Bureau d'Etudes Industrielles "Energies Renouvelables et Environnement"
Recherche des débits mobilisables sur la prise d'eau de Fleurs Jaunes

L’objectif principal de cette étude est de réaliser un modèle hydrologique des apports du bassin versant de la rivière des Fleurs Jaunes (pluies/débits) pour une année hydrologique normale, à partir du logiciel HEC-HMS. En connaissant le débit à l'exutoire de celle-ci, il est possible de déterminer, par approximation, le débit mobilisable par la prise d'eau.
Cependant, n'ayant des données principalement que sur la rivière du Mât à la Prise irrigation, le comportement du bassin entier de la rivière du Mât a été simulé, ceci afin de pouvoir caler un modèle le plus proche possible de la réalité et estimer ainsi les débits moyens annuels. Le comportement de la rivière des Fleurs Jaunes au niveau de la prise d'eau (légèrement en amont de la confluence avec la rivière du Mât) pourra alors être déterminé.
Pour réaliser cette étude, les mécanismes dominants de la fonction de production (répartition entre l’eau qui s’infiltre et l’eau qui va participer au écoulement de surface) et de la fonction de transfert (prise en compte du réseau de drainage) sont étudiés sur une année hydrologique médiane sur le bassin versant de la rivière du Mât grâce au logiciel HEC-HMS.



  Mise en oeuvre du logiciel HEC-HMS


        Présentation du logiciel
Le logiciel HEC-HMS (Hydrologic Engineering Center-Hydrologic Modeling System) est un logiciel d'hydraulique urbaine qui modélise le comportement hydrologique de bassins versants. Il a été développé par les ingénieurs de l'armée américaine (US Army Corps of Engineers).
Ce logiciel présente deux avantages majeurs :
    - il est en libre accès de téléchargement sur le site même du laboratoire qui l'a développé (http://www.hec.usace.army.mil)
    - il couvre une large gamme de problème permettant de réaliser aussi bien une étude globale à partir de données réduites qu'un travail fin basé sur des relevés plus complets. 

Cependant, la modélisation de crues sous le logiciel HEC-HMS est sujette à l’influence de nombreux paramètres, comme les modèles numériques d'infiltration ou de ruissellement utilisés et les différents paramètres de ce modèle, la répartition spatiale des données pluviométriques, ou encore les surfaces choisies.

        Mise en oeuvre
Les deux bassins versants amont de la rivière du Mât et de Fleurs Jaunes sont modélisés jusqu'à leur confluence. Puis, sur la partie de la rivière du Mât partant de la confluence jusqu'à la Prise irrigation qui nous intéresse, l'apport du bassin versant de la rivière des Lianes, dont la surface et les apports d'eau ne sont pas négligeables, est rajouté. En effet, c'est sur ce secteur intermédiaire que le débit moyen de la rivière augmente notablement. Le tronçon de la rivière du Mât aval étudié est représenté par un bief à section constante.

Figure 1 : Représentation schématique du bassin versant complet étudié




 Présentation du comportement hydrologique annuel médian


L’année considérée est l’année 2005, année hydrométrique médiane. Plusieurs données sont disponibles pour étudier le comportement hydrologique normal annuel du bassin versant.
Ainsi, les débits mensuels interannuels sur 13 ans (de 1990 à 2003) sont connus et serviront au calage des simulations.
Figure 2 : Débits mensuels interannuels (1990-2003) à la station prise irrigation
Le débit moyen interannuel vaut alors Qmia=8,57 m3/s.
Plusieurs épisodes hydrométriques servent également au calage :
    - un épisode pluvieux au mois de février 2005 a engendré dans la rivière du Mât une crue conséquente, avec un pic le 18 février 2005 à 3h00 de débit de pointe QP=427,81 m3/s (hmax=2,21m) à la station Pont de l'escalier,
    -dans la nuit du 2 au 3 novembre 2005, le débit à la station Prise irrigation vaut Q=3,38 m3/s, lors d'une petite crue.

Enfin, les données pluviométriques journalières ont été fournies par Météo-France et, avec la détermination des coefficients de Thiessen, ont permis d’établir le hyétogramme de l’année 2005.
Figure 3 : Hyétogramme de l'année 2005 sur le bassin de Fleurs Jaunes



 Simulations sur l'année 2005


        Paramètres de simulation
Les modèles choisis sont des modèles Green and Ampt pour l’infiltration et des modèles Snyder Unit Hydrograph pour le ruissellement. Les deux sous-bassins du Mât amont et des Lianes ont les mêmes paramètres de calage pour le modèle d’infiltration et les trois sous-bassins ont le même modèle de ruissellement.
Les paramètres sont les suivants :
        - pour le modèle d’infiltration Green and Ampt
Bassin versant Fleurs Jaunes Mât amont et Lianes
Perte initiale 7 mm 5 mm
Déficit en eau 0,5 0,5
Front de succion 350 mm 350 mm
Conductivité hydraulique à saturation 4,5 mm/h 4,5 mm/h
Impermabilité 20 % 20 %
Paramètres des modèles d’infiltration

        - pour le modèle de ruissellement Snyder Unit Hydrograph
Temps standard : 6h
Coefficient de pic : 0,5.

Enfin, le tronçon de la rivière du Mât est paramétré avec un temps de retard de 120 minutes.

        Résultats
L’hydrogramme obtenu alors à la station Prise irrigation est le suivant :

Figure 4 : Hydrogramme simulé à la station prise irrigation sur l’année 2005

L’hydrogramme a une forme satisfaisante puisque l’on retrouve le pic de la crue de février 2005, dont le pic se produit le 17 février 2005, avec un débit de pointe à Qp=107 m3/s, d’après les résultats simulés, ce qui est légèrement sous-estimé et en avance dans le temps.
Le 4 novembre 2005, le débit vaut Q=2,39 m3/s, ce qui est également légèrement sous-estimé et en retard cette fois. Enfin, le débit moyen annuel est estimé à Qmia=3,35 m3/s, ce qui est également inférieur à la moyenne de la période de 1990 à 2003.
Notre modèle semble donc sous-estimer les débits mais il reproduit très bien les différents phénomènes hydrologiques.



 Comparaison aux besoins en eau


Les ressources mobilisables sont déterminées à partir des capacités hydrologiques de la rivière au niveau des prises d'eau, auxquelles le débit réservé doit être soustrait. Le débit réservé en période normale est fixé à 0,32 m3/s. En période exceptionnelle, 20 jours par an à des dates fixées par arrêté préfectoral, le débit réservé atteint 1,6 m3/s.
Sur l'année 2005, le débit moyen annuel au niveau de l'exutoire de la rivière Fleurs Jaunes (avant la confluence avec la rivière du Mât) a été déterminé, d'après les simulations précédentes, à Qm=1,32 m3/s. Ce débit, que l'on sait légèrement sous-estimé par rapport à la réalité, ne permet pas l'exploitation maximale de la prise d'eau tout au long de l'année en moyenne, d'autant plus qu'il faut enlever à ce débit le débit réservé. En effet, le débit d'équipement de la prise d'eau est fixé à Qe=1,95 m3/s. Cependant, ce résultat est à nuancer car nos simulations sous-estiment les débits de la rivière.

Toujours d'après les simulations numériques, le volume annuel passant à la prise d'eau des Fleurs Jaunes est de 41,62 Mm3. En tenant compte des débits réservés normaux et exceptionnels, il serait de 29,32 Mm3 pour l'année 2005, année hydrologique médiane. Or les analyses des ressources disponibles sur l'île de La Réunion pour le projet de transfert des eaux montre que sur une année médiane (1996), le débit dérivé par la prise d'eau des Fleurs Jaunes devrait être de 41 Mm3. On retrouve bien notre légère sous-estimation.
Notre résultat numérique se rapprocherait d'ailleurs plus de la valeur de débit dérivable lors d'une année sèche (du type 2001) qui est égal à 26 Mm3. Notre modèle conviendrait donc plus à une année sèche qu'à une année hydrologique médiane.

Cependant, si l'on tient compte de cette sous-estimation, nos simulations numériques confirment les capacités hydriques des rivières, à l'origine du projet ILO, et valident les dimensionnements et débits d'équipement déterminés pour les prises d'eau, en particulier pour la prise d'eau sur la rivière des Fleurs Jaunes.


 Bibliographie


Figure 2 Office de l'eau de l'île de la Réunion
Sites internet http://climatheque.meteo.fr
http://www.hec.usace.army.mil
http://www.office-eau974.fr/
Ouvrages Polycopié de cours ENSEEIHT « Hydrologie Générale », Denis Dartus, 2005


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