.2 illustrent comment l'eau de pluie atteint le canal ou la rivière à partir du bassin versant.

Le bassin versant du ruisseau ou de la rivière en amont du pont est obtenu en balisant la ligne de crête de la carte des contours et en mesurant la zone délimitée par cette ligne de crête à l’aide d’un planomètre et de graphiques en papier calque.

La possibilité de précipitations abondantes tombant simultanément sur toute la surface d'un grand bassin est moindre et, par conséquent, un pourcentage moins important de ruissellement peut être pris. Un autre facteur important qui détermine le pourcentage de ruissellement est la forme du bassin versant.

Les figures 3.1 et 3.2 montrent deux types de captage. Dans les bassins versants normaux, le bassin versant est long et étroit et plusieurs affluents courts rejoignent le cours principal.

Dans ce bassin, les tempêtes de plus courte durée, qui entraînent le débit maximum de crue, n’atteindront pas le site du pont presque au même moment et, de ce fait, le ruissellement dans ce bassin sera inférieur à celui d’un bassin en éventail.

Dans ce dernier cas, les affluents sont plus longs et peu nombreux et, par conséquent, leurs eaux de ruissellement atteindront le site du pont presque simultanément, ce qui entraînera une concentration du flux pendant les tempêtes de courte durée. Par conséquent, même si la zone de captage, la quantité, la durée des précipitations, etc. sont les mêmes pour les deux types de captage, le ruissellement sur le site du pont sera davantage lié à un captage en forme d’éventail qu’à un captage simple normal.

Le pourcentage de ruissellement varie de 20% à 70% selon la forme et la nature du bassin versant. Porosité du sol; que ce soit sableux, argileux ou rocheux; degré de saturation antérieure; zone couverte par la forêt; présence de lacs, d'étangs, de marécages, de réservoirs artificiels, etc. déterminer le pourcentage de ruissellement.

Par conséquent, lors de l'estimation du débit de crue du bassin versant, les facteurs susmentionnés doivent être dûment pris en compte.

Comme discuté précédemment, le ruissellement dépend des facteurs suivants:

i) Degré de porosité et de saturation du sol dans le bassin versant.

(ii) La forme et la pente du bassin versant.

(iii) Obstacles à la circulation tels que racines d'arbres, arbustes, etc.

(iv) Degré de végétation.

v) Etat de culture.

(vi) Quantité d'évaporation.

vii) intensité des précipitations; Le ruissellement est plus important si la même quantité de pluie, par exemple 50 mm, se situe dans une très courte période de deux heures, par exemple, par rapport à 24 heures, auquel cas elle est sous forme de bruine.

(viii) Quantité totale de précipitations dans le bassin versant.

Méthode n ° 2. Formules empiriques :

Le débit de crue peut être évalué en utilisant diverses formules empiriques impliquant une zone du bassin versant et un coefficient dépendant de l’emplacement du bassin.

i) la formule de Dicken

Cette formule (conçue à l'origine pour le nord de l'Inde mais peut maintenant être utilisée dans la plupart des États de l'Inde avec la modification de la valeur du coefficient C) est donnée par:

Exemple illustratif 1:

La superficie d'un bassin versant est de 800 km2. La région est située dans l'ouest de l'Inde, à 150 km. de la côte. Estimez le débit de crue maximum en utilisant les différentes formules empiriques et comparez les débits de crue:

Cette formule s’applique uniquement à l’État de Madras (Tamil Naidu) et donne donc une valeur faible qui n’est pas considérée

Comparaison des débits de crue élaborée selon différentes formules empiriques:

Méthode n ° 3. Méthode rationnelle:

Si R est la précipitation totale en cm pour une durée de T heures, l’intensité moyenne de la précipitation, I en cm par heure sur la durée totale de la tempête est donnée par

I = R / T (3.6)

Pour un petit intervalle de temps, t, l'intensité de la pluie, i, peut être supérieure à celle illustrée à la Fig. 3.3 car l'intensité moyenne pour un petit intervalle de temps, t, est supérieure à l'intensité moyenne pour l'ensemble de la période, T.

La relation entre i et moi peut être représentée par:

Où C est une constante et peut être pris comme unité à toutes fins utiles.

Si t = une heure et que i correspond à i „et que la valeur de I est tirée de l'équation 3.6

À partir de l'équation 3.9, il est possible de calculer i o (précipitations sur une heure) si les précipitations totales R et la durée de la tempête la plus forte sont connues. Il est conseillé de prendre en compte un certain nombre de fortes tempêtes réparties sur une période prolongée . On peut le calculer pour chaque cas. La valeur maximale de U doit être prise comme la précipitation d’une heure de la région pour l’estimation du débit des crues.

D'après un dossier du Département de météorologie, Gouv. de l’Inde, les valeurs de i o pour divers endroits de l’Union indienne sont reproduites au tableau 3.2:

Le temps de concentration est défini comme le temps pris par le ruissellement pour atteindre le site du pont à partir du point le plus éloigné du bassin versant, appelé point critique.

Comme le temps de concentration dépend de la longueur, de la pente et de la rugosité du bassin versant, une relation est établie avec les facteurs suivants:

Où T c = Temps de concentration en heures.

H = chute du niveau du mètre au point critique jusqu'au site du pont.

L = Distance du point critique au site du pont en km.

Les valeurs de H et L peuvent être trouvées à partir de la carte des contours du bassin versant.

L'intensité critique des précipitations, I c, correspondant au temps de concentration, T c, est déduite de l'équation 3.9 en considérant que I = I c correspond à T = T c .

Estimation du ruissellement:

Un centimètre de pluie sur un hectare donne un écoulement de 100 m3. m par heure. Par conséquent, une pluviosité de 1 cm par heure sur une superficie d'un hectare provoquera un ruissellement de 100 AI c cu. m par heure.

Si les pertes dues à l'absorption, etc., sont prises en compte, le ruissellement est donné par:

Q = 100 PI C A / m²

= 0, 028 PI C A cu.m / sec (3.12)

Où P = Coefficient en fonction de la porosité du sol, de la couverture végétale, de l'état initial de saturation du sol, etc.

Les valeurs de P pour diverses conditions du bassin versant sont indiquées dans le tableau 3.3:

En plus du coefficient, P, un autre coefficient, f, est introduit dans la formule de calcul du ruissellement. Au fur et à mesure que le bassin versant devient de plus en plus grand, la possibilité d'atteindre simultanément l'écoulement vers le pont depuis toutes les parties du bassin est de moins en moins importante et, de ce fait, la valeur de f diminue progressivement à mesure que le bassin augmente.

Le tableau 3.4 donne la valeur de f dans l'équation 3.13 dérivée de l'équation 3.12 avec l'introduction du coefficient f dans celle-ci.

Q = 0.028PfI c A cu.m / sec. (3.13)

Exemple illustratif 2:

Le bassin versant d’une rivière est de 800 m². Km. et est composé de sol sableux avec une couverture végétale épaisse. La longueur du bassin versant est de 30 km. et les niveaux réduits du point critique et du site du pont sont respectivement de 200 et 50 m.

Déterminez le débit de pointe de la tempête à l'aide de la méthode rationnelle en supposant que les précipitations en 5 heures sont de 20 cm. Quel sera le débit maximum si le bassin versant est constitué de sols argileux légèrement couverts ou de rochers escarpés mais boisés?

Écoulement de pointe maximum, de l'équation 3.13

Q = 0, 028 Pfl c A cu.m / sec

Dans le cas présent, un bassin versant composé d’un sol sablonneux à la végétation dense,

A = 800 km² = 80 000 hectares; P de la table 3.3 = 0, 10; f de la table 3.4 = 0, 60; I c = 2, 98 cm / heure

. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 10 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 400 cum / sec.

Lorsque le bassin versant est constitué de sols argileux légèrement recouverts, P du tableau 3.3 = 0, 50, les valeurs de A, f et I c restant inchangées.

. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 50 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 2003 cum / sec.

En cas de bassin versant avec des roches escarpées mais boisées, P du tableau 3.3 = 0, 80

. . . Q = 0, 028 PfI c A = 0, 028 x 0, 80 x 0, 60 x 2, 98 x 80 000 = 3204 cum / sec.

Par conséquent, on peut noter à partir de l'exemple illustratif que le ruissellement maximal dépend beaucoup de la nature du captage, d'autres facteurs restant identiques et variant de 400 cum / sec à 3204 cum / sec lorsque le degré de porosité et l'absorption de la zone de captage est très élevée ou très faible.

La méthode rationnelle est donc très réaliste et prend en compte tous les facteurs pertinents qui régulent le ruissellement maximum. Les formules empiriques ne tiennent pas compte de ces facteurs, à l'exception de quelques ajustements de la valeur du coefficient C, et ne sont donc pas très réalistes.

Méthode n ° 4. Surface transversale et pente du lit :

Par cette méthode, le débit est calculé à partir de la formule de Manning,

Où A = l'aire de la section transversale du ruisseau mesurée à partir de HFL

n = le coefficient de rugosité.

R = la profondeur moyenne hydraulique et égale au rapport de la superficie de la section transversale au périmètre mouillé, P

S = la pente du lit du cours d'eau mesurée sur une distance raisonnablement longue.

Dans un cours d'eau ayant des berges et des lits non érodables, la forme et la taille de la section transversale restent pratiquement les mêmes pendant une inondation qu'en temps normal et, par conséquent, la section transversale normale et le périmètre peuvent être utilisés dans le calcul du débit. .

Mais dans un cours d’eau traversant une région d’alluvions, la superficie de la section et le périmètre peuvent changer pendant les crues les plus fortes en raison de l’affaissement des berges et du lit et, en tant que tel, lors de l’estimation du débit maximal de la crue, il convient de déterminer la profondeur de l'affouillement d’abord, les valeurs de la section transversale et du périmètre peuvent être calculées en prenant des niveaux du lit à certains intervalles.

La valeur du coefficient de rugosité dépend de la nature du lit et de la rive du cours d'eau. Il faut donc choisir avec soin la valeur appropriée de ce coefficient afin d'obtenir le débit approprié. Certaines valeurs du coefficient de rugosité, n, sont données dans le tableau ci-dessous pour divers types de conditions de surface.

Exemple illustratif 3:

La rivière a les niveaux de lit lors de la crue la plus élevée à certains intervalles, comme indiqué à la Fig. 3.4. Le RL des lits les plus bas à 500 m en amont et à 500 en aval est de 107, 42 m et de 105 jOm respectivement. Calculez le débit maximum de crue si la rivière a des berges droites assez propres, mais contient quelques mauvaises herbes et des cailloux.

Solution:

La zone de la section A à HFL peut être déterminée en divisant la zone en bandes telles que BPC, PCDO, ODEN, etc.:

Le périmètre mouillé P à HFL est la ligne de lit BCDEFGHI qui est la somme de la longueur de la ligne BC, CD, DE, etc. Cette longueur peut être définie comme ci-dessous (voir figure 3.5):

La pente du lit, S, est la différence de niveau du lit le plus bas situé à 500 m en amont et à 500 m en aval divisé par la distance.

Méthode n ° 5. Surface transversale et vitesse observées sur le site du pont :

La superficie de la section transversale est mesurée en prenant une série de niveaux de la rivière à HFL à certains intervalles. La vitesse dans ce cas est déterminée sur le site par une mesure directe de la vitesse au lieu du calcul théorique à partir de la pente du lit, etc.

Pour mesurer directement la vitesse, la rivière est divisée en quelques sections dans le sens de la largeur, puis la vitesse de chaque section est déterminée par un flotteur de surface placé au centre de chaque section.

Le temps pris par le flotteur pour parcourir une distance fixe est noté par un chronomètre et la distance parcourue par le flotteur divisée par le temps pris est la vitesse de surface du flux. Cette vitesse de surface doit être déterminée pour chaque section et une valeur moyenne pondérée est obtenue aux fins de l'estimation du débit de crue.

La vitesse est la plus faible au voisinage du lit et des berges et moyenne au centre du ruisseau en un point situé 0, 3 jour sous la surface, où d est la profondeur de l’eau (voir fig. 3.6). Si V est la vitesse à la surface, V b est la vitesse au bas et V m est la vitesse moyenne, leur relation peut être établie dans l'équation suivante:

Vm = 0, 7 Vs = 1, 3 Vb (3, 15)

Après la détermination de la vitesse moyenne du flux, le débit de la crue est obtenu par:

Q = AV m (3.16)

Méthode n ° 6. Enregistrements disponibles :

Dans certains cas, il peut être possible de mesurer le débit maximal de crue aux sites de barrages ou de barrages. Cette valeur peut être comparée à la valeur théorique calculée et une valeur finale peut être sélectionnée. Le débit de crue ainsi obtenu, bien que très réaliste, souffre d’un inconvénient, à savoir: l'âge du record, puisque les barrages ou les barrages sont pour la plupart de construction récente.

Le débit de crue doit de préférence correspondre à la valeur maximale enregistrée de 100 ans pour les ponts importants et de 50 ans pour les ponts moins importants. Les termes «valeur de 100 ans» et «valeur de 50 ans» sont définis comme des débits de pointe momentanés qui se produisent «en moyenne» une fois sur 100 ans ou une fois sur 50 ans.

L'expression «en moyenne» désigne tous les débits de pointe observés sur une période de 100 ou 50 ans, selon le cas, et la moyenne des pics est prise.