Top 5 des méthodes d'estimation du débit de pointe
Lisez cet article pour en savoir plus sur les méthodes importantes impliquées dans l’estimation du débit de pointe, à savoir, (1) formules empiriques, (2) courbes d’enveloppe, (3) méthode rationnelle, (4) méthode des hydrogrammes unitaires et (5) analyse de fréquence!
1. Formules empiriques:
Dans cette méthode, on considère principalement la zone d'un bassin ou d'un bassin versant. Tous les autres facteurs qui influencent le débit de pointe sont fusionnés dans une constante.
Une équation générale peut être écrite sous la forme:
Q = CA n
Où Q est le débit de pointe ou le débit de décharge maximal
C est une constante pour le bassin versant
A est la surface du bassin versant et n est un index
La constante pour un bassin versant est obtenue après avoir pris en compte les facteurs suivants:
a) Caractéristiques du bassin:
(i) zone,
(ii) forme, et
(iii) pente.
b) Caractéristiques de la tempête:
(i) intensité,
ii) durée,
(iii) distribution.
Limites:
1. Cette méthode ne prend pas en compte la fréquence des inondations.
2. Cette méthode ne peut pas être appliquée universellement.
3. La fixation de la constante est très difficile et une théorie exacte ne peut être avancée pour sa sélection.
Cependant, ils donnent une idée assez précise du débit de pointe pour les captages qu’ils représentent. Certaines formules empiriques importantes sont mentionnées ci-dessous.
(i) formule de Dicken:
Il n’était autrefois adopté que dans le nord de l’Inde, mais il peut maintenant être utilisé dans la plupart des États indiens après une modification appropriée de la constante.
Q = CM 3/4
Où Q est le débit en m 3 / sec.
M est la superficie du bassin versant en km 2 .
C est une constante.
En fonction de la zone de captage et de la quantité de pluie, C varie de 11, 37 à 22, 04, comme indiqué dans le tableau 5.1.
(ii) la formule de Ryve:
Cette formule est utilisée uniquement dans le sud de l'Inde.
Q = CM 2/3
C = 6, 74 pour les zones situées à moins de 24 km de la côte.
= 8, 45 pour les zones situées dans un rayon de 24 à 161 km de la côte.
= 10, 1 pour les zones de collines limitées.
Dans le pire des cas, on constate que la valeur de C va jusqu'à 40, 5.
(iii) La formule Inglis:
Cette formule est utilisée uniquement dans le Maharashtra. Ici, trois cas différents sont pris en compte.
(a) Pour les petites zones seulement (Il est également applicable aux bassins versants en éventail).
Q = 123.2√A
b) Pour des superficies comprises entre 160 et 1 000 km 2
Q = 123, 2√A-2, 62 (A-259)
(c) Pour les grandes zones Q = 123.2A / √A +10.36
Dans toutes les équations, A est la surface en km 2 .
2. Courbe d'enveloppe:
C'est une autre méthode d'estimation du débit de pointe. Il repose sur l'hypothèse que le débit de pointe maximum connu par unité de surface enregistré dans le passé dans un bassin d'une région peut se produire à l'avenir dans un autre bassin de la même région ou d'une région possédant des caractéristiques hydrologiques similaires.
Un graphique est construit en rapportant les débits de pointe les plus élevés observés par unité de surface du captage à leurs bassins versants dans la région. Les points obtenus sur le graphique sont reliés par une courbe d'enveloppe. La courbe une fois construite peut être utilisée pour calculer le débit de pointe maximum probable pour tout bassin de cette région.
Cette méthode a été donnée auparavant par Creager Justin et Hinds aux États-Unis.
L'équation à la courbe était du type:
q = C. A n où q représente le débit de pointe par unité de surface
A représente la zone de chalandise
C est une constante et
n est un index.
En multipliant les deux côtés de l'équation ci-dessus par la surface du bassin 'A', on obtient
Q = CA n + 1
où Q représente le débit de pointe.
Kanwar Sain et Karpov ont développé deux courbes d'enveloppe adaptées aux conditions de vie en Inde, comme le montre la figure 5.4. Une courbe a été développée pour les rivières du sud de l'Inde et l'autre pour les rivières indiennes du nord et du centre.
3. Méthode rationnelle:
Cette méthode est également basée sur le principe de la relation entre les précipitations et le ruissellement et peut donc être considérée comme similaire à la méthode empirique. Cette méthode est cependant appelée méthode rationnelle car les unités des quantités utilisées sont approximativement cohérentes. Cette méthode est devenue populaire en raison de sa simplicité.
La formule est exprimée comme suit:
Q = PIA
où Q est le débit de pointe en cumec
P est le coefficient de ruissellement qui dépend des caractéristiques du bassin versant. C'est un ratio de ruissellement: précipitations. (Les valeurs P sont données plus tard).
I est l'intensité des précipitations en m / sec pour une durée au moins égale à «temps de concentration».
Et A est la superficie du bassin versant en m 2 .
Temps de concentration:
C'est le temps mis par l'eau de pluie tombant au point le plus éloigné du bassin versant pour atteindre le point de mesure du débit. Il est donné par la formule
t c = 0, 000324 L 0, 77 / S 0, 358
où t c est le temps de concentration en heures,
L est la longueur du bassin versant en m, mesurée le long du lit de la rivière jusqu'au point le plus éloigné de la périphérie du bassin.
S est la pente moyenne du bassin du point le plus éloigné au point de mesure du débit considéré.
Hypothèses:
La formule rationnelle est donnée sur les hypothèses suivantes:
(i) Un pic de débit est produit sur tout bassin versant par une intensité de pluie qui dure pendant une période égale à la période de concentration du flux au point considéré.
(ii) Le débit de pointe résultant de toute intensité de pluie atteint sa valeur maximale lorsque l'intensité de la pluie dure pendant une durée égale ou supérieure à la période de concentration.
(Iii) Le débit de pointe maximal résultant d'une intensité de pluie de longue durée, tel que mentionné ci-dessus, correspond à sa fraction simple.
(iv) Le coefficient de ruissellement est le même pour toutes les tempêtes de fréquences variables sur un bassin versant donné.
(v) La fréquence du débit de pointe est la même que celle de l'intensité des précipitations pour un bassin hydrographique donné.
Tout en définissant le débit de pointe. Lorsque les précipitations persistent suffisamment longtemps pour que toutes les parties de la zone de drainage contribuent simultanément au ruissellement, le débit de sortie est atteint. De toute évidence, les précipitations doivent continuer jusqu'à ce que l'eau qui tombe au point le plus éloigné atteigne également le point de mesure du débit. Si les précipitations se produisent à un taux uniforme dès le début, le temps de concentration sera égal au temps d'équilibre lorsque les précipitations effectives sont égales au ruissellement direct.
Limitations de la méthode rationnelle:
(i) Il est clair que l'augmentation de l'étendue du bassin versant ne peut aboutir à toutes les hypothèses. Par conséquent, l'utilité de la formule rationnelle est discutable pour les vastes zones de chalandise.
(ii) Pour les zones de captage très vastes et complexes avant que l'eau n'arrive à la sortie du point le plus éloigné si les précipitations cessent, il n'y a aucune possibilité qu'un captage entier apporte sa part de ruissellement simultanément à la décharge. Dans de tels cas, le temps de latence du débit de pointe est inférieur au temps de concentration. Dans les circonstances ci-dessus, la formule rationnelle ne donne pas le débit de pointe maximum.
Bien entendu, la formule rationnelle s’applique aux bassins versants petits et simples pour lesquels le temps de concentration est presque égal au temps de latence du débit de pointe.
(iii) On voit que la formule rationnelle donne de meilleurs résultats pour les zones pavées avec des drains ayant des dimensions fixes et stables. Par conséquent, il est couramment utilisé pour les zones urbaines et les petits bassins versants uniquement lorsque l’étude détaillée du problème n’est pas justifiée. (Le bassin versant le mieux adapté est de l'ordre de 50 à 100 ha). Comme les enregistrements d'inondation ne sont pas disponibles pour de petites zones, cette méthode est jugée pratique.
(iv) Le choix et le choix de la valeur de (P) le coefficient de ruissellement est la chose la plus subjective et nécessite un bon jugement. Sinon, il est susceptible d'introduire une inexactitude substantielle.
Raffinement de la méthode rationnelle:
Comme raffinement, le bassin versant est parfois divisé en zones par des contours. Chaque zone est sélectionnée de telle sorte que le temps de concentration de chaque zone soit identique. On attribue ensuite à chaque zone la valeur appropriée de (P) le coefficient de ruissellement en fonction de l'étanchéité de la zone. Le débit total est considéré comme la somme des rejets de différentes zones. L’utilisation de cette valeur du coefficient moyen de ruissellement total des rejets pour le bassin versant peut être établie.
La superficie du petit bassin versant est de 500 ha.
En utilisant une formule rationnelle et en utilisant les données suivantes, calculer le débit de pointe:
Le bassin versant est soumis à une utilisation des terres différente et la valeur de «P» pour différentes catégories est la suivante:
La tempête de pluie a duré 5 heures et a donné 30 cm de pluie pendant cette période. Le point le plus éloigné de la sortie de drainage se trouve à 10 km et la différence d'altitude entre les sites est de 100 m.
Q = PIA = 0, 5 X {0, 3 / (5X6X0X60)} X 500 X 10 4 = (0, 15 / 36) X 10 4 = 41, 6 cumec
4. Méthode d'hydrogramme unitaire:
Dans le dernier chapitre, il est déjà mentionné que la plus grande ordonnée de l'hydrogramme unitaire, multipliée par la pluviosité effective (en cm) survenant pendant la durée de l'unité, correspond au débit de pointe. À cette quantité, un débit de base peut également être ajouté pour obtenir le débit de pointe total. La méthode est entièrement expliquée et des exemples résolus dans le dernier chapitre pour clarifier la procédure. Dans le cas de bassins non jaugés, un hydrogramme unitaire Snythetic de Snyder peut être mis au point pour estimer le débit de pointe.
5. Analyse de fréquence:
Définition de l'analyse de fréquence:
L'analyse de fréquence est une méthode qui implique l'étude et l'analyse des enregistrements passés (données historiques) d'événements hydrologiques afin de prédire les probabilités futures (chances) de survenue. Il repose sur l'hypothèse que les données passées sont indicatives de l'avenir.
L'analyse de fréquence sert à estimer divers facteurs tels que les variations annuelles du ruissellement, les inondations, les sécheresses, les précipitations, etc. En d'autres termes, l'objectif principal de l'analyse de fréquence des données hydrologiques (par exemple, les inondations) est de déterminer l'intervalle de récurrence de l'événement hydrologique. d'une magnitude donnée.
Pour cette analyse, des courbes de probabilité ont été utilisées. Compte tenu des données observées (par exemple, débits maximaux pour estimer les crues maximales, débits annuels moyens pour variations annuelles, etc.), il convient de trouver une courbe théorique dont les ordonnées coïncideront avec celles observées. Un bon accord entre une courbe théorique et une courbe empirique garantit que l'extrapolation peut être effectuée correctement.
Lorsque des enregistrements d'inondation suffisamment longs et fiables sont disponibles, ils peuvent donner des estimations satisfaisantes. La précision des estimations diminue avec le degré d'extrapolation. Certains considèrent que l'extrapolation ne peut être effectuée que jusqu'à deux fois la période pour laquelle des données sont disponibles. Par exemple, pour obtenir une inondation de 100 ans, un record de 50 ans est nécessaire. Cependant, l'insuffisance des données enregistrées rend obligatoire l'utilisation de données à court terme pour prévoir également les inondations de 1000 et 10 000 ans.
L'analyse de fréquence est une méthode qui implique une analyse statistique des données enregistrées pour estimer l'ampleur de l'inondation d'une fréquence donnée. Il faut donc connaître les statistiques pour bien comprendre les méthodes d’analyse fréquentielle.
