6.3. Domaine hydrologique

6.3.1. Introduction

Dans le cas des réseaux des grandes agglomérations ou dans les secteurs amont des vallées alluviales, il est souvent inutile de modéliser finement la propagation des hydrogrammes des réseaux amont à l’aide de lois de type Barré de Saint Venant. Des logiciels de calculs simplifiés, basés sur la méthode de l’onde diffusive, suffisent généralement.

D’où l’intérêt, pour favoriser la rapidité des calculs et faciliter l’exploitation de grands modèles, de limiter la modélisation hydraulique aux secteurs aval, caractérisés généralement par de faibles pentes, de nombreuses singularités et d’effets aval, et d’alimenter ces réseaux par des modèles hydrologiques simplifiés.

Le domaine hydrologique répond à ces besoins, il assure une double fonction de:
  • génération d’hydrogrammes de ruissellement à partir de données pluviométriques,
  • propagation de ces hydrogrammes le long d’un réseau secondaire composé de tronçons de routage et de singularités de type dérivation ou bassins.

Un sous réseau hydrologique génère des hydrogrammes à partir de la pluie, les propage à l’aide de lois de routage simplifiées, et modélise des ouvrages particuliers tels que des dérivations ou des bassins. Les hydrogrammes calculés aux exutoires aval d’un réseau hydrologique sont automatiquement injectés dans le réseau hydraulique ou rejetés vers l’extérieur.

Lors d’une simulation les calculs hydrologiques peuvent être exécutés indépendamment de la simulation hydraulique : les résultats de cette modélisation peuvent être donc exploités sans devoir exécuter la simulation des sous modèles hydrauliques.

Sur un plan algorithmique les calculs des réseaux hydrologiques sont exécutés suivant une table d’opérations en procédant de l’amont vers l’aval dans chaque sous réseau. A chaque étape de calcul un hydrogramme attaché à un objet de modélisation est calculé. Il résulte de cette procédure que les calculs hydrologiques sont très rapides mais la validité des résultats est conditionnée par l’absence d’influence hydraulique aval.

6.3.2. Schématisation d’un sous réseau hydrologique

La modélisation d’un sous réseau hydrologique met un œuvre un ensemble d’objets de modélisation hydrologique, distinct des objets de modélisation hydraulique, pour simuler :
  • Les apports de ruissellement à partir de la pluie,
  • Les apports de temps sec,
  • Les apports définis par des hydrogrammes externes,
  • Les routages le long de tronçons de collecteurs,
  • Les dérivations,
  • Les stockages dans les bassins.

Le domaine hydrologique se compose d’arborescences distinctes. Une arborescence se compose en amont de nœuds de bassin versants (catchment) , connectés chacun à un regard( hydrology node) par l’intermédiaire d’un élément de routage (hydrology routing).

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Les objets de modélisation associés au domaine hydrologique sont les suivants :

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Le HY_CC catchment contour est une entité polygonale servant à délimiter le contour du bassin versant. Cet objet n’a pas d’attribut particulier et sert au calcul des lames d’eaux moyennes précipitées sur chaque bassin versant (noeud de type catchment) en cas de pluie spatialement hétérogène.

Le HY_C Catchment permet la transformation pluie - débit. Il correspond à un noeud auquel sont attachées les caractéristiques géométriques, les lois de production de pluie nette et de ruissellement et les paramètres associés. La page Catchment node précise les modalités de calcul automatique des champs associés aux catchmant node (surface, longueur, pente, coefficient d’imperméabilisation et paramètres associés aux fonction de production de pluie nette).

Le routage simplifié des apports hydrologiques se fait via un réseau maillé pouvant contenir les éléments suivants :

  • des HY_N regards
  • des liaisons binodales, connectées à chaque extrémité à un regard :
    • HY_P connecteurs, permettant de propager un hydrogramme entre deux noeuds sans déphasage et sans déformation
    • liaisons de dérivation, posées sur des nœuds hydrologiques; elles doivent obligatoirement figurer à tous les points comportant des diffluences
    • des colllecteurs; ce sont les mêmes objets que ceux du réseaux hydraulique d’assainissement : NET_P Pipe
  • des HY_RS bassins de stockage et des HY_RSP bassins de stockage paramétriques
  • des HY_BC conditions limites

Les exutoires aval d’un sous réseau hydrologique sont obligatoirement matérialisés par un des objets suivants :

  • Une condition limite aval (HY_BC hydrology BC) qui doit être posé sur le regard aval : l’hydrogramme aval sort du réseau modélisé, dans le cas par exemple d’un rejet dans le milieu récepteur,

  • Un élément de routage hydrologique (HY_R hydrology routing) permettant de raccorder un réseau hydrologique à un réseau hydraulique. Le nœud hydraulique peut être de type quelconque (manhole, river node, station node, storage, element 2D, crossroad) mais doit porter un objet `hydrograph`.

6.3.3. Règles d’agencement des objets

Le schéma ci-après présente des exemples licites d’agencement d’arborescences hydrologiques

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6.3.4. Principe de calcul

L’arborescence hydrologique constitue un domaine à part : les calculs sont en effets réalisés dans une étape préliminaire selon une logique amont-aval : les hydrogrammes sont calculés de proche en proche en descendant le long de l’arborescence.

Les hydrogrammes obtenus aux exutoires aval qui sont connectés au réseau hydraulique sont stockés temporairement.

Ils sont ensuite utilisés comme input hydrologiques dans la phase suivante de calcul hydraulique qui met en œuvre tous les autres domaines.

6.3.5. Résultats fournis par un calcul hydrologique

Les résultats de calcul sont disponibles via les outils d’exploitations communs à l’ensemble des nœuds de calcul (hydrogrammes notamment).

Les résultats de synthèse sont également stockés dans un fichier au format .csv situé dans le répertoire hydrol du working directory. Ce dernier fournit des bilans à chaque point de calcul.

Un outil appelé via le gestionnaire de scénarios permet le dimensionnement automatique des réseaux pour un scénario hydrologique donné : network auto-dimensionning.

L’outil développé pour faire cette conversion est décrit ci-après.