GENERALITES SUR LES BASSINS VERSANT
Définition du bassin versant : Le bassin versant représente, en principe, l’unité géographique sur laquelle se base l’analyse du cycle hydrologique et de ses effets. En pratique, le bassin versant peut être considéré comme un » système « , c’est-à-dire une surface hydrologiquement close, avec comme entrées les précipitations et comme sorties l’écoulement à l’exutoire et l’évapotranspiration. Le bassin versant en une section droite d’un cours d’eau, est donc défini comme la totalité de la surface topographique drainée par ce cours d’eau et ses affluents à l’amont de cette section. Il est entièrement caractérisé par son exutoire, à partir duquel nous pouvons tracer le point de départ et d’arrivée de la ligne de partage des eaux qui le délimite. Généralement, la ligne de partage des eaux correspond à la ligne de crête. On parle alors de bassin versant topographique.
Le comportement hydrologique du bassin versant : L’analyse du comportement hydrologique d’un bassin versant considéré comme un système hydrologique s’effectue le plus souvent par le biais de l’étude de la réponse hydrologique du bassin face à une sollicitation extérieure, en général la pluie brute. Cette réponse est mesurée par l’observation de la quantité d’eau qui s’écoule à l’exutoire du système. Elle est représentée soit par un hydrogramme, courbe de variation du débit en fonction du temps, Q(t), soit par un limnigramme H(t), courbe de variation du niveau d’eau en fonction du temps.
La réponse hydrologique d’un bassin versant à une sollicitation particulière est caractérisée son temps de montée tm, défini comme le temps qui s’écoule entre l’arrivée de la crue et le maximum de l’hydrogramme et son débit de pointe Qmax (ou son volume maximum Vmax). Ces deux caractéristiques dépendent du type et de l’intensité de la précipitation qui le sollicite mais aussi d’une variable caractérisant l’état du bassin versant : le temps de concentration des eaux sur le bassin.
RAPPEL SUR LES MODELES PLUIES DEBIT
Un modèle hydrologique ou pluie-débit, est un outil numérique de représentation de la relation pluie-débit à l’échelle d’un bassin versant. Il permet de transformer des séries temporelles décrivant le climat d’un bassin versant donné (séries de précipitations et de températures par exemple, séries qui sont les entrées du modèle hydrologique) en une série de débits (sortie du modèle hydrologique).
Principe des modèles hydrologique : La transformation permettant de transformer des séries décrivant les précipitations d’un bassin versant en une série de débits est souvent divisée en deux parties :
Une première partie souvent appelée la « production », qui consiste en la détermination de bilans d’eau à l’échelle du bassin versant. Ce bilan permet notamment de répartir la pluie brute observée (la totalité de la pluie qui est tombée sur le bassin versant et qui est mesurée par un ou plusieurs pluviomètres) en pluie « nette » (la proportion de la pluie brute qui participe au débit du bassin versant étudié), en quantité d’eau évapotranspirée et en quantité d’eau stockée par le bassin versant.
Une deuxième partie souvent appelé le « transfert » ou « le routage », qui consiste à répartir dans le temps la quantité d’eau participant au débit du bassin versant étudié.
Description du model SWMM
EPA SWMM version 5.0. est un model sous forme de logiciel qui a été conçu et distribué gratuitement par la Division des Ressources et d’Alimentation en Eau du Laboratoire National pour l’Investigation sur la Gestion des Risques de l’Agence d’Environnement des Etat Unis (Water Supply and Water Ressources Division of the U.S Environmental Protection Agency’s National Risk Management Research Laboratory). Ce modèle est largement utilisé dans le monde entier pour la planification, l’analyse et la conception relatifs aux :
ruissellement des eaux pluviales ; égouts unitaires ; égout sanitaires ; systèmes de drainages dans les zones urbaines.
Ce logiciel à usage général est un modèle de simulation pluie-débit dynamique utilisée pour la simulation à court ou à long terme de la quantité des eaux de ruissellement et la qualité des eaux des zones urbaines principalement (continu). La composante de ruissellement de SWMM fonctionne sur une collection de zones de sous-bassin qui reçoivent les précipitations et le ruissellement et génèrent des charges polluantes. La partie routage de SWMM transporte ces eaux de ruissellement à travers:
un système de tuyaux ; des canaux ; un dispositif de stockage/traitement pompes er régulateurs. Fonctionnant sous Windows, SWMM 5 fournit un environnement intégré pour: données d’entrée d’édition de la zone d’étude, fonctionnement hydrologique, simulations hydrauliques et de l’eau de qualité, et l’affichage des résultats dans une variété de formats.
Modélisation des processus hydrologique du SWMM
Nous avons utilisé le modèle d’infiltration de Green Ampt qui repose sur une simplification du processus physique de l’infiltration et traduit de ce fait mieux la réalité physique que les modèles de Horton ou du Soil Conservation Service qui sont des modèles empiriques. Il s’agit d’un modèle qui décrit d’une manière simplifiée le mouvement de l’eau dans le sol, en fonction de certains paramètres physiques du sol. Ainsi, le processus d’infiltration de l’eau dans le sol est le suivant : la pluie qui arrive sur le sol y pénètre régulièrement selon un front d’humidification qui progresse en profondeur sous l’effet des forces de gravité et de succion.
Le routage : La modélisation de l’écoulement graduellement varié et non permanent dans le réseau repose sur la résolution des équations de Barré de St Venant.
Le modèle de ruissellement : Nous avons utilisé le modèle de ruissellement d conceptuel qui représente le bassin versant comme un canal rectangulaire à surface libre.
Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE I : CARACTERISATION MORPHOMETRIQUE DES BASSINS VERSANTS
I. 1. GENERALITES SUR LES BASSINS VERSANT
I. 1. 1. Définition du bassin versant
I. 1. 2. Le comportement hydrologique du bassin versant
I. 1. 2. 1. Le temps de concentration
I. 1. 2. 2. LES COURBES ISOCHRONES
I. 1. 3. Les caractéristiques physiques et leurs influences
I. 1. 3. 1. La surface
I. 1. 3. 2. La forme
I. 1. 3. 3. Le relief
I. 1. 3. 4. Les altitudes caractéristiques
I. 1. 3. 5. L’indice de pente globale
I. 1. 3. 6. Le rectangle équivalent
I. 2. PRESENTATION ET CARACTERISATION MORPHOMETRIQUE DES BASSINS DE RETENTIONS DE LA REGION DE DAKAR
I. 2. 1. Présentation des bassins
I. 2. 1. 1. Situation géographique
I. 2. 1. 2. Le relief et la géologie
I. 2. 1. 3. La température
I. 2. 1. 4. L’insolation
I. 2. 1. 5. L’humidité de l’air
I. 2. 1. 6. Le vent
I. 2. 1. 7. L’évapotranspiration
I. 3. REGIONALISATION PAR ANALYSE EN COMPOSANTE PRINCIPALE
I. 3. 1. Présentation et description de l’analyse en composante principales
I. 3. 1. 1. Représentation des individus
I. 3. 1. 2. Représentation des variables
I. 3. 1. 4. Espace vectoriel des variables (ou espace dual)
I. 3. 3. Représentation des nuages
I. 3. 2. Application de l’analyse en composante principale aux caractères morphometriques
I. 3. 2. 1. Représentation des individus dans le plan des deux premiers axes factoriel
I. 3. 2. 2. Représentation des variables
CHAPITRE 2 : TENDANCES ET RUPTURES DANS LES SERIES DE PRECIPITATION
II. 1. TRAITEMENT STATISTIQUE DES PRECIPITATIONS
II. 1. 1. Les données
II. 1. 2. Analyse exploratoires des données
II. 1. 3. Rappel de quelques paramètres mathématiques
II. 2. LES TESTS STATISTIQUES
II. 2. 1. Tests d’indépendances
II. 2. 2. Tests d’homogénéités
II. 2. 3. Test de tendance
CHAPITRE 3 : MODELISATION HYDROLOGIQUE DU FONCTIONNEMENT DES BASSINS
III. 1. RAPPEL SUR LES MODELES PLUIES DEBIT
III. 1. 1. Définition
III. 1. 2. Principe des modèles hydrologique
III. 1. 3. Classification des modèles hydrologiques
III. 1. 4. Description du model SWMM
III. 1. 5. Application du modèle SWMM
III. 1. 6. Modélisation des processus hydrologique du SWMM
III. 1. 7. Résultats de la modélisation
III. 2. APPLICATION DE L’ANALYSE EN COMPOSANTE PRINCIPALE AUX RESULTATS DE LA SIMULATION
III. 2. 1. Représentation des individus dans le plan des deux premiers axes factoriel
III. 2. 2. Représentation des variables dans le plan des deux premiers axes factoriel
CONCLUSION
Références Bibliographiques
ANNEXES
