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TÊTE DE BASSIN VERSANT
MISE EN SITUATION DE DIAGNOSTIC ET PROPOSITION DE TRAVAUX
27 Septembre 2018
Olivier Ledouble & Mikaël Le Bihan Direction Bretagne, Pays de la Loire de l’AFB
Retour sur le site de ce matin
Comment se forme un cours d’eau ?
Lorsque les écoulements superficiels sont suffisamment concentrés pour produire de l’érosion et creuser un lit aux bordures distinctes (Mac Donald & Coe, 2007)
Chenal de transition
(plus ou moins long)
Source ponctuelleou diffuse
Définition - Cartographie - Caractérisation - Hiérarchisation
Qu’est ce qu’un cours d’eau en tête de bassin versant ?
crête
sourceRang 1
Rang 2
Rang 1
Rang 0crête
sourceRang 1
Rang 2
Rang 1
Rang 0
Définition des rangs 0 (zones de sources) comme les aires d’alimentation directes des cours d’eau (Benda et
al., 2005*)
Organisation du réseau hydrographique en tête de bassin (Benda et al., 2005*)
Définition - Cartographie - Caractérisation - Hiérarchisation
Le Diagnostic et le choix des techniques de restauration :
-Exploitation des données de terrain
Diagnostic et propositions de travaux
A partir des données collectées :
� Analyse des différents compartiments => Le cours d’eau est-il dégradé ?
� Quels sont les écarts avec une situation de référence ?
� Faut-il intervenir ?
� Quels travaux pour restaurer le cours d’eau ?
© LE BIHAN, 2018
Avant de choisir la technique de restauration : Le choix de la méthode …
PRESERVATIONsi le fonctionnement écologique est bon
REDUCTION DES DYSFONCTIONNEMENTS /DÉGRADATIONS FUTURES si le fonctionnement s’avère peu dégradé
RESTAURATIONsi le fonctionnement écologique est dégradé
RESTAURATION ACTIVE si le cours d’eau ne peut
récupérer seul
RESTAURATION PASSIVEsi le cours d’eau peut récupérer
seul
6 méthodes existent !!!!!
RESTAURATION RENFORCEE *
seconde intervention
« NON INTERVENTION »si la restauration n’est pas souhaitable
LE BIHAN, 2018
Logigramme sur la restauration de la morphologie des cours d’eau
REMISE DANS TALWEG ?
Hors talweg
REMEANDRAGE ?
Dans talweg
Rectiligne
RECRÉATION D’UN NOUVEAU LIT ?
A partir du lit existant
Recalibré
Sinuosité naturelle
Gabarit naturel
Déblai / remblaiRecharge granulométrique
DIVERSIFICATION DES HABITATS
Technique des bouchons
Reconnexion d’anciens méandres
Nouveau tracé
Peu diversifié Diversifié
Cours d’eau
?
?
?
?
Non
?
?Non
?
Qpb > Q1,5-Q2
« Lit emboîté »Qpb < Q1,5-2
Gabarit naturel
LE BIHAN, 2018
Création de radier
?Enterré A ciel ouvert
REMISE A CIEL OUVERT ?
Non
Livre divagation des écoulements
Oui
Oui
Sur le terrain naturel
Oui
Le contenu d’un diagnostic pour une restauration de l’hydromorphologie
Localisation du talweg
Détermination des pentes
Détermination de la sinuosité
Détermination des profils en travers
…
Caractérisationde l’intermittence
Caractérisation de la ripisylve
Définition du niveau d’hétérogénéité souhaité (nombre de faciès, variation du profil en long et en travers, variation d’ensoleillement…)
Caractérisation des faciès d’écoulement
Les différentes phases du diagnostic et du dimensionnement
Détermination du débit à plein bord
Détermination de la granulométrie
Le dimensionnement : fonction de la technique retenue
1 - Le cours d’eau est-il dans son talweg (Etat actuel) ?
© TRACZ, 2011
Détermination des points bas de la vallée
Nécessité de bien différencier bras altéré et lieu probable de recréation du lit.
Question 1 : Carte du tracé
du talweg ?
2 - Détermination des pentes et du profil en long (Etat initial) ?
Réalisation du profil en long
Analyser la pente du fond, de la ligne d’eau et de la vallée
Exemple de réalisation d’un profil en long sur la Noë Molic (Forêt de Camors)
Question 2 : Quelle est la pente de la vallée et du fond du cours d’eau (en m/m et en %) ?
Question 3 : Comment réaliser le profil en long de ce cours d’eau ?
Question 4 : Y a-t-il des soucis avec les connexions amont et/ou aval ?Quelles solutions ?
© Biotope, AFB
Tous les 6 fois Lpb
La reconstitution de la séquence radier - mouille
La succession radier mouille survient tous les 4 à 10 fois la largeur à plein bord ducours d’eau, avec une moyenne de 6 fois (Borovicka, 1968 ; Everhart et al., 1975 ; White,1968, 1975 ; in Brookes, 1988*)
Pour les cours d’eau à très faible pente, les radiers sont moins marqués et lesdifférences d’altitude inter radiers se jouent à quelques cm
Mouille de concavité
Radier
Question 5 : Pour un cours d’eau de 1 mètres de large (largeur plein bord naturelle) présentant une pente de 0,6%, quelle est la différence d’altitude entre chaque radier ?
Question 6 : Et quel espacement inter radiers
Réponses aux questions 5 et 6
Répartition et caractéristiques des radiers sur 100 mètres pour un cours d’eauprésentant une largeur plein bord de 1 m de large et une pente de 0,60 % :
� Radier tous les 6 fois Lpb, soit 100/6 = 16 radiers sur 100
� 60/16 = environ 4 cm par radier
AFB
Schéma théorique d’implantation des radiers
Pour faciliter lacompréhension, les fossesde dissipations et lesmouilles de concavité àl’aval immédiat des radiersn’ont pas été représentéesdans le profil en long.
Péchard, 2018
La reconstitution de la séquence radier - mouille
Attention, un transport de sable élevé empêche la formation des mouilles (Brunke, 2012)
3 - La reconstitution de la sinuosité : cours d’eau rectiligne ou sinuosité naturelle ?
Etude de la sinuosité (Etat initial, état de référence, état projeté)
Classe de sinuosité : Données issues des Stages réalisés à la DIR 2 en 2013 – 2014 (Jan, 2013 ; Bossis, 2014) - 55 stations de référence
=> 65 % des cours d’eau présentent un tracé sinueux
A partir des données collectées
� Calcul de la sinuosité
� Détermination de la classe de sinuosité associée
SI = ��������"��� ������"
��������"��� �������"
Question 7 : Quel coefficient de sinuosité ?
La pente et la sinuosité
vue en coupe
vue aérienne
largeur de l’enveloppe de méandrage en vallée non contrainte : 12 à 24 x W
vue en coupe
vue aérienne
contrainte sur un coté du lit majeur
vue en coupe
vue aérienne
contrainte sur deux cotés du lit majeur
A partir des premiers travaux de reméandrage réalisés dans la région Centre-Ouest :
� En dessous d’un coefficient de sinuosité de 1.2 à 1.3 il est très difficile d’obtenir une variabilité intéressante des habitats sur les petits cours d’eau de plaine (pente inférieure à 1% et plus généralement de 0,1 à 0,7% sur les tronçons restaurés). (observations empiriques sans évaluation rigoureuse de l’ensemble des caractéristiques physiques et biologiques)
La largeur de la vallée conditionne la largeur de l’enveloppe de méandrage :
Principales caractéristiques d’un cours d’eau à méandres :
© LE ROYER, SD53
4 - Le cours d’eau est-il recalibré ?Le débit et les profils en travers associés.
Fréquence « théorique » de retour : 1.5 - 2 ans
Lit mouillé de plein bord
Lit mouillé
Q2 : crue journalière de fréquence biennale
BAUDOIN et al., 2011
Un préalable : Estimation du débit de plein bord
Q2
Lit plein borduniquement
Lit plein bord+ Lit d’étiage
Q2
QMNA5
Lit de crue + Lit plein bord « emboîté » + Lit d’étia ge
LE BIHAN, 2013
QMNA5
Q2
Qcrue
( )
En fonction :
� la valeur du débit de plein bord
� du ratio de forme retenu
� Dimensionnement du lit selon les contraintes du projet
Un préalable : Estimation du débit de plein bord
Nécessité de préciser la forme du lit pour les lits de largeur supérieure à 1 mètre
Calcul de la surface du bassin amont
Deux outils pour calculer la surface du bassin amont :
� Sous SIG : outils fonctionnant avec le MNT sous QGIS
� Outil développé par l’Agrocampus de Rennes : http://geowww.agrocampus-ouest.fr/web/?p=647 (disponible également sous Géobretagne)
Débit plein bord ≈ débit de la crue journalière de fréquence biennale
Comment récupérer les valeurs de crue journalière de fréquence biennale ?
� Consulter le site de la banque hydro : http://hydro.eaufrance.fr/
� Récupérer et enregistrer la fiche synthèse
� Conserver la superficie de bassin versant associée à la station
Le débit de la crue journalière de fréquence biennale
Comment récupérer les valeurs de crue journalière de fréquence biennale ?
� Récupérer et enregistrer la fiche synthèse
� Ratio de BV simple ou
� Formule de Myer = relation entre les débits de 2 BV
Qa : débit du bassin aQb : débit du bassin bSa : surface du bassin aSb : surface du bassin b� : Coeffcient de Myer
Qa =����
��
�,�� = 0,8 en France Métropolitaine
A partir des données des profil en travers
� varie de 1/3 à 1/30
� Nécessité de se caler sur des valeurs de référence et sur des retours d’expériences
� Généralement : un cours d’eau est toujours plus large que profond
� Influence de la ripisylve : En forêt : le ratio L/P est plus faible
En prairie : le ratio L/P est plus fort
Calcul des différentes variables caractérisant la géométrie
� Ratio de forme => Largeur plein bord / Hauteur de plein bord
Etude TBV sur la DIR 2 :Répartition des stationspar classes de ratio deforme
Sur un cours d’eau à méandres : 2 types de profils
Symétrique dans les radiers
Asymétrique dans les méandres
USDA, 2011
Calcul des variables permettant d’estimer la valeur du débit plein bord
� Section plein bord : somme des surfaces élémentaires ou assimilation à un trapèze
� Rayon hydraulique : Rapport de la section plein bord / Périmètre plein bord
A partir des données des profil en travers
Q = S*Rh 2/3 * i ½ * K
S = Surface de plein bord (m²)Rh = Rayon hydraulique (m) = Surface plein bord/Périmètre plein bordi = Pente (en m/m)K = coefficient de rugosité (ou coefficient de Strickler)
Formule de Cowan : K = 1/[(n0 + n1 + n2 + n3 + n4)/m] (cf. Tableau 1 pour les valeurs de n -)
Le débit est donné par la formule suivante :
A partir des données des profils en travers
Comparaison :
� des valeurs obtenues (ratio de forme, largeur plein bord, hauteur plein bord,… avec celles de « référence »)
� entre les valeurs du débit de plein bord issues du rapport des BV et du calcul de débit
=> Le gabarit est il proche de la conformité ?
5. Reconstitution du matelas alluvial
A partir des données de référence et de l’estimation des forces d’arrachement dans le secteur le plus pentu (Indice de Shield)
Définition de la granulométrie à décrire selon les faciès
A partir des données de référence
Baudoin et al., 2017
MERCI DE VOTRE ATTENTION
RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
BAUDOIN ET AL., 2017. Carhyce - Caractérisation hydromorphologique des cours d’eau, Protocole de recueil de données hydromorphologiques à l’échelle de la station sur les cours d’eau prospectables à pied. Collection Guides et Protocoles, Agence Française pour la Biodiversité. 56 pages.BENDA L., HASSAN M.-A., CHURCH M. & MAY C.-L, 2005, Geomorphology of steepland headwaters : the transition from hillslopes to channels, Journal of the American Water Resources Association (JAWRA), 41 (4), 835-851.BOSSIS M., 2014, Étude de l’hydromorphologie à l'échelle stationnelle des cours d’eau de tête de bassin versant armoricains en situation de référence, Rapport de stage de Master 2, ONEMA / Université de Rennes 1, 19 pages + Annexes. BROOKES A., 1988, Channelization rivers, Perspectives for environnemental management, Wiley interscience (ed.) : 326 pages.BRUNKE M., PURPS M., WIRTZ C., 2012. Furten und Kolke in Fliebgewässern des Tieflands : Morphologie, Habitatfunktion für Fische und RenaturierungsmaBnahmen. Fachartikel. 56, H3. JAN, 2013, Etude du fonctionnement hydromorphologique de référence des cours d’eau en tête de bassin versant sur le Massif Armoricain, Rapport de stage de Master 2, ONEMA / Université de Rennes 1, 40 pages.LE BIHAN, 2018. Journées d’informations sur la restauration de l’hydromorphologie des cours d’eau. Agence Française pour la biodiversité, Direction Bretagne, Pays de la Loire. 425 pages.MACDONALD L.H. & COE D.,2007. Influence of headwater streams on downstream reaches in forested areas. Forest Science, 53 (2), 148-168. PECHARD, 2018. Etude sur les caractéristiques des méandres de cours d’eau sur le territoire Bretagne – Pays de la Loire. Rapport de la Direction Bretagne, Pays de la Loire de l’Agence pour la Biodiversité / Université de Rennes 1. 30 pages.