Cours bassin_versant
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-- LE BASSIN VERSANT LE BASSIN VERSANT --
Cours Master 1C. Legout
Laboratoire d’étude des Transferts en Hydrologie et en EnvironnementUniversité Joseph Fourier
Plan
1- L’eau dans les sols : rappels1.1- Représentation physique des sols1.2- Forces caractéristiques1.3- Grandeurs caractéristiques : θ et h
2- Le bassin versant2.1- Définition2.2- Caractéristiques géométriques2.3- Le réseau hydrographique2.4- Les caractéristiques agro-pédo-géologiques2.5- Les conditions aux limites et initiales
3- Les processus hydrologiques3.1- L’évapotranspiration et l’interception 3.2- Le ruissellement3.3- La percolation de l ’eau3.4- L’écoulement de nappe3.5- L’exfiltration3.6- L’écoulement hypodermique3.7- Décomposition des hydrogrammes de crue
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Surface drainée par une rivière en amont d ’un point, l ’exutoire.
Les limites d ’un bassin versant sont généralement fixées à partir de la topographie :
exutoire
exutoire
exutoire
1- Définition
exutoire
Figure: Vallée de Ceillac, H-A, BV Durance (doc. Ph. Bois)
0 200 400 600 800
Délimitation du BV à partir de cartes IGN
1- Définition
Figure: Bassin versant de Kerbernez (29) Distance (m)
Alti
tude
(m)
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Délimitation du BV à partir de MNT
1- Définition
1- Définition
Figures :MNT du bassin versant de la Fontaine du Theil, 35 et représentation du décalage entre le contour réel et déterminé numériquement (ENSA et CEMAGRF Rennes)
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BV topographique ≠ BV hydrogéologique
Figure:Exemples de modifications de la délimitation du BV suite à des modifications anthropiques (D ’après A. Musy, le BV et son complexe)
Figure:Distinction entre BV réel et BV topographique (doc M. Lelay)
1- Définition
Sollicitation=
Pluie (t)
Réaction=
Débit (t)
0
100
200
300
400
500
29/1 3/2 8/2 13/2 18/2 23/2 28/2 5/3temps
débi
t (L/
s)
0
1
2
3
4
5
6
2/2 4/2 6/2 8/2 10/212/214/216/218/220/222/224/226/228/2 2/3
temps
plui
e (m
m/h
)
Bassin versant
1- Définition
5
Temps (h)
Déb
it (m
3s-1
)
Débit de pointe
Temps de montée
Hydrogramme de crue
1- Définition
Facteurs de contrôle :
le comportement hydrologique d ’un bassin versant est fonction des mécanismes hydrologiques qui vont s’y développer. Ces processus sont contrôlés par :
• la géométrie du bassin versant,
• la géométrie du réseau hydrographique,
• l ’occupation du sol, la nature du sol et du sous-sol,
• les conditions aux limites et initiales
1- Définition
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• La forme:
comparaison avec un cercle : indice de Gravelius
• La surface:
• débit = f(surface)
• méthode d ’estimation des surfaces
2- Caractéristiques géométriques
Figure:Influence de la forme du BV sur l ’hydrogramme de crue (D ’après A. Musy, le BV et son complexe )
APKG π2
=
• La topographie:
♦ altitudes
exutoirepoints culminantcourbes hypsométriques
♦ pente → vitesse de ruissellement et d ’écoulement (temps de montée, débit de pointe
pente moyenne, pente maxi, pente mini
2- Caractéristiques géométriques
Surface cumulée (%)0 100
Alti
tude
(m)
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Définition du réseau hydrographique:
• ensemble des canaux de drainage naturels ou s’écoulent les eaux provenant du ruissellement ou restituées par les nappes souterraines soit sous forme de source, soit par restitution continue le long du lit du cours d ’eau (Roche, 1963)
• cours d ’eau naturels ou artificiels, temporaire ou permanent (Musy, EPFL)
Un fossé de drainage est il un élément du réseau hydrographique?
Facteurs de contrôle du développement et de la géométrie d ’un cours d ’eau:
• géologique,
• climatique,
• topographique (érosion/sédimentation)
• anthropique (drainage, barrages, endiguement)
3- Le réseau hydrographique
Quelques géométries types… 3- Le réseau hydrographique
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Les longueurs et pentes caractéristiques:
• longueur du cours d ’eau principal
• profil en long/longitudinal
• pente moyenne du cours d ’eau
• densité de drainage Dd = Σli / A
• densité hydrographique Dh = Σni / A
Les ordres du BV:
• Strahler,
• Gravelius,
• Horton
L ’ordre d ’un bassin versant correspond à l ’ordre du tronçon à l ’exutoire
Figure:Ordre d ’un BV selon Strahler (D ’après A. Musy, le BV et son complexe)
3- Le réseau hydrographique
3- Le réseau hydrographique
Classification des cours d’eau :
Rapport de confluence
Rapport des aires
Rapport des longueurs
1+
=u
uc n
nR
1−
=u
ua a
aR
1−
=u
ul l
lR
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3- Le réseau hydrographique
Cas particuliers :
• Diffluences
• Endoréisme
Figure: Causse Méjean, Mont Lozère
Figure: Doménon, Col de la Pra (doc P. Belleudy)
Endoréisme : cas du Lac Tchad3- Le réseau hydrographique
Figure: Evolution du lac Tchad entre 1972 et 2001
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Occupation du sol : forêt, prairie, culture, lacs, glaciers, surfaces imperméabilisées…
Type de sol : texture, structure, capacité d’infiltration, stabilité structurale…
Substrat géologique : perméable, imperméable, fissures, fractures
3- Les caractéristiques agro-pédo-géologiques
Figure:Photo aérienne du bassin versant de Kerbernez (29)
Précipitations :
4- Les conditions aux limites et initiales
Figure:(a) Représentation schématique du bassin versant, (b) influence de la durée de l’averse sur la réponse hydrologique et (c) influence des variations d’intensité (tiré de Musy, la réponse hydrologique, d’après Réménérias)
(c)
(a)
(b)
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Etat initial du bassin versant
4- Les conditions aux limites et initiales
Figure: Exemple de non-linéarités des crues liées aux conditions initiales: bassin versant de Latte (0.19 km²), Mont Lozère. (a) et (b) réponses très différentes à 2 apports de pluie semblable pour 2 conditions initiales différentes. (b) et (c): réponses semblables pour 2 apports de pluie et 2 conditions initiales différents (Ambroise, 1999).
Le bassin versant transforme la pluie en débit de rivière
Cette transformation est:
• non linéaire,
• varie pour un même bassin versant au cours de l ’année, d’une saison à l ’autre,
d ’une crue à l ’autre,
• varie d’un bassin versant à un autre selon les conditions géologiques,
pédologiques, climatiques et selon l ’occupation du sol.
En résumé...
Besoin de caractériser les mécanismes hydrologiques