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Définitions, descriptions en hydrométrie et hydrologie

hydrométrie    hydrologie    réseau hydrométrique    jaugeages    station limnimétrique    station limnigraphique    stations de jaugeage    courbe de tarage      hydrogramme    débits (moyens) mensuels, annuels ou interannuels   débits caractéristiques     crues    moyennes eaux    étiage    fréquence    fréquence au non-dépassement    quinquennal    QMNA    débit moyen interannuel    module    hydraulicité    bassin versant    lame d’eau    évapotranspiration    infiltration

autres termes (ne figurant pas dans ce document)

 

I / HYDROMETRIE

Lhydrométrie a pour objet la mesure des hauteurs d’eau et des débits. La connaissance de ces informations s’effectue au moyen d’un réseau hydrométrique au sein duquel seules les stations de jaugeage fournissent des chroniques continues des débits.

a) le réseau hydrométrique

C’est l’ensemble des stations ou des sites permettant de connaître les hauteurs d’eau et/ou des débits de diverses rivières, de manière continue ou discontinue, voire épisodique.

Il est constitué :

- de sites de mesures ponctuelles, lieux où sont effectuées, de manière régulière ou pas, des mesures ponctuelles du débit (dont la durée varie de ¼ d’heure pour des ruisseaux à plusieurs heures pour la Loire) appelées jaugeages ; les débits sont exprimés en m3/s (en l/s pour les ruisseaux).

Ces mesures sont le plus fréquemment effectuées en liaison avec des analyses de qualité des eaux ou pour le suivi des ressources en eau (particulièrement en été pour suivre l’état des rivières sollicitées pour l’irrigation).

- de stations limnimétriques et limnigraphiques ; lorsqu’on observe essentiellement les hauteurs d’eau en un point d’une rivière, on dit qu’on a affaire à une station limnimétrique lorsqu’il s’agit d’observations discontinues et à une station limnigraphique lorsqu’on enregistre de manière continue les hauteurs d’eau ; les hauteurs d’eau sont observées sur une échelle limnimétrique fixe (généralement graduée en cm), ce qui permet de contrôler les indications de l’appareil enregistreur dans le cas d’une station limnigraphique.

- de stations de jaugeage permettant l’établissement d’une chronique continue des débits, ce qui sous-entend un enregistrement continu des hauteurs d’eau et la possibilité de calculer les débits à partir des hauteurs d’eau.

Nota : les hauteurs observées ou enregistrées en un site de mesure correspondent à une section précise d’un cours d’eau et ne permettent pas de connaître le profil en long des niveaux de ce cours d’eau ; il faut procéder, pour cela, à des mesures topographiques particulières.

b/ Les stations de jaugeage

Il n’existe pas actuellement de procédé économique qui permette une mesure continue du débit et son enregistrement ; les services hydrométriques ont donc recours à un enregistrement continu des hauteurs d’eau en des sites où il y a de fortes présomptions qu’il existe une relation stable entre hauteurs d’eau et débits (ce que l’on vérifie ensuite).

Le service gestionnaire d’une station de jaugeage effectue des tournées de maintenance et de mesure du débit (jaugeage) de manière plus ou moins régulière.

Les débits mesurés sont ensuite calculés et reportés dans des logiciels graphiques permettant de visualiser la relation hauteur-débit lorsqu’elle existe : c’est la courbe de tarage.

Cette relation hauteur-débit est rentrée dans la banque nationale de données HYDRO, ce qui permet de calculer les débits journaliers des stations pour lesquelles ont été préalablement rentrées les hauteurs d’eau enregistrées sur le terrain et contrôlées au bureau ; les débits journaliers sont ensuite publiés par année calendaire ou par année hydrologique (septembre à août) et constituent les données de base des études hydrologiques et du suivi des ressources en eau.

D’autres données sont utilisées lorsqu’on étudie les débits d’une rivière :

- des données à pas de temps plus fin ; on a alors affaire à un hydrogramme qui indique les débits en fonction du temps de manière continue,

- ou des données plus agrégées, telles que des débits (moyens) mensuels, annuels ou interannuels (plusieurs années ou sur l’ensemble d’une période d’observation).

Nota : la nécessité de passer par la connaissance d’une hauteur d’eau dans une section de rivière pour pouvoir en connaître les débits a pour conséquence la modification possible de la relation hauteur-débit lorsque le lit de la rivière se modifie, par exemple à la suite d’une crue notable ou à la suite de travaux : on dit alors qu’il y a détarage.

II / HYDROLOGIE

a) Pris dans le sens quantitatif, ce terme désigne l’utilisation des débits mesurés aux stations de jaugeage (éventuellement en d’autres sites) et les études menées pour évaluer des débits en des points non pourvus de stations de jaugeage.

Le régime hydrologique d’une rivière peut être apprécié de manière qualitative en parlant :

- de hautes eaux ou de crues,

- de moyennes eaux,

- de basses eaux ou d’étiage.

b) Mais les hydrologues sont amenés à évaluer quantitativement des débits de référence et à les caractériser en termes de fréquence, car un même événement n’a pas nécessairement la même importance en divers points d’une même rivière : depuis 150 ans environ, les plus fortes crues de la Loire moyenne ont eu lieu en 1846, 1856 et 1866, tandis qu’elles se sont produites en 1910 et 1982 en aval d’Angers.

Ainsi, on utilise la fréquence au non-dépassement pour qualifier des évènements hydrologiques sur les cours d’eau :

- la crue de fréquence 90 % est définie comme n’étant pas dépassée pendant 9 ans sur 10 ; c’est la crue décennale (probabilité 1/10) qui est théoriquement égalée ou dépassé 1 an sur 10 en moyenne,

- l’étiage quinquennal sec (probabilité 1/5) est celui qui n’est pas dépassé 1 an sur 5 en moyenne.

Bien entendu, il n’y a pas de périodicité des événements hydrologiques importants ou extrêmes, comme on peut le voir dans le cas des très fortes crues de la Loire.

c) Les principaux débits caractéristiques utilisés sont :

- en étiage, le débit du mois le plus sec, c’est-à-dire le plus petit débit moyen mensuel d’une année calendaire ; ce débit est symbolisé par les initiales QMNA et on utilise couramment le QMNA quinquennal sec (fréquence 20 %) comme débit de référence pour les autorisations de rejet,

- pour les débits moyens, on utilise fréquemment les débits moyens mensuels ou annuels et leurs valeurs moyennes sur toute la période d’observation d’une station de jaugeage ; le débit moyen interannuel est souvent appelé module.

Lorsqu’on examine les débits d’une année donnée, on peut être amené à comparer le débit moyen d’un mois donné ou de l’année aux valeurs moyennes interannuelles de toute la période d’observation antérieure ; le rapport entre un débit de l’année examinée et la valeur moyenne interannuelle correspondante est l’hydraulicité du mois ou de l’année examiné,

d) Bassin versant – lames d’eau

Le bassin versant d’une rivière en un point donné est l’ensemble des zones dont l’écoulement parvient au point considéré et peut y être évalué en une station de mesure ; c’est une surface qui est couramment exprimée en km². Bien entendu, des particularités d’ordre hydrogéologique (pertes, résurgences, …) peuvent venir compliquer cette notion qui peut être appliquée sans problème notable aux bassins des stations de jaugeage.

Pour évaluer l’importance des écoulements d’une rivière, et aussi pour pouvoir comparer des bassins versants de surfaces notablement différentes, on peut utiliser le rapport entre le volume total écoulé pendant une période donnée en une station de jaugeage et la surface du bassin versant en cette station ; ce rapport est appelé lame d’eau et est exprimé en mm.

L’utilisation des lames d’eau permet non seulement des comparaisons entre des bassins versants différents, mais aussi la comparaison entre les pluies tombées sur un bassin versant et les lames d’eau écoulées qui ne peuvent représenter qu’une partie de ces pluies, puisqu’il y a l’intervention d’autres phénomènes :

A titre d’exemple, alors que la pluie annuelle moyenne est de l’ordre de grandeur de 800 mm sur le bassin de la Bouzanne à Velles, la lame d’eau moyenne écoulée est de 240 mm, soit 30 % environ de la pluie tombée, tandis que l’évapotranspiration est supérieure à 500 mm/an.

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