Théorie des hydrogrammes unitaires: définition, limites et avantages

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Définition de l'hydrogramme unitaire:

Il s'agit d'un hydrogramme typique de ruissellement direct qui est généré par un centimètre de pluie effective tombant à un rythme uniforme sur tout le bassin versant et de manière uniforme pendant une durée donnée. Les précipitations effectives sont la partie des précipitations qui contribue pleinement au ruissellement direct. Par conséquent, l'hydrogramme unitaire peut également être défini comme l'hydrogramme d'un bassin versant qui donne un centimètre de ruissellement direct provenant d'une tempête de pluie d'une durée spécifique.

Hypothèses dans la théorie des hydrogrammes unitaires:

La théorie de l'hydrogramme unitaire repose sur certaines hypothèses.

Les principales hypothèses sont les suivantes:

(i) Les précipitations effectives sont uniformément réparties sur tout le bassin versant.

(ii) Les précipitations effectives se produisent uniformément dans la durée spécifiée.

Cette exigence appelle la sélection de tempêtes d'une durée si courte, qui produirait généralement une pluie efficace et intense et presque uniforme et produirait un pic unique bien défini d'hydrogramme de base de temps courte. Une telle tempête peut être qualifiée de «tempête unitaire».

(iii) Les précipitations effectives de durée égale (unité) produiront des hydrogrammes d'écoulement direct ayant une base de temps identique ou constante.

(iv) Les ordonnées des hydrogrammes de ruissellement directs ayant la même base de temps (c'est-à-dire des hydrogrammes dus à des précipitations effectives d'intensité différente mais de durée égale) sont directement proportionnelles à la quantité totale de ruissellement direct donnée par chaque hydrogramme. Cette hypothèse importante est appelée principe de linéarité ou de proportionnalité ou de superposition.

(v) L'hydrogramme des eaux de ruissellement provenant d'un bassin hydrographique donné résultant d'un régime pluviométrique donné reflète toutes les caractéristiques physiques combinées du bassin. En d'autres termes, l'hydrogramme du ruissellement direct résultant d'une configuration donnée de précipitations effectives restera invariable quelle que soit son heure d'apparition. Cette hypothèse s'appelle principe d'invariance dans le temps.

Limites de la théorie des hydrogrammes unitaires:

(i) En principe, le principe de l'hydrogramme unitaire est applicable à un bassin versant de toute taille. En pratique, cependant, des précipitations effectives uniformément réparties se produisent rarement sur de grandes surfaces. En outre, sur les grandes zones, les précipitations effectives sont très rarement uniformes dans toutes les zones, dans les limites de sa durée. Il est évident que plus la surface du bassin de drainage est grande, moins il y a de chances que les hypothèses énoncées ci-dessus soient remplies. La superficie limite du bassin versant est estimée à 5 000 km ² . Au-delà, la fiabilité de la méthode de l'hydrogramme unitaire diminue.

Lorsque la superficie du bassin versant dépasse quelques milliers de km ² . Le bassin versant doit être divisé en sous-bassins et les hydrogrammes unitaires développés pour chaque sous-bassin. On peut ensuite estimer le débit des crues à la sortie du bassin en combinant les crues du sous-bassin en adoptant la procédure de routage des crues.

(ii) La méthode de l'hydrogramme unitaire ne peut pas être appliquée lorsqu'une partie appréciable des précipitations pluviales tombe sous forme de neige car le ruissellement de la fonte des neiges est régi principalement par les changements de température.

(iii) De même, lorsque la surface enneigée dans le bassin versant est importante, la méthode de l'hydrogramme unitaire devient inapplicable. La raison en est que les pluies d'orage se mêlent à la couverture de neige et peuvent produire un ruissellement différé différemment selon les conditions de couverture de neige.

(iv) Les caractéristiques physiques du bassin changent avec les saisons, les structures artificielles dans le bassin, les conditions d'écoulement, etc. Bien entendu, le principe de l'invariance temporelle n'est vraiment valable que lorsque l'heure et l'état du bassin de drainage sont spécifiés.

(v) Il est communément admis qu’il n’existe pas deux tempêtes de pluie identiques dans l’espace et dans le temps. Mais il n’est pas pratique de déduire un hydrogramme unitaire séparé pour chaque modèle d’intensité temporelle possible. Par conséquent, en plus de limiter la superficie du bassin versant à 5 000 km ² si des tempêtes plus courtes, par exemple 1/3 à 1/4 du temps de pointe, sont sélectionnées, il est évident que les régimes de ruissellement ne varient pas considérablement.

(vi) Le principe de linéarité n’est pas non plus totalement valide. En effet, en raison de la variabilité dans la proportion des composantes de ruissellement de surface, de sous-sol et d’eaux souterraines lors de tempêtes de plus en plus petites et plus grandes de même durée, l’ordonnée maximale (pic) de l’hydrogramme unitaire dérivé d’un orage plus petit est plus petite que celle provenant d’un orage plus important. Évidemment, le caractère et la durée du membre de récession qui est fonction du débit de pointe seront également différents. Lorsqu'on constate une non-linéarité appréciable, il est nécessaire d'utiliser des hydrogrammes unitaires dérivés uniquement pour reconstruire des événements de même ampleur.

(vii) L'hydrogramme unitaire peut être utilisé théoriquement pour construire un hydrogramme de crue résultant d'une tempête ayant la même durée unitaire. Évidemment, cela nécessite la construction de plusieurs hydrogrammes unitaires pour couvrir différentes durées d’orage. En pratique, on constate cependant qu’une tolérance de ± 25% de la durée de l’hydrogramme est acceptable. Ainsi, un hydrogramme unitaire de 2 heures peut être appliqué aux tempêtes d'une durée de 1, 5 à 2, 5 heures.

Avantages de la théorie des hydrogrammes unitaires:

La limitation à la théorie de l'hydrogramme unitaire peut être surmontée dans une large mesure en restant dans les diverses plages et restrictions indiquées ci-dessus.

La théorie de l'hydrogramme unitaire présente plusieurs avantages, qui peuvent être résumés comme suit:

(i) L'hydrogramme d'inondation peut être calculé à l'aide d'un très court enregistrement de données.

(ii) En plus de l'hydrogramme de débit de pointe, l'hydrogramme donne également le volume total de ruissellement et sa distribution temporelle.

(iii) La procédure d'hydrogramme unitaire peut être facilement informatisée pour faciliter les calculs.

(iv) Il est très utile pour vérifier la fiabilité des flux obtenus en utilisant des méthodes statistiques.