1 l2 bv-enligne

Le bassin versant
Définition
Comportement hydrologique
Caractéristiques
Temps de concentration
Valérie Borrell Estupina
Cours d’Hydrologie Générale
Module FLST403 L2
Montpellier 2011

Bassin VersantBassin VersantBassin VersantBassin Versant (BV)(BV)(BV)(BV) = L’unité de référence en hydrologie.
Son rôle = collecter les eaux de pluie et concentrer les écoulements vers les
cours d’eau.
Il permet ainsi la mise en relation des précipitations au sol et des débits
observés dans les cours d’eau.
Définitions =
Bassin versant = bassin topographique = bassin fluvial = bassin
hydrographique parfois impluvium (sauf si eaux minérales)…
BV = région qui possède un exutoire commun pour tous ses écoulements de
surface.
Un BV est toujours associé à :
- un cours d’eau
- une section de ce cours d’eau : l’ exutoire ou émissaire
Le bassin versant

Bassin VersantBassin VersantBassin VersantBassin Versant (BV)(BV)(BV)(BV) = L’unité de référence en hydrologie.
BV = région qui possède un exutoire commun pour tous ses écoulements de
surface.
Un BV est toujours associé à :
- un cours d’eau
- une section de ce cours d’eau : l’ exutoire ou émissaire
BV = zone géographique (unique)
drainée par un cours d’eau (et ses
affluents) à son exutoire
Ligne de
partage
des eaux
(condition
de flux
nul)
Section exutoire
BV
Cours d ’eau
Le bassin versant
Aire BVAire BVAire BVAire BV : de qqs ha à qqs millions de km2 :
BV Amazone : 6 300 000 km2
BV Roujan : 91 ha soit 0,91 km2

1. Identification de l’exutoire
2. Reconnaissance du réseau hydrographique
(principal au minimum) rattaché à l’exutoire
3. Évent. Repérage du réseau hydrographique
des bassins alentours (surtout en zones
plates)
4. Identification des points culminants sur la
zone
5. Tracer du contour en bassin à 90°des
lignes de niveau (ligne de crêtes) : On
contourne l ’ensemble du tronçon amont,
incluant tous ses tributaires. On revient au
point de départ.
Le bassin versant
REM :
• A partir d’une carte IGN (type BD
TOPO 25m – 50m – 100m)
• A partir d’un MNT (Modèle Numérique
de Terrain source IGN ou satellites
10m – 20m – 50m – 75m …)
• A partir de relevé de topo sur le
terrain (manque de précision en
zones urbaines, zones endoréiques
réelles ou erronées, bassins de trop
petites superficie, zones plates)
DDDDéééélimitation des frontilimitation des frontilimitation des frontilimitation des frontièèèères dres dres dres d’’’’un BV topographique =un BV topographique =un BV topographique =un BV topographique =
Limites du BV = les LIGNES DE PARTAGE DES EAUX identifiées à partir des
courbes de niveaux *
=> lignes de crêtes, sommets et thalwegs, points hauts de la région…
REM :
• La ligne de partage des eaux ne doit
jamais croiser un cours d ’eau !
• Les lacs de tête peuvent appartenir à
2 BV
• L ’exutoire est le point bas du BV
• L ’exutoire est souvent un point de
mesure
• Des sous bassins peuvent être définis

DDDDéééélimitation des frontilimitation des frontilimitation des frontilimitation des frontièèèères dres dres dres d’’’’un BV topographique =un BV topographique =un BV topographique =un BV topographique =
Limites du BV = les LIGNES DE PARTAGE DES EAUX identifiées à partir des
courbes de niveaux
=> lignes de crêtes, sommets et thalwegs, points hauts de la région…
Le bassin versant
REM :
Ligne de crêtes et de talwegs :
• Passent par les extrema (crêtes : max /
talwegs : min) et les cols de la surface
• La courbure horizontale de la ligne de
niveau y présente un maximum (la
concavité est inversée entre lignes de
crêtes et de talwegs) Ligne de
partage
des eaux
Section exutoire
BV
Cours d ’eau
Z1
Z2>Z1
x1
x1
x2
x2
x3
x3
x4
x4
z1
z2
altitude
Position xi le long du plan fictif
Points
hauts,
sommets
Plan fictif
perpendiculaire à la
carte
Ligne de crête
entre les 2 sous
bassins versants

Bv topo
formation
perméable
Bv hydrogéologique ou réel
Dans le cas où l’alimentation des
cours d’eau ne se fait que par le
ruissellement de surface, cette
définition du bassin versant ne
pose pas de pb.
Lorsque des écoulements
souterrains, guidés par le
pendage* des couches
géologiques les moins
perméables, contribuent aussi aux
écoulements des cours d’eau, la
frontière du bassin d’alimentation
ne correspond alors plus à la
frontière du bassin topographique.
Substratum
imperméable
Le bassin versant
BV topo :
écoulement superficiel prédominant /
apport souterrain
BV hydrogéol : délimitation de la zone
d’alimentation du cours d’eau à partir
de la connaissance topographique et
de la connaissance des formations
géologiques du site (=impluvium pour
les eaux minérales)
Bv topographique / hydrogéologique
*inclinaison des formations géologiques sédimentaires
Limites de la notion de LIGNES DELimites de la notion de LIGNES DELimites de la notion de LIGNES DELimites de la notion de LIGNES DE
PARTAGE DES EAUX identifiPARTAGE DES EAUX identifiPARTAGE DES EAUX identifiPARTAGE DES EAUX identifiééééeseseses àààà
partir des courbes de niveauxpartir des courbes de niveauxpartir des courbes de niveauxpartir des courbes de niveaux

Bv topo
formation
perméable
Bv hydrogéologique ou réel
Cette notion de bassin
hydrogéologique est aussi très
importante dans le cas des bassins
karstiques* au sein desquels les
écoulements souterrains peuvent
être non négligeables voire
devenir dominants par rapport aux
écoulements de surface.
Substratum
imperméable
Le bassin versant
Exemple de certaines régions karstiques :
Bassin de la Sorgue
Bassin versant du Lez
*KARST = ensemble de formes superficielles et souterraines résultant de la
dissolution de roches carbonatées (calcaires, dolomies) par l’eau rendue acide
par le dioxyde de carbone.

Le bassin versant
Bassin du Lez – Source : Jourde,Lafare

Le relief de la nappe phréatique
définit le BV phréatique dont les
limites évoluent dans le temps
(évolution de l ’état de la nappe)
Différence généralement minime
pour les gds BV « naturels »,
parfois importantes pour les pts
BV urbains.
Coupe de terrain
Bv topographique
Bv phréatique
Le bassin versant
BV topographique / BV phréatique

Bassin versant et influence anthropique :
Barrières artificielles :
•digues,
•chemins de fer,
•routes…
Apports latéraux artificiels :
•réseaux d ’eaux usées ou potables,
•drainages,
•routes,
•fossés,
•retenues,
•pompages ou dérivations artificielles modifiant le bilan hydrologique,
•sillons de labour …
=> BV = Limites topographiques, limites souterraines, effets ant=> BV = Limites topographiques, limites souterraines, effets ant=> BV = Limites topographiques, limites souterraines, effets ant=> BV = Limites topographiques, limites souterraines, effets anthropiqueshropiqueshropiqueshropiques
Le bassin versant

Bassin ayant plusieurs exutoires :
•S ’ils sont pourvus d ’un lac possédant plusieurs sorties (lac du Wollaston au
Canada)
•Zone exutoire en terrain plat
Le nombre d ’exutoire peut varier dans le temps (moins nombreux en période d ’étiage)
Bassin endoréique : BV sans exutoire superficiel, caractéristique zone aride
(Bassin intérieur, bassin fermé)
Exemples :
•la mer morte au Moyen-Orient (salinité élevée),
•la mer d ’Aral (entre Kazakhstan et Ouzbékistan),
•le Grand Lac Salé (près de Salt Lake City)
•Une doline (petite dépression fermée que l’on trouve en région karstique)
100
75
50
Vue en plan
75
Vue en coupe
Le bassin versant
Bassin versant et ExutoireBassin versant et ExutoireBassin versant et ExutoireBassin versant et Exutoire

Le bassin versant
Définition
Comportement hydrologique
Caractéristiques
Temps de concentration
Valérie Borrell Estupina
Cours d’Hydrologie Générale
Module FLST403 L2
Montpellier 2010

0
5
10
15
20
25
30
35
1
5
9
13
17
21
25
29
33
37
41
45
Temps (heures)
Pluie(mm)
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
Débit(m3/s)
•HYETOGRAMME : P(t)HYETOGRAMME : P(t)HYETOGRAMME : P(t)HYETOGRAMME : P(t)
HYDROGRAMME
Le bassin versant
La réaction du BV face à une
sollicitation (précipitation) se mesure
par l ’observation de la quantité d ’eau
qui s ’écoule à l ’exutoire du système
Représentations graphiques :
• HYDROGRAMME DE CRUE : Q(t)HYDROGRAMME DE CRUE : Q(t)HYDROGRAMME DE CRUE : Q(t)HYDROGRAMME DE CRUE : Q(t)
• LIMNIGRAMME : H(t)LIMNIGRAMME : H(t)LIMNIGRAMME : H(t)LIMNIGRAMME : H(t)
Temps de rTemps de rTemps de rTemps de rééééponse du BVponse du BVponse du BVponse du BV =
Temps écoulé entre le centre de
gravité de l’averse et le débit de
pointe
Le rêve de l’hydrologue : déterminer Q connaissant P... ce sera l’objet de ce cours

Superficie du BV = Aire (km²) circonscrite par la ligne de
partage des eaux
+ SBV gd , + la pluie captée gde
Exemples de loi :
Q(crue moy) = 1.61 *A0.70
Remenieras
Qi10=0.70*Sh0.85
Alpes internes Nord
cemagref
Qi10=2.84*Sh0.69
Piémont Azuréen
cemagref
Ou bien : Q(T) = constante (OdS, Pluie(T)) * A
= Aire (km²) circonscrite par la ligne de partage des eaux
+ SBV gd => + la pluie captée gde => potentiellement + le
Q crue pourra être gd…
Superficie du BVSuperficie du BVSuperficie du BVSuperficie du BV
FormuleFormuleFormuleFormuleIntitulIntitulIntitulIntituléééé
Extrait du
stage de
Cipriani
Thomas M2
GERE 2009-
2010

A = surface du bassin versant (km2)
P = périmètre du bassin versant (km)
KG=Périmètre du BV/ Périmètre du cercle de même surface
Indice de compacitIndice de compacitIndice de compacitIndice de compacitéééé ====
Coefficient deCoefficient deCoefficient deCoefficient de
GraveliusGraveliusGraveliusGravelius
1914 (forme BV)1914 (forme BV)1914 (forme BV)1914 (forme BV)
M : allongement
L : le plus long cheminement hydraulique
A : superficie du bassin
Ce coefficient est utilisé pour corriger un débit évalué par des
formules empiriques dans le cas où le bassin est très
allongé ou au contraire très ramassé. L’idée est que le débit
varie à l’inverse de l’allongement.
Allongement du bassinAllongement du bassinAllongement du bassinAllongement du bassin
A
L
M =
BV à forme + compacte
Temps de parcours max + faible
Et donc débit de pointe plus fort
KG#1 KG>1
A
P
KG 28.0=

= répartition des surfaces du bassin en fonction de l’altitude.
Elle décrit le % de l ’Aire BV au dessus / au dessous d ’une
altitude donnée
Le relief influence les écoulements (précipitations, T° et
végétation varient avec l’altitude, vitesse des écoulements
varient avec la pente …)
Courbe hypsomCourbe hypsomCourbe hypsomCourbe hypsoméééétriquetriquetriquetrique
Altitude moyenne =
Aire du BVAire du BVAire du BVAire du BV
AltitudeAltitudeAltitudeAltitude
Ai Abv (km²)
Ai/Abv 100 (%)
zi
Ai : aire du BV dont l’altitude est au moins zi
50%
Altitude
médian
e
bv
i
ii
A
.zA∑ ****(zi+zi+1)/2
Altitude
max
Altitude
min (exut)
Longueur du rectangle équivalent (rectangle de Gravelius; Roche
1963) :
L=?
Entre le BV et le Rect équivalent on a : A= ; P= ; KG= ; =>
répartition hypsométrique =…
RectangleRectangleRectangleRectangle ééééquivalentquivalentquivalentquivalent
)(2 l
l
+=
=
LP
LA
4
162
APP
L
−+
=

I : la pente moyenne
L : le plus long cheminement hydraulique
constitué de tronçons successifs de
longueurs LK et de pente constante IK
Pente Moyenne du BVPente Moyenne du BVPente Moyenne du BVPente Moyenne du BV
urbanisurbanisurbanisurbaniséééé (m/m)(m/m)(m/m)(m/m)
Coefficient de ruissellement = Pour une crue, Volume des eaux qui
ruissellent en surface / Volume des eaux précipitées. Permet de
déterminer le Qp. Caractérise les processus de transfert. Se
détermine à partir d’une table de valeur, ou bien que se calcule à
partir de l’occupation du sol.
Coefficient d’écoulement rapide de crue = volume de l’écoulement rapide
de crue / volume d’eau précipitée. C’est la part des eaux qui
provoquent un gonflement de l’hydrogramme de crue. Caractérise
les volumes transférés (influence des eaux sub-surfaciques et
souterraines possibles – piston par exemple). Se détermine à partir
des hydrogrammes de crues et des hyétogrammes observés.
Coefficient d’écoulement = Rapport entre volume d’eau écoulée et
volume d’eau précipitée sur une durée T et pour un BV donné. L’eau
peut venir de ressources souterraines, d’antécédents pluvieux … =
Coefficient d’apport en hydrologie urbaine
Coefficient deCoefficient deCoefficient deCoefficient de
ruissellementruissellementruissellementruissellement
∆Z= Altitude max – Altitude min (de la rivière)
L: longueur du rectangle équivalent
Indice de pente globalIndice de pente globalIndice de pente globalIndice de pente global
2












=
K
K
I
L
L
I
Le bassin versant - Caractéristiques
L
Z
Ig
∆
=
Très utilisé !
Mais attention
!!

Coefficient de ruissellement …
Pour un bassin urbain :
Cr = taux d’imperméabilisation du BV =
Cr = A’ / A
Cr = Superficie de la surface revêtue / Superficie totale du Bassin
Cr urbain > 0.2 car la superficie de la voirie et des aires de services ~ 20% *A
Pour un bassin rural :
Type de sol Couverture du bassin
versant
Cultures Pâturages Bois, Forêts
A fort taux d'infiltration
Sols sableux ou graveleux 0.20 0.15 0.10
A taux d'infiltration moyen
Limons et sols similaires 0.40 0.35 0.30
A faible taux d'infiltration
Sols lourds, argileux
Sols peu profonds sur le
substratum
0.50 0.45 0.40
Milieu imperméable
Extrait du SCS
Autres données tabulées : Cr = f( pente, texture du sol, végétation)
Mais le volume infiltré dépend aussi du contenu en eau initial du BV ...

lx+1 = longueur moyenne des cours d’eau
d’ordre x+1
Lx = longueur moyenne des cours d’eau
d’ordre x
Rapport de longueurRapport de longueurRapport de longueurRapport de longueur
Nx= nombre de cours d’eau d’ordre x
Nx+1 = nombre de cours d’eau d’ordre x+1
Rapport de confluenceRapport de confluenceRapport de confluenceRapport de confluence
(d(d(d(dééééveloppement duveloppement duveloppement duveloppement du
rrrrééééseau de drainage)seau de drainage)seau de drainage)seau de drainage)
1+
=
x
x
c
N
N
R
x
x
lR
l
l 1+
=
À chaque cours d’eau → ordre j
- Un cours d’eau sans affluent est d’ordre j=1
- À une confluence entre 2 cours d’eau d’ordre i etj
le cours résultant est
d’ordre le max(i,j) si i≠j
d’ordre j+1 , si i=j
Ordre dOrdre dOrdre dOrdre d’’’’un cours dun cours dun cours dun cours d’’’’eaueaueaueau : classification qui reflète la ramification d ’un réseau de drainage
Classification topologique de Strahler (1957)
1111
11111111
1111
1111
1111
1111
2222
2222
2222
2222
2222
3333

L = la longueur totale de tous les cours d ’eau,
Dd = exprimée en km/km²
Abv = surface du bassin (en km²)
Dd ≈ 3 à 4 : réseau à développement très limité
à Dd ≈ 1000 réseau très ramifié
Un réseau dense aura une Dd gde et des ordres élevés, il est
susceptible de favoriser un drainage rapide du BV
DensitDensitDensitDensitéééé de drainagede drainagede drainagede drainage
(Horton)(Horton)(Horton)(Horton)
bv
i
i
A
L∑
=Dd
Sol perméable, couvert
végétal, Peu de relief
Peu de végétation,
relief marqué

Idem avec les surfaces imperméables
– Augmentation du taux d’imperméabilisation => diminution
de l’infiltration => augmentation de la lame d’eau
ruisselante => diminution des temps des réactions …
Taux dTaux dTaux dTaux d’’’’impermimpermimpermimpermééééabilisationabilisationabilisationabilisation
Indice de surface dIndice de surface dIndice de surface dIndice de surface d’’’’eau libre = Surface eau libre / Aire du BV *100eau libre = Surface eau libre / Aire du BV *100eau libre = Surface eau libre / Aire du BV *100eau libre = Surface eau libre / Aire du BV *100
= Caractérisation du comportement hydrologique d ’un BV
à partir de son occupation des sols (ici les surfaces d’eau
libre)
– Amortissement ou laminage des crues : Qp diminue par
stockage temporaire
Indice de surfaceIndice de surfaceIndice de surfaceIndice de surface
dddd’’’’eau libreeau libreeau libreeau libre
= lac, cours d= lac, cours d= lac, cours d= lac, cours d’’’’eau, canaleau, canaleau, canaleau, canal…………
Indice de couverture forestiIndice de couverture forestiIndice de couverture forestiIndice de couverture forestièèèère = Surface forêt / Aire du BV *100re = Surface forêt / Aire du BV *100re = Surface forêt / Aire du BV *100re = Surface forêt / Aire du BV *100
= Caractérisation du comportement hydrologique d ’un BV
à partir de son couvert végétal (ici la forêt)
– Interception d’une partie du volume des pluies
– Amortissement des crues de faibles et moyennes
amplitudes
– Limitation de l’érosion
Indice de couvertureIndice de couvertureIndice de couvertureIndice de couverture
forestiforestiforestiforestièèèèrererere
Lac LLac LLac LLac Léééémanmanmanman
RhôneRhôneRhôneRhône
Porte du Scex
Genève
Extrait de Musy

SchSchSchSchééééma simplifima simplifima simplifima simplifiéééé de lde lde lde l’’’’influence du sol et du sousinfluence du sol et du sousinfluence du sol et du sousinfluence du sol et du sous----sol sur lessol sur lessol sur lessol sur les éééécoulements :coulements :coulements :coulements :
Sans tenir compte des
- caractéristiques des pluies
-conditions initiales d’humidité sur un
BV
-…
SolSolSolSol
- Ecoulement superficielEcoulement superficielEcoulement superficielEcoulement superficiel
⇒ crues rapidescrues rapidescrues rapidescrues rapides
(risque inondation)
- Pas de rPas de rPas de rPas de rééééserve souterraineserve souterraineserve souterraineserve souterraine
⇒ en saison sen saison sen saison sen saison sèèèèche : dche : dche : dche : déééébitbitbitbit
faiblefaiblefaiblefaible (risque sécheresse)
perméable
Augmentation deAugmentation deAugmentation deAugmentation de
l'humiditl'humiditl'humiditl'humiditéééé du soldu soldu soldu sol
jusqu'jusqu'jusqu'jusqu'àààà saturationsaturationsaturationsaturation
⇒ comportement
similaire au solsimilaire au solsimilaire au solsimilaire au sol
impermimpermimpermimpermééééableableableable
Nappe ou aquifaquifaquifaquifèèèèrererere en
liaison avec le réseau
hydrographique :
⇒⇒⇒⇒CrueCrueCrueCrue lentelentelentelente
& Risque de s& Risque de s& Risque de s& Risque de sèèèècheresse +cheresse +cheresse +cheresse +
faiblefaiblefaiblefaible
SousSousSousSous----solsolsolsol
perméable imperméable
imperméable
Géologie du sous-sol
Source Neppel 2006

Temps de concentrationTemps de concentrationTemps de concentrationTemps de concentration &&&& HydrogrammeHydrogrammeHydrogrammeHydrogramme de crue :de crue :de crue :de crue :
Une pluie homogène (invariante par translation) et
uniforme (invariante dans le temps) incidente sur
le BV va engendrer une croissance des débits à
l’exutoire jusqu’à une valeur maximale pour
laquelle tout le bassin contribuera au débit à
l’exutoire. Une fois le débit maximum atteint,
l’hydrogramme reste sur cette valeur plateau tant
que la pluie constante incidente dure.
exutoireexutoireexutoireexutoire
Le bassin versant - Isochrones
exutoireexutoireexutoireexutoire
temps
débit Temps d’équilibre = Tc
Qp
Qn<Qp
Tn<Tc
temps
pluie
Pluie constante et infinie

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