Les méthodes basées sur le rapport d’études sur les inondations (Flood Studies Report, FSR) calculent l’indice QBAR, tandis que le manuel d’estimation des inondations (Flood Estimation Handbook, FEH) utilise QMED comme indice de crue. L’introduction du FSR (A.4.4) suggère une relation entre QBAR et QMED où :
QBAR = 1,07*QMED.
Le manuel FEH décrit QMED comme ayant une période de retour de 2 ans, ou il fait référence à « l’inondation qui est dépassée en moyenne tous les deux ans » (FHE Vol 3, 2.1). QMED est également défini comme une « crue médiane annuelle » et QBAR comme une « crue moyenne annuelle ».
L’autre différence évidente est que l’approche du FEH repose sur les caractéristiques de bassin versant basées sur le MNT. Le FEH, Vol 3, 13.9.2 propose une comparaison plus détaillée des deux approches.
Pour ce qui est des performances relatives des deux méthodes, le FEH indique :
« Compte tenu des nombreuses différences, une comparaison directe des deux équations n’est pas vraiment possible. Une comparaison qualitative de l’adéquation du modèle et des erreurs globales suggère que les deux modèles présentent des niveaux de performance globalement similaires. »
Les déclarations ci-dessus font référence à l’équation à 6 variables d’origine dans le FSR, et des travaux ont été effectués dans ce domaine depuis sa publication en 1975 en rapport avec les petits bassins versants et l’urbanisation. La version 6 du FSSR (1978) a identifié des difficultés lors de l’application des 6 variables à des sites de petite taille et suggéré une nouvelle équation pour les sites de moins de 20 km². La version 5 du FSSR a permis d’étendre les informations QBAR aux bassins versants urbanisés et la version 16 du FSSR a été modifiée en conséquence. Ces rapports complémentaires ont été inclus dans la 3e version du FSR publiée en mars 1993.
Le rapport 124 de 1994 de l’Institut d’hydrologie (IH) s’est inspiré de ces informations et d’autres publications pour aborder les problèmes que présentent les bassins versants assez perméables, plus secs et partiellement urbanisés. Il a développé une équation à 3 variables similaire à celle de la version 6 du FSSR, qui était basée sur un volume plus important de données.
Dans le FEH, il n’existe aucun équivalent direct des petits bassins versants. Il indique que « l’équation du descripteur de bassin versant est un modèle très généralisé applicable dans tout le Royaume-Uni ». Le FEH avertit que le QMED pourrait être mal estimé sur les bassins versants perméables (FEH Vol 3, 13.7.4).
En conclusion, la précision de l’équation généralisée du FEH revient en grande partie à l’équation généralisée du FSR et le modèle IH 124 spécialisé récent tente de résoudre les problèmes spécifiques des petits bassins versants de plaines. Toutes ces méthodes peuvent être améliorées à l’aide de données calibrées.
Dans le manuel FEH, il est recommandé d’établir les courbes de croissance et, par conséquent, les facteurs de croissance associés à une période de retour, à partir de bassins versants jaugés. Lorsque le bassin versant n’est pas jaugé ou si les données calibrées sont limitées, la courbe de croissance est dérivée d’un « groupe de mise en commun ». « Les bassins versants sont regroupés en fonction de leur similarité hydrologique perçue plutôt que de leur position géographique ».
L’approche du FSR a regroupé les bassins versants dans 10 emplacements géographiques en Grande-Bretagne. Cela a permis de publier des tables pour établir des courbes de croissance rapidement et facilement. Cette approche regroupe toutefois des bassins versants de tailles et de sols différents, mais avec des précipitations annuelles moyennes similaires. Il en résulte des groupes relativement important qui limitent la précision.
L’approche du FHE est fondamentalement différente. Des bassins versants similaires sur le plan hydrologique doivent être identifiés et ils peuvent être répartis dans tout le pays. Toutefois, cette approche nécessite dans tous les cas l’analyse de la première contrainte, laquelle est plus précise, mais également très laborieuse (FEH Vol 3, 16.7.4.). Elle permet de considérer les bassins versants perméables comme des cas spéciaux (FEH Vol 3, chapitre 19).
Le modèle du FEH risque également d’être inutilement ardu lorsqu’une estimation du débit sur un site de petite taille n’est nécessaire que pour spécifier un débit admissible raisonnable pour un développement proposé. D’autres facteurs, tels que la capacité du système de drainage en aval, peuvent jouer un rôle plus important pour déterminer un débit admissible.
Il est possible d’étudier la variation typique des facteurs de croissance à partir des tables publiées dans le FSR et reproduites dans le document Design of flood storage reservoirs (B14) (1994) de Ciria, lesquelles sont utilisées pour concevoir des réservoirs de stockage des eaux de crue. Nous constatons la plus grande variation pour la pluie avec une période de retour de 100 ans entre la région 10 (2,08*QBAR) et la région 5 (3,56*QBAR). Lorsque les données furent regroupées pour l’ensemble de la Grande-Bretagne, le facteur de croissance pour la période de retour de 100 ans était de 2,61 (volume 1 du FSR, table 2.38).
Si une étude complète basée sur des données calibrées est nécessaire, il est néanmoins utile pour un ingénieur de connaître l’ordre de l’augmentation avant de se lancer dans une analyse de la première contrainte, dont la complexité risque d’entraîner des erreurs si elle est exécutée par un novice.
Pour calculer un débit admissible pour un site de petite taille, on peut utiliser la méthodologie du FSR pour établir une estimation prudente (voir la section suivante Erreurs et facteurs de sécurité). Si une telle estimation devait s’avérer coûteuse ou inadaptée pour un site de taille importante ou un bassin versant sujet aux inondations, l’approche complète du FHE pourrait être appliquée (voir également la section Estimation du volume de stockage dans le contrôle de source).
L’ingénieur doit se reporter au volume 3 du FEH pour connaître la méthode détaillée de sélection des groupes de mise en commun et de développement de courbes de croissance pour l’approche du FEH. Il est également essentiel de lire ses conseils pratiques en gardant à l’esprit les pièges éventuels que présentent les méthodes statistiques.
Les tables et la méthode de la courbe de croissance du FSR sont inclus dans le logiciel. Nous recommandons le livre 14 de Ciria qui détermine clairement, étape par étape, les courbes de croissance à l’aide des dernières méthodes du FSR.
Les documents FSR (volume 1, 2.6.8) et FEH (volume 3, 17.5) ont tous deux tenté de quantifier les erreurs standard lors de la détermination de la courbe de croissance. Les deux ont suggéré qu’une dérivation directe n’était pas possible, mais ils ont fourni les indications suivantes. Les facteurs de croissance du FSR présentent un écart type d’environ 14 %, 27 %, 32 % et 50 % pour les périodes de retour de 10, 50, 100 et 1 000 ans respectivement, lequel est exprimé en pourcentage de l’ordonnée de la courbe de croissance régionale. Le FEH a produit une approximation à partir de l’analyse PUM (Pooled Incertainty Measure) qui a généré des erreurs standard factorielles de plus de 1,15 et 1,23 pour les périodes de retour de 20 et 50 ans, respectivement. Les deux méthodes sont comparées dans les documents du FEH à l’aide d’autres mesures de précision, et la méthodologie du FEH s’est avérée être plus homogène avec des mesures PUM plus faibles (volume 3 du FEH, 16.7.4).
Il convient toutefois de noter que la marge d’erreur est supérieure lorsque QBAR et QMED sont déterminés uniquement à partir des caractéristiques du bassin versant. Pour la méthode du FSR, l’erreur standard factorielle est de 1,46 (équation à 6 variables). Aucune erreur n’est communiquée pour la méthode IH 124, et pour la méthode du FEH, elle est de 1,55 (volume 3 du FEH, 13.9.2). Si la distribution est normale, cela signifie que 68 % des sites présenteraient un indice QMED compris dans l’intervalle :
QMED réel > QMED estimé/1,55 et QMED réel < 1,55 * QMED estimé.
Si une période de retour de 50 ans est requise, il faut combiner l’erreur standard factorielle pour l’indice de crue et la courbe de croissance.
S’il est essentiel de déterminer un débit admissible sur un site de petite taille, vous pouvez utiliser un facteur de sécurité via la méthode du FSR. L’examen des erreurs standard ci-dessus devrait produire un facteur de sécurité de 1,5 pour une période de retour de 2 ans et un facteur de 2 pour une période de retour de 100 ans. La portion de l’erreur associée à la courbe de croissance et, par conséquent au facteur de sécurité, pourrait augmenter de façon linéaire avec ln T, comme cela est décrit dans le volume 1 du FSR, 2.6.8.
Facteur de sécurité pour la période de retour T
SFT = (ln t – ln 2) * (SF100-SF2)/(ln 100 – ln 2) + SF2
Cela équivaut à un intervalle de confiance de 68 % (volume 3 du FEH, 12.5). Toutefois, on peut supposer qu’environ 84 % (68 % + 32 %/2) des sites ont un débit supérieur au débit de crue après l’application du facteur de sécurité. Si l’objectif est de protéger un bassin hydrographique comprenant un grand nombre de ces structures, on peut constater que les rares cas de surestimation (16 %) seront largement compensés par les cas de sous-estimation (84 %), ce qui permettra d’obtenir une amélioration globale.
Si des enregistrements calibrés étaient disponibles sur le site en question ou sur des sites similaires d’un point de vue hydrologique, un facteur de sécurité moindre pourrait être justifié. La méthode ci-dessus permet d’obtenir une première estimation raisonnable.
Bien que les erreurs-standard des méthodes ci-dessus soient importantes (fse jusqu’à 2), la variation du débit admissible spécifié dans le pays est passée de 1 à 80 l/s/ha (à savoir, un facteur de 80). Dans ce contexte, nous pouvons recommander les méthodes ci-dessus pour parvenir à une amélioration significative.
La méthode ICP (Interim Code of Practice) SUDS (Sustainable Draining System) de juillet 2004 tient compte des critères ci-dessus et suggère une approche basée sur la surface du site étudié. Sur les sites plus importants, c’est la méthode FEH la plus récente et la plus complexe qui est proposée, tandis que la méthode IH 124 qui inclut des courbes de croissance basées sur la méthode FSR est acceptable pour les sites de moins de 200 ha et de plus de 200 ha lorsque la méthode FEH ne peut pas être appliquée.
Résultat : <50 ha IH 124 et 50 ha au prorata
50 - 200 ha IH 124
>200 ha FEH, Hydrogrammes unitaires, IH 124
Lorsque la superficie du site est inférieure à 50 ha, le résultat pour 50 ha en termes de débit est calculé et un débit au prorata est interpolé linéairement. Par exemple, si 20 l/s sont calculés pour 50 ha, utilisez 12 l/s pour 30 ha.
Si les 5 premiers mm de pluie sont absorbés par le site ou que l’on constate un bilan du volume net de ruissellement avant et après le développement avec une pluie de 6 heures pour une période de retour de 100 ans (généralement obtenue par infiltration), les débits suivants sont acceptables :
Les débits basés sur le bassin versant non aménagé pour des périodes de retour de 1, 30 et 100 ans sont autorisés pour les mêmes périodes de retour analysées sur le bassin versant aménagé.
Si les critères d’absorption ou de bilan net ci-dessus ne peuvent pas être remplis, les débits du site développé pour des périodes de retour de 30 et 100 ans doivent être limités à la valeur maximale du débit de crue annuel moyen pour le site non aménagé. En outre, le débit du site non aménagé, pour une période de retour de 1 an, ne peut pas être dépassé par le débit du site aménagé, pour une période de retour de 1 an, comme auparavant.
L’autorité routière du Royaume-Uni recommande toutefois l’utilisation d’ADAS pour les sites de taille inférieure.
<=40 ha ADAS
> 40 ha IH 124
Période de retour type de 75 ans pour la capacité de charge des fossés, etc., afin d’éviter l’inondation des autoroutes provenant des surfaces adjacentes non aménagées.
Ces méthodes d’estimation des pics de crue ont été reproduites à partir de documents très utilisés. Toutefois, les estimations basées uniquement sur les caractéristiques des bassins versants peuvent être sujettes à des erreurs importantes (voir ci-dessus). Dans la mesure du possible, il convient de les recouper avec des données calibrées, des sites similaires et des caractéristiques de capacité des canaux. Les rapports de pompage peuvent également fournir des données utiles à des fins de calibrage. Le rapport 124 de l’IH et le volume 3 du FHE fournissent des informations essentielles sur l’utilisation des méthodes.
Voici quelques citations qui pourraient intéresser l’utilisateur :
« L’estimation des inondations est, par essence, plus difficile sur les petits bassins versants que sur ceux qui présentent une taille supérieure. Les erreurs non détectées auront un effet proportionnellement plus important sur l’estimation finale. » IH 124
« Les meilleures estimations de crue combinent l’utilisation efficace de logiciels et de données sur les crues avec des connaissance poussées en matière d’hydrologie et de statistiques, renforcées par une compréhension détaillée de l’objectif de l’étude et du bassin versant étudié, ce qui représente un vrai défi. » FEH
« Nous recommandons l’utilisation de la procédure du chapitre 3 (sur l’estimation de QMED à partir des descripteurs de bassin versant) uniquement dans le cadre d’évaluations préliminaires ou pour des problèmes mineurs de conception de crue. » FEH
« Les données de débit de crue calibrées à proximité du site ne doivent jamais être ignorées... » FEH