Examen Sept2004 Corrige

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  • Section SIE/GC

    e-drologie Cours dHydrologie Gnrale

    Propdeutique II, septembre 2004

    dure : 60 minutes

    Prof. A Musy, EPFL - ENAC/Hydram - EPFL

    NOM :.

    PRNOM :.

    SECTION :.

    Nombre de points : .... / 18 points

    Note : / 6

    Rpondez uniquement dans lespace prvu cet effet !

    1. Quelle est la dfinition du temps de retour ? Exprimez-le de manire mathmatique. (2pts) Soit un vnement particulier, par exemple que le dbit d'une rivire dpasse une valeur donne au cours d'une anne donne. La probabilit de cet vnement est une mesure de la vraisemblance de sa ralisation et elle est par convention comprise entre 0, lorsqu'il est impossible que l'vnement se produise et 1, lorsque sa ralisation est certaine.

    Si p est la probabilit que l'vnement donn se produise au cours d'une anne donne, le temps de retour attach cet vnement est dfini comme l'inverse de cette probabilit : T=1/p.

    La notion de temps de retour fait rfrence la notion de rgularit ou de priodicit des vnements. Est-ce que cette affirmation est vraie ou fausse ? Justifier.

    FAUX. Le temps de retour ne fait rfrence aucune notion de rgularit ou de priodicit et peut mme s'appliquer des vnements qui ne se sont pas produits et qui ne se produiront peut-tre jamais l'avenir.

    Le temps de retour n'est qu'une autre faon d'exprimer, sous une forme qui se veut plus image, la probabilit d'un vnement un moment donn.

    A dure de pluie gale, plus un vnement sera intense et plus son temps de retour sera grand. Est-ce que cette affirmation est vraie ou fausse ? Justifier.

    VRAI- On se rfre lexpression de la deuxime des deux lois gnrales de pluviosit et aux courbes IDF (Intensit-Dure-Frquence) : dure de pluie gale, une prcipitation sera d'autant plus intense que sa frquence d'apparition sera petite (donc que son temps de retour sera grand).

    2. L'infiltration effective de l'eau un temps donn (cochez la (les) bonnes rponses) (1pts) ; est gale l'infiltrabilit du sol pour des conditions spcifiques. ; .varie dans le temps en fonction de l'tat de saturation du sol. est toujours dnomme capacit d'infiltration. ; influence la capacit de ruissellement. ; . peut tre infrieure au taux d'infiltration maximal, si l'apport d'eau est limit.

    1

  • 3. La figure ci-dessous reprsente lvolution des dbits naturels pour un bassin versant suisse sur 5 jours. (2pts)

    3

    4

    5

    6

    7

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

    Temps [heure]

    Db

    it [m

    3/s]

    A votre avis, quel est le rgime hydrologique de ce cours deau ? Expliquer !

    REGIME GLACIARE ou NIVALE (les deux rponses sont justes)

    Lvolution des dbits de la figure ci-dessous montre une oscillation marque et rgulire de 24 heures entre minima et maxima : le dbit montre une forte variabilit entre le jour et la nuit avec un maximum vers midi (fonte de neige ou de glace) et un minimum au milieu de la nuit (nuit=arrt de la fonte). Il y a donc un rapport direct avec la temprature ambiante et lensoleillement. Le rgime glaciaire se caractrise entre autres par ce type doscillation du dbit entre le jour et la nuit en saison chaude. Le rgime nival de montagne prsente sous une forme attnue certaines des caractristiques du rgime glaciaire, notamment une grande variabilit journalire. Il est donc possible que ce soit aussi ce rgime.

    Il faudrait plus dinformation sur lvolution annuelle pour distinguer ces deux rgimes. Si la priode observe se situe au printemps il sagit plutt dun rgime nival, si elle se situe en t il sagit plutt dun rgime glaciaire (toute la neige ayant dj fondue).

    4. La figure ci-dessous dcrit le dispositif exprimental (lysimtre) pour mesurer une grandeur hydrologique X.

    (2pts)

    (a) De quelle grandeur sagit-il ? (cochez la (les) bonnes rponses)

    Evapotranspiration de Rfrence Evaporation ; Evapotranspiration Relle Interception Evapotranspiration Maximale

    (b) Quelle est l'quation du bilan hydrologique au niveau de ce dispositif ?

    Le bilan hydrologique au niveau de ce dispositif peut scrire de manire simple :

    Entre Sortie =variation de stock =0

    P (R+D+ETR)= 0

    Avec, R=0 au niveau du lysimtre et X= ETR.

    2/5

  • 5. Le bassin versant thorique reprsent ci-dessous a une surface de 200 km2. Il est divis en 4 zones de 50 km2 chacune dlimites par des courbes isochrones quidistantes de 1 h.

    (2pts)

    (a) Quest ce quune courbe isochrone ?

    Courbe dgale temps de concentration

    (b) A votre avis, pour quelle dure de pluie (uniforme et constante) le dbit maximal serait-il atteint ? 1 heure 2 heures 3 heures ; 4 heures

    (c) Justifier votre rponse !

    Le dbit maximal est atteint lorsque la dure de la pluie est gale au temps de concentration du bassin. Au bout de 4 heures toute la surface du bassin contribue au dbit lexutoire.

    6. Pour le bassin versant ci-dessus (question 5), on considre un coefficient de ruissellement de 30 % sur lensemble du bassin. Calculer et dessiner lhydrogramme de crue rsultant dune pluie de 50 mm en 1 heure et tombe uniformment sur l'ensemble du bassin versant.

    (2pts)

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300

    0 1 2 3 4 5 6Temps [h]

    Db

    it [m

    3/s]

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    300Pl

    uie

    [mm

    ]

    Pluie Q1 [m3/s]Q2 [m3/s] Q3 [m3/s]Q4 [m3/s] Qt [m3/s]

    Temps Pluie Q1 Q2 Q3 Q4 Qt[h] [mm] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s] [m3/s]0 50 0 01 208.3 0 2082 0 208.3 0 2083 0 208.3 0 2084 0 208.3 2085 0 0

    7. La figure ci-dessous reprsente deux types de rponse hydrologique. Complter avec le numro de lhydrogramme correspondant :

    (1pts)

    1 Rseau hydrographique dvelopp

    2 Bassin versant faible relief

    2 Gologie du bassin trs permable

    1 Bassin versant urbain

    2 Prsence dun barrage

    3/5

  • 8. Remplissez le tableau ci-dessous avec les mthodes de mesures ponctuelle et continue pour les trois grandeurs hydrologiques cites.

    (2pts)

    Mesure ponctuelle Mesure en continue ou indirecte

    Pluie Pluviomtre Pluviographe

    Hauteur deau Limnimtre (chelle linimtreique) Limnigraphe ( flotteur, bulle

    bulle)

    Dbit Mthodes "volumtriques" (ou

    jaugeage capacitif)

    Mthodes "d'exploration du champ

    de vitesse" (jaugeage classique)

    Mthodes "physico-chimiques"

    Mthodes "hydrauliques"

    Courbe de tarage Q=f(H)

    9. Une tude hydrologique a t mene sur un petit bassin versant de 500 ha. Le dbit moyen annuel a t estim 35 l/s lexutoire.

    (2pts)

    Une commune envisage de construire une retenue de 1000 m2 lexutoire de ce bassin versant (qui recueillerait la totalit des eaux du bassin). La rgion concerne se situe au niveau de lisohyte 600 mm, et les mesures partir dun bac type Colorado donne une vaporation moyenne annuelle de 260 mm.

    Admettant quil ny a pas de perte par infiltration, ni dautre affluent, estimer le volume deau moyen annuel disponible dans cette retenue.

    Il sagit de faire le bilan hydrologique au niveau de la future retenue de 1000 m2.

    Les entres : Prcipitations directes sur le plan deau : P= 600/1 000 1 000 = 600 m3. Volume provenant de lcoulement alimentant la retenue : R= 35/1 000 24 60 60

    365= 1 103 760 m3.

    Les sorties (ou pertes) : 1. Evaporation partir de la surface du plan deau de la retenue : E= 150/1 000 1 000

    = 260 m3.

    Le bilan hydrologique au niveau de la future retenue peut scrire :

    P+R = E+S avec S = Stock final Stock initial Le stock initial tant nul et aucunes pertes ni apports tant considrer, on a donc un volume moyen disponible :

    S=P+R-E = 1 104 100 m3.

    (NB : pour ceux qui ont fait le calcul en lame deau : le volume disponible reprsente une lame deau de 3000 mm)

    4/5

  • (2pts) 10. Vous disposez dune srie de mesures de dbits annuels sur les 50 dernires annes pour un bassin

    versant donn. Vous savez qu'une intervention humaine a eu lieu il y a une dizaine danne sur ce bassin versant. Quel type de contrle pouvez-vous faire sur cette srie pour vrifier si cette intervention a eu une influence sur vos donnes ? Expliquez la procdure !

    Il faut vrifier l'homognit des donnes. Deux mthodes complmentaires :

    1/ Tester graphiquement l'homognit des donnes des dbits grce la mthode des doubles cumuls

    Il sagit de choisir une station de rfrence et sassur qu cette station la srie de dbit ne prsente pas d'inhomognit et est aussi longue.

    Application de la mthode des doubles cumuls. Il suffit de tracer un graphe des dbits cumuls aux deux stations.

    2/ Vrifier l'homognit des donnes laide de tests d'homognit ou tests de comparaison d'chantillons

    Procdure :

    On spare la srie des 50 dbits annuels en deux chantillons : lun avant lintervention humaine qui a eu lieu sur le bassin versant, lautre aprs.

    Puis on fait le test d'homognit de la moyenne qui se base sur la statistique de Student pour deux chantillons ou le test d'homognit de la variance qui correspond au test de Fisher-Snedecor

    11. Question subsidiaire (cochez la (les) bonnes rponses) Parmi les processus mentionns ci-dessous, lesquels entrent en jeu pour expliquer le dbit dun cours deau lorsquil ne pleut pas ?

    L'coulement dans la macroporosit du sol. L'coulement depuis des stocks de surface (rservoir, glacier ...). L'coulement latral ou hypodermique. L'coulement par dpassement de la capacit d'infiltration. L'coulement par effet piston. L'coulement par intumescence de la nappe.

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