COURS D’HYDROLOGIE
INSTITUT AGRONOMIQUE ET VETERINAIREHASSAN II - RABATCOURS D’HYDROLOGIE
Chapitre II :Bassin versant 1. Définition 2. Comment délimiter un bassin versant ? 3. Caractéristiques morphométriques d'unbassin versant 4. Caractéristiques du réseauhydrographique 5. Caractéristiques agro-pédo-géologiques
1. DéfinitionUn bassin versantc’estune surface parcourue par un courstopographiezone à reliefsà la sourced'eau et ses affluentsconvergence vers la section la plus basseexutoire
1. DéfinitionUn bassin versantLe bassin versant est l'unité de base pour la détermination du bilanhydrologique, Il est défini comme la surface parcourue par un cours d'eau et sesaffluents. Un cours d'eau prend généralement naissance dans une zone à reliefset draine la surface topographique. Les écoulements convergent vers la section laplus basse du cours d'eau appelée exutoire.
Bassin Versant (BV):ExutoireLigne de Partage des eaux (LPE).Points deConfluenceSous Bassinversant (SBV)Présentation 2D &Méthodologie dedélimitation de BVRéaction de BV auprécipitationGénération duRuissellement(Ang.Runoff)Comprendre le ProcessusPrésentations 3D d’un BV.
La notion de bassin versant
Tracé des contours à partir d’une carte topographique
2. Comment délimiter un bassin versant ?Bassin versant topographiqueCartographie d’un bassin versanttopographiqueLes terrains géologiques du bassin sont de nature imperméable, l'eau estalors acheminée selon la topographie. Dans ce cas les limites du bassin versantsont définies par la ligne de crête (ligne de plus grande altitude) et par la ligne deplus grande pente.
2. Comment délimiter un bassin versant ?Bassin en 3DLes terrains géologiques qui forment le bassin sont en totalité ou en partieperméables. Une partie des eaux de précipitation peut s'infiltrer et alimentersouterrainement un autre bassin. De même dans le cas contraire un bassin versant peutrecevoir des eaux souterrainement à travers la frontières avec un autre bassin sous formede sources. Dans ce cas la délimitation du bassin ne se base pas uniquement sur latopographie mais tient compte des limites réelles d'alimentation basées sur la naturegéologique du terrain et le sens des écoulements souterrains.Dans le cas de bassin versant de grande taille, les apports et les pertes souterrains onttendance à se compenser et le bassin versant hydrogéologique peut être confondu aubassin versant topographique.
Bassin topographique ou géologique ?Bassin en 2Dou géologiqueLe bassin hydrologique est délimité par les lignes de crêtes topographiques isolant lebassin versant d'un cours d'eau et de ses affluents. Il correspond en surface au bassinhydrographique.Le bassin hydrogéologique correspond à la partie souterraine du bassin hydrologique
Grands bassins fluviauxbassins exoréiques : exutoire à la mer ou l’océan (72 % des terres émergées)bassins endoréiques : pas d’exutoire maritime (11 % des terres émergées)bassins aréiques : zone sans écoulements (forteprécipitations, forte perméabilité) (17 % des terres émergées)évaporation,peu263 bassins fluviaux couvrent 45.3 % des terres émergées (231 millions de km²)Amazone : 7 millions de km²Congo : 3,7 millions de km²Mississipi et Nil : 3,3 millions de km²Danube : 817 000 km²Rhin : 224 000 km²de
Bassin Versant:Problématiques actuelles de BV: AnthropisationAnthropisation de BVImpacts sur la réactioncàd:-Changement du régime hydrologique,-Imperméabilisation de la surface-inondations
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantLa détermination des caractéristiques morphométriques(physiographiques), est nécessaire pour déterminer et analyser lecomportement hydrologique d'un bassin versant (lame d'eauprécipité, débit de la rivière, bilan. etc.).
Organigramme des caractéristiques morphométriques mesurées pour un bassinversantParamètresMéthode de mesurePlanimétrageCaractéristiques morphométriquesLa surfaceM. numériqueFormuleCurvimétrageDans le planLe entL/lLa formeKG de GraveliusCourbe trageMaillageDéniveléLes indices depenteIndice de RocheFormuleIndice de penteglobalFormule
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.1. Disposition dans le planA- La surfaceLa surface constitue l'aire de réception des précipitations qui alimententun cours d'eau par écoulement. Le débit du cours d'eau à l'exutoire dépend doncen partie de la surface. La surface peut être mesurée en km2 par l'utilisation d'unplanimètre en superposant la surface à une grille dessinée sur papier transparent,par des méthodes numériques ou par l'intermédiaire de formules.PlanimétrageDans le planLa surfaceM. numériqueFormuleStylisation du tracédu périmètre
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantB- Le périmeter et rectangle équivalentLe périmètre est la caractéristique de longueur la plus utilisée. Lepérimètre peut être mesurée directement sur la carte topographique parcurvimétrage ou de manière indirecte en utilisant la longueur du rectangleéquivalent.Dans le planLe perimètreCurvimétrageRectangle equivalentRectangle equivalentEst le rectangle de longueur L et de largeur l qui a la même surface et le mêmepérimètre que le bassin versant:P 2 (L l) et A L * lP : périmètre du bassin versant (km),L : longueur du rectangle équivalent (km),l : largeur du rectangle équivalent (km),A : surface du bassin versant (km2).
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantB- Le rectangle equivalentLe bassin versant rectangulaire résulte d'une transformationgéométrique du bassin réel dans laquelle on conserve la même superficie, lemême périmètre (ou le même coefficient de compacité) et donc par conséquentla même répartition hypsométrique. Les courbes de niveau deviennent desdroites parallèles au petit côté du rectangle. La climatologie, la répartition dessols, la couverture végétale et la densité de drainage restent inchangées entreles courbes de niveau.RectangleequivalentKG A 2( L l )0.28A L *lP 2 1.12 KG A L 1 1 1.12 KG 2 1.12 K A l G1 1 1.12KG Définir le rectangle equivalent ?
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantC- La formeDans le planLa formeCoefficient Kg de GraveliusSachant que le Coefficient Kg de Gravelius Coefficient de compacitéLa forme du bassin versant a une grande influence sur l’écoulement global et surtout sur l’allurede l’hydrogramme résultant d’une pluie donnée, cette caractéristique est donnée par l’indice deGravelius qui a proposé en 1914 le coefficient de compacité ("compactness coefficient") définicomme le rapport du périmètre du bassin à celui d’un cercle de même surface :PPKG 0.282 AAP périmètre en km 1.5 KG 1.8 : Bassin de forme allongée.A aire en km21.0 KG 1.15 : Bassin de forme ramassée.Le coefficient KG de Gravelius est supérieur à 1 lorsque la forme du bassin estallongée, et proche de 1 pour un bassin versant de forme circulaire.KG 1.6KG 1.3type chêneKG 1.2type peuplierou couloirKG 1.1typecirculaireIndice de Gravelius et caractérisation de la forme des bassins versants (Musy, 2005)
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantC- La formeDans le planLa formeIndice de forme de HortonIl exprime le rapport de la largeur moyenne du bassin versant à la longueur ducours d’eau principal (Horton, 1932).AKH 2LKH : Indice de Horton sans dimension.KH 1 : Bassin de forme allongée.KH 1 : Bassin de forme ramassée.A : Surface du bassin versant (Km2).L : Longueur du cours d’eau principal (Km).
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.2. L’altitudeLa plupart des facteurs météorologiques et hydrologiques sont fonctionde l’altitude. La courbe hypsométrique traduit la répartition des altitudes àl’intérieur du bassin versant et permet, en outre, de déterminer les altitudescaractéristiques.L'altitude est décritepar la courbe hypsométrique quireprésente la surface en km2 (oule pourcentage de la surface) enfonctiondesaltitudessupérieures à une côte Z donnée.Courbe hypsométrique(Laborde, 2000)Cette courbe est établie en planimétrant pour différentes altitudes lessurfaces situées au dessus de la courbe de niveau correspondante. Une autreméthode consiste à échantillonner les altitudes selon un maillage carré, l'altitudeau centre d'une maille étant considérée égale à l'altitude moyenne de la maille.- PlanimétrageL'altitudeCourbe hypsométrique- Maillage
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.2. L’altitudeLa plupart des facteurs météorologiques et hydrologiques sont fonction del’altitude, il est intéressant d’étudier l’hypsométrie du bassin versant partranche 0.2553543151.50.2510099.7594.7559.7516.751.750.25
3.3. Courbe hypsométrique et altitude 0.25Altitude moyenneAltitude médiane-Hmoy : Altitude moyenne du bassin versant en (m).1 n hi hi 1 - A :Surface totale du bassin versant en (Km2).Altitude Moyenne : H moy SiA i 1 2 - Si : La surface comprise entre deux courbes de niveau en (Km2).- hi, hi 1 : Altitudes haut et bas qui délimite la surface Si en (m).Altitude médiane :Correspond au point d’abscisse 50 % sur la courbe hypsométrique.L’altitude maximale et minimale du bassinAltitude la plus fréquente :c’est l’altitude correspondante au maximum de superficie sur lacourbe hypsométrique
Courbe hypsométrique : interprétation- bassin jeune : superficie faible par rapport au changement d’altitude initiale, ce qui estcaractéristique des bassins abrupts- vieux bassin : plaine douce près d’un cours d’eau où l’altitude varie très peu malgré unesuperficie importante- bassin « mature » ‘intermédiaire’altitude en mètresuperficie en %profil d’un cours d’eau dans un bassincourbe hypsométrique
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.2. L’altitudeL'altitudeDéniveléD: dénivelé c’est la différence entre Za% et Zb%Za% : altitude élevée supérieur à une hauteurdonnée qui représente a% (Z5) de la surfacedu bassin.Zb%: altitude basse supérieur à une hauteurdonnée qui représente b% (Z95) de la surfacedu bassin.D Za% - Zb%Définissez le dénivelé ?
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantLes indices de penteLeur connaissance est d’une grande importance car il est évident que les eauxruissellent d’autant plus que la pente des versants est grande, c’est ainsi qu’enmontagne on rencontre, pour une averse donnée, des crues plus importantes qu’enplaine ou les pentes sont beaucoup plus faibles.Plusieurs méthodes sont appliquées pour calculer la pente.la pente moyennepeu utiliséel'indice de pente de Rochelong à évaluerl'indice de pente globalesimple à appliquer
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantLa pente moyenneCet indice se calcule à partir du rectangle équivalentL’ indice de pente moyen ipmoyLa pente moyenne n j DdjLa surface de la bande j est d jl j a ji p moyna jajj Dd jl j djd jl j D l jA- iPmoy : indice de pente moyen en (%).-L : Longueur du rectangle équivalent(Km).-xi : distance qui sépare 2 courbes sur le rectangle (m) largeurétant constante.- d : distance entre 2 courbes de niveau successives(m).-d/xi pente d’un élément
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.1. Indices de penteLes indices de penteIndice de RocheLe calcul de l'indice de pente Ir de Roche nécessite:- le rectangle équivalent,- la courbe hypsométrique.Ir est exprimé par la moyenne de la racinecarrée des pentes, mesurées sur le rectangleéquivalent et pondérées par les surfaces.h j 1 h j1 nIr X jL j 1Xj- D : Dénivelé utile (m).- Léq : Longueur équivalente.-léq : Largeur équivalente.- Xi : distance qui sépare les deux courbes sur lerectangle équivalent.L’indice de pente peut être calculé à partir de la répartition hypsométrique (pourcentagede la superficie entre les courbes de niveau)1Ir ai .di Lai est le pourcentage de la superficie entre les courbes de niveau.di est la distance entre les courbes de niveau appelée aussi dénivelée.
Zones altimétriques ou Surface partiellehypsométriquesDénivellationA (km2)ai (%)di (m) 300300 – 35021551,5394452,203,4515,107504,927,5350 – 40058118,959,295021,6400 – 500149826,6123,9610048,95500 – 60053383,548,5410029,2600 – 80079364,3012,6720050,34800 – 900107051,4717,1210041,4900 – 100035764,405,7210023,9 100025930,404,1512722,9TOTAL625443.301001,29 1,12 L 625443,3x1 1 1,12 1,29 Ir 1ai .di L2270,69 1363,1127km 1270,691363,1127L’indice de pente de Roche du bassin est donc de 0,45%.
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.1. Indices de penteLes indices de penteDIg LIndice de pente globalD : Dénivelée Za% - Zb% définie sur la courbe hypsométriqueentre 5% et 95%ou à l'oeil sur la carte topographiqueL : Longueur du rectangle équivalentRelief très faibleIg 0.002Relief faible0.002 Ig 0.005Relief assez faible0.005 Ig 0.01Relief modéré0.01 Ig 0.02Relief assez fort0.02 Ig 0.05Relief fort0.05 Ig 0.1Relief très fort0.1 IgClassification sur labase de l'indice globaldes bassins versantsd'une surface del'ordre de 25 km2Pour un même bassin, l'indice global Ig décroît lorsque la surface augmente.Il existe une relation entre l'indice global et l'indice de Roche (avec un coefficientde corrélation de 0.99)I g 0.8I r2relation entrel'indice global etl'indice de Roche
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3.1. Indices de penteLes indices de penteDénivelée spécifique DsA la différence de l'indice global Ig , la dénivelée spécifique Ds estindépendante de la surface et permet alors de comparer des bassins detailles différentes.Ds I gDlA Ll DLLRelief très faibleDs 10 mRelief faible10 m Ds 25 mRelief assez faible25 m Ds 50 mRelief modéré50 m Ds 100 mRelief assez fort100 m Ds 250 mRelief fort250 m Ds 500 mRelief très fort500 m DsLa dénivelée spécifique Ds nedépend que de l'hypsométrie(D) et de la forme du bassin(l/L)la dénivelée spécifique Ds estindépendante de la surface etpermet alors de comparer desbassins de tailles différentes
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versant3. 4.modèles numériques de terrainIl existe actuellement un ensemble de programmes informatiques quipermettent de développer des modèles numériques de terrain. Les modèlesnumériques de terrain traitent la topographie c'est le M.N.T. (au sens strict) ettraitent également les altitudes aux noeuds d'un maillage régulier couvrant unerégion donnée c'est le M.N.A. (modèle numérique d'altitude). Ces paramètresmorphométriques d'un bassin versant.TopographieAltitudesM.N.TM.N.A.calcul automatique de tous les paramètres morphométriques d'un bassin versant
Outils numériques (SIG, Modèles, ).
Modèle Numérique de terrain (MNT):La 3ème dimension des bases des données géographiques est décrites par les MNT (modèle Numériquede Terrain) pour le relief, et par le MNE (Modèle Numérique d’Élévation) pour les bâtiments et le sur-sol.Représentation d’un Bassin Versant par ModuleNumérique de Terrain(MNT):Utilisation actuelle des Systèmes d’informationGéographique pour produire ces types de figures
Bassin versant 3Dbassin versant unitaireligne de crêteEmbouchure ( exutoire)
3. Caractéristiques morphométriques d'un bassin versantCaractéristiques géométriques du bassinversant de Sidi Chiker.Altitude caractéristique du bassinversant de Sidi Chiker.Courbe hypsométrique du bassinversant de Sidi Chiker.Indices de pente du bassinversant de Sidi Chiker
4. Caractéristiques du réseau hydrographiqueLe réseau hydrographique est l'ensemble des coursd'eau naturels ou artificiels, permanents ou temporairesqui drainent les eaux d'un bassin versant versl'exutoire.La description d'un réseau hydrographique nécessite ladétermination de plusieurs paramètres.
4. Caractéristiques du réseau hydrographiqueCaractéristiques du réseau hydrographiqueParamètresMoyens de déterminationHiérarchisationCarteFormeCarte et formuleDensité de drainageFormuleFréquence des talwegsFormuleCourbe aire-distanceCarte et calculsEndoréismeCarteProfils en longCarte
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 1. Hiérarchisation du réseau hydrographiqueClassification du réseau hydrographique selon Strahler (1957)Hiérarchisation duréseauhydrographiqueLa ramification d’un cours d’eau est établie en affectant un système de numérotation àchaque tronçon du cours d’eau en fonction de son importance. Selon la classification deStrahler( 1957).Tout cours d'eau dépourvu d'affluent est d'ordre 1Au confluent de deux cours d'eau de même ordre n, le cours d'eau résultantest d'ordre n 1Le cours d'eau formé par la confluence de deux cours d'eau d'ordre différentprend l'ordre du plus élevé des deuxUn bassin versant a l'ordre du plus élevé de ses cours d'eau, soit l'ordre du cours d'eauprincipal à l'exutoire.
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 1. Hiérarchisation du réseau hydrographique111212xutoire52512 12112 13 2 111112OrdreNombre12345892672112112111 2 22 1113113 12 32 1 1111 144 4 4 2 1 211 3 21 111341 24411111 343 11 112 1111 315 51 2225 4522 15 555141111 12212 11141121121413323 3211 11 1312 1133 221 1 11
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 1. Hiérarchisation du réseau hydrographique
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 1. Hiérarchisation du réseau hydrographiqueHiérarchisation du réseau hydrographiqueProblème de l'échelle de la carteEn pratique l'ordre du thalweg peut changer selon l'échelle de la carteutilisée. Une correspondance peut être établie entre l'échelle et l'ordre réelrévélé par la photographie aérienneOrdre réelOrdre lu sur la carteEchelle de la carte234511111/20 0001/50 0001/100 0001/200 000Correspondance entre l'ordre réel et l'ordre établi d'après la carte(Laborde,2000)Parmi ces cartes quelle est celle qui montre plus de détail du terrain?
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 2. Formes du réseau hydrographiqueLa forme du réseau hydrographique dépend d'un complexede facteurs qui agissent en interaction. Les plus importants sont:* la géologie agit par la nature lithologique des terrainstraversés par l‘eau ainsi que par les structures (failles, plis) quiorientent le courant et déterminent les pentes régionales, (agit sur laforme)* le climat par le biais du régime des précipitations, déterminela densité du réseau hydrographique, dense dans les régionsmontagneuses très humides et tend à disparaître dans les régionsdésertiques.Le climat agit également sur la couverture végétale qui limitele ruissellement superficiel. régularise le débit des cours d'eau etamortit les crues. (agit sur la densité)* l'activité de l'Homme dans les domaines de l'agriculture etde l'aménagement (barrages) peut également modifier le débit et letracé du réseau hydrographique. (agit sur le tracé)A quoi sont liés ces différents types d’organisation?
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 2. Formes du réseau hydrographiqueLa géologieLa forme duréseauhydrographiquedépend deLe climatL'activitéde l'Hommenature lithologiquestructuresformedu r. h.régime des précipitations densitédu r. h.couverture végétaleagricultureaménagementtracédu r. h.
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 2. Formes du réseau hydrographiqueOrganisation des réseaux hydrographiquesIl existe quatre principaux types d'organisation deschenaux fluviatiles: le chenal unique, les chenaux tressés, le chenalsinueux et les chenaux anastomosés (Derruau, 1974)A quoi sont liés ces différents types d’organisation?
4. Caractéristiques du réseau hydrographique4. 2. Formes du réseau hydrographiqueClassifications descriptives du réseau hydrographiquePlusieurs classifications descriptives
un cours d'eau par écoulement. Le débit du cours d'eau à l'exutoire dépend donc en 2partie de la surface. La surface peut être mesurée en km par l'utilisation d'un planimètre en superposant la surface à une grille dessinée sur papier transparent, par des méthodes numériques ou par l'intermédiaire de formules. La surface Planimétrage
Sujets Spéciaux (STT2000) cours d'option cours d'ouverture nouveau cours nouveau cours nouveau nouveau cours nouveau cours nouveau cours nouveau cours nouveau cours nouveau cours nouveau cours SAS / R!9. exemple d'horaire 2 1 Toutes les concentrations 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h 19h 20h 21h Automne lundi mardi mercredi jeudi vendredi M1112 Calcul 1 M1112 Calcul 1 TP M1112 .
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