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Christophe BOUVIER ANALYSE ET MOIIÉLI~ATION DE~ ÉCOULEMENT~ EN MILIEU URBAIN AF

Christophe BOUVIER ANALYSE ET MOIIÉLI~ATION DE~ ÉCOULEMENT~ EN MILIEU URBAIN AFRICAIN Editions de I’ORSTOM INSTITUT FRANÇAIS DE RECHERCHE SCIENTIFIQUE POUR LE DÉVELOPPEMENT EN COOPÉRATION Collection ÉTUDES el THÈSES PARIS 1990 La loi du 11 mars 1957 n’autorisent, aux termes des alinéas 2 et 3 de l’article 41, d’une part, que les «copies ou reproductions strictement réservées à l’usage priw6 du copiste et non destinées à une utilisation collective>> et, d’autre part, que les analyses et les courtes citations dans un but d’exemple et d’illustration, utoute représentation ou reproduction intégrale, ou partielle, faite sans le consentement de l’auteur ou de ses ayants droit ayants cause, est illicite* (alinéaler de l’article 40). Cette représentation ou reproduction, par quelque procédé que ce soit, constituerait donc une contrefaçon sanctionnée par les articles 425 et suivants du Code pénal. ISSN : 0767-2888 0 ORSTOM 1990 ISBN : 2-7099-0995-2 RESUME Dans le contexte de l’évolution rapide des villes africaines, les problèmes de drainage des eaux pluviales se posent de façon particulièrement aiguë. Les travaux présentés dans cette étude font d’abord le point sur ces problèmes, en termes d’aménagement d’une part, en termes de modèles de ruissellement d’autre part. Les techniques alternatives de drainage des eaux pluviales, basées sur la rétention de l’écoulement, semblent intéressantes, non seulement sur le plan du drainage, mais encore sur le plan de la gestion globale de la ressource en eau. Pour les modèles, leurs diicultés d’application dans le contexte urbain africain, sont dues en partie au rôle que jouent les surfaces non revêtues dans la production et le transfert de l’écoulement sur les bassins, et ont motivé une analyse approfondie du ruissellement sur un échantillon de 11 bassins :> expérimentaux, repartis sur quatre grandes villes africaines. La partie descriptive de cette étude porte d’abord sur les mesures du ruissellement réalisées d’une part sur les bassins, d’autre part sur des parcelles de 1 m2, représentatives des sols non revêtus, soumises à des pluies simulées. La description du milieu porte ensuite sur les modes d’occupation des sols rencontres dans les villes africaines, et leur influence potentielle sur les conditions de ruissellement. Plusieurs modèles ont été testés pour représenter l’écoulement mesuré à l’exutoire des bassins, et se basent sur différentes combmaisons de concepts de production et de transfert appliqués à différentes partitions spatiales des bassins. Deux modèles ont finalement été retenus, qui prennent en compte l’importance de la contribution au ruissellement des surfaces nues non revêtues : les paramètres de production et de transfert de ces modèles sont reIi& aux mesures experimentales du ruissellement réalisées sur parcelles, aux caractéristiques de pente et d’occupation des sols des bassins. Cette étude contribue à la connaissance hydrologique du milieu urbain africain, encore peu étudié. Elle fournit aux amenageurs un outil adapté aux spécificités des bassins africains (iperméabiiation, précipitations, densité de drainage), qui permet, par simulation des écoulements, de tester les performances des divers ouvrages de drainage existant ou projetés. MOTS-CLES : Afrique de l’ouest, hydrologie urbaine, techniques alternatives, simulation de pluie, occupation des sols, modèles pluie-débit, production, transfert. Résumé 3 ABSTRACT While the african cities are growing up very quickly, stormwater drainage becomes one of the major problems that occure in the urban enviromnent. This study tïrst deals with these problems, according to drainage designing on one hand, and runoff modelling on the other hand. The design of the stormwater drainage might be tumed in runoff retention, instead of quickly removal. The runoff models, that are mainly developped to be used in the industrialked countries, do not fit the case of the african watersheds : for these ones, runoff is found to be greatly infhrenced by the contibution of the natural grounds. SO, a further investigation was led to accurate the runoff features on the african catchments, and was perfomed from 11 experimental watersheds, scattered among four big cities of Western Africa. First are described the experimental measurements of the rainstorms and the discharges that were observed on those watersheds. Then are described the runoffs collected by min simulation from some one squared-meter plots, which are typical of the various kinds of the natural grounds encountered on the watesheds. Furthermore are described the urbanisation features of those catchments, and the effects they may have .on runoffs and discharges. Several models have been tested to compute the storm runoffs and discharges measured at the outlets of the catchments : these modek are built with d”erent combmations of production and discharge concepts, applied on different sub-units of the catchments. Two of them were tïnafly chosen, and take iirto accouru the important runoff contribution of the natural grounds : the parameters are bound with the runoffs measured from the experimental plots, with the slope and the land-use proportions of the watersheds. This study leads to a better knowledge about the urban catchments in Western Africa, and supplies an operating method for designing and planning of the stormdrainage systems in Western Africa. KEYWORDS : Western Mrica, Urban hydrology, Alternative technics, min simulation, land-use coeffkients, runoff models, production, diicharge. Résumé 5 PLAN Page Résumé / Mots clés ................................................................................................................................................. 3 Abstract / Keywords.. .............................................................................................................................................. 5 Plan ........................................................................................................................................................................ 7 Avant-propos ............................................................................................................................................................ 9 Introduction ............................................................................................................................................................ 11 Première partie : Généralités sur le drainage des eaux pluviales en Afrique de l’ouest.. .......................... 15 1. Aspects techniques des aménagements de drainage des eaux pluviales en Afrique de l’ouest.. .................................................. . ............. .l9 2. Gén&alités sur la nature et l’utilisation des modèles de ruissellement en milieu urbain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Deuxième partie : Description des bassins expérimentaux.. .......................................................................... .77 3. Les données hydro-pluviométriques ............................................................................. . ......... 83 4. Etude expérimentale des caractéristiques hydrodynamiques des surfaces naturelles.. ............................................................... 107 5. Urbanisation et occupation des sols.. ..................................................................................... 147 Troisième partie : Modélisation des écoulements .......................................................................................... 177 6. Définition des concepts ............................................................................................................ 181 7. Analyse des concepts ................................................................................................................ 199 8. Choix d’un protocole de validation ........................................................................................ 215 9. Détermination et interpretation des paramètres de production.. ..................................... .227 10. Détermination et interprétation du paramètre de transfert.. .......................................... .252 Conclusions ............................................................................................................................................................ 283 Bibliographie ..................................................................................... . ................................................................. 287 Sommaire détaillé ................................................................................................................................................ 297 Li&e des tableaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . . , . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305 Liste des figures .................................................................................................................................................... 308 Liste des photographies ..................................................................................................................... . ................ 311 Annexes ....................................................................................................................................... 313 Plan 7 AVANT-PROPOS C’est au terme de mon affectation à Niamèy, en 1985, que je me suis engage dans la voie de l’hydrologie urbaine. Cette orientation particulière, au sein d’un organisme plus traditionnellement porté sur les problèmes du monde rural, ne s’explique pas autrement que par un wnwurs de cirwnstances : en collaboration avec le Laboratoire d’Hydrologie Mathématique de l’Université de Montpellier et le Comité Interafricain d’Etudes Hydrauliques, I’ORSTOM souhaitait entreprendre la synthese des mesures de ruissellement recueillies en milieu urbain africain vers la fm des armées 70. Cette tâche me fut confiée, et les travaux présentés dans cette étude, réalisée à Montpellier de 1986 à 1989, s’inscrivent dans le cadre de la convention passée entre les trois organismes. J’avoue encore préférer les charmes bucoliques d’une paisible rivière à ceux (?) d’un collecteur de ruissellement urbain. C’est cependant un milieu particulièrement riche et varié qu’il m’a et6 donné de découvrir, tant sur le plan technique de l’hydrologie que sur le plan plus vaste des multiples disciplines impliquées dans la résolution des problemes urbains. Loin de me décourager, cette étude renforce au contraire mon intérêt pour ces problèmes, et la preuve en est ma prochaine affectation à Mexico. Je tiens ici à remercier les personnes qui m’ont suivi, encouragé et assisté dans la réalisation de ces travaux Mes remerciements vont en premier lieu aux membres du jury : Monsieur Claude Boquillon, professeur à l’Université des Sciences de Montpellier et directeur du Laboratoire d’Hydrologie Mathématique, qui a accepté la présidence de ce jury, Monsieur Michel Desbordes, Maître de Conffkences à l’Université des Sciences uploads/Industriel/ecoul-urbain.pdf