Hydrologie des Bassins Versants : Drainage et Relief

Système de Drainage

Le système de drainage d'un bassin versant se compose de la rivière et de ses affluents. L'étude de ses ramifications et le développement du système sont importants, car ils indiquent le taux, plus ou moins élevé, auquel l'eau quitte le bassin versant.

Types de Courants

Un moyen couramment utilisé pour classer les rivières est de se baser sur le flux continu, identifiant ainsi trois types :

1. Pérennes : qui contiennent de l'eau en permanence. La nappe phréatique assure une alimentation continue et ne descend jamais en dessous du niveau d'eau dans le canal, même en période de sécheresse grave.
2. Intermittents : en général, ils drainent pendant la saison des pluies et s'assèchent pendant la période sèche. Au cours de la saison des pluies, ils transportent le ruissellement et les eaux souterraines, car le niveau des eaux souterraines reste au-dessus du lit du cours d'eau. Ce n'est pas le cas pendant la saison sèche, lorsque la nappe phréatique est en dessous du niveau du lit de la rivière.
3. Éphémères : qui n'existent que pendant ou immédiatement après des périodes de précipitations et ne transportent que le ruissellement superficiel. La nappe phréatique est toujours à un niveau inférieur au lit de la rivière et, par conséquent, il n'y a aucune possibilité d'écoulement des eaux souterraines vers le lit de la rivière.

Ordre des Courants

L'ordre des rivières est une classification qui reflète le degré de ramification ou de bifurcation dans un bassin versant. En utilisant une carte très détaillée du bassin, incluant tous les canaux (pérennes, intermittents ou éphémères), et en suivant l'approche introduite par Horton, les rivières sont classées de la manière présentée dans la Figure 3.1 :

Sont considérés comme des courants de premier ordre les petits canaux qui n'ont pas d'affluents. Lorsque deux canaux de premier ordre se rejoignent, ils forment un canal de second ordre. L'union de deux courants de second ordre conduit à la formation d'une rivière de troisième ordre. Ainsi, deux rivières d'ordre n donnent lieu à un flux d'ordre n+1. L'ordre de la rivière principale montre le degré de ramification dans le bassin.

Densité de Drainage

Une bonne indication du degré de développement d'un système de drainage est donnée par l'indice appelé densité de drainage (Dd). Cet indice est exprimé par le ratio entre la longueur totale (L) des cours d'eau (qu'ils soient éphémères, intermittents ou permanents) d'un bassin versant et sa superficie totale (A).

La densité de drainage est inversement proportionnelle à la longueur du courant et, par conséquent, donne une indication de l'efficacité du drainage du bassin. Bien qu'il y ait peu d'informations sur la densité de drainage, on peut dire que cet indice varie de 0,5 km/km² pour les bassins mal drainés à 3,5 km/km² pour les bassins bien drainés.

Caractéristiques du Terrain

Le relief d'un bassin versant a une grande influence sur les facteurs météorologiques et hydrologiques. Par exemple, la vitesse de ruissellement de surface est déterminée par la pente du bassin, tandis que la température, les précipitations, l'évaporation, etc., sont des fonctions de l'altitude du bassin. Il est donc très important de déterminer les courbes caractéristiques du relief d'un bassin versant.

Pente du Bassin Versant

La pente du bassin contrôle largement la vitesse à laquelle le ruissellement se produit, affectant ainsi le temps mis par l'eau de pluie à se concentrer dans le lit des rivières qui forment le bassin de drainage. L'ampleur du pic de crue et la probabilité plus ou moins grande d'infiltration et d'érosion des sols dépendent de la rapidité avec laquelle le ruissellement se produit sur le fond du bassin.

Altitude Moyenne du Bassin

La variation de l'altitude et l'altitude moyenne d'un bassin sont également importantes en raison de leur influence sur les précipitations, la perte d'eau par évaporation et par transpiration, et par conséquent, sur le débit moyen. De grandes variations d'altitude impliquent des différences significatives dans les précipitations et la température moyenne, ce qui, à son tour, provoque des variations de l'évapotranspiration.

L'altitude moyenne est déterminée par un rectangle de taille équivalente délimité par la courbe hypsométrique (Figure 3.3) et les axes de coordonnées ; la hauteur du rectangle représente l'altitude moyenne. Une autre méthode consiste à utiliser l'équation suivante :

(3.4)

où E est l'altitude moyenne, a est la zone comprise entre deux courbes de niveau consécutives, et A est la superficie totale du bassin.

Courbe Hypsométrique

C'est une représentation graphique du relief dans un bassin versant. Elle représente l'étude des changements d'élévation des différentes zones du bassin par rapport au niveau moyen de la mer. Cette variation peut être indiquée par un tableau montrant le pourcentage de la superficie de drainage qui existe au-dessus ou en dessous de certaines altitudes ou hauteurs.

La courbe hypsométrique peut être déterminée par la méthode décrite ci-dessus ou par des grilles planimétriques des zones entre les courbes de niveau. Le Tableau 3.2 montre les étapes utilisées pour calculer la courbe hypsométrique d'un bassin versant.

Pente du Canal Principal

L'eau de pluie se concentre dans les lits des rivières après le drainage de surface et souterrain jusqu'à l'exutoire du bassin. La pente du cours d'eau influence de manière significative les valeurs du débit de la rivière, car la vitesse à laquelle l'apport en amont atteint l'exutoire dépend de la pente du lit des rivières. Ainsi, plus la pente est forte, plus le débit est élevé et les hydrogrammes de crue sont plus prononcés et étroits.

Rectangle Équivalent

Il a été introduit par les hydrologues français dans le but de mieux comparer l'influence des caractéristiques des bassins versants sur le ruissellement de surface. Il se compose d'un rectangle dont la superficie est égale à celle du bassin, avec des côtés "L" (grand) et "l" (petit) respectivement parallèles aux courbes de niveau du bassin hypsométrique naturel.

Pour calculer les côtés du rectangle, on applique les équations (3.6) et (3.7), obtenues à partir de l'aire et du périmètre du rectangle, ainsi que du coefficient de compacité donné par l'équation (3.1) :

A = l * L

P = 2 * (L + l)