Guide d'application du règlement sur l'aménagement durable des forêts du domaine de l'état

 

Guide complet

Annexe 6 – Méthode de calcul du débit de pointe pour les bassins versants d’une superficie égale ou inférieure à 60 km2

La méthode dite rationnelle est utilisée pour calculer le débit maximum instantané d’une récurrence de 10 ans. Cette méthode a été validée pour les bassins versants d’une superficie inférieure à 25 km². Donc, lorsque la superficie du bassin versant couvre entre 25 km² et 60 km², le résultat doit être validé sur le terrain en y cherchant des indices indiquant le niveau d’eau atteint par les crues des années antérieures ou en établissant une relation avec des bassins jaugés sur le même territoire ou à proximité de celui-ci.

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Informations complémentaires

Validation du calcul de débit de pointe lorsque le résultat de ce calcul impose l’installation d’un conduit d’un diamètre beaucoup plus important que la largeur moyenne du cours d’eau

Les méthodes de calcul des débits de pointe prévues aux annexes 6 et 7 reposent sur plusieurs hypothèses, ce qui fait qu’elles peuvent être moins bien adaptées pour certains bassins versants. En effet, des différences parfois importantes peuvent être observées entre les débits de pointe calculés et les débits relevés sur le terrain.

Lorsque les résultats des calculs de débit exigent l’installation de conduits dont le diamètre est de beaucoup supérieur à la largeur moyenne du cours d’eau observée au terrain, il est possible, en se basant sur des indices indiquant le niveau d’eau atteint par les crues des années antérieures ou en établissant une relation avec des bassins jaugés sur le même territoire ou à proximité de celui-ci, d’aviser l’unité de gestion responsable Ce lien ouvre une nouvelle fenêtre avant les travaux d’installation d’un conduit d’un diamètre inférieur à ce qui est déterminé par le calcul. Des pièces justificatives doivent être déposées par le professionnel responsable (notamment, et de façon non exhaustive, le calcul du débit de pointe, la largeur moyenne du cours d’eau, le libre passage du poisson à assurer ou non, le résultat des relevés terrain reflétant son choix, la mise en évidence de l’incohérence constatée dans le calcul de débit, etc.).

Dans cette situation, le diamètre du conduit devrait concorder avec la largeur moyenne du cours d’eau à traverser. Le conduit ne doit en aucun cas avoir pour effet de réduire la largeur du cours d’eau de plus de 20 %, mesurée au niveau de la limite supérieure des berges. La hauteur d’eau dans le conduit doit être inférieure ou égale à 85 % de la hauteur libre après l’enfouissement de celui-ci.

Étapes de calcul

  1. Délimitation du bassin versant;
  2. Calcul de la pente moyenne du bassin versant;
  3. Identification de l’utilisation du territoire et des dépôts de surface du bassin versant;
  4. Calcul de la superficie totale du bassin, de la proportion de chaque type de dépôts de surface, par type d’utilisation des terres, et du pourcentage du bassin en lacs et en terrains dénudés/semi-dénudés humides;
  5. Détermination de la longueur du cours d’eau et calcul de la pente «85-10» du cours d’eau;
  6. Calcul du coefficient de ruissellement pondéré du bassin versant;
  7. Calcul du temps de concentration du bassin versant;
  8. Détermination de l’intensité de précipitation;
  9. Calcul du coefficient de correction de l’intensité de précipitation;
  10. Détermination du coefficient de réduction du débit de pointe;
  11. Calcul du débit maximum instantané d’une récurrence de 10 ans.

Explication des étapes à suivre à l’aide d’un exemple

Étape 1 – Délimitation du bassin versant

Le bassin versant qui alimente en eau le cours d’eau au point de traversée doit être délimité à l’aide d’une carte topographique à l’échelle 1: 20 000. La figure 1 présente, à titre d’exemple, la délimitation d’un bassin versant à l’étude.

Figure 1 annexe 6 Délimitation d’un bassin versant au point de traversée d’un cours d’eau

Étape 2 – Calcul de la pente moyenne du bassin versant (Sb)

Le calcul de la pente moyenne se fait à l’aide d’un quadrillage (1 cm X 1 cm) superposé au bassin versant. Il faut déterminer pour chaque ligne horizontale et verticale de ce quadrillage le nombre de fois qu’elle coupe une courbe de niveau. La longueur de ces lignes est aussi comptabilisée. Le calcul de la pente moyenne du bassin versant à l’étude est donné à la figure 2.

Figure 2 annexe 6 Calcul de la pente moyenne du bassin versant

Étape 3 – Identification de l’utilisation du territoire et des dépôts de surface du bassin versant

À l’aide des cartes de dépôts de surface, des cartes forestières les plus récentes et de la connaissance du territoire, il faut identifier quelle est l’utilisation des terres comprises à l’intérieur du bassin versant. Il peut s’agir de terres qui sont boisées, en pâturage ou en culture. Par la suite, pour chaque type d’utilisation des terres, il faut identifier les dépôts de surface. Les lacs et les terrains dénudés/semi-dénudés humides doivent également être localisés.

La figure 3 présente pour le bassin versant à l’étude, qui est complètement boisé, l’identification des dépôts de surface ainsi que la localisation des lacs et des terrains dénudés et semi-dénudés humides.

Figure 3 annexe 6 Identification des dépôts de surface du bassin versant et localisation des lacs et des terrains dénudés et semi-dénudés humides

Étape 4 – Calcul de la superficie totale du bassin, de la proportion de chaque type de dépôts de surface, par type d’utilisation des terres, et du pourcentage du bassin en lacs et en terrains dénudés/semi-dénudés humides

Dans le cas du bassin étudié, selon la figure 3, nous obtenons les résultats suivants :

Annexe 6 résultats de l’exemple du bassin

1 Identification des dépôts de surface et localisation des lacs et des terrains dénudés/semi-dénudés humides

Étape 5 – Détermination de la longueur du cours d’eau (Lc) et calcul de la pente «85-10» du cours d’eau (Sc)

La longueur du cours d’eau se mesure à partir du point de traversée en suivant le tracé du cours d’eau principal prolongé jusqu’à la ligne de crête, soit jusqu’au point le plus éloigné du bassin versant permettant d’identifier le chemin le plus long qu’une goutte d’eau doit parcourir pour se rendre au point de traversée.

La pente «85-10» du cours d’eau se définit comme étant la pente moyenne du tronçon du cours d’eau localisé entre 2 points se situant respectivement à 10% en amont du point de traversée et à 15% en aval de la limite extrême du bassin versant.

La figure 4 localise la ligne permettant de déterminer la longueur du cours d’eau (Lc) et la figure 5 présente la méthode de calcul de la pente «85-10» du cours d’eau (Sc), pour le bassin versant à l’étude.

Figure 4 annexe 6 Détermination de la longueur du cours d’eau

Figure 5 annexe 6 Calcul de la pente «85-10» du cours d’eau

Étape 6 – Calcul du coefficient de ruissellement pondéré du bassin versant (Cp)

Premièrement, à l’aide du tableau 1, on classifie au point de vue hydrologique les différents types de dépôts de surface présents sur le bassin versant.

Note : Les dépôts de type 7 sont assimilés aux terrains dénudés/semi-dénudés humides.

Lorsque la classification hydrologique des dépôts de surface est terminée, on détermine, à l’aide du tableau 2, le coefficient de ruissellement de chaque type de dépôts, et ce, en relation avec l’utilisation des terres et la pente moyenne du bassin versant.

Tableau 2a annexe 6 Coefficient de ruissellement

Par la suite, on peut calculer le coefficient de ruissellement pondéré du bassin versant (Cp). Pour le bassin à l’étude, les données et les calculs sont les suivants :

Tableau 2b annexe 6 Coefficient de ruissellement pondéré

Coefficient de ruissellement pondéré

(Cp) = (57% X 0,26)+(31% X 0,26)+(5% X 0,18)+(7% X 0,05)=0,24

Étape 7- Calcul du temps de concentration du bassin versant (tc)

Le temps de concentration du bassin versant est déterminé à l’aide d’une des 2 formules suivantes :

Si Cp < 0,40

tc = (3,26 (1,1 – Cp) Lc0,5)/Sc0,33

où :

tc : temps de concentration (minute)

Cp : coefficient de ruissellement pondéré du bassin

Lc : longueur du cours d’eau (m)

Sc : pente «85-10» du cours d’eau (%)

si C≤ 0,20, Sc minimum à utiliser = 0,1%

si 0,20 < Cp < 0,40, Sc minimum à utiliser = 0,5%

tc minimum = 10 minutes

Si C≥ 0,40

tc = (0,057 Lc)/(Sc 0,2 Ab 0,1)

où :

tc : temps de concentration (minute)

Lc : longueur du cours d’eau (m)

Sc : pente «85-10» du cours d’eau (%)

Ab : superficie du bassin versant (ha)

tc minimum = 10 minutes

Dans le cas du bassin versant à l’étude, le Cp est égal à 0,24. Conséquemment, c’est la première formule qui doit être utilisée.

tc = (3,26 (1,1 – 0,24) x 3 600 0,5)/1,9 0,33= 136 minutes

Étape 8 – Détermination de l’intensité de précipitation (I)

On détermine l’intensité de précipitation à l’aide des figures 6 et 7.

Sur la figure 6, on relève la moyenne de la précipitation totale d’une durée d’une heure, indiquée sur la courbe passant la plus près du bassin versant à l’étude.

Figure 6 annexe 6 Isohyète de la moyenne de la précipitation totale d’une durée d’une heure

Sur la figure 7, on relève l’écart-type de la précipitation totale d’une durée d’une heure.

Figure 7 annexe 6 Isohyète de l’écart type de la précipitation totale d’une durée d’une heure

L’intensité de précipitation applicable au bassin versant s’obtient de la façon suivante :

I = moyenne de la précipitation totale d’une durée d’une heure + (1,305 X écart-type de la précipitation totale d’une durée d’une heure).

Dans le cas de notre exemple, le bassin versant est situé sur le feuillet 21M/6 N.E. La moyenne de précipitation totale est de 22 mm/heure et l’écart-type de 8 mm/heure. L’intensité de précipitation applicable à ce bassin versant est donc de 32,4 mm/heure, soit 22 + (1,305 X 8).

Étape 9 – Calcul du coefficient de correction de l’intensité de précipitation (Fi)

Selon le temps de concentration du bassin versant, le coefficient de correction de l’intensité de précipitation se calcule à l’aide de l’une des 2 formules suivantes :

Fi = 12,25/tc0,612 pour 10 minutes ≤ tc < 60 minutes

Fi = 17,07/tc0,693 pour tc ≥ 60 minutes

où :

tc: temps de concentration (minute)

Dans le cas du bassin versant à l’étude, c’est la deuxième formule qu’il faut utiliser (tc = 136 minutes).

Fi = 17,07/136 0,693= 0,567

Étape 10 – Détermination du coefficient de réduction du débit de pointe (FL)

Les zones de rétention, tels les lacs et les terrains dénudés/semi-dénudés humides, produisent une réduction significative du débit de pointe. On évalue le coefficient de réduction du débit de pointe à l’aide de la proportion de lacs et de terrains dénudés/semi-dénudés humides calculée à l’étape 4 et de la figure 8. Dans le cas du bassin versant à l’étude, ce coefficient est de 0,69 (courbe B, 7 % en lacs et en terrains dénudés/semi-dénudés humides).

Figure 8 annexe 6 Effet de laminage des lacs et des terrains dénudés / semi-dénudés humides

Étape 11 – Calcul du débit maximum instantané d’une récurrence de 10 ans (Q10)

La formule suivante permet de calculer ce débit :

Q10 (m³/s) = (Cp Fi I Ab FL)/360

où :

Cp = Coefficient de ruissellement pondéré du bassin versant

Fi = Coefficient de correction de l’intensité de précipitation

I = Intensité de précipitation (mm/heure)

Ab = Aire du bassin versant (ha)

FL = Coefficient de réduction du débit de pointe

Pour le bassin versant à l’étude :

Q10 = (0,24 X 0,567 X 32,4 X 414 X 0,69)/360

Q10 = 3,5 m³/s

Un facteur de pondération d’au moins 5% est ensuite appliqué au débit obtenu afin de prendre en compte les événements climatiques exceptionnels.

Ex : 3,5 m³/s X 1,05 = 3,67 m³/s