METEEAU Utilisateur
METEEAU Utilisateur
METEEAU Utilisateur
METE-EAU
Logiciel d’hydrologie urbaine pour le diagnostic et
le dimensionnement des réseaux d’assainissement
MANUEL UTILISATEUR
Septembre 2007
www.hydratec-software.com
info@hydratec-software.com
SOMMAIRE
1.1 OBJET
METE-EAU est un logiciel d’hydrologie urbaine développé par HYDRATEC et conçu pour le
diagnostic et le dimensionnement des réseaux d’assainissement. Il met en œuvre deux
modules :
un module de routage pour le calcul des hydrogrammes à travers le réseau, basé sur les
lois simplifiées de propagation le long de collecteurs ou de ruisseaux. Ce module intègre
deux types de singularités :
- les dérivations,
- les bassins de retenue.
Important :
Le recours à des modèles hydrauliques spécifiques est nécessaire dans le cas de réseaux
existants caractérisés par des faibles pentes et de nombreuses singularités, dans lesquels
les effets de remous aval dominent les caractéristiques des écoulements. Il convient alors
d’utiliser un logiciel spécifique de calcul hydraulique tel que HYDRANET.
Entités hydrauliques
Entités hydrologiques
Elles comprennent :
le pluviographe,
le bassin versant élémentaire,
le tronçon de routage hydrologique.
La pluie
Une bibliothèque de sections types peut par ailleurs être constituée. Chaque section est
graphiquement visualisable.
Le diagnostic
Le dimensionnement
Le programme fournit les sections de collecteurs et les volumes des bassins nécessaires
pour la pluie testée.
courbes ponctuelles Q(t) et Z(t) (pour les bassins), visualisables via un grapheur
intégré,
tableau de synthèse regroupant les résultats synthétiques et les données utilisateurs
par entité,
synthèse cartographique visualisable sur le réseau avec possibilité de consulter les
résultats synthétiques attachés à chaque entité.
Si le réseau n’est pas déjà créé sur un autre logiciel (Autocad, Mapinfo…) il est possible
d’importer un fond de plan et de le caler en coordonnées absolues. On peut ainsi utiliser ce
fond de plan comme guide pour créer le réseau en se servant des lignes et symboles
prédéfinis.
Tout cet ensemble est piloté par l’interface METE-EAU, comme l’illustre le synoptique
suivant :
Architecture de METE’EAU
METEOGEN
Base de données
METE-EAU gère un certain nombre de fichiers générés par les différents modules de
l’application, et dont l’articulation est définie sur le synoptique page suivante.
On a distingué sur le synoptique les fichiers intermédiaires, n’offrant aucun intérêt pour
l’utilisateur et les fichiers utilisateurs, contenant les données et les résultats d’une simulation.
Un seul fichier est requis, il est désigné sous le nom générique XXX.MTF où XXX est un
identificateur du réseau. Ce fichier, de type .EMF intègre sa propre base de données ainsi
que toutes les données de paramétrage nécessaires à l’exécution d’un scénario.
C’est un fichier très compact, de petite taille, même dans le cas d’un réseau complexe.
Après lancement et exécution d’un scénario, METE-EAU crée au niveau du fichier XXX.MTF
un répertoire portant le nom du scénario (ZZZ). Les fichiers résultats créés par METE-EAU
dans ce répertoire sont :
Hydrologie
Hydraulique
Avec YYY : identificateur des fichiers résultats, composé de l’identificateur de réseau XXX
évoqué précédemment et du scénario de simulation ZZZ. Ceci s’avère très utile car on
applique souvent plusieurs scénarii hydrologiques à un même réseau.
YYY = ZZZ_XXX
scenario.NOM
YYY.GEN YYY.ERR
METEOGEN ROUTGEN
YYY.NOD YYY.LOG
YYY.BRN
YYY.LI1
YYY.LI2
YYY.PLU
XXX.MTF YYY.SEC
YYY.APP
YYY.CTL
YYY.DAT YYY.BV
YYY.OPS
YYY.HYS
YYY.RES YYY.ERR
YYY.DEB ROUT YYY.LOG
YYY.LIM
YYY.SOR
Fichiers utilisateur
Dans le répertoire du Dans le répertoire du
modèle XXX.MTF scénario de simulation ZZZ Fichiers intermédiaires
Par ailleurs, la formulation retenue favorise des vitesses d’exécution élevées : Une
simulation de plusieurs centaines de branches sur une durée hydrologique de 10 heures
demande quelques secondes d’attente. Enfin, aucun risque de plantage numérique n’est à
craindre, de par la nature même des procédures de résolution retenues.
une barre d’outils contenant des icônes pour l’activation de certaines tâches,
l’espace de travail contenant le schéma du réseau. Cet espace ne se limite pas aux
dimensions physiques de l’écran, il est beaucoup plus vaste et peut être visualisé à
l’aide des barres de défilement en bas et à droite de l’écran.
Barre de menus
Espace de travail
Barre d’outils
La barre d’outils est constituée de 15 icônes utilisées pour la mise à jour des éléments et la
visualisation du réseau. Les fonctionnalités disponibles sont récapitulées sur la figure 2 ci-
dessous.
Figure 2 :
1 Effacer un élément
2 Déplacer un élément
6 Éditeur général
7 Sauvegarder le réseau
2. Pour déplacer un élément (de type singularité) posé sur un nœud, il faut
sélectionner l’élément puis le faire glisser en maintenant le clic gauche appuyé.
L’élément et le nœud, ainsi que les collecteurs ou liaisons attachés à ce nœud
seront déplacés.
Collecteur 1
Collecteur 3
Collecteur 2
insérer
Déplacer le curseur avec l’outil « Insérer » sur le collecteur où il faut ajouter un nœud. Il
apparaît alors dans une couleur différente, la position du curseur le long du tronçon est
indiquée en haut à gauche de l’espace de travail (distance par rapport au nœud amont).
Cliquer à l’endroit du collecteur où il faut placer le nœud. METE-EAU calcule
automatiquement par interpolation la cote de terrain naturel du nouveau nœud et les cotes
radier des deux tronçons de collecteurs créés.
10. Les outils « zoom+ » et « zoom- » peuvent être utilisés en cliquant une fois
dans l’espace de travail, le zoom est alors centré à l’endroit du clic ou en
délimitant avec la souris la fenêtre de zoom.
11. La réactualisation d’une vue est utilisée lorsque les éléments apparaissent trop
épais ou trop fins après un zoom par exemple.
12. En cliquant sur « sens des liaisons » METE-EAU fait apparaître le sens
d’écoulement (sens amont → aval tel qu’il a été dessiné par l’utilisateur) des
collecteurs et des liaisons.
Pour désactiver l’outil et obtenir un curseur normal : appuyer sur la touche Echap.
Le menu Réseau, contenant les outils pour positionner toutes les entités hydrologiques et
hydrauliques nécessaires à la schématisation du réseau.
Le menu Util, utilisé pour écrire du texte sur le schéma, comptabiliser les éléments du
réseau et localiser les éléments selon leur identifiant.
Important :
Ce qui figure dans l’espace de travail METE-EAU est une représentation schématique du
modèle, seules les données entrées dans les éditeurs seront prises en compte dans les
calculs. Les distances représentées sur le dessin peuvent être totalement différentes des
distances entrées dans le modèle.
Cette étape est vivement conseillée pour faciliter et optimiser toutes les possibilités
d’importation et de création d’un modèle, et nécessaire pour modéliser une pluie réelle.
1. Importer le fond de plan sur lequel sera tracé le schéma du réseau : menu Fichier /
Importer / Fond de plan.
Le menu Fichier / Préférence permet d’ajuster la taille des symboles. S’ils apparaissent trop
petits pour certains facteurs de zoom, augmenter la taille des symboles et l’épaisseur des
traits.
Il faut déterminer trois points de calage de coordonnées (X,Y) en mètres qui forment un
angle proche de 90°.
Dans le menu Réseau / Calage du réseau / Définition de points de calage, cliquer sur
Nouveau pour créer un point de calage. Le curseur change d’apparence. Cliquer alors dans
l’espace de travail pour positionner le point de calage. Définir ensuite les coordonnées du
point de calage dans la fenêtre Nouveau point de calage et Valider ses coordonnées (voir
figure 3 page suivante).
Après avoir défini trois points de calage valider le calage en cliquant sur Ok dans la fenêtre
Définition des points de calage.
Dans la fenêtre Définition des points de calage cliquer sur Enlever pour supprimer un point
de calage et sur OK pour valider les trois point de calage.
Le calage d’un réseau est utilisé lorsqu’on désire travailler avec les coordonnées réelles des
nœuds, dans ce cas la longueur des collecteurs qui sont tracés est automatiquement
calculée par METE-EAU. Ceci permet d’avoir un dessin à l’echelle sur le fond de plan. La
longueur des collecteurs est recalculée par METE-EAU lors de leurs déplacemenents avec
la touche Ctrl enfoncée.
Point 3
Point 1 Point 2
Dans le cas où l’utilisateur ne souhaite pas caler le réseau, METE-EAU utilise pour cette
étape les coordonnées par défaut de l’espace de travail. Si on importe des nœuds à partir de
plusieurs sources, les coordonnées des nœuds dans chaque fichier doivent être cohérentes
entre elles et avec le réseau éventuellement déjà ouvert dans l’espace de travail.
Avec ou sans calage, les résultats de calculs obtenus seront les mêmes car seules les
distances relatives (rentrées dans l’éditeur) sont utilisées en interne lors des calculs.
Sur un réseau existant déjà ouvert ou pour construire un nouveau réseau il est possible
d’importer les coordonnées des nouveaux nœuds et des collecteurs au format texte ou
.mif/.mid (fichiers d’échange Mapinfo).
Au format texte ou mif/mid les procédures d’importation des nœuds, collecteurs, centroïdes
des bassins versants et stations de gestion sont identiques. Les fichiers d’import doivent
contenir les données en colonnes dont les caractéristiques sont spécifiées ci-après.
Important :
- L’utilisateur doit préciser pour chaque donnée la colonne dans laquelle elle figure.
- Pour toutes les données définies par des chaînes de caractères, il faut respecter la casse.
Le fichier d’import des nœuds est structuré en 4 colonnes, les colonnes 1 à 3 sont
obligatoires :
Important :
Les colonnes 2 et 3 doivent faire référence à des nœuds déjà importés ou dessinés dans
l’espace de travail (colonne 1 du fichier des nœuds).
Important :
Les colonnes 2 et 3 doivent faire référence à des nœuds déjà importés ou dessinés dans
l’espace de travail (colonne 1 du fichier des nœuds).
Important :
Important :
Placer les éléments constitutifs du réseau dans l’espace de travail en sélectionnant les outils
de dessin dans le menu Réseau / …. .
Le nœud
Le nœud est le « ciment » du réseau. Il sert à relier les tronçons de collecteurs entre eux et
sert de support à toutes les singularités. Il est repéré par un identifiant. Sélectionner l’outil
nœud et cliquer dans l’espace de travail pour positionner les nœuds.
Collecteur et raccords
Ces entités sont créées en joignant deux nœuds, en prenant bien soin de respecter l’ordre
amont-aval, vis-à-vis de la structure globale du réseau.
Le raccord est une liaison permettant de translater les hydrogrammes entre 2 nœuds.
Important :
En fonction du calage établi précédemment METE-EAU propose pour chaque nouvel
élément créé une longueur calculée. Si celle-ci n’est pas égale à celle que l’on souhaite
modéliser, il convient de la modifier dans l’éditeur. C’est uniquement cette valeur
enregistrée dans l’éditeur qui sera prise en compte pour les calculs hydrauliques.
Si le réseau est correctement calé, lorsque que l’on maintient appuyée la touche « ctrl »
et que l’on déplace un nœud qui maintient deux collecteurs, METE-EAU calcule
automatiquement la nouvelle longueur des collecteurs, si la touche « ctrl » n’est pas
appuyée le schéma est modifié mais la longueur qui a été enregistrée par l’éditeur reste
inchangée.
Bassin versant
Routage hydrologique
Canalisation
Injection d’hydrogramme
- Bassin versant élémentaire, repéré en son centre de gravité par une entité ponctuelle
propre : sélectionner l’outil et cliquer dans l’espace de travail pour positionner le bassin
versant,
- Module de routage hydrologique reliant un bassin versant à un exutoire de bassin
versant : sélectionner l’outil et relier les bassins versants aux exutoires de bassins versants,
- Exutoire de bassin versant, à l’aval d’une arborescence de bassins versants élémentaires
et de modules de routage : sélectionner l’outil et positionner l’exutoire en cliquant
obligatoirement sur un nœud du réseau,
- Injection d’hydrogramme : sélectionner l’outil et cliquer obligatoirement sur un nœud du
réseau pour positionner l’objet.
NB : En cliquant directement sur un nœud avec l’outil bassin versant, METE-EAU crée
automatiquement
Sélectionner l’outil et cliquer obligatoirement sur un nœud pour positionner l’objet. Ce sont
les déversoirs, les dérivations et les bassins de retenue.
RS RSP
NB : les éléments aval et amont des dérivations et réservoirs peuvent être de type collecteur
ou raccord.
Un nœud aval du réseau doit obligatoirement être occupé par une condition à la limite aval.
Sélectionner l’outil et cliquer sur le nœud désiré.
Pluviographe
Entité ponctuelle pouvant être posée n’importe où, lorsque le réseau est calé. Sélectionner
l’outil et cliquer dans l’espace de travail pour positionner l’objet.
Marquage de sortie
Module pouvant être posé sur n’importe quel nœud libre du réseau, pour assurer une
sauvegarde d’hydrogramme consultable en ce point après calcul.
Barre d’outil / Editeur général : cliquer sur l’outil pour obtenir le tableau de toutes les
caractéristiques des éléments du réseau triés par type. Pour modifier le contenu des cellules,
cliquer dans les cellules et taper les valeurs souhaitées. Pour valider les modifications dans
l’éditeur général, cliquer sur Valider dans la fenêtre de l’éditeur.
Important :
L’identificateur de chaque élément ne doit impérativement pas dépasser 8 caractères.
Barre d’outils / Editeur élémentaire : sélectionner l’outil et cliquer sur les éléments pour
modifier leurs caractéristiques. Pour chacun des éléments double-cliquer dans la cellule de
l’identificateur pour modifier l’identificateur de l’élément. Taper sur Entrée pour valider
l’identificateur.
Les sections de collecteurs fermés et ouverts sont définies dans le menu Option / Sections
de collecteur (voir figure 4 page suivante) :
Important :
La courbe hauteur/largeur de la section doit être définie dans un ordre strictement croissant
des hauteurs. La hauteur maximale de la section doit être non nulle et toutes les valeurs
doivent être positives.
Le menu Importer permet d’importer une série de sections prédéfinies dans un fichier
externe. Il existe deux types de format de fichiers décrits en annexe 2 : *.SEC et *.CRB.
1.2
1.1
0.9
0.8
0.7
hauteur (m)
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
Hauteurs dans un ordre
0
strictement croissant
-0.15
-0.25
-0.20
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.25
0.20
largeur (m )
0.5
0.4
0.3
hauteur (m)
0.2
0
-0.20
-0.10
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
-0.40
-0.30
largeur (m )
Remplir les caractéristiques morphologiques du bassin versant en cliquant dans les cellules
voulues. La surface, la longueur de cheminement et la pente moyenne doivent être non
nulles.
Choisir la fonction de production de la pluie nette ainsi que le fonction de production du
ruissellement avec les menus déroulant.
METE-EAU dispose de quatre fonctions de production de la pluie nette :
1. Modèle à coefficient de ruissellement constant
2. Modèle de Horner
3. Modèle de Holtan
4. Modèle SCS (Soil Conservation Service)
Routage hydrologique :
Pour chaque élément aval (autant que le nombre de dérivation indiqué), sélectionner dans la
liste le type de dérivation : seuil, orifice, loi de type Strickler, loi paramétrique de type Q(z).
Cliquer ensuite sur Ouvrir pour compléter les caractéristiques de la dérivation (sauf pour la
loi de type Strickler).
Pour définir la courbe de forme du bassin, cliquer sur Ajouter ou Insérer une ligne pour
ajouter ou insérer un nouveau point à la courbe. Cliquer sur Supprimer pour supprimer un
point de la courbe.
Le menu Visu permet de visualiser la courbe rentrée par l’utilisateur.
Pour définir la courbe du débit de fuite et du débit de surverse, cliquer sur Ajouter ou Insérer
une ligne pour ajouter ou insérer un nouveau point à la courbe. Cliquer sur Supprimer pour
supprimer un point de la courbe.
Le menu Visu permet de visualiser la courbe rentrée par l’utilisateur.
Pluviographe :
Pour identifier les éléments sur le schéma utiliser de menu Util / Placer un texte de
légende ou Util / Etiqueter les éléments selon leur type.
Pour placer un texte de légende cliquer dans l’espace de travail à l’endroit où le texte doit
être placé. Taper le texte puis valider (touche Entrée). Le texte peut alors être déplacé
comme les autres éléments du dessin avec l’outil « Déplacer » et effacé avec l’outil
« Suppr » de la barre d’outils. La police, la taille, la couleur et l’orientation du texte sont
modifiables avec le « clic droit » sur le texte sélectionné ou un ensemble de textes
sélectionnés. Un menu contextuel apparaît pour effectuer les modifications.
Tous les textes de légende et étiquettes seront affichés sur les cartes de synthèse.
Le menu Fichier / Préférence permet de modifier la taille des éléments dessinés : voir
paragraphe 3.1.
A chaque type de pluie correspond une bibliothèque de pluies. Dans chaque fenêtre de
bibliothèque on utilise les menus Ajouter, Insérer, et Supprimer pour ajouter, insérer ou
supprimer une ligne. A chaque ligne correspond une pluie, pour modifier la désignation ou le
commentaire, double cliquer dans la cellule voulue. Pour paramétrer une pluie, cliquer sur
Editer dans la ligne correspondant à la pluie.
Coefficients de Montana
Cette pluie, qui n’a rien de physique, est caractérisée par un hyétogramme de forme
doublement triangulaire de durée différente pour chaque bassin versant élémentaire. Cette
durée est ajustée pour satisfaire le débit de pointe donné par la méthode Caquot à l’exutoire
de chaque bassin versant élémentaire : la durée de la pluie est égale au temps de
concentration du bassin versant.
Choisir le coefficient de Montana parmi ceux définis au menu précédent puis cliquer sur
Enregistrer pour enregistrer ou Fermer pour fermer la fenêtre sans enregistrer.
Cette pluie, supposée uniforme sur l’ensemble de la zone d’étude, est définie par un
hyétogramme en forme de triangle simple, construit à partir des paramètres suivants fournis
par l’utilisateur :
tP
t (min)
D
La méthode de construction de cette pluie fictive est celle préconisée par le LHM à partir des
coefficients de Montana (a, b). Ceux-ci permettent de relier l’intensité moyenne d’une averse
et sa durée pour une période de retour T donnée :
i(T ) = a × Db
La pluie de projet simple triangle convient pour des bassins versants à réponse rapide
(inférieure à 30 min). Au-delà, il faut sélectionner une pluie double triangle.
Cette pluie, supposée uniforme sur la zone d’étude, est définie par un hyétogramme en
forme de double triangle, construit à partir des paramètres suivants :
ii
D2
t (min)
D1
De plus, les études menées notamment par le LHM montrent que la période de retour T2
doit être choisie environ deux à trois fois plus faible que T1.
La lame d’eau totale est calculée par l’expression :
β
D
*
HM1 = (HM ) * 1
1
2
où HM1* est la lame d’eau tombée pour une pluie de période de retour T1 et de durée 2h
(calculée avec a1 et b1 coefficients de Montana de l’épisode total) et D1 est la durée de
l’épisode total exprimé en heures.
β est un coefficient déterminé par COLIN et BEDEL pour des durées supérieures à 2 heures,
compris entre 0,22 et 0,29 suivant les régions. On a sélectionné dans METE-EAU une valeur
unique moyenne égale à 0,260
La lame d’eau de l’épisode intense (surface hachurée) est calculée par l’expression :
b2
HM2 = a2 * D2 * D2 où a2 et b2 sont les coefficients de Montana de l’épisode intense et D2
sa durée en minutes.
Cette pluie, supposée uniforme sur la zone d’étude, est définie par une courbe d’intensité I(t)
donnée par l’utilisateur.
i (mm/h)
t (min)
Une pluie réelle est définie par la connaissance de courbes pluviographiques H(t) réparties
géographiquement. La lame d’eau précipitée sur un bassin versant élémentaire est calculée
par interpolation des courbes pluviographiques suivant une des deux méthodes : Thiessen
ou pondération par les distances.
Important :
Dans ce cas le calage de l’espace de travail est primordial et les coordonnées des
pluviomètres et des bassins versants doivent être cohérentes.
∑ (I
i= 1
i / d i2 )
I(x, y) = n
∑ (1/ d )
i =1
2
i
Pour définir une pluie, l’utilisateur doit rentrer pour chaque pluviomètre la courbe H(t) des
hauteurs cumulées en fonction du temps. La case à cocher « marche » permet d’activer ou
non le pluviomètre. Lorsqu’il n’est pas activé les données concernant celui-ci sont ignorées
pour le calcul de l’intensité de la pluie sur les bassins versants.
Utiliser les menus Ajouter, Insérer et Supprimer pour ajouter, insérer ou supprimer une
ligne. Cliquer sur Visu pour visualiser les courbes rentrées. Cliquer sur Valider pour
enregistrer les données et sur Fermer pour fermer la fenêtre sans enregistrer les
modifications.
Double-cliquer sur Parcourir ou sur le nom du fichier pour localiser le fichier externe. Le
format du fichier externe est décrit en annexe 3. L’identifiant de la pluie doit figurer une seule
fois dans le fichier externe.
Le menu Importer permet d’importer une série de pluies de projet synthétiques stockées
dans un même fichier externe.
Double-cliquer sur Parcourir ou sur le nom du fichier pour localiser le fichier externe. Le
format du fichier externe est décrit en annexe 3. L’identifiant de la pluie doit figurer une seule
fois dans le fichier externe.
Le menu Importer permet d’importer une série de pluies réelles issues de données
pluviographiques stockées dans un même fichier externe.
L’intensité de pluie hbv(j) affectée à chaque bassin versant j est déduite de celle des mailles
radar H(i) par pondération des surfaces élémentaires issues de l’intersection entre les
bassins versants et les mailles radar Sbv(ij).
i=M
∑ H(i) * Sbv(ij)
i=1
hbv( j) = i=M
∑ Sbv(ij)
i=1
d’un fichier des données pluviométriques donnant au pas de temps de 5 min l’intensité de
la pluie en mm/h sur chaque maille radar où la lame d’eau est non nulle. Le format de ce
fichier (*.PRF) est décrit en annexe au paragraphe 3.
Double-cliquer sur Parcourir ou sur le nom du fichier pour localiser les fichiers *.CRB et
*.PRF.
Permet de visualiser la liste de toutes les pluies paramétrées par l’utilisateur tous types
confondus :
Avant de lancer les modules de calcul, le menu Exploitation / Cohérence des données,
permet de détecter les éléments sources d’erreur : éléments orphelins, éléments posés en
double en un même point, données interdites (diamètre nul, obligation de condition limite
aval).
Les scénarii de simulation sont paramétrés grâce au menu Scénario / Paramétrage d’un
scénario de simulation.
A partir de la liste des scénarii de simulation, cliquer sur Ajouter, Insérer ou Supprimer pour
ajouter, insérer ou supprimer une nouvelle ligne. A chaque ligne correspond un scénario.
Pour modifier la désignation ou le titre du scénario, double-cliquer dans la case souhaitée.
Tous les scénarii de simulation sont enregistrés dans le même fichier .MTF.
Choisir la pluie en cliquant sur l’identifiant de la pluie pour obtenir la liste des pluies. Double-
cliquer ensuite sur la pluie souhaitée.
Choisir dans le menu déroulant parmi les scénarios existants le scénario à simuler.
Il est possible à l’issue de cette étape de calculs, de consulter les hydrogrammes d’apports
dans les réseaux générés à partir des données pluviométriques.
Ces résultats sont visualisés à l’aide de l’utilitaire WORDPAD : ils peuvent en conséquence
être imprimés ou sauvegardés dans le format sélectionné par l’utilisateur, à l’aide des
commandes disponibles dans WORDPAD.
Passer le curseur de la souris sur le collecteur pour obtenir des résultats
Double-cliquer sur le
chiffre pour le
modifier.
Cliquer sur OK
pour valider
l’échelle de
couleur.
La pluie nette, c’est-à-dire la hauteur de la lame d’eau qui ruisselle, peut être calculée
suivant 4 méthodes dans METE-EAU :
- modèle Horner,
- modèle Holtan,
- coefficient de ruissellement constant,
- méthode SCS.
C p ( t ) = α * exp −β*Pa ( t )
Théoriquement, les coefficients α et β varient d’un bassin versant à l’autre pour une même
zone d’étude. D’où la nécessaire étude de calage sur un certain nombre de bassin versant
expérimentaux pour en déduire les valeurs moyennes applicables à l’ensemble des bassins
versants de la zone d’étude.
α = 0,60 et β = 0,118
La lame d’eau qui ruisselle Qe(t) est reliée à l’intensité de la pluie i(t) et au coefficient de
perte Cp par l’expression :
1
Q e ( t ) = C imp * S * (1 − C p ) * i( t ) *
360
Les coefficients Fc, A et T font partie des caractéristiques de chaque bassin versant.
Fc = 2 à 5 mm/h
A = 10 à 50 mm/h
T = 10 à 100 mm/h
De bons calages ont été obtenus avec cette méthode au cours d’études récentes sur des
bassins versants naturels de quelques milliers d’hectares.
Avec ce module, les pertes sont appliquées à la surface totale du bassin versant. La lame
d’eau qui ruisselle est donnée par l’expression :
La lame d’eau Qe(t) est reliée à tout instant à l’intensité de la pluie brute i(t) par :
1
Qe ( t ) = Cr * i( t ) *
360
- Si le bassin versant est de type rural, aucune règle ne peut fournir d’estimation pour Cr, il
faut disposer de mesures pour caler ce coefficient.
Cette méthode, proposée à l’origine par le « Soil Conservation Service » n’est applicable que
pour des bassins versants ruraux.
iruisselée(t)
SOL
Iressuyage(t)
P(t)
NAPPE
La hauteur cumulée de lame d’eau ruisselée entre les instants 0 et t est donnée par :
P( t ) − 0,2 J
R(t) =
P( t ) + 0,8 J
Où J est la hauteur d’interception potentielle en mm et P(t) est la hauteur de lame d’eau
accumulée dans la couche superficielle du sol.
dR (P − 0,2 J) × (P + 1,8 J)
ir (t) = =
dt (P + 0,8 J)2
dP dR
= i − i ressuyage −
dt dt
iressuyage est une vitesse d’infiltration dans la nappe, proportionnelle à la charge P(t).
P( t )
iressuyage = où Tn est un temps de ressuyage exprimé en jours.
Tn
Dans la méthode SCS originelle, iressuyage est mis à zéro. Ce paramètre a été introduit dans le
cas d’une simulation de longue durée (plusieurs jours) dans laquelle le ressuyage de sols
entre deux séquences pluvieuses peut être significatif.
Le SCS propose une table de valeurs pour J, en fonction de la capacité d’infiltration du sol et
du type de couvert végétal.
Cette méthode a été mise au point pour estimer le ruissellement total d’une pluie journalière
de période de retour donnée. L’utilisation de cette méthode pour bâtir des hydrogrammes,
Le modèle Holtan qui s’applique également à des bassins versants ruraux, donne
généralement des résultats plus satisfaisants.
La transformation pluie nette - débit peut être calculée suivant deux méthodes :
- méthode du réservoir linéaire,
- méthode de l’hydrogramme unitaire de type SOCOSE.
Pour la première, le temps de réponse K du bassin versant est donné par l’utilisateur ou
calculé à partir d’une des méthodes disponibles dans la littérature, à savoir : celle de
Desbordes pour les bassins versants urbains, celle de Passini ou Gandiotti pour les bassins
versants ruraux.
Pour la deuxième, le temps de concentration du bassin versant Tc est donné par l’utilisateur.
La transformation pluie-débit est basée sur le principe de l’analyse du système. Dans le cas
du ruissellement, le système considéré est un « bassin versant » : l’entrée du système est
l’hyétogramme des pluies nettes et la sortie, l’hydrogramme du bassin versant.
Le bassin versant est vu comme un réservoir qui temporise l’arrivée des pluies pour en
restituer du débit tout en conservant le volume. En outre, cette temporisation s’effectue
d’une manière linéaire.
4.3.1.2 Equations
Ces deux notions, temporisation linéaire et conservation, se traduisent par les équations
suivantes :
− ( t − to ) − ( t − u)
1 t
Qs( t ) = Qo. exp K
+ ∫ Qe(u). exp K
. du
k
où :
Qo = débit d’entrée à l’instant t = 0
Qo peut être différent de zéro, dans le cas où les effets des pluies antérieures ne sont pas
négligeables.
Sous sa forme discrétisée au pas de temps dt, l’équation ci-dessous s’adapte plus facilement
à la programmation informatique. Elle s’écrit simplement dans le cas où Qo = 0 :
Qs(t + dt) = C1 . Qe (t + dt) + C2 . Qe (t) + C3 . Qs (t)
Avec :
dt 2K − dt
C1 = C2 = et C3 =
2K + dt 2K + dt
Dans la méthode du réservoir linéaire, le seul paramètre de calage explicite est le coefficient
K, correspondant au temps de réponse des bassins versants. Ce calage concerne
essentiellement la pointe de l’hydrogramme de sortie : temps et débit de pointe.
Plusieurs expressions de K existent dans la littérature et varient d’un cas étudié à l’autre.
Dans tous les cas, ces expressions sont complètement différentes selon que le bassin
versant est du type « urbain » ou « rural ». Dans la pratique on parle de bassin versant rural
quand son coefficient d’imperméabilisation est inférieur à 20 %.
Expression 1
Dans laquelle :
Expression 2
Expression 3
Commentaires
Les expressions 1 et 2 sont proposées par Desbordes, suite à l’étude de calage sur des
mesures expérimentales. L’expression 1 représente une estimation affinée par rapport à
l’expression 2, prenant en compte les paramètres (D, H). Desbordes recommande de
sélectionner D = 15 min afin d’obtenir des débits de pointe sécuritaires et de rapprocher les
résultats de ceux obtenus avec la méthode de calcul Caquot.
Il est à noter que les 3 expressions donnent des débits de pointe systématiquement plus
faibles que ceux de la méthode Caquot, les écarts relatifs étant plus faibles si on sélectionne
la méthode 3.
La formule de Giandotti
0,4 S + 0,0015 L
Tc = 60 *
0,8 P * L
avec :
La formule de Passini
Tc = 0,14
(S * L )3
P
Le temps de concentration est défini comme le temps nécessaire à une particule d’eau pour
parcourir le plus long chemin hydraulique depuis la limite du bassin jusqu’à l’exutoire.
On a admis que Tc est relié au temps de réponse K par la relation K = 0,8 Tc.
Valeur de K imposée
Quelle que soit la méthode utilisée, chaque bassin versant doit être caractérisé à l’aide des
paramètres de base suivants :
La pente moyenne doit être calculée le long du parcours hydrauliquement le plus long,
suivant l’expression :
L’hydrogramme unitaire retenu dans METE-EAU est celui proposé dans la méthode
SOCOSE : la fonction de transfert est défini comme suit :
h( t ) =
1
*
t
D
( ) 4
1,53 * D 1 + t 8
D
( )
où :
1
3,06 × D
1
0,67 D
6,12 × D
0 D 2D 3D t
∫
Qout(t) = 3.6 * S. h( τ) . i ( t − τ). dτ (en m3/s)
o
Où :
S : superficie du bassin versant en m2
i(t) : hyétogramme de la pluie nette en (m/s)
La méthode SOCOSE ayant été mise au point pour les bassins versants ruraux, la méthode
de l’hydrogramme unitaire s’applique plutôt pour ce type de bassins versants.
- à partir des mesures existantes, par lecture du décalage entre le centre de gravité des
hyétogrammes de la pluie et du limnigramme mesuré à l’exutoire du bassin versant,
- par application de formules calées sur des bassin versant naturels : Giandotti ou Passini
par exemple, en prenant bien conscience des risques d’imprécision associés à ces
formules.
Cette méthode est utilisée pour calculer les hydrogrammes résultants à l’exutoire des
bassins versants lorsqu’une pluie de type Caquot est sélectionnée par l’utilisateur dans un
scénario de simulation. Cet ajustement n’est utile que quand on s’intéresse au problème de
dimensionnement réglementaire des ouvrages plutôt que celui du diagnostic d’un réseau.
0,9 C
QT = * i (T, tc ) * A 0,95 en m3/s
6
A : surface (ha)
i : intensité de la pluie (mm/min)
C : coefficient de ruissellement
a(T), b(T) : coefficients de Montana, définis pour une région et une période de retour donnée
tc : temps de concentration en min
c b
QT =
6,6
[
* a * 0,5 * m −0,41 * A 0,507 * Q T
−0,287
]
Soit en recombinant :
où :
a . (0,5)b
k=
6,6
u = 1 + 0,287 . b
v = - 0,41 . b
Une correction doit être apportée au débit QT en fonction de la forme du bassin versant :
0,3
4A
QT’ = γ * QT avec γ = 2
L
où :
L = longueur du plus grand parcours hydraulique le long du bassin versant en hectomètre
A = surface du bassin versant en ha
On adapte la méthode proposée par Thibaut et Chocat (INSA Lyon). Cette méthode repose
uniquement sur la connaissance des coefficients de Montana (a, b).
Première itération
L mm/mn
i3
i2
t2 t3 t (mn)
2,25 K
0,5 K
2,5 K
t2 = 2,25 K
t3 = 2,5 K
1 − (0,1)b + 1
i2 = (0,25 k)b b
. 2a . 2 b (mm/min)
0,9 (0,1)
1 − (0,1)b − 1 b
i3 = (0,25 k)b b . 2a . 2 (mm/min)
0,9 (0,1)
i (mm/mn)
i3
2K K
Avec i3 = 2 a(K)b
On calcule le débit maximum Qmax engendré par cet hydrogramme à l’aide de la méthode
du réservoir linéaire.
Itérations suivantes
On compare Qmax et Qcaq, Qcaq étant le débit maxi donné par la méthode Caquot.
Evaluation de la méthode
La génération d’hydrogrammes à l’aide de cette méthode est relativement artificielle car elle
revient à ajuster un hyétogramme différent pour chaque bassin versant, de façon à ce que le
débit de pointe de l’hydrogramme résultant soit égal au débit donné par la méthode Caquot.
Cette méthode s’avère néanmoins très utile pour dimensionner des réseaux neufs, car elle
est totalement cohérente avec la réglementation en vigueur.
C > 0,2
A < 200 ha
On distingue :
- le routage de chaque hydrogramme entre l’exutoire du bassin versant élémentaire et le
point d’injection dans le réseau,
- les routages hydrauliques.
Les modules hydrauliques disponibles dans METE-EAU peuvent être répartis en trois
groupes homogènes :
Sous forme discrétisée, la variation de débit au point aval ∆Qc est reliée à la variation de
débit au point amont ∆QA par la relation :
2.C.θ.dt − dx 2.C.dt (Q C − Q A )
∆Qc = ∆Q A −
2.C.θ.dt + dr 2.C.dt + dx
avec :
dt : pas de temps
C : célérité de l’onde
dx : longueur du tronçon élémentaire, choisi égal à 300 m
θ : paramètre d’intégration numérique choisi égal à 0,55
c = 40 m½ . S1/3
Dans le cas de tronçons hétérogènes, les paramètres d’entrée doivent être calculés comme
suit :
2
L
m= avec L = ∑ Li et S = ∑ Si
Li
∑ mi
k : coefficient de Strickler
m : pente du collecteur
S, R : section et rayon hydraulique à pleine charge
Remarque : si pour un tronçon m<0 c'est-à-dire si le réseau présente une contre-pente, les
calculs de routage sont effectués avec une pente fictive de 0.5‰ pour le tronçon concerné.
On distingue deux régimes d’écoulements, selon que le débit Q(t) est inférieur ou non au
débit capable :
- Dans le premier cas, l’équation de transport est approximée par une équation d’onde
diffusive en supposant le régime quasi uniforme à tout instant :
∂Q ∂Q ∂ 2 Q ∂Q Q
+ C. = avec C : célérité = et D : diffusivité =
∂t ∂x ∂x 2 ∂S 2.m.B
S
C et D sont recalculés à chaque pas de temps en fonction du débit.
A
hD
SR
h
hV
QA
C
m
QC
Le choix par l'utilisateur du couple de valeurs (hD, SR) permet de simuler de façons très
diverses l'effet de mise en charge sur la déformation de l'hydrogramme entre A et C :
- hD très grand et SR=0 : pas de laminage
- hD quelconque et SR très grand : laminage maximum sans perte de volume
- hD faible et SR~0 : laminage maximum avec pertes
Q Q Q
t t t
amont aval amont aval amont aval
- Lorsque le débit Q(t) est inférieur au débit capable, l’équation de transport est régie par
l’équation de l’onde diffusive pour le lit mineur seul. C’est la même procédure que pour le
calcul de routage dans les collecteurs fermées.
- Dans le cas contraire, l’équation de l’onde diffusive est appliquée au couple lit mineur – lit
majeur, cette méthode permettant de bien reproduire la déformation de l’onde de crue
par le lit majeur.
On suppose que le régime est proche du régime uniforme à tout instant et les équations
mises en œuvre sont :
∂Q ∂Q ∂ 2Q
+ CM . = DM . 2
∂t ∂x ∂x
∂Q
avec C M = = C M ( Q)
∂S M
Q
et D M = = D M (Q )
2.m.B
CM et DM sont évalués en supposant que le débit est à tout instant donné par l’expression :
Q 23 23
= k m .R m .S m + k M .R M .S M
m
m : pente du collecteur
km : coefficient de Strickler du lit mineur
Sm, Rm : section mouillée et rayon hydraulique du lit mineur
Rm ~ Sm/Po avec Po le périmètre mouillé à plein bord pour le lit mineur
KM : coefficient de Strickler du lit majeur
SM, RM : section mouillée et rayon hydraulique du lit majeur
RM ~ hauteur d’eau dans le lit majeur
QA QDQ QV
La singularité se compose :
- D’une branche amont A,
- D’une branche aval V, QD1 QD3
- De une à trois branches dérivées Di. QD2
La loi de partage pour chaque dérivation est définie par l’utilisateur sous forme paramétrique
QDi(QA).
Le bassin de retenue est équipé d’une surverse S et d’un ouvrage de vidange F. Il est défini
par :
- une courbe de remplissage S(h),
QA Qf
- une cote de surverse,
- un débit de vidange Qf.
Qs
La variation du niveau d’eau h dans le bassin est calculée au moyen de l’équation de
continuité liant la surface au miroir et les débits entrants (QA) et sortants (QS et Qf).
dh
S. = Q A − QC − QS
dt
0 si bas sin vide
QC =
Q f si bas sin non vide
0 si bas sin vide
QS = 3
µ.L. 2.g.(h − h D ) 4 si bas sin rempli
avec S = surface au miroir correspondant au niveau d’eau h dans le bassin, hD = niveau
d’eau dans le bassin correspondant à la cote de surverse et L=10 m (valeur par défaut)
dh
S. = Q A − QC − QS
dt
Q C = Q C (h)
Q S = Q S (h)
avec S = surface au miroir correspondant au niveau d’eau h dans le bassin et QC(h) et QS(h)
lois paramétriques définies par l’utilisateur.
Pour lancer le logiciel, double cliquer sur l’icône METE-EAU qui a été mise sur le bureau lors
de l’installation. La fenêtre ci-dessous apparait. Si le logiciel est utilisé en mode
démonstration, un message indique que les droits sont limités.
Pour créer des nœuds, sélectionner l’outil Nœud dans le menu Réseau / Nœud et
positionner les nœuds (dans un ordre indifférent) dans l’espace de travail comme indiqué sur
la figure ci-dessous.
Une fois les nœuds positionnés, enregistrer le projet en cliquant sur le menu Fichier /
Sauvegarder Sous…. Attention, le nom du fichier ne doit pas comprendre plus de 7
caractères et ne doit contenir ni espace ni underscore « _ ».
Pour tracer les collecteurs, sélectionner l’outil Collecteur circulaire dans le menu Réseau /
Collecteur circulaire.
Le traçage d’un collecteur se fait toujours en partant du point amont vers le point aval. Par
contre, l’enchainement de plusieurs collecteurs est possible (Cac_1, Cac_2, Cac_3, Cac_4,
Cac_5).
La numérotation des collecteurs est automatique et se fait selon l’ordre dans lequel ils ont
été dessinés (voir figure page suivante). Pour désactiver l’outil, taper sur la touche Echap du
clavier.
Une fois les collecteurs dessinés et identifiés, saisir leurs caractéristiques. Pour cela, cliquer
sur l’icône :
réservoir fictif
Diamètre (m)
Z radier aval
amont (ngf)
Hmoy sous
Strickler (-)
Surface du
Identifiant
Coef. de
Z radier
(ngf)
(m2)
Pour positionner les bassins versants, sélectionner l’outil Bassin versant dans le menu
Réseau / Bassin versant.
La numérotation des bassins versants est automatique et se fait selon l’ordre dans lequel ils
ont été dessinés (voir figure page suivante).
Pour désactiver l’outil, taper sur la touche Echap du clavier.
Une fois les bassins versants dessinés et identifiés, saisir leurs caractéristiques en cliquant
sur l’icône :
Fonction de production
Fonction de production
imperméabilisation (-)
Pente moyenne (-)
cheminement (m)
Id. (16 car maxi)
Ruissellement
Longueur de
Surface (ha)
Pluie nette
Coeff.
CR
Bv_1 1.03 78 0.019 0.35 1. CR constant 0.35 1. K Desbordes
Bv_2 1.98 56 0.023 0.35 1. CR constant 0.35 1. K Desbordes
Bv_3 2.03 42 0.020 0.35 1. CR constant 0.35 1. K Desbordes
Bv_4 1.17 89 0.010 0.35 1. CR constant 0.35 1. K Desbordes
Pour afficher les étiquettes correspondant aux bassins versants, routages ou exutoires,
cliquer dans le menu Uti / Etiquetter les elm selon leur type… puis choisir dans la liste
déroulante BV, ROUT ou HYBV et cliquer sur Go.
Si besoin est, sélectionner chacune des étiquettes et modifier sa police, sa taille, sa couleur
en cliquant avec le bouton droit de la souris. Pour déplacer les étiquettes, utiliser le bouton :
Le réseau va comporter une dérivation et une condition limite à l’aval du réseau comme ci-
dessous.
Dérivation
Aval du réseau
Pour la dérivation, sélectionner l’outil Déversoir type QZ dans le menu Réseau / Déversoir
type QZ.
Une fois le déversoir dessiné, saisir ses caractéristiques en cliquant sur l’icône :
Pour positionner une condition limite à l’aval du réseau, sélectionner l’outil CLAV de réseau
dans le menu Réseau / CLAV de réseau.
Une fois la condition limite à l’aval dessinée, saisir ses caractéristiques en cliquant sur
l’icône :
Cocher « export de l’hydrogramme » dans la fenêtre qui s’affiche puis cliquer sur Ok.
Définir ensuite une pluie simple triangle de durée 60 minutes avec un pic à 30 minutes.
Pour cela, sélectionner le menu Pluie / Pluviométrie en mode interne / Pluie de projet /
Pluie simple triangle….
Pour paramétrer un scénario, cliquer sur le menu Scénario / Paramétrage d’un scénario
de simulation.
Cliquer sur éditer puis double cliquer sur parcourir pour choisir le scénario de pluie
(PST_1).
Saisir la durée (180 min), le pas de temps (2 min) et le mode de calcul (1 : mode
diagnostic).
Cliquer sur valider puis sur enregistrer pour fermer les deux fenêtres.
Choisir le scénario Scn1 créé au paragraphe précédent en cliquant sur le menu Scénario /
Choix d’un scénario de simulation.
Pour générer le modèle, cliquer sur le menu Scénario / Génération du modèle Scn1. Une
fenêtre s’affiche lorsque le traitement est terminé. Cliquer sur le bouton Fermer.
Pour générer et exécuter les calculs, cliquer sur le menu Scénario / Génération du modèle
+ Exécution. Une fenêtre s’affiche lorsque le traitement est terminé (voir figure page
suivante). Cliquer sur le bouton Fermer.
Pour éditer la carte des taux de remplissage des collecteurs, sélectionner le menu
Exploitation / Synthèse cartographique.
Le résultat est présenté dans une fenêtre de visualisation qui permet de zoomer, de
dézoomer, de changer la légende, d’ajouter du texte et d’enregistrer cette carte.
Cocher la ou les courbes à visualiser puis cliquer sur Visu. Le résultat est présenté dans une
fenêtre de visualisation qui permet de zoomer, de dézoomer, de changer l’échelle, d’ajouter
du texte et d’enregistrer cette courbe.
Un bassin de stockage va être ajouté à l’aval pour limiter le débit à l’exutoire à 10l/s/ha, soit
61.2 l/s pour la zone d’étude.
Pour modéliser ce bassin de stockage, l’objet réservoir type RS est utilisé. Or cet objet a
besoin de 2 collecteurs à l’aval. Le nœud amont du collecteur Cac_5 où il doit être mis, n’a
qu’un seul collecteur. Il va falloir en créer un deuxième.
Pour positionner le réservoir, sélectionner l’objet réservoir type RS dans le menu Réseau /
réservoir type RS.
Une fois le réservoir dessiné, saisir ses caractéristiques en cliquant sur l’icône :
Saisir les données selon la figure située à la page précédente. Positionner au départ un
bassin de 2 m de hauteur et 50 m² de surface soit un volume de 100m3 que METE-EAU va
redimensionner si besoin est. Les valeurs de 2m et 50 m² sont à ajouter en cliquant sur le
bouton ajouter une ligne. Valider les données saisies en cliquant sur Ok.
Créer un nouveau scénario Scn2 en cliquant sur le menu Scénario / Paramétrage d’un
scénario de simulation. Cliquer sur ajouter et saisir les données comme ci-dessous.
Cliquer sur valider puis sur enregistrer pour fermer les deux fenêtres.
Enregistrer le modèle sous un autre nom, en cliquant sur le menu Fichier / Sauvegarder
Sous….
Choisir le scénario Scn2 en cliquant sur le menu Scénario / Choix d’un scénario de
simulation.
Générer le modèle en cliquant sur le menu Scénario / Génération du modèle Scn2. Une
fenêtre s’affiche lorsque le traitement est terminé. Cliquer sur le bouton Fermer.
Générer et exécuter les calculs en cliquant sur le menu Scénario / Génération du modèle +
Exécution. Une fenêtre s’affiche lorsque le traitement est terminé. Cliquer sur le bouton
Fermer.
Cliquer sur le menu Exploitation / Tableau de résultats des ouvrages pour que le tableau
suivant s’affiche.
Le réseau de l’exemple 2 peut être directement affiché en ouvrant le fichier situé sur
C:\Program Files\Hydratec\Mete-Eau\Exemples\Exemple2\EX2.mtf et les résultats qui lui
sont associés peuvent être consultés en utilisant le menu Exploitation.
Le fichier contient 3 pluies de projet dont les caractéristiques peuvent être consultées avec le
menu Pluie / Pluviométrie en mode interne / Pluie de projet :
Pluie simple triangle,
Pluie double triangle,
Pluie calculée par un hyétogramme.
Les 3 pluies sont utilisées dans 3 scénarios : Scn-1, Scn-2 et Scn-3, dont les résultats
peuvent être consultés.