Une approche de modélisation hydrologique distribuée pour les bassins versants urbains : de la parcelle cadastrale au bassin versant Modélisation hydrologique.

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1 Une approche de modélisation hydrologique distribuée pour les bassins versants urbains : de la parcelle cadastrale au bassin versant Modélisation hydrologique : contexte Un modèle hydrologique distribué et prenant en compte la contribution du sol à la formation des débits A quoi ça sert? Conclusion et perspectives

2 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Research topic - Urban hydrological modeling L’hydrologie des bassins versants urbains Semble simple de 1er abord ... Ruissellement des surfaces imperméabilisées et écoulement dans les réseaux d’assainissement ... mais...

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Le modèle Conclusions et + Contexte Hétérogénéité de l’occupation du sol Superposition d’un système naturel et d’un système anthropisé Techniques alternatives Milieu en évolution Multiples chemins de l’eau Interactions entre l’eau du sol et le réseau de drainage (tranchées)

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Le modèle Conclusions et + Contexte Interactions entre l’eau du sol et le réseau de drainage Bassin versant du Pin sec 31 ha, Cimp : 45 % Site Atelier Pluridisciplinaire, IRSTV Nantes Suivi en continu des flux hydriques

5 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Evolution du niveau piézométrique en 2007 Evolution de la hauteur d’eau (débit de base) dans le réseau d’eaux pluviales Comparaison Débit de base/ niveau piézo

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Le modèle Conclusions et + Contexte Bilan Hydrique en janvier 2009 : Pluie : 127 mm Hauteur ruisselée EP : 64 mm Dont EPI (EP) 11 mm EPI (EU) : 22 mm *EPI : eaux parasites d’infiltration

7 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Les banques de données urbaines : l’atout Les villes renseignent le milieu (SIG, BDUs) - parcelles cadastrales - bâtiments - routes - réseaux enterrés - topographie arbres Nantes Métropole

8 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Développement d’un modèle hydrologique: spatialement distribué et basé sur les BDU prise en compte de processus physiques souvent négligés en milieu urbain (évapotranspiration, infiltration, interception, écoulement subsurfacique) capable de représenter l’état hydrique du sol (niveau de saturation, teneur en eau moyenne) capable de simuler des bassins versants sur de longues chroniques temporelles et à un pas de temps adapté au milieu urbain URBS (Urban Runoff Branching Structure)

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Le modèle Conclusions et + Contexte DISCRETISATION SPATIALE DES BASSINS EH = Parcelle cadastrale + Bâtiment(s) + Voirie adjacente Runoff Branching Structure EH  Production : transformation de l’eau pluviale / ruissellement Transfert des eaux pluviales sur le réseau hydrographique

10 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Modélisation d’un Elément Hydrologique Zone Saturée Voirie Sol naturel Réseau Bâti Zone Non Saturée ? Fonction de production à l’échelle de chaque parcelle Sorties du modèle Etat hydrique du sol : zzs ou teneur en eau

11 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Transfert à l’exutoire - le transfert surfacique entre chaque EH et les avaloirs du réseau d’assainissement : estimation d’un temps de parcours (vitesse Manning Strickler) - le transfert hydraulique dans le réseau d’assainissement est représenté en utilisant la formulation de Muskingum-Cunge

12 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Etude de cas Gohards (Nantes) bv urbain 180 ha, Cimp=0.38 911 parcelles Estimation des paramètres (observations, litterature) P and ETP ( ) Qexutoire ( ) Pas de temps 5 minutes Q P Comparaison Qmesuré / Qsimulé Erreur relative : 2.2 % coefficient corrélation R² = 0.74

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Le modèle Conclusions et + Contexte Débit simulé Simulation du débit à l’exutoire au mois de janvier, le cumul de pluie atteint 130mm en 20 jours; le débit de base est indiqué en gras (contribution du sol : Ires)

14 Illustrations/résultats
Le modèle Conclusions et + Contexte Niveau de saturation simulé Niveau de saturation par rapport à la surface du sol Cohérence des écoulements souterrains? Distribution spatiale du niveau de saturation, janvier 1999

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Le modèle Conclusions et + Contexte Scénarios d’aménagement / techniques alternatives Rétention par les arbres Chaussée poreuse à structure réservoir Toits-terrasse

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Le modèle Conclusions et + Contexte Scénarios d’aménagement Etude de cas : habitat individuel classique Rezé , 5 ha, Cimp=0.37

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Le modèle Conclusions et + Contexte Scénarios d’aménagement Hypothèse : toute la zone est réaménagée Permeable reservoir pavement Flat roof 2 Flat roof 1 Augmentation du taux de voirie « arboré » de 0.12 à 25% Tree plantation

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Le modèle Conclusions et + Contexte Influence des techniques alternatives sur l’hydrologie La réduction du ruissellement varie d’une technique à l’autre Evaporation favorisée (sauf pour la chaussée poreuse) Contribution du sol modifiée (toit terrasse + injection dans la pelouse => niveau de saturation du sol)

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Le modèle Conclusions et + Contexte Conclusions et perspectives Développement d’un modèle proche des processus physiques, dédié aux bassins urbains et basé sur les BDUs Les résultats semblent réalistes, mais les travaux se poursuivent - estimation des paramètres évaluation sur différents bassins versants Modélisation de la zone saturée Interface sol-atmosphère Capacité du modèle à prendre en compte de nouvelles techniques d’aménagement : evaluation du rôle des techniques alternatives sur l’hydrologie à moyen terme . Groundwater Atmosphere