Academic literature on the topic 'Hydrologie urbaine – Modèles mathématiques'

Abstract Cet article présente la démarche de modélisation hydrologique qui a été réalisée à l’aide des données existantes sur le bassin versant de la rivière Saint-Charles. Les débits sur le bassin sont obtenus à l’aide du modèle CEQUEAU. Les débits obtenus par CEQUEAU sont utilisés par la suite lors de la modélisation bio-chimique, qui est le sujet d’un second article. Cette étude est réalisée dans l’optique de voir dans quelle mesure une telle approche de modélisation est facile d’utilisation pour le gestionnaire de la ressource eau. Les résultats de simulations de CEQUEAU sont bons pour la partie rurale du bassin. À cause du manque de données disponibles sur les bassins des principaux tributaires, en particulier celui de la rivière Lorette, les résultats y sont moins bons. Pour la partie urbanisée du bassin les différences entre les débits observés et les débits simulés sont imputables au manque de données observées, à une forte influence anthropique sur la gestion de l’eau et vraisemblablement à une trop grande simplification mathématique des processus hydrologiques en milieu urbain.

Les voiries urbaines produisent des débits importants à cause du ruissellement de l’eau en surface. La présence de ce ruissellement fort pose des problèmes environnementaux et la présence d’eau en surface, des problèmes de sécurité routière. L’objectif de ce travail est d’étudier la formation du ruissellement sur les voiries. Pour cela le ruissellement est étudié en relation avec les autres termes qui composent le bilan hydrique d’une voirie. Une première partie expérimentale effectuée sur des plaques d’enrobé de voirie (surface de 0,5 m²) montre que les pertes au ruissellement sont principalement constituées par le stockage d’eau à la surface et à l’intérieur de l’enrobé au cours de l’événement pluvieux. Puis l’eau stockée est ensuite évaporée. Afin de mieux comprendre l’évaporation, une expérience de comparaison de différentes méthodes d’estimation de l’évaporation est réalisée au-dessus d’un parking (surface de 2500 m²). Cette expérience a mis en avant la difficulté d’une telle mesure pour ce type de surface. L’étude de deux tronçons de voirie (surfaces de 477 et 311 m²), suivis pendant 38 mois au LCPC-Nantes, montre que les coefficients de ruissellement sont variables et que les pertes au ruissellement sont non négligeables (entre 30 et 40 % de la pluie selon le tronçon). Un modèle simple de pertes au ruissellement construit à partir de pertes initiales et continues ne permet pas de reproduire de façon satisfaisante le coefficient de ruissellement. Enfin pour compléter ces observations expérimentales, un modèle à base physique est utilisé. Ce modèle associe un module d’écoulement en milieu poreux et un module de ruissellement. Le transfert du ruissellement dans le caniveau est simulé par le modèle de Muskingum. Ce modèle est appliqué aux tronçons de voiries étudiés expérimentalement. Une étude de sensibilité du modèle montre l’influence de la conductivité hydraulique à saturation et de la capacité de stockage de l’enrobé
Urban roads produce important flow because of water runoff. This significant runoff involves environmental problems and water on road surface involves problems of safety road. The objective of this work is to study the formation of the runoff on the roads. So the runoff is studied in relation to the other terms constitutive of the water budget on a road. A first experimental part carried out on bituminous plates of road (area of 0. 5 m²) shows that the runoff losses are mainly composed by storage of water on the surface and inside the bituminous plate during the event. Then the intercepted water is evaporated. In order to better understand evaporation, an experimental comparison of different methods of evaporation estimation is carried out above a carpark (area of 2500 m²). This experiment put ahead the difficulty of such measurement for this kind of surface. The study of two roads stretches (area of 477 and 311 m²), instrumented during 38 months on the LCPC-Nantes, shows that runoff coefficients are variable and that runoff losses are considerable (between 30 and 40 % of the rain according to the stretch). A simple model of losses built from initial and continuous losses cannot reproduce correctly runoff coefficients. Finally to supplement these experimental observations, a physical based model is applied. This model associate a module of flow in porous media and a runoff module. The runoff transfer in the gutter is simulated by the Muskingum’s model. This model is applied to experimental studied roads stretches. A sensitivity analysis shows the influence of saturated hydraulic conductivity and of storage capacity of the bituminous

Selon le Rapport mondial des risques publié par l'Institut universitaire des Nations Unies pour l'environnement et la sécurité humaine, le Mexique a une vulnérabilité de 46% et un manque de capacité d'adaptation de 76% en termes de risques de catastrophe. Un de ceux est les risques d'inondation en cas de catastrophe qui pose un sérieux défi pour le développement et la vie des habitants du Mexique. Mexico est confronté à des problèmes d'inondation dans certaines zones à l'ONU certaines périodes de l'année, causant des pertes et des dommages importants sur les propriétés et les résidents dont certains blessés. En conséquence, il est important de procéder à une évaluation des risques d'inondation dans le bassin de Mexico et d'estimer les dommages des inondations probables. Cependant, les données limitées de débits observés et des profondeurs d'eau dans les principaux cours d'eau de la ville sont disponibles, et esta distributeur d'un obstacle à la compréhension des inondations dans la ville de Mexico. Pour la raison d'origine, plusieurs études doivent être effectuées intérêt dans le but d'avoir une compréhension claire disponibles du bassin versant, qui impliquent, études hydrauliques, météorologiques et hydrologiques, la répartition des précipitations, l'analyse des eaux de ruissellement, les risques d'inondation et de la vulnérabilité, et des études de esta permettent l'estimation de dommages directs et indirects à l'économie, aux actifs et à la vie humaine
According to the World Risk Report released by the United Nations University Institute for Environment and Human Security, Mexico has a vulnerability of 46% and a lack of coping capacity of 76% in terms of disaster risk. One of those disaster risks is flooding which poses a serious challenge to the development and the lives of the inhabitants of Mexico. Mexico City is facing problems of flooding in some areas at certain times of the year, causing important losses and damages on properties and residents including some casualties. Therefore, it is important to carry out a flood risk assessment in the catchment of Mexico City and estimate damages of probable flood events. However, limited data of observed discharges and water depths in the main rivers of the city are available, and this represents an obstacle for the understanding of flooding in Mexico City. For these reason, several studies have to be carried out in order to have a clear understanding of the catchment, which involve, meteorological and hydrological/hidraulic studies, rainfall distribution, runoff analysis, flood risk and vulnerability, and this studies allow the estimation of direct and indirect damages to the economy, to assets and to human life. The premise of this study is that with the limited data and resources available, the catchment can be represented to an acceptable degree by the construction of a deterministic hydrological model of the Mexico City basin. The objective of the developed tool is to provide an efficient support to management of the flood processes by predicting the behavior of the catchment for different rainfall events and flood scenarios

Les contours théoriques en hydrologie, hydraulique et les outils de calcul correspondants sont largement développés et utilisés dans le monde. Cependant en parallèle, des problématiques importantes surviennent pendant les crises sans pouvoir être résolues et des solutions développées peinent à être implémentées. En plus, le changement climatique ne va pas faciliter les choses. Pour noircir le tableau, les moyens économiques locaux en France ne vont pas augmenter pour aider les communes à s’attaquer au problème. L’objectif de cette thèse est de conduire une investigation des moyens à disposition pour améliorer notre connaissance locale des concepts en lien avec le pluvial pour permettre une modélisation efficiente. La méthodologie proposée est composée de trois étapes évolutives incluant : 1. Une analyse approfondie des données topographiques locales ; 2. L’évaluation des interactions entre les écoulements de surface et le souterrain ; 3.Une approche intégrée permettant de modéliser les inondations générées par la pluie en zone urbanisée. Les résultats de l’étape 1 montrent que la donnée topographique est essentielle pour la définition des chemins d’écoulement et impactent significativement les résultats de modélisation hydrauliques. Ceci conduit à l’étape 2 lors de laquelle on observe que les débordements provenant du réseau souterrain contribuent à l’inondation mais seulement en partie. Les volumes d’inondations générés par le ruissellement de surface devraient être inclus dans les modèles d’inondation. L’étape 3 présente une configuration possible de modèle intégré permettant de mieux représenter les processus réels en jeu
Theoretical background about hydrology, hydraulics and computational tools and methods are widely developed and worldwide used. In the same time however, important issues during flood crisis are not solved and practical solutions take time to be implemented. On top of that, ongoing climatic change will not make things easier and intense events will increase in frequency. To worsen the picture, local economic means in France will not increase to help municipalities and local communities to tackle the issue. The objective of this thesis is to investigate on the available ways to improve our local knowledge of stormwater related concepts to allow an efficient modelling. The proposed methodology consists in a three-step-approach including: 1. A thorough analysis of local topography data; 2. The assessment of sewer-surface interactions; 3. An integrated approach to model pluvial flood in urban areas. The results of Step 1 show that topography data is essential in flow path definition and significantly impacts hydraulic modelling results. This leads to Step 2 where it is seen that sewer overflow is one aspect of urban flood issues but represents only part of flood sources. Overland flow generated by runoff should be included in flood models. Then Step 3 presents that integrated urban pluvial modelling is possible with existing tools and can represent the real processes better. This proposed modelling approach should not be disconnected from the reality of stormwater management practical aspects and current constraints. It is shown how complementary actions can be taken to enrich local knowledge and memory thus allowing a more efficient and wiser modelling process

Jusqu'à nos jours en France, la description des précipitations en hydrologie urbaine repose essentiellement sur l'analyse de mesures ponctuelles. Elle se limite de surcroît à des statistiques d'intensités moyennes maximales (courbes IDF) obtenues selon des méthodes diverses. La pérennisation de réseaux denses de pluviographes conçus pour l'hydrologie urbaine autorise aujourd'hui des travaux de recherche sur les propriétés et la modélisation des précipitations. Cette thèse s'appuie sur 250 années-stations de mesures, acquises par le service d'assainissement de la Seine-Saint-Denis depuis 1976. Elle fait le point des méthodes de construction de courbes IDF, insiste sur les techniques d'analyse régionales et fournit des estimations d'intensités pour des périodes de retour de quelques semaines à quelques dizaines d'années. Des lois de distribution telles que le mélange de deux lois exponentielles ou la loi de Pareto procurent de bons résultats d'ajustement pour l'ensemble du domaine des fréquences. La distribution des intensités moyennes maximales de périodes de retour supérieures à 1,5 an, quelles que soient leur durée et leur surface d'observation (10-60 minutes ; 0 -10000 hectares) est représentée par une loi exponentielle simple et adimensionnelle. On étudie les fluctuations saisonnières et nycthémérales du risque pluvial. La notion de coefficient d'abattement épicentrique est ramenée à un simple indicateur global d'hétérogénéité spatiale. Enfin, les effets de la diversité temporelle et spatiale de la pluie sur le ruissellement sont décrits à l'aide d'un exemple concret, un bassin versant urbanisé de 1400 hectares, et d'un modèle mathématique de simulation pluie-débit.

Le drainage des eaux pluviales devient un probleme particulierement aigu dans les villes africaines. Cette etude evoque l'interet de techniques alternatives d'amenagement. Sur un autre plan, les modeles de ruissellement sont peu adaptes aux bassins urbains africains, dont les surfaces non revetues semblent jouer un role important dans la production et le transfert de l'ecoulement. Une analyse approfondie du ruissellement a ete realisee sur un echantillon de 11 basins experimentaux, repartis sur quatre grandes villes africaines. La description du milieu porte d'abord sur les caracteristiques hydrodynamiques des surfaces non revetues, mesurees par simulation de pluie sur des parcelles de 1 m#2, et ensuite sur les modes d'occupation des sols rencontres dans les villes africaines. Plusieurs modeles de ruissellement ont ete testes, et se basent sur differentes partitions spatiales des bassins. Deux modeles ont finalement ete retenus: leurs parametres sont relies aux mesures experimentales du ruissellement realisees sur parcelles, aux caracteristiques de pente et d'occupation des sols des bassins. Cette etude contribue a la connaissance hydrologique du milieu urbain africain, encore peut etudie. Elle fournit aux amenageurs un outil adapte aux specificites des bassins africains qui permet, par simulation des ecoulements, de tester les performances des divers ouvrages de drainage existants ou projetes

La mise en place de la BDU ou de SIG nécessite de nombreuses données d'un coût très conséquent. La cause essentielle de ce coût important est l'énorme masse d'informations à emmagasiner, mais également la précision de ces données. Nous nous sommes alors demandés si l'acquisition de données précises était nécessaire vis-à-vis de leur utilité. Nous avons donc décidé de tester l'influence de la précision des données sur un domaine porteur qui est l'assainissement. Nous allons plus particulièrement nous intéresser aux simulations hydrauliques par le modèle Muskingum, des réseaux d'assainissement. Notre choix s'est fixé sur les coordonnées planimétriques et altimétriques décrivant les réseaux, mais nous avons également voulu tester un paramètre qui était très souvent inconnu : la rugosité des conduites. Nous avons tout d'abord mis au point une méthode de comparaison entre un réseau comportant des données correctes, et un réseau composé de données imprécises. Cette méthode nous a permis de montrer que de fortes imprécisions en planimétrie n'influençaient guère les débits. Par contre des imprécisions en altimétrie ou une rugosité engendraient de plus ou moins grosses fluctuations. Nous avons également déterminé que l'évolution des écarts obtenus dépendait essentiellement de la pente des réseaux et de l'intensité de la pluie utilisée : plus la pente ou la pluie étaient faibles, plus les écarts étaient importants. Nous avons ensuite comparé les écarts obtenus en introduisant des imprécisions à ceux obtenus en comparant les modèles BSV et Muskingum, et nous avons montré que le choix du modèle n'était pas forcément prioritaire vis-à-vis de la qualité des données, lorsque nous avions des valeurs faibles pour les pentes ou la ramification des réseaux, le taux de remplissage ou le taux de parcours. Nous terminons notre étude sur différentes perspectives envisageables : généralisation des réseaux types à des réseaux réels, étude de sensibilité des imprécisions des données pour un autre modèle

La première partie de ce mémoire de thèse montre l'intérêt de l'utilisation de nouveaux outils en hydrologie urbaine, à partir d'un historique de l'évolution des liens entre la ville et l'eau. Elle est suivie par une présentation synthétique des modèles hydrauliques simplifiés de simulation de crues. Les équations, leur contenu physique, les conditions limites, les méthodes de résolution et les méthodes de calage des paramètres sont analysées de manière détaillée. Le mémoire présente ensuite une série de résultats de simulations sur des cas hypothétiques choisis pour couvrir la plupart des conditions de l'assainissement. Les différentes méthodes de calage des paramètres sont testées ainsi que le fonctionnement numérique des modèles. Le mémoire met en évidence des domaines de validité (numériques et hydrauliques) en fonction de nombres adimensionnels et en référence aux résultats d'un modèle intégrant les équations complètes de Saint-Venant. La possibilité de modéliser les influences aval est testée avec un modèle de crue diffusante auquel est intégré un calcul de ligne d'eau. Une étude des conditions d'utilisation des modèles sur le terrain termine le mémoire qui peut être destiné à tous les services techniques des collectivités locales.

On attribue classiquement aux battements des nappes phreatiques les apports peu variables et saisonniers d'eaux claires parasites dans les reseaux d'eaux usees. A partir de mesures realisees sur un site experimental, on peut conclure a un role important des nappes perchees dans les pointes de debit parasite jusque la attribuees aux branchements d'eaux pluviales. Ce resultat conduit a une nouvelle interpretation des etudes diagnostic des reseaux. Une approche quantitative du drainage rapide, lie aux nappes perchees, permet de degager les elements d'une modelisation des debits parasites

En milieux urbains imperméabilisés, ou dans les régions où les pluies d’orage sont fréquentes et violentes, il convient de stocker temporairement les volumes des précipitations dans des ouvrages de rétention avant de les relâcher à débit contrôlé dans les réseaux d’assainissement ou le milieu naturel, ce qui limite les risques d’inondation et les impacts environnementaux. La dimension de ces ouvrages de rétention peut vite être importante et leur implantation sur un site encombré devenir compliquée et onéreuse. La solution proposée dans ce travail de thèse est de répartir la rétention sur plusieurs ouvrages de rétention reliés entre eux par des canalisations et contrôlés par des ajutages, et de jouer sur leur capacité respective et les conditions de transfert pour optimiser le rejet dans le réseau ou le milieu naturel. Un outil de modélisation de type réservoir a été développé, qui représente avec un bon niveau de précision les hauteurs dans les ouvrages de rétention et les débits transférés en fonction du temps ainsi que de l’intensité et la durée de la pluie. Ce modèle simplifié incrémenté en fonction d’un pas de temps cohérent avec l’intensité de la pluie travaille en volumes et débit sans s’attarder sur les conditions hydrauliques d’écoulement. Il a été validé par plusieurs études de sensibilité sur des séries de 2 ou 3 réservoirs et ouvre la voie à un outil de pré dimensionnement rapide, robuste et fiable
In urban environments, or in the areas where the stormy showers are frequent and violent, it is advisable to temporarily store volumes of precipitations in retaining tanks before slackening them with flow controlled in the sewage networks or the natural environment, which limits the risks of flood and the environmental impacts. The dimension of these basins can quickly be important and their establishment on an encumbered site to become complicated and expensive. The solution suggested in this study is to distribute the retention on several basins connected to each other by pipes and controlled by nozzles, and to exploit their respective capacity and the conditions of transfer to optimize the rejection in the network or the natural environment. A numerical model named tank type was developed, which represents with a good level of precision the heights in the basins and the flows transferred according to time as well as intensity and the duration of the rain. This simplified model incremented according to a step of coherent time with the intensity of the rain works in volumes and flow without being delayed on the hydraulic conditions of flow. It was validated by several studies of sensitivity on meshes of 2 or 3 tanks and opens up the way for a tool for pre simple and reliable dimensioning