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Guide des pratiques hydrologiques Volume I Hydrologie – De la mesure à l’inform

Guide des pratiques hydrologiques Volume I Hydrologie – De la mesure à l’information hydrologique OMM-N° 168 Guide des pratiques hydrologiques Volume I Hydrologie – De la mesure à l’information hydrologique OMM-N° 168 Sixième édition 2012 OMM-N° 168 © Organisation météorologique mondiale, 2008 L’OMM se réserve le droit de publication en version imprimée ou électronique ou sous toute autre forme et dans n’importe quelle langue. De courts extraits des publications de l’OMM peuvent être reproduits sans autorisation, pour autant que la source complète soit clairement indiquée. La correspondance relative au contenu rédactionnel et les demandes de publication, reproduction ou traduction partielle ou totale de la présente publication doivent être adressées au: Président du Comité des publications Organisation météorologique mondiale (OMM) 7 bis, avenue de la Paix Tél.: +41 (0) 22 730 84 03 Case postale 2300 Fax.: +41 (0) 22 730 80 40 CH-1211 Genève 2, Suisse Courriel: publications@wmo.int ISBN 978-92-63-20168-3 NOTE Les appellations employées dans les publications de l’OMM et la présentation des données qui y figurent n’impliquent, de la part du Secrétariat de l’Organisation météorologique mondiale, aucune prise de position quant au statut juridique des pays, territoires, villes ou zones, ou de leurs autorités, ni quant au tracé de leurs frontières ou limites. Les opinions exprimées dans les publications de l’OMM sont celles de leurs auteurs et ne reflètent pas nécessairement celles de l’OMM. De plus, la mention de certaines sociétés ou de certains produits ne signifie pas que l’OMM les cautionne ou les recommande de préférence à d’autres sociétés ou produits de nature similaire dont il n’est pas fait mention ou qui ne font l’objet d’aucune publicité. La présente publication a fait l’objet d’une édition sommaire. Supplément N° Daté de Inséré dans la publication par date 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 volume I TABLEAU POUR NOTER LES SUPPLéMENTS REçUS TABLE DES MATIèRES PRéFACE ............................................................................................................................................ xiii REMERCIEMENTS . ............................................................................................................................. xv ChaPITRE 1. introduction .......................................................................................................... I.1-1 1.1 Contexte . ............................................................................................................................... I.1-1 1.2 Champ d’application . ............................................................................................................. I.1-1 1.3 Contenu du Guide ................................................................................................................. I.1-2 1.4 Le Système hydrologique opérationnel à fins multiples . .......................................................... I.1-4 Bibliographie et lectures complémentaires . ......................................................................................... I.1-5 CHAPITRE 2. MéTHODES D’OBSERVATION . ..................................................................................... I.2-1 2.1 Introduction – Le cycle hydrologique, objet d’observation . ..................................................... I.2-1 2.2 Systèmes d’information pour les ressources en eau . ................................................................ I.2-2 2.2.1 Besoins en données et informations . ...................................................................... I.2-2 2.2.2 Systèmes d’information hydrologiques .................................................................. I.2-3 2.2.3 Utilisation des informations sur les ressources en eau ............................................. I.2-5 2.2.4 Types d’informations concernant la ressource en eau . ............................................ I.2-6 2.3 Symboles hydrologiques, codes et précision des mesures ....................................................... I.2-7 2.3.1 Unités et symboles . ................................................................................................ I.2-7 2.3.2 Codes hydrologiques . ............................................................................................ I.2-7 2.3.3 Exactitude des mesures hydrologiques . .................................................................. I.2-13 2.3.4 Étalonnage des instruments . .................................................................................. I.2-18 2.4 Conception et évaluation des réseaux hydrologiques ............................................................. I.2-18 2.4.1 Principes généraux pour la conception des réseaux ............................................... I.2-18 2.4.2 Densité des stations d’un réseau ............................................................................ I.2-25 2.4.3 Besoins spécifiques au contrôle de la qualité de l’eau . ............................................ I.2-30 2.4.4 Réseaux opérationnels d’acquisition des données .................................................. I.2-36 2.4.5 Options stratégiques pour les réseaux . ................................................................... I.2-37 2.5 Collecte des données ............................................................................................................. I.2-37 2.5.1 Choix du site ......................................................................................................... I.2-37 2.5.2 Identification de la station...................................................................................... I.2-37 2.5.3 Fréquence et programme des visites à la station .................................................... I.2-41 2.5.4 Maintenance des sites . ........................................................................................... I.2-43 2.5.5 Observations ......................................................................................................... I.2-43 2.5.6 Systèmes de transmission ...................................................................................... I.2-46 2.5.7 Suivi de la qualité des eaux . ................................................................................... I.2-48 2.5.8 Collecte de données particulières . .......................................................................... I.2-49 2.6 Mesure des caractéristiques physiographiques . ....................................................................... I.2-51 2.6.1 Généralités ............................................................................................................ I.2-51 2.6.2 Systèmes de référence ........................................................................................... I.2-52 2.6.3 Mesures ponctuelles .............................................................................................. I.2-53 2.6.4 Mesures linéaires ................................................................................................... I.2-53 2.6.5 Mesures de superficie ............................................................................................ I.2-57 2.6.6 Mesures de volumes .............................................................................................. I.2-60 2.6.7 Information géographique . .................................................................................... I.2-60 2.6.8 Nouvelles technologies . ........................................................................................ I.2-61 2.6.9 Formation du personnel ........................................................................................ I.2-62 Bibliographie et lectures complémentaires . ......................................................................................... I.2-63 Page GUIDE DES PRATIQUES HYDROLOGIQUES vi Page CHAPITRE 3. MESURE DES PRéCIPITATIONS . ................................................................................... I.3-1 3.1 Conditions générales: exactitude et précision . ........................................................................ I.3-1 3.2 Choix de l’emplacement du pluviomètre . ............................................................................... I.3-1 3.3 Pluviomètres non enregistreurs . .............................................................................................. I.3-3 3.3.1 Généralités ............................................................................................................ I.3-3 3.3.2 Pluviomètre standard . ............................................................................................ I.3-3 3.3.3 Pluviomètres totalisateurs ...................................................................................... I.3-4 3.3.4 Méthodes de mesure . ............................................................................................ I.3-4 3.3.5 Erreurs et exactitude des lectures . .......................................................................... I.3-5 3.3.6 Correction des erreurs systématiques. ..................................................................... I.3-5 3.4 Pluviomètres enregistreurs . ..................................................................................................... I.3-8 3.4.1 Enregistreur à pesée . .............................................................................................. I.3-8 3.4.2 Enregistreur à flotteur ............................................................................................ I.3-8 3.4.3 Enregistreur à auget basculeur . .............................................................................. I.3-9 3.4.4 Pluviographe à intensité ........................................................................................ I.3-9 3.4.5 Disdromètre .......................................................................................................... I.3-9 3.4.6 Appareils acoustiques ............................................................................................ I.3-10 3.4.7 Méthodes d’enregistrement des données .............................................................. I.3-10 3.5 Chutes de neige et de grêle . ................................................................................................... I.3-10 3.5.1 Épaisseur de neige ................................................................................................. I.3-10 3.5.2 Équivalent en eau d’une chute de neige ................................................................ I.3-11 3.5.3 Couverture neigeuse . ............................................................................................. I.3-11 3.5.4 Tampon à grêle ..................................................................................................... I.3-16 3.6 Estimation des précipitations à partir du bilan hydrologique du bassin versant ....................... I.3-16 3.7 Observation de la pluie par radar ........................................................................................... I.3-16 3.7.1 Utilisation du radar en hydrologie . ......................................................................... I.3-16 3.7.2 L’équation radar-précipitations .............................................................................. I.3-17 3.7.3 Facteurs influençant les mesures ............................................................................ I.3-17 3.7.4 Neige et grêle . ....................................................................................................... I.3-20 3.7.5 Protocole de balayage ........................................................................................... I.3-20 3.7.6 Résumé des questions de précision ........................................................................ I.3-21 3.7.7 Radar Doppler ....................................................................................................... I.3-21 3.7.8 Radars multiparamètres ......................................................................................... I.3-22 3.8 Radar au sol et techniques de surveillance des précipitations .................................................. I.3-22 3.9 Réseaux de radars opérationnels . ............................................................................................ I.3-23 3.10 Mesure de la pluie par atténuation de liaison micro-ondes double fréquence ......................... I.3-23 3.11 Observation des précipitations par satellite . ............................................................................ I.3-24 3.11.1 Notions de base .................................................................................................... I.3-24 3.11.2 Visible et infrarouge . .............................................................................................. I.3-24 3.11.3 Micro-ondes passives . ............................................................................................ I.3-25 3.11.4 Micro-ondes actives (radar de pluie; Mission pour la mesure des pluies tropicales) . ... I.3-25 3.11.5 Résumé des questions de précision......................................................................... I.3-27 3.12 Mesure de la neige par télédétection . ..................................................................................... I.3-27 3.13 Télédétection par satellite du couvert neigeux . ....................................................................... I.3-28 3.14 Satellites opérationnels . .......................................................................................................... I.3-30 3.15 Rosée ................................................................................................................................... I.3-30 3.16 échantillonnage pour le suivi de la qualité des précipitations .................................................. I.3-31 3.16.1 Collecteurs de pluie et de neige . ........................................................................... I.3-32 3.16.2 Prélèvement des dépôts secs . ................................................................................ I.3-32 3.17 Intégration des pluies dans les modèles hydrologiques et hydrauliques: rassemblement et évaluation des données de sources différentes . ....................................................................... I.3-32 3.18 Projet mondial de climatologie des précipitations . .................................................................. I.3-32 Bibliographie et lectures complémentaires . ......................................................................................... I.3-33 TABLE DES MATIèRES vii Page chapITRE 4. ÉVAPORATION, ÉVAPOTRANSPIRATION ET HUMIDITÉ DU SOL . ............................... I.4-1 4.1 évaporation, évapotranspiration et interception...................................................................... I.4-1 4.1.1 Généralités ........................................................................................................... I.4-1 4.1.2 Définitions . ............................................................................................................ I.4-1 4.1.3 Mesure de l’évaporation ........................................................................................ I.4-2 4.1.4 Mesure de l’évapotranspiration . ............................................................................ I.4-7 4.1.5 Mesures par télédétection des paramètres de l’évaporation et de l’évapotranspiration . ............................................................................................. I.4-7 4.2 Estimation de l’évaporation des surfaces libres . ....................................................................... I.4-8 4.2.1 Généralités ............................................................................................................ I.4-8 4.2.2 Bilan hydrologique ................................................................................................ I.4-8 4.2.3 Bilan énergétique .................................................................................................. I.4-9 4.2.4 Méthode du transfert de masse ............................................................................. I.4-11 4.2.5 Combinaison des méthodes aérodynamique et du bilan énergétique .................... I.4-11 4.2.6 Extrapolation à partir de mesures sur bac . .............................................................. I.4-13 4.2.7 Formules empiriques.............................................................................................. I.4-15 4.3 évaporation des bassins hydrographiques . .............................................................................. I.4-17 4.3.1 Généralités............................................................................................................. I.4-16 4.3.2 Méthode du bilan hydrologique ............................................................................ I.4-17 4.3.3 Méthode du bilan énergétique .............................................................................. I.4-18 4.3.4 Approche aérodynamique ..................................................................................... I.4-19 4.3.5 Méthode de Penman-Monteith ............................................................................. I.4-19 4.3.6 Méthode de Priestley-Taylor . .................................................................................. I.4-20 4.3.7 Méthode complémentaire ..................................................................................... I.4-20 4.3.8 Coefficient cultural et méthode de l’évapotranspiration de référence . .................... I.4-21 4.3.9 Scintillomètre à grande ouverture . ......................................................................... I.4-21 4.4 Réduction de l’évaporation . .................................................................................................... I.4-21 4.4.1 À partir des surfaces libres . ..................................................................................... I.4-21 4.4.2 À partir de la surface du sol . ................................................................................... I.4-22 4.5 Mesure de l’humidité du sol . .................................................................................................. I.4-22 4.5.1 Généralités ............................................................................................................ I.4-22 4.5.2 Méthodes quantitatives ......................................................................................... I.4-23 4.5.3 Méthodes qualitatives . ........................................................................................... I.4-29 4.5.4 Télédétection . ........................................................................................................ I.4-31 Bibliographie et lectures complémentaires . ......................................................................................... I.4-32 chapITRE 5. Mesurage de la quantité des eaux superficielles et des sédiments . ....... I.5.1 5.1 Niveaux des cours d’eau des lacs et des réservoirs .................................................................. I.5-1 5.1.1 Généralités............................................................................................................. I.5-1 5.1.2 Instruments de mesure du niveau .......................................................................... I.5-1 5.1.3 Méthodes de mesure des niveaux . ......................................................................... I.5-2 5.1.4 Fréquence des mesures de niveau. .......................................................................... I.5-3 5.2 Glace sur les cours d’eau, les lacs et les réservoirs ................................................................... I.5-3 5.2.1 Généralités ............................................................................................................ I.5-3 5.2.2 Éléments du régime des glaces .............................................................................. I.5-3 5.2.3 Méthodes d’observation . ....................................................................................... I.5-3 5.2.4 Dates et fréquence des observations . ..................................................................... I.5-4 5.2.5 Précision de la mesure ........................................................................................... I.5-4 5.3 Mesurages et calculs des débits . ............................................................................................. I.5-4 5.3.1 Généralités ............................................................................................................ I.5-4 5.3.2 Jaugeage au moulinet . ........................................................................................... I.5-4 5.3.3 Méthode de jaugeage à l’aide de flotteurs ............................................................. I.5-10 5.3.4 Méthode de jaugeage par dilution . ........................................................................ I.5-11 5.3.5 Estimation du débit par des méthodes indirectes .................................................. I.5-12 GUIDE DES PRATIQUES HYDROLOGIQUES viii Page 5.3.6 Jaugeage en conditions difficiles............................................................................. I.5-14 uploads/Philosophie/ guide-des-pratiques-hydrologiques-vol1.pdf