Les programmes de simulation de drainage urbain sont parfois appelés des méthodes temps-surface. Ces méthodes sont basées sur la pluie qui tombe sur des bassins versants principalement pavés et le ruissellement généré acheminé via le réseau de conduites. Les équations de ruissellement urbain utilisées sont basées sur la procédure Wallingford (ou d’autres valeurs peuvent être utilisées). Ces méthodes se concentrent traditionnellement sur la portion du ruissellement au caractère « soudain » ou rapide. Ce ruissellement est important sur les sites aménagés, car il contribue le plus aux débits de pointe. La procédure Wallingford n’était pas destinée à être utilisée sur des sites pavés à moins de 20 %.
Le ruissellement sur des sites ruraux ou non aménagés est plus lent. La méthode traditionnellement utilisée pour développer des hydrogrammes de ruissellement à partir de ces sites est la méthode des hydrogrammes unitaires. Elle nécessite également une relation entre la pluie et le ruissellement pour générer des débits et c’est pour cette raison qu’on parle de méthode pluie-ruissellement. On constate des similitudes avec les méthodes temps-surface destinées aux sites urbains et il est possible de définir les variables de la procédure Wallingford de sorte qu’elle produise des résultats similaires, mais cela dépend largement de l’expérience de l’ingénieur. Cependant, comme la méthode de l’hydrogramme unitaire est disponible et que des recherches approfondies ont été menées sur son utilisation en milieu rural, Innovyze a appliqué la méthode pour permettre aux ingénieurs d’utiliser une approche plus adaptée aux bassins versants non aménagés (ou à des portions d’un bassin versant en grande partie non aménagées).
Qu’il s’agisse d’un bassin versant urbain ou rural, le temps de réponse du site est très important. Plus le ruissellement atteint rapidement un certain point, plus le débit de pointe est élevé. En termes de drainage urbain, ces temps de réponse sont exprimés en temps de concentration ou temps-surface. Dans la terminologie relative à l’hydrogramme unitaire, les variables telles que le temps de pointe et le décalage temporel permettent de définir le temps de réponse d’un bassin versant. Qui plus est, la méthode d’hydrogramme unitaire propose des équations calibrées pour déterminer le temps de réponse dans les bassins versants non aménagés. Elles peuvent être prédites en fonction des caractéristiques du bassin versant ou s’il existe des données mesurées. Les méthodes de détermination du décalage sont expliquées dans le manuel FHE.
L’autre variable importante dans tous les calculs de drainage est le pourcentage de ruissellement. Avec les méthodes de drainage urbain, le modèle de pourcentage de ruissellement se concentre sur le pourcentage de la surface pavée, car elle est critique. Toutefois, les modèles ruraux accordent plus d’attention aux caractéristiques du sol et les méthodes FSR et FEH à hydrogramme unitaire comportent des équations plus adaptées aux bassins versants principalement non pavés. Les ingénieurs en drainage urbain pourront être surpris par le degré de ruissellement prédit par les modèles FSR et FEH à hydrogramme unitaire, mais ils doivent tenir compte du fait que le ruissellement se produit sur une période de temps bien plus longue, car le temps de réponse des sites ruraux est bien plus long.
La méthode à hydrogramme unitaire peut être appliquée aux bassins versants partiellement urbanisés et, dans ce cas, vous pouvez également utiliser l’approche de simulation urbaine. Toutefois, dans ces cas, c’est à vous de choisir la méthode la plus appropriée, car il n’existe aucune règle stricte.
Le FEH indique que si la variable URBEXT dépasse 0,5 (volume 4, chapitre 9.3.), il ne faut pas utiliser la méthode à hydrogramme unitaire. Cela ne va pas vraiment vous aider, car cela implique que le site est très développé et que l’approche habituelle de drainage urbain doit être adoptée. Si le site est largement connecté au système d’égouts et comporte des structures d’infiltration et de stockage, l’approche de simulation urbaine normale est probablement plus précise.
Les méthodes de prévision des débits de pointe à l’aide de méthodes statistiques diffèrent à plusieurs égards de la méthode à hydrogramme unitaire. Premièrement, il ne s’agit pas de méthodes pluie-ruissellement, car elles ne sont pas directement liées aux événements pluvieux. Elles sont dérivées de l’analyse statistique des débits des bassins versants. Évidemment, les débits sont générés à partir d’événements pluvieux, mais l’analyse est basée sur les débits résultants. Deuxièmement, elles génèrent uniquement des débits de pointe qui ne peuvent pas être utilisés pour des simulations ou des calculs de volume. Toutefois, ces pics devraient être liés au débit de pointe généré par l’hydrogramme unitaire et, de ce fait, ils peuvent être utilisés pour calibrer l’hydrogramme unitaire.
Les problèmes que pose la détermination du ruissellement rural sont semblables à ceux du ruissellement urbain. Les deux variables principales sont le facteur de ruissellement et le temps de pointe. Il est évident que plus le facteur de ruissellement (lié à l’urbanisation et au sol) est élevé, plus le ruissellement est important. En outre, plus le temps de pointe est court, plus le débit de crue est important, ce qui est également influencé par l’urbanisation. Si on constate sur un site une amélioration du drainage ou une augmentation de l’urbanisation, le temps de pointe est réduit et le débit de pointe augmente. Cela n’est pas toujours évident via l’application de la formule générale et la durée jusqu’au pic devra peut-être modifiée. Si des données calibrées sont disponibles, le décalage temporel peut être mesuré et ces informations doivent être utilisées à la place de la formule générale pour la durée jusqu’au pic.
La méthode ReFH2 est l’approche la plus récente et vous pouvez l’utiliser si le site peut être identifié par le service Web FEH et que le logiciel ReFH2 est installé sur le même ordinateur qu’InfoDrainage. Le document The SuDS Manual de Ciria (chapitre 24, C753, 2015) recommande l’utilisation de cette méthodologie comme méthode à hydrogramme unitaire préférée, mais il recommande également d’autres méthodes adéquates.
InfoDrainage fait appel au logiciel ReFH2 pour générer et renvoyer un résultat approprié. Vous trouverez des conseils sur la méthode de calcul utilisée par ReFH2 dans le rapport technique de ReFH à l’adresse suivante : http://files.hydrosolutions.co.uk/refh2/ReFH2_Technical_Report.pdf.
L’hydrogramme unitaire instantané triangulaire des méthodes FSR et FEH a été remplacé par un triangle plié. L’équation pour la durée jusqu’au pic a été modifiée et un débit de base variable a été introduit. L’équation du ruissellement a également été modifiée et elle est basée sur un modèle de perte dérivé du modèle PDM (Probability Distributed Model) développé par Moore.
Notez que la méthodologie ReFH2 doit désormais être utilisée à la place de méthode ReFH, mais cette dernière a été conservée dans le logiciel pour permettre l’analyse de résultats historiques.
Reportez-vous au volume 4 du manuel FEH (Flood Estimation Handbook) qui analyse en détail les différences entre les méthodes FSR et FEH.
La méthode FEH repose en grande partie sur la méthode FSR. La principale différence est que le modèle FEH de précipitations peut produire des résultats très différents de ceux du modèle FSR de génération de précipitations. Toutefois, comme nous l’expliquerons plus loin, la méthode FSR peut être utilisée dans le logiciel avec toutes les pluies, y compris les fichiers de pluie générés à l’aide du modèle FEH de précipitations.
L’approche FSR implémentée dans le logiciel est celle qui est modifiée par le document IoH 124 pour les petits bassins versants (moins de 25 km2). L’avantage qu’elle présente est que la plupart des variables sont faciles à comprendre et disponibles. Si vous n’avez jamais utilisé l’approche à hydrogramme unitaire, elle pourra vous aider à comprendre la méthode FSR et à identifier les variables comparables dans les méthodes FEH et ReFH.
Les approches ReFH2, ReFH et FEH reposent sur les données générées par voie numérique qui sont disponibles sur le CD du FEH. Il est parfois difficile d’obtenir des données pour un petit bassin versant à partir du CD et vous devez les vérifier en consultant une étude du site local. Si la limite d’un bassin hydrographique était repoussée de quelques mètres, cela ne ferait pas beaucoup de différence pour un bassin versant de 300 km2, mais cela pourrait avoir un impact important pour un bassin versant de 50 ha proche de cette limite.
Vous pouvez utiliser les méthodes ReFH2 et ReFH si vous pouvez identifier le site sur le service Web ou le CD du FEH. Toutefois, les petits bassins versants peuvent présenter des difficultés particulières et le choix des variables pourra primer sur celui des méthodes. La méthodologie ReFH2 permet de résoudre ce problème d’échelle via les équations « d’échelle du graphe » utilisées dans l’analyse ReFH2 déclenchée par InfoDrainage lorsque vous observez des surfaces plus réduites.
Pour vérifier le modèle, recherchez des informations locales sur les cours d’eau et la capacité des ouvrages hydrauliques existants, ainsi que sur la fréquence de débordement. Recherchez les données mesurées disponibles sur le site ou des sites voisins. Vous trouverez des informations supplémentaires sur les performances de la méthode pluie-ruissellement dans le chapitre 7 du volume 4 du manuel FEH et dans le rapport R &D Technical Report FD1913/TR.
La période de retour d’une inondation dépend d’un certain nombre de facteurs. Si une inondation est provoquée par une combinaison de sol saturé ou enneigé, avec un niveau d’eau habituellement élevé dans le cours d’eau récepteur, ainsi que des pluies modérées, la période de retour de l’événement est bien plus importante que la période de retour de la pluie à elle seule.
Les modèles hydrologiques de ruissellement de la pluie des documents FSR et FEH utilisent généralement une pluie liée à une période de retour de 81 ans, ainsi que d’autres facteurs, pour produire un débit de crue avec une période de retour de 50 ans pour les bassins versants ruraux. La relation entre la période de retour de la pluie et le pic du débit de crue est expliquée en détail dans le tableau suivant :
| Période de retour du pic de crue (années) | 2,33 | 10 | 30 | 50 | 100 | 1 000 |
| Période de retour de la pluie (années) | 2 | 17 | 50 | 81 | 140 | 1 000 |
(D’après le tableau 4.3.1 du manuel FEH. Chapitre 4, page 44).
Toutefois, les modèles de drainage urbains tels que la procédure Wallingford supposent que la période de retour du débit et de la pluie sont identiques.
Le rapport de Ciria sur la conception de réservoirs de stockage des eaux de crue (Livre 14, Ciria, page 41, 1996) utilise la même hypothèse dans son exemple de conception qui exploite une méthode FSR mise à jour sur un bassin versant partiellement urbanisé.
Des travaux supplémentaires sur les bassins versants partiellement urbanisés ont été signalés dans le FSSR 5. Ils suggèrent que le temps de réponse de ces bassins versants était moins variable et que la période de retour de la pluie peut être considérée comme égale à celle de l’inondation. Le FEH suggère donc que, pour les bassins versants urbanisés à plus de 25 % (URBAN > 0,25 ou URBEXT > 0,125), la période de retour de la pluie soit être égale à la période de retour de l’inondation type, et indique que le profil de la pluie d’été est approprié. Pour les bassins versants ruraux moins urbanisés, vous devez utiliser la table 4.3.1 du FEH avec le profil de pluie d’hiver. Si URBEXT > 0,5, le bassin versant est sans doute connecté à un système d’égouts et doit être modélisé comme un modèle de drainage urbain.
Par souci de cohérence, lorsque le modèle génère automatiquement une analyse de la période de retour pour un site (qui peut contenir des éléments de l’analyse de ruissellement des procédures FEH et Wallingford), la même pluie est utilisée dans tout le modèle et, conformément à l’hypothèse du FEH pour les bassins versants partiellement urbanisés, les périodes de retour de la pluie et du ruissellement sont supposées être identiques. Vous pouvez générer des hydrogrammes ruraux séparément et les ajouter au modèle si les hypothèses ci-dessus ne s’appliquent pas à un site particulier. Vous pouvez également spécifier un facteur de réduction de surface pour les méthodes à hydrogramme urbain et unitaire (entrée FSR/FEH). Vous pouvez ainsi exécuter une pluie avec une période de retour de 81 ans et l’ajuster, à l’aide du coefficient d’abattement spatial pour le réseau, à une période de retour équivalente de 50 ans. Cette configuration permettrait d’exécuter ensemble différentes périodes de retour, et ce, de manière efficace.
Il n’existe pas de corrélation un à un entre les périodes de retour de la pluie et celles du ruissellement dans les méthodes FEH et FSR. Dans les zones rurales (URBEXT <0,125), par exemple, une période de retour de la pluie de 140 ans est nécessaire pour produire un ruissellement de 100 ans. Cela pose problème pour combiner la procédure Wallingford avec ces méthodes à hydrogramme unitaire. Cette situation est résolue dans la méthode ReFH, car la procédure Wallingford et la méthode ReFH produisent le même ruissellement pour la période de retour que l’événement pluvieux utilisé pour générer les débits.
La méthode FEH de génération de pluies statistiques peut produire des résultats très différents. Par conséquent, si les données FEH de pluviométrie sont utilisées pour l’élément urbain, la méthodologie FEH est également utilisée pour générer des hydrogrammes unitaires. De même, si des pluies FSR sont spécifiées, elles seront utilisées pour tous les ruissellements. Lorsque des hyétogrammes sont spécifiés, l’une ou l’autre méthode permet de générer l’hydrogramme unitaire, car l’hyétogramme est utilisé à la place des précipitations obtenues via des statistiques pour générer le ruissellement urbain et rural.
La méthode ReFH modifie les pluviométries types FEH en termes de hauteur, de durée et de fréquence (DDF) en appliquant un facteur de correction saisonnier pour l’été et l’hiver.