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NANTES - 27 et 28 NOVEMBRE 2007
LES PLÉNIÈRES 2007 DU LCPCSciences et techniquesdu Génie Civil
JOURNÉESEAU ET ENVIRONNEMENT
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OUTILS HYDROLOGIE URBAINENANTES - 27 et 28 NOVEMBRE 2007
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EAU ET ENVIRONNEMENT
Eléments de réflexion sur les outils de calcul utilisés en hydrologie urbaine et leur variables d’entrées
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONTEXTE
• Recours recommandé à l’utilisation des modèles
COMMENT EVITER ?
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONTEXTE
• Meilleure maîtrise des paramètres
• Site• Pluviométrie
Variablesd’entrées
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONTEXTE
• Meilleure maîtrise des paramètres
• Site• Pluviométrie
• calage
Variablesd’entrées
Paramètres de contrôle
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONTEXTE
• Meilleure maîtrise des paramètres
• Site• Pluviométrie
• calage
Variablesd’entrées
Paramètres de contrôle
TRANSFORMATEURS
•Pluie-débit•Propagation
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONTEXTE
• Meilleure maîtrise des paramètres
• Site• Pluviométrie
• calage
Variablesd’entrées
Paramètres de contrôle
Variablesde sortie
•Débit •Volume
TRANSFORMATEURS
•Pluie-débit•Propagation
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EAU ET ENVIRONNEMENT
TRAVAUX REALISES
• Deux paramètres analysés– La pluie
(données sur l’agglomération nancéienne)
– La transformation pluie-débit
(bassin versant de 143 ha sur Dombasle sur Meurthe)
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EAU ET ENVIRONNEMENT L’Agglomération NANCEIENNE
Bassins versants : 19 300 ha 14 400 ha rive gauche (75%)
4 400 ha rive droite (25%)3 600 ha imp.
Réseau d’assainissement principalement unitaire et
gravitaire.45 déversoirs d’orage.
270 000 habitants : 50 000 en RD
210 000 en RG
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONNAISSANCE DES PLUIES
23 pluviomètres du Grand Nancy
un pluviomètre de Météo France
Imagerie radar
Météo France
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EAU ET ENVIRONNEMENT COEFFICIENT DE MONTANA - CALCUL
• Calcul des périodes de retour (relation de Bos-Levenbach)
• Calcul des coefficients de Montana par régression linéaire
événementsdNbreannéesdNbre
rangévénementsdNbreT
' '
3,04,0' ×
−+
=
)().(),( TbtTaTtI =
( ) ( ) tTbTaTtI ln).()(ln),(ln +=
T = 2
y = -0,8251x + 2,3009R2 = 0,9914-3,000
-2,000
-1,000
0,000
1,000
1,000 3,000 5,000 7,000
log(Pas de temps) (min)
log(
Inte
nsité
) (m
m/m
in)
R2 toujours supérieurs à 0,97 pour un coefficient unique de 6 minutes à 6 heures.
Le découpage en plusieurs pas de temps (cf Météo France) permettrait d’affiner
encore plus, pour des résultats peu différents
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EAU ET ENVIRONNEMENT COURBE IDF - NANCY
T=3 ans
0,000
50,000
100,000
150,000
200,000
0 50 100 150 200 250 300Pas de tem ps m in
Inte
nsité
(mm
/h)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
Période de retour: 5 ans
Variabilité importante pour les événements de courte durée
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EAU ET ENVIRONNEMENT
Coefficients de Montana de six pluviomètres du Grand Nancy dans la zone géographique du bassin versant de Boudonville pour des pluies mensuelles et décennales (Calculs GEMCEA) et caractéristiques des pluies de durée 30’, une heure et deux heures. Les intensités sont exprimées en mm/mn et les hauteurs en mm.
PLUVIOMETRIE BOUDONVILLE
a b 30’ 1 h 2 h a b 30’ 1 h 2 hi = 0,13 i=0,087 i=0,057 i=1,11 i=0,65 i=0,39h = 3,9 h = 5,2 h = 6,8 h=33,4 h=39,3 h=46,2i = 0,13 i=0,085 i=0,056 i=1,12 i=0,66 i=0,38h = 3,9 h = 5,1 h = 6,7 h=33,7 h=39,4 h=46,2i = 0,13 i=0,085 i=0,055 i=1,00 i=0,61 i=0,37h = 3,9 h = 5,1 h = 6,6 h=30,0 h=36,5 h=44,5i = 0,15 i=0,100 i=0,066 i=1,03 i=0,64 i=0,39h = 4,5 h = 6,0 h = 7,9 h=30,9 h=38,2 h=47,2i = 0,12 i=0,081 i=0,053 i=1,18 i=0,64 i=0,35
h = 3,79 h = 4,9 h = 6,3 h=35,5 h=38,6 h=42,1
i = 0,15 i=0,098 i=0,065 i=1,10 i=0,67 i=0,40h = 4,4 h = 5,8 h = 7,8 h=33,0 h=40,0 h=48,4
Identification du pluviomètre Période de retour :T = 1 mois Période de retour :T = 10 ans
0,600 15,008
0,615 11,378
0,765
16- Haut de Chèvre 1,021 0,607 15,572 0,773
6- Haut du Lièvre 1,010
0,614 23,343
0,715
11- Maxéville 1,137 0,595 10,915 0,694
18- Préville 1,053
i en mm/mn et h en mm i en mm/mn et h en mm
0,877
15- Laxou Sapinière 1,078 0,586 12,911 0,724
17- Pépinière 1,000
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EAU ET ENVIRONNEMENT COMPARATIVE METEO-France Régional
Durée Metz Langres Saint Dizier Nancy Essey
Grand Nancy
IT 77
(16 haut de chèvre)
Zone 1
30 minutes 20,7 mm 20,8 mm 23,2 mm 23,0 mm 33,7 mm 23,8 mmUne heure 24,1 mm 24,7 mm 28,3 mm 27,0 mm 39,4 mm 31,6 mmDeux heures 27,9 mm 28,5 mm 33,2 mm 32,0 mm 46,2 mm 42,0 mm
Hauteurs d’eau générées par des pluies décennales (données Météo-France sauf Grand Nancy et IT 77)
a b 30’ 1 h 2 h a b 30’ 1 h 2 hi = 0,14 i=0,10 i=0,06 i=0,77 i=0,46 i=0,28h = 4,2 h = 5,8 h = 7,2 h=23,0 h=27,0 h=32,0i = 0,13 i=0,008 i=0,006 i=0,77 i=0,46 i=0,27
h = 4,0 h = 5,4 h = 7,1 h=23,0 h=27,5 h=33,00,773
i en mm/mn et h en mm i en mm/mn et h en mm
Grand Nancy n°23Laboratoire des Ponts et Chaussées
1,067 0,605 15,572
Identification du pluviomètre Période de retour T = 1 mois Période de retour T = 10 ans
Météo France Saint Max Essey 1,566 0,680 9,455 0,739
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EAU ET ENVIRONNEMENT
Caractéristiques de la pluieDonnées Météo France
(1969 à 2004 pour T = 10 ans 1982 à 2002 pour T=1mois)
Pluviomètre Grand NancyN° 23 (LCPC)(1989 à 2004)
Pluviomètre Grand NancyN° 16 (Haut de chèvre)
(1989 à 2004)
T = 1 mois 4,0 mm 3,9 mmDurée 30’ (-5%) (-7%)T = 1 mois 5,4 mm 5,1 mmDurée 1 heure (-7%) (-12%)T = 1 mois 7,1 mm 6,7 mmDurée 2 heures (-1%) (-7%)T = 10 ans 23,0 mm 33,7 mmDurée 30’ (-) ((+47%)T = 10 ans 27,5 mm 39,4 mmDurée 1 h (+2%) (+46%)T = 10 ans 33,0 mm 46,2 mmDurée 2 heures (+3%) (+41%)
7,2 mm
23 mm
27 mm
32 mm
4,2 mm
5,8 mm
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONCLUSIONS
• Variabilité des pluie plus importante à l’échelle locale qu’àl’échelle régionale
• Existence de « couloir orageux » ?
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EAU ET ENVIRONNEMENT DOMBASLE – BASSIN VERSANT F
Bassin versant F : 143 ha Imperméabilisation 41.4%Assainissement exclusivement unitaire.Plus long parcours hydraulique : 2417 mDénivelée : 242,47 – 209,28 soit 33,19 mPente moyenne : 1,37 % Pente pondérée : 0,67% (notion utilisépour calculer le temps de concentration)
Dombasle sur Meurthe – Unités hydrauliques
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EAU ET ENVIRONNEMENT INGLUENCE DE LA PLUVIOMETRIE
• Calcul du débit de pointe par la formule rationnelle
• Calcul par modèle détaillé• Pluie de projet double triangle, • Pertes constantes (~C imper),• Réservoir linéaire
tr iACQ ×××= 167.0
Valeur de référence(données Météo France)
IT 77 Pluviomètre n° 16Grand Nancy
4 890 l/s 5 510 l /s 7 030 l/s(ref) (+ 13 %) (+ 44 %)
5900 l/s 6 300 8 800 l/s(+21%) (+ 29 %) (+ 80 %)
Débit de pointeFormule rationnelleDébit de pointeModèle détaillé
Pluie décennale de durée totale 216' et de 54 ' de durée intense
Valeur de référence(données Météo France)
IT 77 Pluviomètre n° 16Grand Nancy
4 890 l/s 5 510 l /s 7 030 l/s(ref) (+ 13 %) (+ 44 %)
5900 l/s 6 300 8 800 l/s(+21%) (+ 29 %) (+ 80 %)
Débit de pointeFormule rationnelleDébit de pointeModèle détaillé
Pluie décennale de durée totale 216' et de 54 ' de durée intense
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EAU ET ENVIRONNEMENT LIGNE EAU D1500 AVEC 4.89 m3/S
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EAU ET ENVIRONNEMENT LIGNE EAU D1500 AVEC 5.51 m3/S
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EAU ET ENVIRONNEMENT LIGNE EAU D1500 AVEC 7.03 m3/S
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EAU ET ENVIRONNEMENT INGLUENCE DE LA SURFACE ACTIVE
• Coefficient de ruissellement équivalent au coefficient d’imperméabilisation (Cr=Cimp~0.41)
• Coefficient de ruissellement : (Cr~0.63)–0.95 sur surface imperméable–0.40 sur les autres surfaces
Valeur de référence(données Météo France)
IT 77 Pluviomètre n° 16Grand Nancy
4 890 l/s 5 510 l /s 7 030 l/s(ref) (ref) (ref)
7 500 l/s 8500 l/s 10 800 l/s(+ 53%) (+ 54 %) (+ 53 %)
Valeur de référence(données Météo France)
IT 77 Pluviomètre n° 16Grand Nancy
5900 l/s 6 300 8 800 l/s(ref) (ref) (ref)
9 600 l/s 10 100 14 300 l/s(+ 63%) (+ 61 %) (+ 63 %)
Débit de pointeModèle détaillé Cr = 63%
Pluie décennale de durée totale 216' et de 54 ' de durée intense
Débit de pointeFormule rationnelle Cr=0.63
Pluie décennale de durée totale 216' et de 54 ' de durée intense
Débit de pointeFormule rationnelle Cr=0.41
Débit de pointeModèle détaillé Cr=41 %
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EAU ET ENVIRONNEMENT INFLUENCE SUR VOLUMES DE STOCKAGE
Surface active/ Volume de stockage en m3
Surface totale (écart avec la valeur usuelle)
IT 77 Cimp Non 11 100 (+ 1 %)Zone 1 Cmax Non 19 200 (+ 75 %) IT 77 Cimp Non 14 000 (+ 27 %)Zone 1 Cmax Non 29 000 (+ 160 %)
Méthode Météo France Cimp Non 11 000 (réf)des pluies Nancy-Essey Cmax Non 19 700 (+ 79 %)
Grand Nancy Cimp Non 17 900 (+ 63 %)Pluviomètre 16 Cmax Non 31 100 (+ 182 %)
Longueur et pente moyenne 8 100 (- 26 %)Météo France Longueur et pente pondérée 7000 (-36 %)Nancy-Essey Longueur et pente moyenne 18 400 (+ 73 %)
Méthode de Longueur et pente pondérée 17 500 (+ 63 %)l’hydrogramme Longueur et pente moyenne 14 900 (+ 35 %)(Hydrouti) Grand Nancy Longueur et pente pondérée 13 600 (+ 23 %)
Pluivomètre 16 Longueur et pente moyenne 29 900 (+ 172 %)Longueur et pente pondérée 29 100 (+ 165 %)
IT 77 Cimp Non 15 400 (+ 40%)Zone 1 Cmax Non 30 400 (+ 176%)
Modèle Météo France Cimp Non 10 000 (-9%)détaillé Nancy-Essey Cmax Non 19 500 (+77 %)(Papyrus) Grand Nancy Cimp Non 17 620 (+ 60%)
Pluviomètre 16 Cmax Non 31 900 (+ 190%)
Méthode de calcul Référence de pluie Prise en compte de la forme et du profil du bassin versant
Méthode des volumes
Cimp
Cmax
Cimp
Cmax
Nota : la valeur du calcul méthode des pluies a été pris comme référence de comparaison; elle ne constitue pas, pour autant, une valeur de référence
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EAU ET ENVIRONNEMENT CONCLUSIONS
• Influence des paramètres– « limitée » en terme de dimensionnement de collecteur (80 %
d’écart sur le débit variation d’un diamètre)– Forte en terme de dimensionnement de rétention car directe
sur la conception de l’ouvrage
• Type de modèles – Le type de modèle n’est pas un facteur déterminant– Le paramètrage est plus important
• Utilisation des modèles détaillés permet :– une meilleure analyse des phénomènes– nécessite une attention plus importante à la définition des
paramètre d’entrée
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