2.3.3 Hydrologie du bas fond
2.3.3.1 Alimentation en eau
L'alimentation en eau du bas fond est multiple. Elle concerne
les pluies, les ruissellements, les écoulements hypodermiques, les
nappes superficielles ou d'altérites, les remontées capillaires
et éventuellement les sources.
2.3.3.2 Les crues
Lorsqu'une partie des précipitations ruisselle et
atteint le bas fond, selon le volume en jeu, la morphologie du bassin versant,
les pentes et la végétation, avec un débit
supérieur à son débit de vidange, une crue se produit.
Elle fait remonter le niveau de l'eau lorsque le bas fond est inondé.
Une crue se décrit par son temps de concentration (décalage entre
le début des pluies et celui de la crue), temps de montée (entre
le début de la crue et le débit maximum), son débit de
pointe et le temps de base (durée totale avant l'arrêt du
ruissellement).
2.3.3.3 La dynamique des nappes
Sous le bas fond se trouvent, selon le substrat, un ou
plusieurs aquifères superposés. Les nappes ne sont pas seulement
des réservoirs d'eau, remplis par infiltration. L'eau circule dans le
sol en fonction de la topographie des couches du sol, longitudinalement (vers
l'aval du bas fond), et des zones hautes vers celles basses de la nappe. La
dynamique de la nappe suit un rythme annuel (combiné avec des
fluctuations courtes, en réponses aux épisodes pluvieux, pour les
nappes superficielles). Le cycle des nappes est décalé par
rapport aux pluies, de façon plus ou moins prononcée selon le
type de la nappe et la conductivité hydraulique du sol (Lavigne et
Camphius, 1997).
2.3.3.4 Eléments de caractérisation
physique du bas fond
L'utilisation de caractéristiques physiques ou
morphométriques a pour but de condenser en un certain nombre de
paramètres chiffrés à l'intérieur du bassin versant
(la fonction h = f (x,y) ; h altitude, x et y coordonnées d'un point du
bassin versant). Trois types différents de paramètres
morphométriques sont utilisés (Laborde, 2000). Ces facteurs,
d'ordre purement géométrique ou physique, s'estiment
aisément à partir de cartes adéquates ou en recourant
à des techniques digitales et à des modèles
numériques.
i.
Les caractéristiques géométriques
Elles concernent principalement la surface et la forme du
bassin versant. La forme d'un bassin versant influence l'allure de
l'hydrogramme à l'exutoire du bassin versant. Par exemple, une forme
allongée favorise, pour une même pluie, les faibles débits
de pointe de crue, ceci en raison des temps d'acheminement de l'eau à
l'exutoire plus importants. En revanche, les bassins en forme
d'éventail, présentant un temps de concentration plus court,
auront les plus forts débits de pointe. Il existe différents
indices morphologiques permettant de caractériser le milieu, mais aussi
de comparer les bassins versants entre eux. l'indice de compacité de
Gravelius (1914) KG , défini comme le rapport du
périmètre P du bassin au périmètre du cercle ayant
la même surface est le plus utilisé. Il est calculé par
:
KG = P/2·vðA ou KG = 0.28*P/vA avec P en km et A en
km2.
Les éléments de relief étudiés
parmi les caractéristiques géométriques sont : la courbe
hypsométrique (altitude en fonction de la surface du bassin), les
altitudes caractéristiques (altitudes maximales, minimales et moyennes)
et les pentes. Ces dernières sont relatives à la pente moyenne
im, et l'indice de pente global Ig. Les formules correspondantes
sont :
im = DxL/A Ig =D/l
Avec im [m/km], L : longueur totale
de courbes de niveau [km], D : équidistance entre deux courbes
de niveau [m],
A : surface du bassin versant [km2]
l : la longueur du rectangle équivalent.
ii. Les caractéristiques du réseau
hydrographique
Le réseau hydrographique est constitué de
l'ensemble des chenaux qui drainent les eaux de surface vers l'exutoire du
bassin versant. Selon le support cartographique utilisé, on
étudiera le réseau avec plus ou moins de détails : en
photographie aérienne, on pourra déceler des thalwegs de
très faibles extensions, tandis qu'on ne verra que les cours d'eau
pérennes et importants sur une carte au 1/100 000ième. Le
réseau hydrographique peut se caractériser par trois
éléments : sa hiérarchisation, son développement
(nombres et
longueurs des cours d'eau) et son profil en long (Laborde,
2000). La hiérarchisation du réseau consiste à chiffrer la
ramification du réseau. Chaque cours d'eau reçoit un
numéro fonction de son importance. Cette numérotation (figure
2.6), appelée ordre du cours d'eau, diffère selon les auteurs.
Celle de STRAHLER est la suivante :
- tout cours d'eau n'ayant pas d'affluent est dit d'ordre 1,
- au confluent de deux cours d'eau d'ordre n, le cour d'eau
résultant est d'ordre n + 1,
- un cours d'eau recevant un affluent d'ordre inférieur
garde son ordre, ce qui se résume par : n + n = n + 1 et n + m = max (n,
m).
Source : Adapté de Laborde (2000) Figure
2.6 Ordre des cours d'eau
Le degré du développement du réseau
réfère à la connaissance de sa densité de drainage
(Dd) définie comme la longueur totale du réseau par unité
de surface du bassin, et de sa densité hydrographique (F) concernant le
nombre des canaux d'écoulement par la même unité. En somme,
les régions à haute densité de drainage et à haute
densité hydrographique présentent en général une
roche mère imperméable, un couvert végétal
restreint et un relief montagneux. L'opposé, c'est-à-dire faible
densité de drainage et faible densité hydrographique, se
rencontre en région à substratum très perméable,
à couvert végétal important et à relief peu
accentué.
Le profile en long dans la plupart des cas, fait l'objet de
relevé, soit par nivellement sur
le terrain, soit plus sommairement
à partir des cartes topographiques. Les profils en long
permettent
d'estimer la pente moyenne du cours d'eau. Cette pente moyenne sert surtout
dans l'évaluation des temps de concentration d'un bassin
versant, ce temps de concentration étant lié à la vitesse
de propagation des particules fines (Laborde, 2000).
iii. Les caractéristiques
agro-pédo-géologiques
L'étude type de ces caractéristiques prend en
compte trois principaux facteurs que sont : - la couverture du sol
exprimée par la couverture végétale, les plans d'eau, les
surfaces urbanisées et le coefficient de ruissellement ;
- la nature du sol marquée par sa structure et sa texture,
elle influence par le potentiel gravitationnel du sol et dont sur la
capacité de rétention d'eau ;
- la géologie du substrat influe indirectement sur
l'évapotranspiration par l'effet thermique dû à la couleur
des sols et par le développement de la végétation en
fonction des sols.
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