Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie

2011 > L’environnement pratique > Protection des eaux

> Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau Hydrologie – régime d’écoulement Niveau R (région)

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> Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau Hydrologie – régime d’écoulement Niveau R (région)

Publié par l’Office fédéral de l’environnement OFEV Berne, 2011

Valeur juridique de cette publication Test de la méthode sur des cas concrets La présente publication est une aide à l’exécution élaborée par l’OFEV Peter Baumann, Limnex (cas de la Linth-Limmern) en tant qu’autorité de surveillance. Destinée en premier lieu aux Barbara Imhof, Fredy Elber, AquaPlus (cas de la Muota) autorités d’exécution, elle concrétise des notions juridiques Beat Müller, Amt für Umwelt und Energie des Kantons St.Gallen indéterminées provenant de lois et d’ordonnances et favorise ainsi (cas de la Sitter) une application uniforme de la législation. Si les autorités d’exécution Andrea Salvetti, Ufficio dei corsi d’acqua, canton du Tessin en tiennent compte, elles peuvent partir du principe que leurs (cas du Blenio) décisions seront conformes au droit fédéral. D’autres solutions sont Steffen Schweizer, Nick Heuberger, Kraftwerke Oberhasli AG aussi licites dans la mesure où elles sont conformes au droit en (cas de la Hasliaare) vigueur. Les aides à l’exécution de l’OFEV (appelées aussi directives, instructions, recommandations, manuels, aides pratiques) paraissent Référence bibliographique dans la collection «L’environnement pratique». Pfaundler M. et al. 2011: Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R (région). Office fédéral de l’environnement, Berne. L’environnement pratique n° 1107: 113 p. Impressum Graphisme, mise en page Editeur Christina Dübendorfer, Ernst Basler + Partner AG ; Ursula Nöthiger Office fédéral de l’environnement (OFEV) L’OFEV est un office du Département fédéral de l’environnement, des Photo de couverture transports, de l’énergie et de la communication (DETEC). Steffen Schweizer, Kraftwerke Oberhasli AG

Auteurs Traduction Martin Pfaundler, Division Eaux, OFEV Service linguistique, OFEV Christina Dübendorfer, Ernst Basler + Partner AG Kathrin Schneider, OFEV Andreas Zysset, Ernst Basler + Partner AG Téléchargement au format PDF Accompagnement www.environnement-suisse.ch/uv-1107-f Daniel Devanthéry, Service des routes et des cours d’eau, canton du (il n’existe pas de version imprimée) Valais Werner Göggel, OFEV Cette publication est également disponible en allemand. Ion Iorgulescu, Service cantonal de l’écologie de l’eau, canton de Genève © OFEV 2011 Manfred Kummer, OFEV Peter Molnar, Institut für Umweltingenieurwissenschaften ETH Zürich Beat Müller, Amt für Umwelt und Energie des Kantons St.Gallen Armin Peter, Eawag: L’Institut de Recherche de l’Eau du Domaine des EPF Roger Pfammatter, Association suisse pour l’aménagement des eaux ASAE (avant le 1.9.2010: Ernst Basler + Partner AG) Christopher Robinson, Eawag Andrea Salvetti, Ufficio dei corsi d’acqua, canton du Tessin Markus Zeh, Office des eaux et des déchets, canton de Berne

Autres contributions Hugo Aschwanden, Daniel Devanthéry, Melanie Flubacher, Andreas Helbling, Christoph Joerin, Caroline Kan, Mario Keusen, Markus Knellwolf, Thomas Scheuner, Kathrin Schneider, Sandro Webersberger, Thomas Wüthrich (tous OFEV)

> Table des matières 3

> Table des matières Abstracts 4 5 Détermination et classement Avant-propos 5 des indicateurs d’évaluation 55 Résumé 7 5.1 Indicateurs d’évaluation à considérer 56

2 Concept HYDMOD-R 15

2.1 Objectifs et principes 15 6 Evaluation et interprétation 78

2.2 Limites 16 6.1 Evaluation par tronçon des différents indicateurs 79

2.3 Schéma de classement et méthode d’évaluation 17 6.2 Représentation des résultats 82

2.4 Définition du régime d’écoulement 20 6.3 Interprétation de l’évaluation 84

2.5 Choix des indicateurs d’évaluation 21 6.4 Agrégation pour l’évaluation globale 87

3 Calcul des paramètres hydrologiques 22 Annexe analyses caractéristiques

3.1 Sources de données et d’informations 23 du type de régime d’écoulement 89

3.2 Disponibilité des données et possibilités A1 Vue d’ensemble des analyses et stations

de calcul 25 de référence 89

3.3 Paramètres généraux 28 A2 Analyses des coefficients de Pardé (Pk i )

3.4 Paramètres du régime des débits moyens 33 et des valeurs R 93

3.5 Paramètres du régime de crue 36 A3 Analyses d’autres paramètres hydrologiques 98

3.6 Paramètres du régime d’étiage 40

3.7 Paramètres des effets de courte durée 43

Annexe interpolation et extrapolation 106 A4 Instructions pour l’interpolation et l’extrapolation 106

4 Terrain d’étude et inventaire des atteintes 49

4.1 Terrain d’étude 50

4.2 Identification des atteintes 50 Répertoires 108

4.3 Détermination de l’importance des atteintes 52 Bibliographie 113

4.4 Détermination de la signification des atteintes 52

4.5 Tableau et carte de l’inventaire des atteintes 53

> Abstracts 4

> Abstracts The Modular Stepwise Procedure to investigate and assess watercourses includes Keywords: assessment procedures in three intensity steps (=spatial scales) for the areas hydromor- Modular Stepwise Procedure, phology, biology and chemical and toxic effects. This hydrology-flow regime module Watercourse assessment, for the so-called spatial step R (regional scale), HYDMOD-R for short, is in this re- Measures, Hydrology, spect the method for describing hydrological conditions of a region by logging the Flow regime water resources management measures and assessing their effects on the flow regime. The natural state of the flow regime is assessed and classified using nine assessment indicators, which cover a number of characteristics from the areas of low flow, medium flow and high flow regime.

Das Modul-Stufen-Konzept zur Untersuchung und Beurteilung der Fliesgewässer Stichwörter: umfasst Erhebungsverfahren in drei Intensitätsstufen für die Bereiche Hydromorpholo- Modul-Stufen-Konzept, gie, Biologie sowie chemische und toxische Effekte. Das vorliegende Modul Hydrolo- Gewässerbewertung, gie – Abflussregime für die Stufe F (flächendeckend), kurz HYDMOD-F, ist in diesem Eingriffe, Hydrologie, Rahmen die Methode zur Beschreibung der hydrologischen Verhältnisse einer Region Abflussregime mit der Erfassung der wasserwirtschaftlichen Eingriffe und der Beurteilung deren Auswirkungen auf das Abflussregime. Beurteilt und klassiert wird der Natürlichkeitsgrad des Abflussregimes anhand von neun Bewertungsindikatoren, welche verschiedene Charakteristika aus den Bereichen Niedrigwasser-, Mittelwasser- und Hochwasserregime abdecken.

Le système modulaire gradué d’analyse et d’appréciation des cours d’eau comprend Mots-clés: des méthodes subdivisées en trois niveaux d’analyse et concernant les domaines de Système modulaire gradué, l’hydromorphologie, de la biologie ainsi que des effets chimiques et toxiques. Le évaluation des cours d’eau, présent module «Hydrologie – régime d’écoulement» conçu pour le niveau R (région), atteintes, hydrologie, régime ou HYDMOD-R, représente la méthode mise au point pour décrire les conditions d’écoulement hydrologiques d’une région en y relevant les atteintes liées à la gestion des eaux et en évaluant leurs effets sur le régime d’écoulement. Le degré de naturalité du régime d’écoulement est apprécié et classé à l’aide de neuf indicateurs d’évaluation tenant compte de diverses caractéristiques du régime d’étiage, du régime des débits moyens et du régime de crue.

Il concetto basato su moduli e livelli per l’analisi e la valutazione dei corsi d’acqua Parole chiave: prevede delle procedure di rilevamento suddivise in tre livelli di intensità per i settori Concetto basato su moduli e idromorfologia, biologia ed effetti chimici e tossici. In tale ambito, il presente modulo livelli, valutazione dei corsi idrologia – portata di deflusso per il livello R («regione»), abbreviato in HYDMOD-R, d’acqua, interventi, idrologia, è il metodo utilizzato per la descrizione delle condizioni idrologiche di una regione portata di deflusso mediante il rilevamento degli interventi idraulici e la valutazione delle loro ripercussioni sulla portata di deflusso. Il grado di naturalità della portata di deflusso viene valutato e classificato in base a nove indicatori di valutazione che coprono diverse caratteristiche relative alla portata di magra, media e massima (o di piena).

> Avant-propos 5

> Avant-propos La protection intégrale des eaux et de leurs multiples fonctions en tant que milieux naturels pour la flore et la faune ainsi que l’utilisation durable des cours d’eau par l’homme sont des objectifs principaux de la législation fédérale sur la protection des eaux. La protection intégrale des eaux nécessite la connaissance précise de leur état. Dans le cadre du système modulaire gradué, des experts de l’OFEV, de l’Eawag et des services cantonaux concernés élaborent des méthodes d’analyse, appelées modules, pour pouvoir évaluer les cours d’eau. Ces méthodes, qui distinguent trois niveaux d’analyse, couvrent les domaines de l’hydromorphologie, de la biologie, de la chimie des eaux et de l’écotoxicologie.

L’état écologique des cours d’eau est influencé par de multiples utilisations humaines. De façon très générale, on distingue les trois domaines d’influence suivants: la qualité de l’eau, les caractéristiques morphologiques et spatiales des cours d’eau et le débit. Ainsi, selon la brochure «Idées directrices – Cours d’eau suisses» (OFEFP & OFEG 2003), les objectifs à atteindre sur la base de la législation en vigueur sont une qualité de l’eau suffisante, un espace suffisant et un débit suffisant. Alors que les grands efforts réalisés ces dernières décennies dans le domaine de la protection des eaux ont permis de réduire nettement la charge en matières solides provenant des eaux usées ou d’apports diffus, l’hydromorphologie de nombreux cours d’eau suisses reste fortement perturbée. A l’avenir, c’est surtout au débit que la promotion de l’énergie hydraulique résultant de la politique climatique et énergétique fera subir la plus forte pression.

La présente méthode est une aide à l’exécution pour les analyses à effectuer dans le cadre de la législation sur la protection des eaux, qui vise un régime d’écoulement proche de l’état naturel, et permet également d’apprécier l’atteinte de l’objectif «débit suffisant». Or il ne suffit pas qu’un débit résiduel convenable soit maintenu dans le cours d’eau, mais, bien plus généralement, que le régime d’écoulement soit proche de l’état naturel (y compris les effets indirects sur la dynamique du régime de charriage). Par conséquent, la présente méthode va au-delà du paramètre classique «débit résiduel», car elle tient également compte de la problématique des phénomènes d’éclusée – qui est devenue récemment un sujet d’actualité et qui est explicitement prise en considération dans la révision de la loi fédérale sur la protection des eaux du 11 décembre 2009 – et fonde l’appréciation du déficit hydrologique sur toute une série d’autres paramètres du régime d’écoulement importants du point de vue écologique.

Cette méthode s’intéresse ainsi à l’impact des atteintes humaines sur le degré de naturalité du régime d’écoulement. En Suisse, il s’agit principalement de mesures anthropiques prises dans les secteurs de la gestion des eaux urbaines et de l’utilisation de l’énergie hydraulique. Au vu de l’augmentation attendue ces prochaines années des activités dans ce deuxième secteur, il est important que des méthodes permettent d’apprécier les modifications qui en résulteront et offrent aux décideurs une base pour la gestion durable des eaux.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 6

La présente méthode est un élément essentiel car elle comble une lacune et mène à une appréciation globale de l’état des eaux. Complétée par les bases hydrologiques qui ont été élaborées en parallèle, nous souhaitons qu’elle soit largement appliquée et satisfasse de nombreux besoins.

Stephan Müller Chef de la division Eaux Office fédéral de l’environnement (OFEV)

> Résumé 7

> Résumé Le module «Hydrologie – régime d’écoulement» au niveau R (région), ou HYDMOD- R, représente la méthode mise au point dans le cadre du système modulaire gradué pour décrire les conditions hydrologiques d’une région en y relevant les atteintes liées à la gestion des eaux et en évaluant leurs effets sur le régime d’écoulement. Il donne comme résultat une indication de l’état hydrologique du réseau hydrographique d’un bassin versant en se référant aux différents tronçons de cours d’eau. Pour pouvoir se faire une idée globale de l’état des eaux, cet aspect manquait jusqu’ici à côté des modules existants consacrés aux domaines de la biologie, de la morphologie et de la chimie. La présente méthode est une aide à l’exécution pour les analyses à effectuer dans le cadre de la législation sur la protection des eaux, qui vise un régime d’écoulement proche de l’état naturel, et permet également d’apprécier l’objectif «débit suffisant» défini dans la brochure «Idées directrices – Cours d’eau suisses».

Le degré de naturalité du régime d’écoulement est apprécié et classé à l’aide de neuf indicateurs d’évaluation couvrant diverses caractéristiques du régime d’étiage, du régime des débits moyens et du régime de crue. HYDMOD-R va bien au-delà d’une simple description du type de régime d’écoulement et ne fait pas que traiter le problème «classique» des débits résiduels convenables ou la problématique des phénomènes d’éclusée, dont on parle de plus en plus.

HYDMOD-R est une approche qui s’intéresse aux atteintes. La plupart des perturbations hydrologiques importantes sont dues à des atteintes ponctuelles directes liées à la gestion des eaux. L’avantage, c’est que les relevés peuvent se focaliser de façon précise sur les atteintes et les tronçons de cours d’eau concernés. Ces atteintes proviennent en grande partie des secteurs de l’utilisation de l’énergie hydraulique et de la gestion des eaux urbaines.

Cette méthode est conçue pour le niveau R. Elle vise donc à donner une vue d’ensemble des atteintes importantes pour le régime d’écoulement dans une région, dans un bassin versant entier, à en quantifier les effets et à apprécier puis représenter les déficits hydrologiques qui en résultent. HYDMOD-R ne propose toutefois pas de mesures.

L’utilisation de la méthode exige un certain travail, notamment lorsqu’il s’agit de relever les atteintes et de collecter les informations les concernant. La méthode ellemême demande des connaissances techniques en hydrologie, en gestion des eaux et en écologie des eaux.

L’utilisation d’HYDMOD-R nécessite divers paramètres hydrologiques. Cependant, dans de nombreux cas, les données disponibles ne sont pas suffisantes. Il a donc fallu élaborer une série de bases hydrologiques et de méthodes d’estimation parallèlement au développement de la méthode. Ces bases et méthodes font partie intégrante d’HYDMOD-R. Enfin, un logiciel informatique a été développé en tant qu’outil informatique pour aider l’utilisateur à accomplir certaines étapes de la méthodologie.

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Ainsi, il faut considérer HYDMOD-R comme un paquet dont l’élément central est la méthode d’évaluation proprement dite. Diverses méthodes d’estimation sont également proposées. Cette publication décrit l’ensemble des méthodes. Pour terminer, le paquet est complété par le logiciel informatique (HYDMOD-FIT) mis à disposition pour l’application assistée par ordinateur, pour la standardisation et pour simplifier le travail à fournir. Cet outil est diffusé via les pages internet www.systeme-modulaire-gradue.ch > Hydrologie.

1 > Introduction 9

1 > Introduction Ce chapitre décrit la situation initiale, les exigences et les bases juridiques de la méthode d’appréciation et donne une vue d’ensemble de la structure de la publication.

1.1 Situation initiale

Il est important que les cours d’eau puissent avoir un débit convenable et un régime Des mots à des grandeurs d’écoulement se rapprochant des conditions naturelles. Dans la législation relative à la mesurables protection des eaux, ces objectifs écologiques sont formulés par des mots. Pour les mettre en pratique, il faut les interpréter et les préciser de façon à aboutir, dans la mesure du possible, à des appréciations compréhensibles et mesurables, formulées par des nombres, ainsi qu’une application uniforme des exigences.

La présente aide à l’exécution fait partie des «Méthodes d’analyse et d’appréciation des Un élément du système modulaire cours d’eau» (système modulaire gradué). L’objectif du système modulaire gra- gradué dué (OFEFP 1998) est le développement de méthodes standardisées permettant d’analyser et d’apprécier l’état des cours d’eau en Suisse. Ces méthodes couvrent divers aspects structurels, hydrologiques, biologiques, chimiques et écotoxicologiques de la qualité des eaux. Elles s’adressent aux services cantonaux en tant qu’aides à l’exécution. Le système modulaire gradué distingue trois niveaux d’investigation, à savoir les niveaux R (région), C (cours d’eau) et T (tronçon), qui se réfèrent à différentes échelles spatiales du territoire étudié.

Le module «Hydrologie – régime d’écoulement» (HYDMOD-R) présenté ici est conçu Aide à l’exécution pour pour le niveau R. Il présente une méthode qui permet d’apprécier globalement les l’appréciation des conditions conditions hydrologiques régnant dans une région en considérant les atteintes et leurs hydrologiques régionales effets sur le régime d’écoulement. Pour évaluer le degré de naturalité du régime d’écoulement, la méthode s’appuie sur des considérations écologiques.

En tant que méthode pour le niveau R, HYDMOD-R répond aux exigences suivantes: Exigences niveau R

> analyse globale de tous les cours d’eau d’un grand territoire (canton, région) possible; > degré d’analyse et travail investi par tronçon de cours d’eau étudié relativement limités; > vue d’ensemble des aspects importants de l’état des cours d’eau, respectivement des perturbations qu’ils subissent, appréciation par tronçon, représentation cartographique; > destinataires: professionnels, autorités, politiques, public.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 10

Contrairement aux exigences pour une méthode au niveau R, HYDMOD-R requiert un investissement relativement important, notamment pour la collecte et la préparation des données (voir également chapitre 1.6). Les résultats obtenus perdraient cependant de leur pertinence si la méthode était réduite ou simplifiée.

1.2 Importance du régime d’écoulement

Les principaux facteurs qui influencent l’écologie d’un cours d’eau sont la qualité de Importance écologique du régime l’eau, l’état morphologique et les conditions hydrologiques. L’importance du régime d’écoulement d’écoulement pour l’écologie aquatique réside dans:

> le maintien des milieux naturels aquatiques; > la préservation d’un régime de charriage proche de l’état naturel.

Le régime d’écoulement agit directement sur la taille de l’habitat aquatique en déterminant la largeur du cours d’eau et la profondeur de l’eau. La vitesse d’écoulement est un facteur de stress hydraulique. Le comportement hydrologique influence aussi indirectement le régime des matières solides (charriage et matières en suspension) et, par conséquent, la morphologie de l’habitat ainsi que le régime des températures.

La figure qui suit représente schématiquement les relations fondamentales entre le régime d’écoulement et la fonctionnalité écologique des cours d’eau.

Fig. 1 > Régime d’écoulement et fonctionnalité écologique des cours d’eau Le régime d’écoulement, facteur abiotique décisif pour les conditions physiques de l’habitat, détermine la fonctionnalité écologique des cours d’eau.

Schéma de l’auteur d’après Petts, 1995

1 > Introduction 11

1.3 Bases juridiques

La loi fédérale du 24 janvier 1991 sur la protection des eaux (LEaux, RS 814.20) LEaux/OEaux: écologie des eaux charge la Confédération (art. 57) et les cantons (art. 58) de mener des investigations sur et milieux naturels les cours d’eau. Il s’agit, entre autres, de contrôler si les objectifs écologiques pour les eaux superficielles définis dans l’annexe 1, ch. 1, de l’ordonnance du 28 octobre 1998 sur la protection des eaux (OEaux, RS 814.201), sont atteints ou non. Ceux-ci doivent, conformément à l’art. 1, al. 2, OEaux, être pris en considération lors de l’exécution des dispositions relatives à la protection des eaux.

Selon l’annexe 1, ch. 1, al. 2, OEaux, l’hydrodynamique (débits de charriage, régime OEaux: objectifs écologiques des niveaux et des débits) et la morphologie doivent présenter des caractéristiques pour les eaux superficielles proches de l’état naturel. Elles doivent en particulier garantir sans restriction l’autoépuration par des processus naturels, les échanges naturels entre l’eau et le lit ainsi que les interactions avec l’environnement.

Les exigences relatives à la qualité des eaux superficielles sont indiquées dans OEaux: exigences de la qualité l’annexe 2, ch. 1, OEaux. Le chiffre 12, al. 3, dit que le prélèvement et le déversement des eaux d’eau ainsi que les ouvrages de construction ne doivent pas modifier l’hydrodynamique du cours d’eau dans une mesure telle que sa capacité d’auto-épuration soit réduite ou que la qualité de l’eau soit insuffisante pour permettre le développement de biocénoses spécifiques au cours d’eau. Si l’autorité constate que les eaux ne satisfont pas aux exigences fixées dans l’annexe 2 OEaux, elle doit, conformément à l’art. 47 OEaux, déterminer la nature, l’ampleur et les causes de ce non-respect des exigences, évaluer l’efficacité des mesures possibles et veiller à ce que celles-ci soient prises en vertu des prescriptions correspondantes.

Le diagnostic des cours d’eau est important pour l’exécution des prescriptions de la LEaux/OEaux: prélèvements LEaux sur les débits résiduels. Les art. 29 à 36 et 80 à 83 LEaux ainsi que les art. 33 à d’eau et débits résiduels 41 OEaux comprennent des prescriptions visant à assurer des débits résiduels convenables dans le cadre de l’octroi des autorisations de prélèvement, ainsi que dans le cadre de l’assainissement des cours d’eau sensiblement influencés par des prélèvements d’eau.

Les arts. 39a et 83a de la LEaux visent à empêcher ou à assainir les atteintes graves que LEaux: éclusées des variations subites et artificielles du débit d’un cours d’eau (éclusées) portent à la faune et à la flore indigènes et à leurs biotopes. Pour l’exécution de ces dispositions, des analyses sur l’hydrodynamique, portant notamment sur le degré d’atteinte dû aux éclusées, sont également nécessaires.

Selon l’art. 50 LEaux et l’art 49 OEaux, les cantons informent le public sur l’état des LEaux/OEaux: information sur eaux. La présente publication présente des méthodes permettant aux cantons de contrô- l’état des cours d’eau ler et de relever les conditions hydrologiques des cours d’eau.

Outre ces bases juridiques les «Idées directrices – Cours d’eau suisses» (OFEFP & Idées directrices – OFEG 2003) fournissent un concept général pour un usage durable des eaux. Il exige Cours d’eau suisses non seulement que la qualité de l’eau soit suffisante et que les cours d’eau aient assez d’espace, mais aussi que leur débit soit suffisant et que leur régime d’écoulement soit

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 12

proche de l’état naturel. La notion de «débit suffisant» ne se réfère pas ici uniquement à un débit résiduel convenable, mais englobe de façon tout à fait générale la dynamique du comportement hydrologique et implique qu’un régime d’écoulement aussi naturel que possible soit maintenu ou rétabli avec toutes ses caractéristiques. La présente méthode peut également être utilisée pour l’appréciation des cours d’eau dans l’optique d’atteindre le but cité ci-dessus.

1.4 Destinataires

La méthode HYDMOD-R s’adresse principalement aux services cantonaux concernés, en particulier à ceux de l’hydrologie, de la protection des eaux et de l’utilisation de l’eau. Cependant les bureaux d’ingénieurs, d’experts ou de conseil en environnement ainsi que les exploitants d’installations peuvent également l’utiliser.

1.5 Structure de la publication

Le chapitre 2 décrit les objectifs du module HYDMOD-R et effectue diverses délimita- Chapitre 2: concept tions. Il présente ensuite les principes importants de la méthode d’évaluation.

Pour pouvoir utiliser la méthode d’évaluation, il faut connaître divers paramètres Chapitre 3: méthodes hydrologiques. Le chapitre 3 explique comment les calculer ou les estimer et donne d’estimation et outils une vue d’ensemble des sources de données existantes. Il fait également référence à l’outil informatique HYDMOD-FIT et aux fichiers de support SIG disponibles sur le site internet du système modulaire gradué (www.systeme-modulaire-gradue.ch > Hydrologie).

L’annexe propose diverses analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement Annexe: analyses caractéristiques relatives aux paramètres hydrologiques décrits au chapitre 3. du type de régime d’écoulement

La partie principale du module HYDMOD-R est la méthode d’évaluation proprement Chapitre 4–6: Méthode dite. L’évaluation se déroule en quatre grandes étapes générant chacune des produits d’évaluation en quatre étapes différents. Ces étapes sont décrites aux chapitres 4 à 6 de cette publication.

La figure qui suit met en évidence les quatre grandes étapes de la méthode d’évaluation Graphique explicatif ainsi que les méthodes de calcul, les méthodes d’estimation et les outils à disposition. Ce graphique explicatif est répété au début des chapitres 3 à 6 pour faire ressortir les thèmes traités dans chacun d’eux. Il est toujours précédé d’une indication des résultats de l’étape en question et des connaissances exigées de la part de l’utilisateur.

1 > Introduction 13

Fig. 2 > Déroulement de la méthode d’évaluation et outils Graphique explicatif servant à se repérer dans le rapport.

1.6 Utilisation de la méthode

L’utilisation du module HYDMOD-R exige un certain travail préalable pour se fami- Travail préalable liariser avec la méthode, la démarche et les outils. Cet effort dépend beaucoup du nombre et de la complexité des atteintes dans le bassin versant ainsi que de la disponibilité des données.

Succinctement, on peut définir ainsi le travail à fournir pour chacune des grandes étapes de la méthode:

> étape «terrain d’étude, inventaire des atteintes»: l’identification des atteintes, leur relevé et leur fonctionnement ainsi que la collecte d’informations et de données demandent un travail important; > étape «détermination et classement des indicateurs d’évaluation»: la préparation des paramètres hydrologiques nécessaires et des autres grandeurs auxiliaires demande un travail qui varie en fonction de la disponibilité des données, mais qui, par expérience, est souvent important. Le travail à fournir pour l’évaluation elle-même est considéré comme plutôt modéré;

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 14

> étape «évaluation par tronçon»: la définition des tronçons, l’évaluation par tronçon et la représentation des résultats demandent un travail considéré comme plutôt modéré par rapport aux étapes précédentes; > étape «évaluation globale»: l’évaluation globale demande peu de travail.

Selon l’étape, il est préférable voire indispensable que les utilisateurs de la méthode Connaissances exigées bénéficient de connaissances approfondies en matière d’hydrologie, de gestion des de la part des utilisateurs eaux et d’écologie aquatique. Les connaissances nécessaires à chaque étape sont précisées en introduction des chapitres 3 à 6.

Un système d’information géographique (SIG) se révèle utile durant toute l’évaluation, notamment lorsqu’il s’agit de déterminer la surface des bassins versants ou de représenter les résultats sous forme de cartes.

2 > Concept HYDMOD-R 15

2 > Concept HYDMOD-R Ce chapitre décrit les principes de la méthode d’évaluation et introduit les indicateurs d’évaluation en s’appuyant sur la définition du régime d’écoulement.

2.1 Objectifs et principes

HYDMOD-R représente la méthode mise au point dans le cadre du système modulaire Evaluation de l’état hydrologique gradué pour apprécier les conditions hydrologiques d’une région en relevant les atteintes liées à la gestion des eaux et leurs effets sur le régime d’écoulement. Ce module donne comme résultat des informations sur l’état hydrologique du réseau hydrographique d’un bassin versant.

Le module HYDMOD-R ne permet pas à lui seul d’évaluer l’état écologique des cours Etat écologique influencé par d’eau. En effet, leur fonctionnalité écologique dépend de la qualité de l’eau, de la plusieurs facteurs morphologie et de l’hydrologie. L’état écologique global résulte de l’interaction entre ces trois facteurs, ce qui se manifeste ensuite dans l’état biologique (qui peut être apprécié à l’aide de bioindicateurs, voir les modules biologiques du système modulaire gradué).

Par conséquent, en évaluant le degré de naturalité du régime d’écoulement à l’aide Pas de conclusion définitive sur d’HYDMOD-R, on obtient uniquement une indication de l’intensité avec laquelle la la fonctionnalité écologique fonctionnalité écologique d’un cours d’eau se trouve compromise d’un point de vue strictement hydrologique, même si les indicateurs d’évaluation sont choisis en tenant compte de considérations écologiques et que les règles de classement s’inspirent elles aussi beaucoup de critères écologiques.

L’état hydrologique, qui correspond au degré de naturalité du régime d’écoulement, est Contenu et objet de l’évaluation évalué à l’aide d’une sélection d’indicateurs. La naturalité du régime d’écoulement est donc le contenu de l’évaluation et le réseau hydrographique en est l’objet. Les différents tronçons des cours d’eau constituent les objets de référence.

HYDMOD-R suit une approche axée sur les atteintes. La plupart des perturbations Approche relative aux atteintes hydrologiques sont dues à des atteintes ponctuelles directes liées à la gestion des eaux et faciles à identifier. L’avantage, c’est que les relevés peuvent se focaliser de façon précise sur les atteintes et les tronçons de cours d’eau concernés.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 16

2.2 Limites

Lors de l’utilisation d’HYDMOD-R, il faut tenir compte des limites suivantes:

> Les paramètres hydrologiques et les indicateurs calculés au cours de l’utilisation Précision d’HYDMOD-R sont des valeurs estimatives qui donnent une vue d’ensemble des conditions régionales, mais qui ne sont pas assez précises pour servir de valeurs de dimensionnement ou de bases de planification. Les valeurs estimatives mises à disposition, en particulier celles qui ont été déterminées sur la base d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement, ne fournissent donc que des ordres de grandeur.

> Les résultats obtenus en utilisant HYDMOD-R ne remplacent pas les autres analyses Champ d’application hydrologiques, comme les enquêtes du rapport d’état menées dans le cadre des plans généraux d’évacuation des eaux (PGEE) et celles effectuées pour fixer les débits résiduels ou déterminer les valeurs de dimensionnement pour les crues. Au contraire, les résultats obtenus au cours de ce type d’analyses peuvent être exploités pour HYDMOD-R, ou complétés par le module.

> Les atteintes diffuses indirectes (p. ex. changements d’affectation du sol, drainages) Les atteintes diffuses et les ne sont pas prises en considération car elles sont difficiles à identifier. De plus, des petites atteintes ne sont pas effets collectifs (superpositions dans des systèmes complexes) ainsi que des relations prises en considération de cause à effet peu claires et parfois retardées peuvent se présenter. Les petites atteintes ont également été ignorées car il est difficile, voire souvent impossible, de quantifier leur impact. Pour ces raisons, on considère que le travail à fournir pour observer les atteintes diffuses et les petites atteintes directes est trop important pour une méthode du niveau R. Il peut donc arriver que des effets négatifs passent inaperçus chez les petits cours d’eau. Cependant, on part du principe que de tels effets ne concernent que de courts tronçons, puisque, proportionnellement, la surface du bassin versant augmente rapidement, et qu’ils ne justifient pas l’approche régionale d’une méthode du niveau R.

> Les corrections de cours d’eau ne sont pas non plus prises en considération dans le Les corrections de cours d’eau ne cadre d’HYDMOD-R, puisque, même si elles peuvent altérer les conditions hydrau- sont pas prises en considération liques, elles n’entraînent guère de modifications hydrologiques, à l’exception d’une éventuelle élévation des pointes de crue. Du point de vue écologique, la hauteur des pointes de crue est cependant moins importante que leur fréquence par ple (voir chapitre 2.5).

> Comme les atteintes faibles et diffuses sont laissées de côté, on recommande Surface des bassins versants d’utiliser HYDMOD-R pour les bassins versants de moyenne (1–1000 km²) et grande échelle (> 1000 km²). Les atteintes faibles et diffuses gagnent en importance dans les bassins versants de petite échelle (< 1 km²). Par conséquent, la limite d’application de la méthode se situe au niveau des cours d’eau du domaine inférieur de la moyenne échelle (bassins versants d’env. 2–5 km²).

2 > Concept HYDMOD-R 17

2.3 Schéma de classement et méthode d’évaluation

2.3.1 Schéma de classement

Les résultats des analyses menées au niveau R donneront un bref aperçu des aspects Schéma de classement importants de l’état des cours d’eau et des perturbations que ceux-ci subissent. Pour comportant une classe spéciale faciliter le travail, les divers modules recourent autant que possible à un système uniforme de classement du degré de naturalité.

Pour le module HYDMOD-R, ce schéma de classement est complété par la classe spéciale «sans évaluation», qui s’applique lorsque le régime d’écoulement est modifié, mais que son attribution à l’une des cinq classes n’est pas possible par manque de données.

Fig. 3 > Schéma de classement: désignation et couleur des classes Le schéma servant à classer le degré de naturalité du régime d’écoulement se base sur le schéma de classement général du système modulaire gradué, complété par la classe spéciale «sans évaluation».

2.3.2 Indicateurs d’évaluation

Le régime d’écoulement est évalué au moyen d’une sélection d’indicateurs (voir Définition: indicateurs chapitre 2.5). Ceux-ci sont définis et décrits au chapitre 5 en suivant toujours les mê- d’évaluation et règles de mes étapes: classement

> fondement et définition de l’indicateur d’évaluation et de ses grandeurs d’évaluation; > instructions pour le calcul de la valeur des différents indicateurs et d’autres grandeurs d’évaluation (grandeurs auxiliaires pour le classement); > règle de classement pour l’attribution des valeurs indicatrices à une classe d’état.

Les définitions des indicateurs d’évaluation et les règles de classement se basent autant Réflexions sur les définitions que possible sur les réflexions cohérentes suivantes:

> l’approche d’HYDMOD-R, relative aux atteintes, se focalise sur les altérations dues à des atteintes. Pour pouvoir constater l’importance de l’altération, il faut une base de comparaison, c’est-à-dire un état de référence;

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 18

> dans la mesure du possible, les limites entre les classes d’évaluation sont définies en tenant compte de considérations écologiques; > on ne peut pas partir du principe que l’impact écologique dépend linéairement de l’écart en pour-cent par rapport à l’état de référence; > lorsque l’état altéré d’un paramètre hydrologique fluctue dans le cadre de sa variabilité naturelle, on ne peut pas dire que l’altération est importante.

L’état de référence et la variabilité naturelle constituent donc des bases importantes pour l’évaluation.

2.3.3 Etat de référence relatif au régime d’écoulement

Le module HYDMOD-R fonde l’évaluation sur un état de référence qui entre dans la Etat de référence comme base de règle de classement chez la plupart des indicateurs d’évaluation. l’évaluation

Diverses méthodes mises au point pour le niveau C du système modulaire gradué ont Etat de référence comme état recours à ce type d’évaluation. L’état de référence y est défini comme étant l’état qui naturel du cours d’eau dans le s’installerait dans les conditions paysagères actuelles si toutes les utilisations humaines paysage cultivé donné étaient suspendues dans l’environnement immédiat du cours d’eau, c’est-à-dire l’état naturel du cours d’eau dans le paysage cultivé donné, façonné par l’agriculture et la sylviculture.

Fig. 4 > Classement de l’état de référence Etat de référence comme état naturel du cours d’eau dans le paysage cultivé donné.

Par conséquent, l’état de référence ne correspond pas à l’état d’un cours d’eau du paysage naturel originel, qui n’existe pratiquement plus nulle part en Europe. Au contraire, il intègre les modifications paysagères irréversibles dues aux activités humaines, comme le changement d’affectation du sol dans de vastes zones du bassin versant (p. ex. déboisements de grandes surfaces, assèchement de marais, construction). On part du principe que le régime d’écoulement modifié de la sorte comporte en substance les traits caractéristiques de l’état naturel et qu’il correspond encore à l’état de référence.

Lorsque cependant un petit bassin versant est fortement urbanisé, on ne peut plus Ecarts par rapport à l’état de considérer que le cours d’eau est proche de l’état naturel. En outre, il peut s’écarter de référence l’état de référence lorsqu’il subit des atteintes directes, ponctuelles et significatives.

2 > Concept HYDMOD-R 19

Les régulations de lacs et les détournements de rivières dans des lacs sont des cas Des régulations de lacs et des particuliers. Les régulations, dont certaines remontent à plusieurs siècles, ont provoqué détournements de rivières des changements d’importance diverse. Dans le cadre d’HYDMOD-R ces cas sont à historiques comme état de considérer comme état de référence. Les détournements historiques de rivières dans des référence lacs (p. ex. le détournement de la Kander ou de la Linth ainsi que la correction des eaux du Jura) sont à traiter de la même manière.

2.3.4 Variabilité naturelle du régime d’écoulement

Comme on l’a vu au chapitre 2.3.2, il est important de savoir si l’état altéré d’un para- Rôle de la variabilité naturelle mètre hydrologique évolue dans le domaine de la valeur d’espérance le (=moyenne), à l’intérieur de la dispersion naturelle (variabilité naturelle) ou à l’extérieur de celle-ci. Cette position relative du régime d’écoulement altéré par rapport à la position et à la dispersion de l’état de référence sert de base à la répartition dans les classes d’état.

Fig. 5 > Variabilité naturelle et position relative de l’état altéré Bien que la valeur d’espérance de l’état altéré ait la même position relative, l’évaluation de l’exemple 1 est meilleure que celle de l’exemple 2. Ce qui est déterminant, c’est son écart par rapport à la valeur d’espérance de l’état de référence, comparé à l’intervalle de la variabilité naturelle. Il faut aussi s’attendre à une dispersion pour l’état altéré, mais HYDMOD-R n’en tient pas compte.

La variabilité naturelle des paramètres hydrologiques entre directement dans la défini- Prise en considération de la tion de l’indicateur ou dans la règle de classement en fonction des caractéristiques de variabilité naturelle l’indicateur d’évaluation et de l’existence de critères écologiques établis. Dans la plupart des cas, la variabilité est exprimée par un coefficient de variation défini statistiquement, dans quelques cas également par des quantiles (voir définitions du chapitre 5).

En raison des changements climatiques, la question de la stationnarité de l’état de Approche des tendances référence se pose également (modifications temporelles des valeurs d’espérance et d’origine climatique variabilités). Une étude systématique de séries de données concernant les débits en Suisse (Birsan et al. 2005a/b) a démontré que, d’un point de vue statistique, les bassins versants de caractère alpin subissaient d’importantes modifications d’origine climati-

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 20

que. Selon le rapport actuel sur le climat pour la Suisse (OcCC/ProClim 2007), il faut s’attendre à de nouveaux changements. Cependant comme leur ampleur demeure dans les limites de l’imprécision des méthodes d’estimation utilisées dans HYDMOD-R, ils sont laissés de côté.

2.4 Définition du régime d’écoulement

La notion de «régime d’écoulement» désigne le comportement hydrologique d’un Comportement hydrologique d’un cours d’eau. Celui-ci dépend principalement des facteurs environnementaux que sont le cours d’eau climat, la topographie et la végétation, mais aussi de la structure hydrogéologique de la région. C’est toutefois par le climat qu’il est le plus influencé.

Le régime d’écoulement d’un cours d’eau est révélé par le tracé et l’allure de son Caractéristiques hydrologiques hydrogramme. L’année y revêt une importance capitale en tant que période déterminante pour les processus d’écoulement. L’hydrogramme d’un cours d’eau permet de déduire différents paramètres qui en caractérisent les spécificités hydrologiques. Les principaux paramètres sont les suivants:

> taille > fréquence > durée > saisonnalité (moment dans l’année) > variabilité (dispersion des caractéristiques d’une année à l’autre) > taux d’altération

Le comportement hydrologique peut être subdivisé en trois régimes partiels: le régime HYDMOD subdivise le régime des débits moyens, le régime de crue et le régime d’étiage. Les paramètres qui les d’écoulement en quatre domaines caractérisent ont chacun un impact différent sur l’environnement et peuvent être altérés par des atteintes. Comme HYDMOD-R tient également compte des effets de courte durée dus à l’activité humaine, on distingue finalement les quatre domaines suivants:

> régime des débits moyens > régime de crue > régime d’étiage > effets de courte durée

La définition du régime d’écoulement utilisée dans HYDMOD-R est nettement plus Les différents types de régime large que celle des types de régime d’écoulement proposée par Aschwanden et Wein- d’écoulement en Suisse gartner (1985) pour la Suisse et renseignant sur la variation annuelle moyenne des débits mensuels moyens. Ces différents types de régime d’écoulement constituent cependant une base importante pour HYDMOD-R, puisqu’ils sont utilisés pour estimer la valeur de référence lorsqu’il manque des données (voir chapitre 3.3.1).

2 > Concept HYDMOD-R 21

2.5 Choix des indicateurs d’évaluation

HYDMOD-R définit neuf indicateurs d’évaluation couvrant les régimes d’écoulement Indicateurs d’évaluation partiels définis au chapitre 2.4. Ces indicateurs tiennent compte de l’état altéré ainsi que de l’état de référence et de sa variabilité naturelle. La valeur de l’indicateur est donc souvent une grandeur relative dont la valeur numérique seule est peu pertinente, si ce n’est qu’elle permet la répartition dans les classes d’état.

Divers paramètres hydrologiques et quelques grandeurs auxiliaires entrent dans le Paramètres hydrologiques calcul des indicateurs d’évaluation. Les paramètres hydrologiques permettent de caractériser le régime d’écoulement.

Les indicateurs d’évaluation ont été choisis compte tenu des critères suivants: Choix des indicateurs d’évaluation > la pertinence écologique de l’indicateur; > un vaste relevé des caractéristiques du régime d’écoulement; > le relevé des effets des atteintes liées à la gestion des eaux répandues en Suisse; > la faisabilité de l’analyse et le travail à fournir.

Ces considérations ont présidé au choix des indicateurs d’évaluation et des paramètres hydrologiques nécessaires répertoriés dans le tab. 1.

Tab. 1 > Indicateurs d’évaluation et paramètres hydrologiques nécessaires Les quatre domaines du régime d’écoulement, les indicateurs d’évaluation et les paramètres hydrologiques correspondants.

Domaine Indicateurs d’évaluation Paramètres hydrologiques nécessaires

Régime des débits 1 Comportement des débits Débits mensuels moyens, débit annuel moyen, coefficients de Pardé moyens moyens Régime de crue 2 Fréquence des crues Crue annuelle moyenne (débits journaliers), valeur seuil de crue, fréquence moyenne des crues (débits

3 Saisonnalité des crues instantanés)

Saisonnalité des crues (date d’apparition moyenne et variabilité) Régime d’étiage 4 Débit d’étiage Débit d’étiage, coefficient de variation du débit d’étiage

5 Saisonnalité de l’étiage Saisonnalité de l’étiage (date d’apparition moyenne et variabilité)

6 Durée des périodes d’étiage Durée moyenne de la période d’étiage

Effets de courte 7 Phénomène d’éclusée Débit d’éclusée, débit plancher, rapport débit d’éclusée/débit plancher, taux de montée et taux de descente durée 8 Purge et vidange du niveau d’eau lors des éclusées

9 Rejets des eaux pluviales Débit de purge, fréquence des purges, taux de montée du niveau d’eau lors des purges

Fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales (débits instantanés)

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 22

3 > Calcul des paramètres hydrologiques Ce chapitre définit tous les paramètres hydrologiques et grandeurs auxiliaires utilisés dans les indicateurs d’évaluation et propose des possibilités de calcul alternatives pour les diverses grandeurs en fonction des données disponibles. De plus, il répertorie les sources de données et d’informations existantes, présente brièvement les outils informatiques à disposition et explique comment interpoler ou extrapoler les paramètres lorsque les données manquent. La lecture de ce chapitre n’est pas absolument indispensable si les outils informatiques sont utilisés durant toute l’évaluation et que l’utilisateur possède déjà de solides connaissances en hydrologie. Ce chapitre peut servir de référence lors de l’accomplissement des différentes étapes de la méthode.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 23

3.1 Sources de données et d’informations

L’utilisation du module HYDMOD-R requiert un grand nombre de données diverses De nombreuses données sur les atteintes, le bassin versant et les conditions d’écoulement dans le cours d’eau. Il nécessaires, SIG comme outil est conseillé d’utiliser un système d’information géographique (SIG), d’une part pour faciliter la préparation de certaines entrées (p. ex. les surfaces des bassins versants), d’autre part pour le traitement cartographique des résultats. On veillera donc à acquérir le plus de géodonnées ou de données géoréférencées possible.

Le site internet du système modulaire gradué (www.systeme-modulaire-gradue.ch > Sources de données principales Hydrologie) met à disposition une liste des principales sources de données avec des liens renvoyant à leurs sites actuels. En outre, le système d’information suisse des eaux (GEWISS), accessible sous http://gewiss.admin.ch, contient certaines des bases qui sont présentées ci-dessous ainsi que des données liées aux cours d’eau.

Les principales sources livrant des données géographiques de base sur les cours d’eau Données géographiques de base sont les suivantes:

> carte topographique à l’échelle qui convient, p. ex. au 1:25 000, 1:50 000 ou 1:100 000 (swisstopo); > réseau hydrographique numérique, p. ex. la couche réseau hydrographique du Vector25 (swisstopo) ou un réseau hydrographique cantonal plus détaillé; > géodonnées sur la structuration des bassins versants suisses (OFEV, disponibles sous www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Eaux > Données et bases hydrologiques > Systèmes d’information et méthodes > Géodonnées sur la structuration des bassins versants suisses); > modèle numérique d’altitude pour définir les bassins versants, p. ex. le modèle numérique d’altitude au 1:25 000 (MNT25, swisstopo) ou le modèle numérique de terrain de la mensuration officielle (MNT-MO, swisstopo).

On trouve une vue d’ensemble des atteintes dans différentes banques de données et Données sur les atteintes, cartes de la Confédération: vue d’ensemble

> prélèvements et restitutions d’eau: carte des débits résiduels en Suisse (Kummer et al. 2007, disponible sous www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Protection des eaux > Débits résiduels > Carte des débits résiduels); > centrales hydroélectriques: statistique des aménagements hydroélectriques de la Suisse (OFEN, disponible sous www.energie-suisse.ch > Thèmes> Force hydraulique); > stations d’épuration: carte de l’emplacement des stations d’épuration des eaux (mise à jour en 2005, disponible sous www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Protection des eaux > Eaux usées > Traitement des eaux usées communales > Stations d’épuration) et banque de données Stations d’épuration de la Suisse (OFEV); > grands lacs d’accumulation: planche HADES 5.3.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 24

Les sources suivantes livrent des données plus détaillées au sujet des atteintes: Données sur les atteintes, détails

> dossiers, autorisations et concessions officielles ou, le cas échéant, banques de données cantonales sur l’utilisation et l’adduction d’eau: p. ex. désignation, coordonnées, altitude, surface du bassin versant, débit de concession, débit de dotation, etc.; > banques de données cantonales sur les stations d’épuration: p. ex. emplacement, lieu du rejet, dimensionnement hydraulique, Q 347 au lieu du rejet; > plans généraux d’évacuation des eaux (PGEE) des communes ou des syndicats d’épuration: p. ex. surfaces drainées, débits correspondants, lieu du rejet dans le cours d’eau; > données de concession des exploitants: informations sur l’exploitation des réservoirs, centrales électriques et dessableurs.

La planche HADES 5.1 donne une vue d’ensemble des stations hydrométriques. On Données sur les débits trouvera également des données concernant les débits dans les sources et documents suivants:

> données des stations du réseau hydrométrique fédéral (OFEV); > données des stations de mesure cantonales; > données de privés, p. ex. d’exploitants de centrales électriques ou d’autres concessionnaires; > données de campagnes de mesure; > études et rapports disponibles sur le périmètre étudié: p. ex. études hydrologiques, projets de construction hydraulique, rapport d’assainissement selon la loi sur la protection des eaux, rapport PGEE de l’état des cours d’eau, estimations du Q 347 pour la fixation des débits résiduels; > données matricielles «Débits mensuels et annuels moyens» (Pfaundler et Zappa, 2006; disponibles sous www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Données hydrologiques > Débits spécifiques mensuels et annuels moyens); > planches HADES 5.4 (débits naturels) et 5.8 (étiages).

Contrairement aux valeurs moyennes (p. ex. données horaires, journalières, mensuel- Débits instantanés les), des données instantanées reflètent la valeur du débit pour chaque instant précis. En mesurant et en enregistrant des valeurs à des intervalles réguliers d’une haute résolution temporelle (p. ex. des valeurs toutes les 10 min) ou en effectuant la régistration d’une valeur chaque fois que le débit change sensiblement, on assure que la série de données représente le tracé réel des débits d’une manière continue.

Dans l’usage courant de l’Office fédérale de l’environnement les acquisiteurs de données des stations hydrométriques mesurent généralement pendant 10 min avec une fréquence élevée et registrent la valeur moyenne calculée sur cet intervalle. En vertu de cet intervalle court, ces valeurs peuvent être utilisées en tant que données instantanées.

Comme validation ou lorsque les données manquent, il est conseillé d’interroger des Enquête auprès connaisseurs des lieux et des spécialistes sur l’emplacement et le type et le fonction- des spécialistes locaux nement des atteintes ou sur les débits des cours d’eau.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 25

Pour faciliter l’utilisation d’HYDMOD-R, un outil informatique (HYDMOD-FIT) et Outils HYDMOD des fichiers de support pour les SIG sont mis à disposition en complément de la présente publication. Ces outils, accordés aux paramètres, aux indicateurs d’évaluation et à la méthodologie de la publication, sont accessibles via le site internet du système modulaire gradué (www.systeme-modulaire-gradue.ch > Hydrologie).

L’outil informatique HYDMOD-FIT propose les fonctionnalités suivantes:

> saisie des stations de mesure et calcul des paramètres hydrologiques à partir des données brutes (débits journaliers et débits instantanés); > saisie des atteintes ainsi que calcul et classement des indicateurs d’évaluation en utilisant les données des stations de mesure (reprise directe, interpolation, extrapolation ou estimation); > saisie des tronçons de cours d’eau et leur évaluation par indicateur d’évaluation, agrégation en vue de l’évaluation globale; > rapports de toutes les données et calculs sous forme de tableaux et de graphiques; > exports des données et résultats nécessaires pour le traitement cartographique dans un SIG.

Les fichiers de support pour les SIG comprennent un module avec la symbolique (fichiers layer pour les logiciels d’ESRI) et des légendes prédéfinies pour la représentation cartographique des inventaires des atteintes et des tronçons de retenue ainsi que des résultats de l’évaluation.

3.2 Disponibilité des données et possibilités de calcul

3.2.1 Généralités

Les chapitres qui suivent montrent diverses possibilités pour calculer ou estimer les Priorisation des possibilités paramètres hydrologiques en fonction des données disponibles. Ces possibilités sont de calcul représentées par ordre de priorité.

> En règle générale la ««possibilité de calcul 1» consiste en l’utilisation des données mesurées alors que les autres possibilités sont des estimations approximatives. > L’idéal est de pouvoir calculer les paramètres hydrologiques en utilisant des données mesurées à l’endroit de l’atteinte. Pour calculer l’état de référence, on se sert de données mesurées directement en amont de l’atteinte ou de données mesurées antérieures à cette atteinte. > La «possibilité de calcul 1» est toujours prioritaire, même si la série de données est courte, si les données ont été construites par interpolation ou extrapolation ou à partir d’une série de données virtuelles. > Les estimations approximatives et les possibilités de calcul alternatives sont utilisées quand le calcul ne peut se baser sur des données mesurées ou pour valider des paramètres hydrologiques calculés auparavant, notamment lorsque les données à disposition ne sont pas fiables.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 26

> Les estimations approximatives livrent généralement des valeurs uniquement pour l’état de référence. Quelques-unes se basent sur le type de régime d’écoulement, d’autres nécessitent l’utilisation d’un SIG.

Pour la plupart des paramètres, on se base sur des valeurs de débits journaliers moyens, Données brutes nécessaires et alors que pour le paramètre fréquence des crues et la majeure partie des paramètres des période d’observation effets de courte durée on utilise des débits instantanés. Le volume de données qui suit est considéré comme suffisant pour le calcul: > période d’observation d’au moins 5 ans pour les paramètres du régime des débits moyens; > période d’observation d’au moins 8–10 ans pour les paramètres du régime de crue et du régime d’étiage ainsi que pour les paramètres des effets de courte durée (vu la grande variabilité des valeurs).

L’expérience montre que la disponibilité des données est souvent insuffisante. Les sous-chapitres suivants expliquent donc comment déterminer les paramètres hydrologiques si aucune donnée mesurée n’est disponible à l’endroit de l’atteinte. D’une part ceci nécessite la créativité lorsqu’il s’agit de collecter et de préparer les données (voir chapitres 3.2.3 et 3.2.4), d’autre part une analyse de sensibilité est fortement recommandée pour faire une validation des résultats (voir chapitre 3.2.5)

3.2.2 Interpolation et extrapolation

Si des données mesurées à une station hydrométrique représentative de l’endroit de Interpolation et extrapolation des l’atteinte sont à disposition, on peut les utiliser pour calculer les paramètres, puis pour paramètres les interpoler et/ou les extrapoler. Des indications de calcul concrètes sont proposées dans l’annexe A4.

3.2.3 Génération de séries de données virtuelles

La génération de séries de données virtuelles à partir de données mesurées en amont ou en aval de l’endroit de l’atteinte est une forme particulière d’interpolation ou d’extrapolation.

Selon les cas, il peut être intéressant d’interpoler ou d’extrapoler la série de données Interpolation ou extrapolation des originale d’une station hydrométrique au lieu des paramètres déjà calculés. Comme séries de données cette méthode dépend beaucoup de la situation initiale, la démarche est illustrée à l’aide d’un exemple.

Si une station hydrométrique non influencée se trouve en amont d’une atteinte, on peut Exemple d’approche extrapoler sa série de données sur la base des différentes valeurs journalières en utilisant l’une des méthodes décrites dans l’annexe A4. On obtient ainsi des données virtuelles pour l’état de référence.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 27

Cette série de données virtuelles sur l’état de référence permet dans un deuxième temps de simuler les effets de l’atteinte. Si des données d’exploitation, par exemple des débits prélevés journaliers, sont disponibles, on peut directement les combiner avec la série de l’état de référence. S'il n’existe que des données de concession, par exemple un prélèvement maximal autorisé et le débit de dotation, alors on peut les utiliser pour simuler l’exploitation. Les jours où il y a suffisamment d’eau, le débit maximal autorisé est prélevé en respectant le débit de dotation. On obtient ainsi une deuxième série de données virtuelles pour l’état altéré.

Ces deux séries de données virtuelles pour l’état de référence et pour l’état altéré peuvent désormais être utilisées pour déterminer les paramètres hydrologiques nécessaires.

3.2.4 Que faire dans des situations sans données mesurées

Si les données qui permettent d’effectuer une interpolation ou une extrapolation man- Possibilité de quantification sans quent, il faut trouver d’autres approches pour quantifier les paramètres hydrologiques. données sur les débits Il existe plusieurs méthodes, qui peuvent être combinées le cas échéant:

> les données caractéristiques des atteintes (données d’exploitation, de concession, PGEE) peuvent servir de données de base pour calculer les paramètres décrivant les effets de courte durée; > les données issues de campagnes de mesure limitées dans le temps, d’études ou de projets peuvent fournir des informations sur divers paramètres; > utilisation des analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement présentées dans l’annexe A3; > prise en considération des connaissances des exploitants d’installation, des administrations communales ou des riverains; > expérience ou réflexions personnelles se basant sur la connaissance du système (interaction entre la situation naturelle et les atteintes anthropiques dans le bassin versant).

En fonction du type d’atteinte, d’autres réflexions et estimations approximatives effec- Exemple d’approche tuées grâce aux données d’exploitation et à l’expérience entrent en jeu. Si par exemple on ne dispose d’aucune série de débits instantanés pour calculer la fréquence des crues, on peut procéder à une quantification approximative comme suit:

> pour le type d’atteinte «lac de retenue pour la force hydraulique (C1)», la fréquence des crues peut être déduite directement de la connaissance empirique du nombre d’événements de déversement de crues et du débit excédentaire d’une crue typique. > l’influence des prélèvements d’eau (types d’atteintes A1–A6) sur la fréquence des crues peut être estimée en comparant la capacité du captage et de la conduite, et donc le volume de prélèvement maximal, avec la valeur seuil de crue Q*. Si la capacité est petite par rapport à Q*, on peut considérer que l’atteinte influence peu la fréquence des crues.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 28

3.2.5 Analyse de sensibilité

Si le volume de l’échantillon des séries de mesures de débit n’atteint pas les valeurs Validation à l’aide de possibilités indicatives citées ci-dessus, on recommande au minimum une validation à l’aide de de calcul alternatives valeurs estimatives obtenues sur la base d’autres possibilités de calcul. En principe, cette validation est également recommandée lors de l’utilisation de toutes les autres possibilités de calcul, notamment lors de l’utilisation d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement de l’annexe A3. Ces valeurs ont été calculées à partir de données relevées sur des cours d’eau de taille moyenne et peuvent donc ne pas convenir aux très petits ou aux très grands cours d’eau ainsi qu’à ceux qui sont alimentés par les eaux souterraines.

Dans l’esprit d’une analyse de sensibilité, il faut varier les paramètres d’entrée dans Variation des paramètres d’entrée leur envergure d’incertitude et examiner leur effet sur le classement des indicateurs d’évaluation, puis calculer l’évaluation globale avec le classement des différents indicateurs d’évaluation le plus probable. La gamme de variation de l’évaluation globale peut ensuite être déterminée en variant les différents classements incertains des indicateurs individuels.

3.3 Paramètres généraux

3.3.1 Types de régime d’écoulement

Aschwanden et Weingartner (1985) ont défini 16 types de régime d’écoulement en 16 types de régime basés sur analysant les données relevées par des stations de référence. Ces différents types de le coefficient de Pardé régime sont basés sur le comportement saisonnier des débits moyens, qui est décrit par ce qu’on appelle le coefficient de Pardé (voir chapitre 3.4.3).

En 2004, l’OFEV a actualisé ces analyses et les a complétées par diverses analyses Analyses caractéristiques caractéristiques du type de régime d’écoulement portant sur les paramètres hydrologi- du type de régime ques (voir annexe A1). Les résultats de ces analyses figurent dans les annexes A2 et A3 ainsi que sur le site internet de l’OFEV (www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Données hydrologiques > Systèmes d’information et méthodes > Estimation sommaire des paramètres hydrologiques en fonction du type de régime d’écoulement). Ils fournissent des valeurs estimatives rudimentaires pour l’état de référence. Avant de pouvoir les utiliser, il faut connaître le type de régime d’écoulement.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 29

Fig. 6 > Les types de régime d’écoulement en Suisse Les types de régime d’écoulement de la Suisse sont représentés au moyen des bassins de bilan de la Suisse (planche HADES 1.2). L’ordre des types de régime et des codes pour les types 11 et 12 se réfère au travail original d’Aschwanden et Weingartner (1985) et diffère de l’ordre indiqué à la planche HADES 5.2.

Il existe différentes méthodes pour déterminer le type de régime d’écoulement.

Pour les bassins versants de 1 à 500 km², le type de régime d’écoulement peut être Détermination du type de régime déterminé sans ambiguïté sur la base de critères géographiques. Les bassins versants sur la base de critères dont les régimes d’écoulement sont considérablement influencés par un lac constituent géographiques cependant une exception.

L’organigramme de la fig. 9 permet de déterminer le type de régime au moyen de critères géographiques. Les entrées suivantes sont nécessaires:

> appartenance du bassin versant à la région I, II ou III selon la fig. 10; > appartenance du bassin versant au bassin du Rhin, de l’Aar, du Rhône ou de l’Inn (dans le cas de la région I); > altitude moyenne du bassin versant; > degré de glaciation du bassin versant.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 30

Fig. 7 > Organigramme pour la détermination du type de régime d’écoulement Type de régime d’écoulement en fonction de critères géographiques.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 31

Fig. 8 > Régions I, II et III pour la détermination du type de régime d’écoulement Carte servant à déterminer la région à laquelle appartient un bassin versant.

L’annexe A2 indique l’intervalle d’espérance et le domaine de variation des coeffi- Détermination du type de régime cients de Pardé Pk i pour chaque type de régime d’écoulement (voir chapitre 3.4.3). Ces sur la base des Pk i (imprécis) deux valeurs de référence sont issues des analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement mentionnées plus haut. S'il existe des mesures de débit, on peut déterminer le type de régime qui convient le mieux en comparant les valeurs mesurées à l’endroit de l’atteinte avec les valeurs de référence.

A titre d’exemple, la fig. 9 montre l’intervalle d’espérance et le domaine de variation des Pk i d’un type de régime d’écoulement, qui se définissent ainsi (pour plus de détails voir annexe A2):

> intervalle d’espérance: la valeur supérieure de l’intervalle d’espérance correspond au Pk i minimal des stations de référence d’un type de régime, la valeur inférieure à leur Pk i maximal (moyennes interannuelles); > domaine de variation: les variations annuelles des Pk i servent de base à la détermination des quantiles 25 % et 75 % moyens d’un type de régime et la différence entre ces valeurs et la moyenne interannuelle vient s’ajouter à l’intervalle d’espérance.

Pour déterminer le type de régime à partir de Pk i mesurés, on compte le nombre de réalisations dans l’intervalle d’espérance et le domaine de variation caractéristiques du type de régime d’écoulement sur l’ensemble des mois. Les valeurs nécessaires sont données dans l’annexe A2. Il n’y a aucune ambiguïté lorsque, pour un type de régime, non seulement le nombre de réalisations dans l’intervalle d’espérance, mais aussi le nombre total de réalisations dans l’intervalle d’espérance et le domaine de variation, sont au moins deux fois plus élevés que chez tous les autres types (voir exemple de la fig. 10).

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 32

Fig. 9 > Intervalle d’espérance et domaine de variation des Pk i Fig. 10 > Détermination du type de régime d’écoulement à partir de Pk i mesurés Exemple de tracé de l’intervalle d’espérance et du domaine de Cet exemple montre une analyse peu précise du type de régime. variation des Pk i d’un type de régime d’écoulement et des Le type 3 est le plus probable, mais il se démarque trop peu des valeurs d’une station hydrométrique. types 4 et 5.

3.3.2 Domaine des étiages, des débits moyens et des crues

Selon le chapitre 2.4, HYDMOD-R distingue trois régimes partiels: le régime des Délimitation du domaine des débits moyens, le régime de crue et le régime d’étiage. Pour certains paramètres hydro- étiages, des débits moyens et logiques et indicateurs d’évaluation, on renvoie aux conditions de débits moyens, de des crues crue ou d’étiage.

Dans le cadre de l’utilisation d’HYDMOD-R on propose de délimiter les domaines appropriés en s’appuyant sur le débit annuel moyen MQ. A titre indicatif, la fig. 11 donne l’ordre des paramètres suivants:

> NNQ: débit le plus bas mesuré pendant une longue période; > HHQ: débit le plus haut mesuré pendant une longue période; > Q 347 : débit d’étiage

Fig. 11 > Délimitation du domaine des étiages, des débits moyens et des crues Délimitation du domaine des étiages, des débits moyens et des crues en fonction de MQ.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 33

3.3.3 Surface du bassin versant

La surface du bassin versant A BV représente la taille du bassin versant topographique Détermination à l’aide d’un naturel d’un endroit du réseau hydrographique. Pour pouvoir utiliser HYDMOD-R, il modèle numérique faut connaître la surface du bassin versant à divers endroits du réseau hydrographi- d’altitude (utilisation d’un SIG) que (essentiellement aux endroits des atteintes, aux stations hydrométriques et aux embouchures des affluents). On recommande donc de déterminer automatiquement les surfaces des bassins versants à l’aide d’un modèle numérique d’altitude (voir chapitre 3.1) et d’un SIG.

La détermination du bassin versant peut aussi se faire manuellement sur la base de Détermination à l’aide de cartes cartes topographiques, en examinant le tracé des courbes de niveau puis en calculant la topographiques surface.

Diverses planches de l’HADES indiquent la surface des bassins versants, comme les Détermination à l’aide planches 1.2 (bassins versants de base), 5.1 (stations de mesure) et 5.8 (étiages). Voir de documents existants également les géodonnées de la structuration des bassins versants suisses citées au (p. ex. HADES) chapitre 3.1. Certains projets et études peuvent également renseigner sur la surface des bassins versants.

3.4 Paramètres du régime des débits moyens

3.4.1 Débits mensuels moyens

Les débits mensuels moyens MMQ i représentent les moyennes interannuelles des débits Définition journaliers moyens d’un mois civil.

1 n Possibilité de calcul 1: ⋅ Q d ,i ,k du mois i n k =1 sur la base de données mesurées

Q d,i Débits journaliers moyens du mois i n Nombre de valeurs mesurées Remarque: N’utiliser que des jeux complets de données mensuelles.

Des jeux de données matricielles (500 m x 500 m) comprenant les hauteurs des débits Possibilité de calcul 2: mensuels moyens MMQ i sont disponibles pour l’ensemble de la Suisse (Pfaundler à l’aide de la méthode & Zappa 2006). A l’aide d’un SIG, on peut calculer la moyenne d’un bassin versant et d’estimation (utilisation d’un SIG) la convertir en débits mensuels en la multipliant par la surface.

MMQ i,BV,grille Hauteur du débit mensuel moyen du bassin versant provenant des données matricielles du mois i A BV Surface du bassin versant

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 34

MMQ i = Pk i ⋅ MQ Possibilité de calcul 3: sur la base d’autres paramètres MQ Débit annuel moyen Pk i Coefficient de Pardé du mois i

3.4.2 Débit annuel moyen

Le débit annuel moyen MQ représente la moyenne interannuelle des débits journaliers Définition moyens d’une année civile complète.

1 n Possibilité de calcul 1: ⋅ Qd,k n k =1 sur la base de données mesurées

Qd Débits journaliers moyens n Nombre de valeurs mesurées Remarque: N’utiliser que des jeux complets de données annuelles.

Des jeux de données matricielles (500 m x 500 m) comprenant les hauteurs du débit Possibilité de calcul 2: annuel moyen MQ sont disponibles pour l’ensemble de la Suisse (Pfaundler et Zap- à l’aide de la méthode pa 2006). A l’aide d’un SIG, on peut calculer la moyenne d’un bassin versant et la d’estimation (utilisation d’un SIG) convertir en débit annuel en la multipliant par la surface.

MQ BV,grille Hauteur du débit annuel moyen du bassin versant provenant de données matricielles A BV Surface du bassin versant

MQ = Mqrégime ⋅ ABV Possibilité de calcul 3: approximation Mq régime Débit annuel moyen spécifique d’un type de régime (médiane) (via le type de régime) A BV Surface du bassin versant

Le paramètre Mq régime peut être calculé en fonction du type de régime d’écoulement. Les médianes correspondant à chaque type de régime sont à disposition pour cela.

Tab. 2 > Débit annuel moyen spécifique Mq [l/s·km²] par type de régime d’écoulement Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Une carte ainsi qu’un graphique box-plot font ressortir des données supplémentaires (annexe A3, fig. 38).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Médiane 51 61 54 48 43 42 49 36 27 16 21 16 52 51 35 31

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 35

3.4.3 Coefficients de Pardé

Les coefficients de Pardé Pk i décrivent la distribution mensuelle relative des débits. Ils Définition reflètent ainsi le comportement hydrologique saisonnier. Le coefficient de Pardé moyen du mois i représente le rapport du débit mensuel moyen du mois i au débit annuel moyen.

Pk i = MMQ i / MQ Possibilité de calcul 1: sur la base d’autres paramètres MMQ i Débit mensuel moyen du mois i MQ Débit annuel moyen

Les paramètres Pk i peuvent être calculés en fonction du type de régime d’écoulement. Possibilité de calcul 2: Les moyennes mensuelles correspondant à chaque type de régime sont à disposition approximation pour cela. (via le type de régime)

Tab. 3 > Pk i moyens par type de régime d’écoulement Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). En plus des moyennes, l’intervalle d’espérance et le domaine de variation ont aussi été calculés (annexe A2).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Janvier 0.07 0.13 0.18 0.24 0.21 0.33 0.44 0.59 0.96 1.14 1.07 1.39 0.29 0.33 0.52 0.91 Février 0.06 0.12 0.17 0.2 0.2 0.34 0.52 0.71 1.11 1.33 1.21 1.52 0.25 0.31 0.46 0.9 Mars 0.07 0.17 0.21 0.2 0.26 0.49 0.81 1.06 1.27 1.3 1.45 1.54 0.29 0.56 0.72 0.99 Avril 0.17 0.37 0.46 0.4 0.62 0.99 1.44 1.65 1.25 1.16 1.61 1.28 0.59 1.26 1.48 1.14 Mai 0.76 1.08 1.35 1.41 1.69 2.16 1.9 1.59 1.03 1.05 1.07 0.95 1.79 2.18 1.8 1.33 Juin 2 2.19 2.44 2.68 2.64 2.29 1.73 1.34 1.12 1.02 0.85 0.84 2.49 1.73 1.42 1.09 Juillet 3.21 2.86 2.58 2.34 2.15 1.61 1.34 1.12 0.94 0.77 0.64 0.55 1.79 0.99 0.86 0.81 Août 3.09 2.52 2.04 1.58 1.6 1.15 1.08 0.97 0.79 0.67 0.51 0.35 1.22 0.73 0.55 0.74 Septembre 1.61 1.46 1.25 1.2 1.1 0.89 0.85 0.79 0.84 0.69 0.64 0.48 1.13 1.18 1 0.92 Octobre 0.57 0.57 0.67 0.85 0.71 0.7 0.66 0.7 0.7 0.75 0.77 0.75 1.04 1.36 1.45 1.21 Novembre 0.19 0.29 0.37 0.51 0.48 0.58 0.66 0.8 0.89 0.96 1.02 0.97 0.7 0.91 1.13 1.15 Décembre 0.11 0.19 0.23 0.33 0.29 0.43 0.56 0.66 1.11 1.17 1.19 1.42 0.39 0.44 0.59 0.82

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 36

3.5 Paramètres du régime de crue

3.5.1 Crue annuelle moyenne (débit journalier)

La crue annuelle moyenne MHQ (débit journalier) est la moyenne interannuelle des crues Définition annuelles, c’est-à-dire de la valeur maximale du débit journalier moyen qui est relevée durant une année civile.

1 n Possibilité de calcul 1: ⋅ Qd ,max, j n j =1 sur la base de données mesurées

Q d,max Crue annuelle (valeur maximale du débit journalier moyen d’une année) n Nombre d’années Remarque: N’utiliser que des jeux complets de données annuelles.

Le paramètre MHQ peut être estimé comme multiple de MQ. Les médianes des fac- Possibilité de calcul 2: teurs k MHQ:MQ (rapport MHQ/MQ, sur la base des débits journaliers) correspondant à approximation chaque type de régime sont à disposition pour cela. (via le type de régime)

MQ Débit annuel moyen k MHQ:MQ Rapport MHQ/MQ

Tab. 4 > Facteurs k MHQ:MQ [-] par type de régime d’écoulement (MHQ sur la base des débits journaliers) Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Une carte ainsi qu’un graphique box-plot font ressortir des données supplémentaires (annexe A3, fig. 42).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Médiane 5.5 5.2 4.7 5.4 5.6 5.1 8.7 9.9 10.2 9.2 7.3 9.7 7.3 14.9 11.4 8.7

MHQ = MHqrégime ⋅ ABV Possibilité de calcul 3: approximation MHq régime Crue annuelle moyenne spécifique d’un type de régime (médiane) (via le type de régime) A BV Surface du bassin versant

Le paramètre MHq régime peut être calculé en fonction du type de régime d’écoulement. Les médianes correspondant à chaque type de régime sont à disposition pour cela.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 37

Tab. 5 > Crue annuelle moyenne spécifique MHq [l/s·km²] par type de régime d’écoulement (débits journaliers) Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Une carte ainsi qu’un graphique box-plot font ressortir des données supplémentaires (annexe A3, fig. 40).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Médiane 291 297 259 257 253 225 456 411 272 139 161 145 348 706 418 257

3.5.2 Valeur seuil de crue

La grandeur auxiliaire valeur seuil de crue Q* indique l’ordre de grandeur du débit de Définition l’état de référence à partir duquel on suppose qu’il y a transport de sédiments et modifications du lit du cours d’eau, et, en conséquence, que les aspects écologiquement importants d’une crue sont réunis.

Q* = 0.6 ⋅ MHQr Possibilité de calcul 1: sur la base d’autres paramètres MHQ r Crue annuelle moyenne (débits journaliers) de l’état de référence Remarque: Pour effectuer directement le calcul sur la base des données mesurées, utiliser les possibilités de calcul de MHQ.

3.5.3 Fréquence moyenne des crues (débits instantanés)

La fréquence moyenne des crues f HQ (débits instantanés) est la moyenne interannuelle du Définition nombre annuel d’événements de crue indépendants qui dépassent la valeur seuil de crue.

1 n Possibilité de calcul 1: fHQ = ⋅ ∑ (nombre annuel d' événements indépendants avec Q > Q *) j n j =1 sur la base de données mesurées

Q Débits instantanés de l’année j Q* Valeur seuil de crue n Nombre d’années Remarque 1: N’utiliser que des jeux complets de données annuelles. Remarque 2: Ne compter que les événements indépendants. Deux événements sont considérés comme indépendants lorsque le débit descend en dessous de la moitié de la valeur seuil de crue et que le prochain dépassement de la valeur seuil est au plus tôt 5 jours après. Remarque 3: Ne pas compter les événements de purge, sauf s’il s’agit d’un événement de crue artificiel provoqué pour des fins écologiques (cf. exemple de la Spöl dans Aquatic Sciences (2003)).

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 38

3.5.4 Saisonnalité des crues (date moyenne d’apparition et variabilité temporelle)

La saisonnalité des crues exprime le comportement temporel de la crue annuelle et corres- Définition pond à la position d’un point (pointe d’un vecteur) dans ce qu’on appelle le cercle de saisonnalité (cercle unité). Cette position est déterminée par la date moyenne d’apparition‾θ HQ de la crue annuelle en tant qu’angle ainsi que par la variabilité temporelle r HQ de celle-ci en tant que longueur du vecteur. Les axes de coordonnées du cercle de saisonnalité sont orientés comme ceux d’une montre, de sorte que le 1er janvier (axe des x) est placé sur l’ordonnée (12 h) et les autres jours de l’année se suivent dans le sens des aiguilles d’une montre (voir fig. 12).

Fig. 12 > Exemple du cercle de saisonnalité La date d’apparition d’un événement de crue est exprimée par sa position sur le cercle de saisonnalité, c’est-à-dire par l’angle θ du vecteur unité. En additionnant les vecteurs unités, on obtient la saisonnalité d’un échantillon, qui correspond à un point (pointe du vecteur obtenu r) dans le cercle de saisonnalité. L’angle θ du vecteur r exprime la date moyenne d’apparition, la longueur du vecteur r est une mesure de la variabilité de la date d’apparition.

θ HQ = arctan(y x ) pour ‾x > 0 θ HQ = arctan(y x ) + π pour ‾x < 0 Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées

et

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 39

Avec‾x et‾y comme moyennes arithmétiques des coordonnées cartésiennes des différents événements j:

1 n 1 n ⋅ cos( θHQ , j )

JD HQ Date (jour julien de l’année) d’apparition de la crue annuelle Q d,max de l’année j θ HQ Angle de la date d’apparition de la crue annuelle Q d,max de l’année j n Nombre d’années Remarque: Des instructions plus détaillées sur les calculs se trouvent dans Pfaundler et Wüthrich, 2006.

La saisonnalité des crues en tant que position d’un point dans le cercle de saisonnalité Possibilité de calcul 2: peut être calculée en fonction du type de régime d’écoulement. Des analyses corres- approximation pondant à chaque type de régime sont à disposition pour cela. Pour tenir compte des (via le type de régime) variations, on n’a pas calculé une moyenne, mais une zone à l’intérieur du cercle de saisonnalité, qui est définie comme la plus petite ellipse possible regroupant 75 % des valeurs des stations représentatives d’un type de régime. La fig. 13 représente les ellipses du quantile 75 % par type de régime.

Fig. 13 > Saisonnalité des crues par type de régime d’écoulement Les ellipses du quantile 75 % des types de régime du nord des Alpes sont représentées à gauche, celles des types de régime du sud des Alpes à droite.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 40

3.6 Paramètres du régime d’étiage

3.6.1 Débit d’étiage

Le débit d’étiage Q 347 représente le débit journalier moyen atteint ou dépassé pendant Définition 95 % des jours, c’est-à-dire pendant 347 jours par année en moyenne.

Q347 = quantile 5% de Qd Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées Qd Débits journaliers moyens Remarque 1: N’utiliser que des jeux complets de données annuelles. Selon la définition de l’OFEFP (2000), il convient d’analyser les données sur une période de 10 ans. Remarque 2: Ne pas prendre en compte les événements de purge. Pour les jours d’événement de purge la part de la purge doit être soustraite du débit journalier moyen.

La planche 5.8 de l’Atlas hydrologique de la Suisse (HADES) présente une estimation Possibilité de calcul 2: du Q 347 pour l’écoulement de presque tous les bassins hydrologiques de bilan de la à l’aide de la méthode Suisse et de quelques points intermédiaires. La carte de cette planche permet de trouver d’estimation (HADES 5.8) dans quel bassin de bilan se situe le bassin versant étudié. La valeur de Q 347 (ainsi que la surface du bassin versant correspondant, dans le cas où il faudrait procéder à une interpolation ou à une extrapolation) peut ensuite être relevée dans le tableau de cette même planche.

Q347 = q347,régime ⋅ ABV Possibilité de calcul 3: approximation q 347,régime Débit d’étiage spécifique d’un type de régime (médiane) (via le type de régime) A BV Surface du bassin versant

Le paramètre q 347,régime peut être calculé en fonction du type de régime d’écoulement. Les médianes correspondant à chaque type de régime sont à disposition pour cela.

Tab. 6 > Débit d’étiage spécifique q 347 [l/s·km²] par type de régime d’écoulement Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Une carte ainsi qu’un graphique box-plot font ressortir des données supplémentaires (annexe A3, fig. 46).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Médiane 3.2 5.1 6.5 6.4 7 7.5 6.8 4.8 4.1 4.4 4.4 2.7 8.4 5.5 5.2 9.2

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 41

3.6.2 Coefficient de variation du débit d’étiage

Le coefficient de variation du débit d’étiage CV-Q 347 exprime la variabilité naturelle de Définition Q 347 . Il se calcule sur la base de l’écart type et de la moyenne des Q 347 des différentes années.

s( Q347 , j ) ⋅100 Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées 347 , j /n

s Ecart type Q 347,j Débit d’étiage de l’année j, c’est-à-dire le débit journalier Q d atteint ou dépassé pendant 95 % des jours n Nombre d’années Remarque: N’utiliser que des jeux complets de données annuelles.

Le paramètre CV-Q 347 peut être calculé en fonction du type de régime d’écoulement. Possibilité de calcul 2: Les médianes correspondant à chaque type de régime sont à disposition pour cela. approximation (via le type de régime)

Tab. 7 > Coefficient de variation du débit d’étiage CV-Q 347 [%] par type de régime d’écoulement Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Une carte ainsi qu’un graphique box-plot font ressortir des données supplémentaires (annexe A3, fig. 47).

Type de régime 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Médiane 22 19 19 13 18 22 30 35 38 30 37 38 19 38 34 21

3.6.3 Durée moyenne de la période d’étiage

La durée moyenne de la période d’étiage d Q347 représente la moyenne interannuelle de la Définition plus longue période d’étiage ininterrompue de l’année durant laquelle le Q 347 de l’état de référence n’est pas atteint.

n Possibilité de calcul 1: max,Q 347 , j /n sur la base de données mesurées

d max,Q347 Plus longue période d’étiage ininterrompue de l’année avec Q d < Q 347,r en nombre de jours n Nombre d’années Qd Débits journaliers moyens Q 347,r Débit d’étiage à l’état de référence Remarque: Si une période d’étiage dépasse la fin de l’année, elle n’est pas coupée en deux. Si en plus il s’agit de la période la plus longue (de l’année), elle est attribuée à l’an dans lequel elle a commencé.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 42

3.6.4 Saisonnalité de l’étiage (date moyenne d’apparition et variabilité temporelle)

La saisonnalité de l’étiage se définit et se calcule de la même façon que la saisonnalité des crues (chapitre 3.5.4). Au lieu de la date d’apparition de la crue annuelle, on indique la date du débit d’étiage annuel.

La fig. 14 représente les ellipses du quantile 75 % par type de régime d’écoulement pour la saisonnalité de l’étiage.

Fig. 14 > Saisonnalité de l’étiage par type de régime d’écoulement Les ellipses du quantile 75 % des types de régime du nord des Alpes sont représentées à gauche, celles des types de régime du sud des Alpes à droite.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 43

3.7 Paramètres des effets de courte durée

3.7.1 Débit d’éclusée

Le débit d’éclusée Q éclusée désigne un débit représentatif apparaissant durant les phases Définition d’éclusée. Ce débit représentatif s’obtient en calculant le quantile 80 % des débits maximaux journaliers d’un échantillon représentatif.

Qéclusée = quantile 80% de Qmax Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées Q max Débits maximaux journaliers (sur la base des débits instantanés) Remarque 1: Les débits maximaux journaliers se déterminent sur la base d’un échantillon de chaque fois 10 semaines avec des éclusées pendant des conditions d’étiage pour les cinq ans les plus représentatifs du régime d’exploitation actuel (en règle générale les cinq ans les plus récents). Remarque 2: L’utilisation du quantile 80 % permet d’orienter la valeur à la limite supérieure de la distribution des débits d’éclusée (débits maximaux journaliers) tout en évitant que les événements extrêmes dominent le résultat. En outre l’influence des jours sans éclusée prononcée (p. ex. durant les week-ends) est minimisée.

Qéclusée = Qturbine + Qrés Possibilité de calcul 2: sur la base de données Q turbine Capacité débit de la ou des turbine(s) d’une centrale électrique d’exploitation Q rés Débit résiduel en amont de la restitution (somme de tous les débits de dotation selon la concession dans le bassin versant et débit d’étiage Q 347 de l’état de référence du bassin intermédiaire)

3.7.2 Débit plancher

Le débit plancher Q plancher désigne un débit représentatif apparaissant durant les phases de Définition débit plancher. Ce débit représentatif s’obtient en calculant le quantile 20 % des débits minimaux journaliers d’un échantillon représentatif.

Qplancher = quantile 20% de Qmin Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées Qmin Débits minimaux journaliers (sur la base des débits instantanés) Remarque 1: Les débits minimaux journaliers se déterminent sur la base d’un échantillon de chaque fois 10 semaines avec des éclusées pendant des conditions d’étiage pour les cinq ans les plus représentatifs du régime d’exploitation actuel (en règle générale les cinq ans les plus récents). Remarque 2: L’utilisation du quantile 20 % permet d’orienter la valeur à la limite inférieure de la distribution des débits plancher (débits minimaux journaliers) tout en évitant que les événements extrêmes dominent le résultat. En outre l’influence des jours sans éclusée prononcée (p. ex. durant les week-ends) est minimisée.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 44

Qplancher = Qrés Possibilité de calcul 2: sur la base de données Q rés Débit résiduel en amont de la restitution (somme de tous les débits de dotation selon la concession dans le d’exploitation bassin versant et débit d’étiage Q 347 de l’état de référence du bassin intermédiaire)

3.7.3 Rapport débit d’éclusée/débit plancher

Le rapport débit d’éclusée/débit plancher V é/p désigne un rapport représentatif des débits Définition apparaissant durant les phases d’éclusée et les phases de débit plancher. Ce rapport représentatif s’obtient en calculant le quantile 80 % des rapports du débit maximal journalier et du débit minimal journalier d’un échantillon représentatif.

⎛Q ⎞ Possibilité de calcul 1: Vé/p = quantile 80% de ⎜⎜ max ⎟⎟ sur la base de données mesurées ⎝ Qmin ⎠

Q max Débits maximaux journaliers (sur la base des débits instantanés) Q min Débits minimaux journaliers (sur la base des débits instantanés) Remarque 1: Les débits maximaux et minimaux journaliers se déterminent sur la base d’un échantillon de chaque fois 10 semaines avec des éclusées pendant des conditions d’étiage pour les cinq ans les plus représentatifs du régime d’exploitation actuel (en règle générale les cinq ans les plus récents). Remarque 2: Le rapport entre le débit maximal journalier et le débit minimal journalier est calculé pour chaque jour puis le quantile 80 % des rapports est déterminé. Remarque 3: L’utilisation du quantile 80 % permet d’orienter la valeur à la limite supérieure de la distribution des rapports journaliers (entre débit journalier maximal et débit journalier minimal) tout en évitant que les événements extrêmes dominent le résultat. En outre l’influence des jours sans éclusée prononcée (p. ex. durant les week-ends) est minimisée.

Vé/p = (Qturbine + Qrés )/Qrés Possibilité de calcul 2: sur la base de données d’exploitation Q turbine Capacité débit de la ou des turbine(s) d’une centrale électrique Q rés Débit résiduel en en amont de la restitution (somme de tous les débits de dotation selon la concession dans le bassin versant et débit d’étiage Q 347 de l’état de référence du bassin intermédiaire)

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 45

3.7.4 Taux de montée du niveau d’eau lors des éclusées

Le taux de montée du niveau d’eau lors des éclusées TN éclusée désigne un taux de montée Définition du niveau d’eau maximal représentatif lors de la transition du débit plancher au débit d’éclusée. Le taux de montée du niveau d’eau lors des éclusées s’obtient en calculant la médiane des taux de montée du niveau d’eau maximaux journaliers d’un échantillon représentatif.

Nt − Nt−1 Possibilité de calcul 1: TNéclusée = médiane de TNmax avec TNt = Δt sur la base de données mesurées

Nt Niveau d’eau au moment t (valeurs instantanées) TN t Taux de changement du niveau d’eau au moment t TN max Maxima journaliers des taux de changement du niveau d’eau TN t Remarque 1: Les taux de changement du niveau d’eau se déterminent sur la base d’un échantillon de chaque fois 10 semaines avec des éclusées pendant des conditions d’étiage pour les cinq ans les plus représentatifs du régime d’exploitation actuel (en règle générale les cinq ans les plus récents). Remarque 2: L’utilisation de la médiane permet d’éviter que les événements extrêmes dominent le résultat et de minimiser l’influence des jours sans éclusée prononcée (p. ex. durant les week-ends). Remarque 3: La détermination des taux de montée du niveau d’eau maximaux TN max est illustrée dans Pfaundler & Keusen (2007).

3.7.5 Taux de descente du niveau d’eau lors des éclusées

Le taux de descente du niveau d’eau lors des éclusées TN plancher désigne un taux de Définition descente du niveau d’eau minimal représentatif lors de la transition du débit d’éclusée au débit plancher. Le taux de descente du niveau d’eau lors des éclusées s’obtient en calculant la médiane des valeurs absolues des taux de descente du niveau d’eau minimaux journaliers d’un échantillon représentatif.

Nt − Nt−1 Possibilité de calcul 1: TNplancher = médiane de TNmin avec TNt = Δt sur la base de données mesurées

Nt Niveau d’eau au moment t (valeurs instantanées) TN t Taux de changement du niveau d’eau au moment t TN min Minima journaliers des taux de changement du niveau d’eau TN t Remarque 1: Les taux de changement du niveau d’eau se déterminent sur la base d’un échantillon de chaque fois 10 semaines avec des éclusées pendant des conditions d’étiage pour les cinq ans les plus représentatifs du régime d’exploitation actuel (en règle générale les cinq ans les plus récents). Remarque 2: L’utilisation de la médiane permet d’éviter que les événements extrêmes dominent le résultat et de minimiser l’influence des jours sans éclusée prononcée (p. ex. durant les week-ends). Remarque 3: La détermination des taux de descente du niveau d’eau minimaux TN min est illustrée dans Pfaundler & Keusen (2007).

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 46

3.7.6 Débit de purge (ou vidange)

Le débit de purge Q purge est le débit supplémentaire typique dû à une purge ou à une Définition vidange, c’est-à-dire la différence entre le débit de pointe et le débit de base. Sont considérés comme typiques les événements de purge actuels et prévisibles.

Qpurge = Qpurge,max − Qbase Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées Q purge,max Débit de pointe lors des purges Q base Débit de base avant le début de la purge Remarque 1: Les paramètres débit de pointe et débit de base sont illustrés à la fig. 26(chapitre 5.9) Remarque 2: Les débits se déterminent sur la base des hydrogrammes (valeurs instantanées); les moyennes journalières ne suffisent pas.

Le paramètre Q purge peut être estimé sur la base des données d’exploitation ou des Possibilité de calcul 2: informations se trouvant dans les documents de concession. sur la base de données d’exploitation

3.7.7 Fréquence des purges et vidanges

La fréquence des purges et vidanges f purge représente le nombre annuel moyen de purges Définition ou de vidanges générant un débit équivalent ou supérieur au débit de purge Q purge défini au chapitre 3.7.6.

Le paramètre f purge peut être estimé sur la base des données d’exploitation ou des Possibilité de calcul 1: informations se trouvant dans les documents de concession. sur la base de données d’exploitation

3.7.8 Taux de montée du niveau d’eau lors des purges

Le taux de montée du niveau d’eau lors des purges TN purge désigne un taux de montée du Définition niveau d’eau maximal représentatif provoqué par un événement de purge ou de vidange. Sont considérés comme typiques les événements de purge actuels et prévisibles.

3 > Calcul des paramètres hydrologiques 47

Nt − Nt−1 Possibilité de calcul 1: Δt sur la base de données mesurées

Nt Niveau d’eau au moment t (valeurs instantanées) TN t Taux de changement du niveau d’eau au moment t

Le paramètre TN purge peut être estimé sur la base des données d’exploitation en fonc- Possibilité de calcul 2: tion de la pente moyenne du niveau d’eau du débit de base au débit de pointe. approximation sur la base des données d’exploitation Npurge,max − Nbase TNpurge = tpurge,max − t0

N purge,max Niveau d’eau maximal lors de la purge N base Niveau d’eau moyen avant le début de la purge, voir fig. 26 (chapitre 5.9) t purge,max Moment du niveau d’eau maximal lors de la purge t0 Moment du début de la purge

3.7.9 Fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales (débits instantanés)

Remarque: comme les rejets des eaux pluviales ont lieu durant des événements de pluie, il est très probable qu’ils surviennent en même temps que de hauts débits dans le cours d’eau récepteur. Cependant, comme le rejet est accentué par les surfaces d’habitat et d’infrastructure, il peut précéder l’augmentation naturelle des débits.

La fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales f E (débits instanta- Définition nés) exprime le nombre annuel moyen des débits de pointe dépassant la valeur seuil de crue générés par des rejets des eaux pluviales dans le cours d’eau récepteur. Les débits de pointe dans le cours d’eau récepteur s’obtiennent en additionnant le débit de pointe dû aux rejets au débit annuel moyen du cours d’eau récepteur.

1 n fE = ⋅ ∑ (nombre de rejets avec (MQrécepteur + QE ) > Q *)j Possibilité de calcul 1: sur la base de données mesurées

MQ récepteur Débit annuel moyen du cours d’eau récepteur QE Débits de pointe dus aux rejets d’eaux pluviales de l’année j Q* Valeur seuil de crue (voir chapitre 3.5.2) n Nombre d’années

Le paramètre f E peut être estimé sur la base d’informations relatives au volume et à la Possibilité de calcul 2: fréquence des rejets effectués par les installations d’évacuation des eaux du PGEE. sur la base de données d’exploitation

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 48

Le paramètre f E peut être estimé à l’aide des calculs proposés par la méthodologie Possibilité de calcul 3: PGEE décrite dans VSA (2002) ou à l’aide du programme REBEKA selon Rauch d’après la méthode PGEE et al. (2000). Il est possible de résoudre la formule pour le calcul du rejet des eaux pluviales dans l’autre sens, afin d’obtenir la saisonnalité de l’intensité de pluie r D,T pour le temps de concentration estimé (durée D).

fE = 1/T avec T de r D,T par D = temps de concentration et rD,T = (Q * −MQrécepteur )/ (Adrain ⋅ ψ )

T Temps de retour r D,T Intensité de pluie pour le temps de concentration estimé D et le temps de retour T; détermination à l’aide des analyses d’intensité de pluie, p. ex. courbes d’intensité des pluies SN 640 350; planche HADES 2.4 Q* Valeur seuil de crue (voir chapitre 3.5.2) MQ récepteur Débit annuel moyen du cours d’eau récepteur A drain Surface drainée Ψ Coefficient du débit de pointe

4 > Terrain d’étude et inventaire des atteintes 49

4 > Terrain d’étude et inventaire des atteintes Ce chapitre explique comment délimiter le terrain d’étude et dresser l’inventaire des atteintes. Cette étape aboutit à un inventaire des atteintes présenté sous forme de tableaux et de cartes regroupant toutes les atteintes. On distingue les atteintes importantes, qui dépassent certaines valeurs seuils, et les atteintes significatives, dont les effets sur le régime d’écoulement du cours d’eau considéré sont jugés significatifs. A l’aide du présent chapitre, cette étape ne nécessite pas véritablement de nouvelles connaissances en hydrologie et gestion des eaux.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 50

4.1 Terrain d’étude

La première étape consiste à délimiter le terrain d’étude. Idéalement, celui-ci devrait se Le bassin versant hydrologique rapporter à un bassin versant hydrologique (BV), lequel peut aussi s’étendre au-delà comme terrain d’étude des frontières politiques ou administratives, notamment cantonales. En effet, c’est le bassin versant qui représente le champ d’action des atteintes portées au régime d’écoulement.

En définissant le terrain d’étude, il faut se souvenir que les atteintes liées à la gestion des eaux peuvent provoquer un déplacement d’eau au-delà des limites topographiques du bassin versant.

Pour l’évaluation, c’est le réseau hydrographique subdivisé en tronçons qui constitue Le réseau hydrographique comme l’unité spatiale de référence proprement dite. Il s’agit donc de définir un réseau hydro- unité spatiale de référence graphique de base dans le terrain d’étude, auquel se réfèrera l’évaluation. On recommande d’utiliser un réseau hydrographique numérique pour se faciliter la tâche.

4.2 Identification des atteintes

Pour dresser l’inventaire des atteintes, il faut commencer par identifier et relever l’ensemble des atteintes susceptibles d’agir sur le régime d’écoulement. Pour cela, il faut aussi tenir compte des informations sur les atteintes qui ont été laissées de côté dans le cadre d’HYDMOD-R au chapitre 2.2. Les deux étapes suivantes consistent à examiner l’importance et la signification des atteintes (chapitre 4.3 et 4.4).

Dans le cadre d’HYDMOD-R, les atteintes désignent des mesures anthropiques de Les atteintes comme mesures nature constructive ou opérationnelle qui agissent sur le régime d’écoulement. La liées à la gestion des eaux majorité des atteintes sont des mesures liées à l’utilisation de l’énergie hydraulique et à la gestion des eaux urbaines. En Suisse, ce sont ces deux secteurs de la gestion des eaux qui sont à l’origine des principales altérations du régime d’écoulement.

HYDMOD-R propose une typologie des atteintes (voir tab. 8) qui s’articule autour de Typologie des atteintes la nature et du but premier de l’atteinte. Cette typologie sert de point de départ aux étapes qui vont suivre. Si l’utilisateur ne peut attribuer une atteinte à aucun type, il est libre de juger s’il doit élargir l’inventaire en conséquence et procéder à une évaluation par analogie avec les autres atteintes.

Il est recommandé de répertorier également les tronçons de retenue dans le cadre Inventaire des tronçons de d’HYDMOD-R. Ceux-ci ne modifient certes pas le régime d’écoulement en lui-même, retenue mais influencent le caractère de l’écoulement. Ils doivent donc être inventoriés, mais pas évalués.

4 > Terrain d’étude et inventaire des atteintes 51

Tab. 8 > Typologie et catégories des atteintes avec la valeur seuil de l’importance et le critère de signification. Le critère de signification se réfère toujours à Q 347 ou MQ de l’état de référence.

Code Appellation Grandeur caractéristique Valeur seuil de Critère de signification l’importance

A Prélèvement d’eau (des eaux de surface) A1 Prélèvement pour l’utilisation hydroélectrique Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 % A2 Prélèvement d’eau potable et industriel- Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 % le (utilisation communale et industrielle) A3 Dérivation de l’eau de refroidissement Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 % A4 Prélèvement pour l’enneigement artificiel Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 % A5 Prélèvement pour l’irrigation agricole Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 % A6 Prélèvement pour l’exploitation piscicole Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 20 l/s Q P : Q 347 > 20 %

B Déversement d’eau (directement dans des eaux de surface) B1 Evacuation des eaux pluviales des routes A drain = surface drainée, Q M = débit maximum A drain ≥ 5 ha Q M : MQ > 25 % B2 Rejet de STEP EH = équivalent habitant hydraulique, ≥ 500 EH Q M : MQ > 25 % Q M = débit maximum du rejet B3 Canalisation des eaux pluviales A drain = surface drainée, A drain ≥ 15 ha Q M : MQ > 25 % (réseau d’égout séparatif sans bassin de Q M = débit maximum retenue des eaux pluviales) B4 Décanteur/bassin de retenue pour les eaux A drain = surface drainée, A drain ≥ 25 ha Q M : MQ > 25 % pluviales (système unitaire ou séparatif de la Q M = débit maximum canalisation) B5 Déversement d’eau de refroidissement Q T = débit maximum autorisé Q T ≥ 20 l/s aucun B6 Transfert d’autres bassins versants Q C = débit de conduite maximum autorisé Q C ≥ 20 l/s Q C : MQ > 10 % B7 Restitution du débit turbiné de l’exploitation P installée = puissance installée, P installée ≥ 50 kW Q éclusée : MQ > 25 % par éclusée des centrales hydroélectriques Q éclusée = pointe du débit d’éclusée B8 Restitution du débit turbiné des centrales Q M = débit maximum de la centrale Q M ≥ 20 l/s Q M : MQ > 25 % hydroélectriques (pas type B7) hydroélectrique

C Accumulation, retenue et régulation de l’eau (modifications du débit et du régime temporel) C1 Lac de retenue pour la force hydrauli- Vol réservoir = capacité utile de stockage Vol réservoir ≥ 15 000 m³ Vol réservoir > 12h· MQ affluents_du_rés. que (réservoir journa- (à la cote maximale de retenue) lier/hebdomadaire/annuel) C2 Lac de retenue polyvalent ou autre Vol réservoir = capacité utile de stockage Vol réservoir ≥ 15 000 m³ Vol réservoir > 12h· MQ affluents_du_rés but (irrigation, tourisme, enneigement,…) (à la cote maximale de retenue) C3 Régulation du débit des lacs natu- Vol lac = Volume du lac, A lac = Surface du lac, A lac ≥ 10 ha ou Vol lac Vol régulation > 12h· MQ affluents_du_lac rels (écoulement des lacs) Vol régul. = Volume du lac réglable jusqu› à ≥ 25 000 m³ HQ 1 C4 Bassin de rétention contre les crues Vol rétention = Capacité de rétention Vol rét. ≥ 10 000 m³ Vol rétention > 1.5h· MQ

D Atteintes liées à la gestion de l’eau souterraine D1 Prélèvement de sources Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 15 l/s Q P : Q 347 > 20 % D2 Prélèvement d’eau souterraine pompée Q P = prélèvement maximum autorisé Q P ≥ 40 l/s aucun D3 Alimentation d’une nappe souterraine Q M = enrichissement maximum autorisé Q M ≥ 50 l/s aucun

E Purges et vidanges (gestion des sédiments) E1 Purge ou vidange des réservoirs de retenue Q purge = débit de purge Q purge > 150 l/s f purge < 10 < 20 < 40 > 40 f purge = nombre de purges/an Q pur. :MQ > 85 % > 65 % > 50 % > 25 % E2 Purge des dessableurs (prise d’eau, STEP, Q purge = débit de purge Q purge > 150 l/s f purge < 10 < 20 < 40 > 40 etc.) f purge = nombre de purges/an Q pur. :MQ > 85 % > 65 % > 50 % > 25 %

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 52

4.3 Détermination de l’importance des atteintes

Pour HYDMOD-R, une atteinte est importante lorsqu’elle dépasse une certaine valeur Limitation aux atteintes minimale. On évite ainsi de devoir consacrer par la suite trop de temps aux petites importantes atteintes, qui sont souvent mal documentées. Cette élimination préliminaire permet donc de réduire le travail à fournir pour appliquer la méthode. Cette démarche est une concession à l’applicabilité de la méthode, mais il convient toutefois d’observer ceci:

> en se limitant aux atteintes importantes, il peut arriver que des perturbations signifi- Elimination des petits cours d’eau catives au niveau local soient négligées (voir chapitre 4.4) lorsque de petites atteintes considérées comme non importantes concernent de petits cours d’eau. Par conséquent, l’utilisation de la méthode n’est pas prévue pour les cours d’eau de petite taille (voir chapitre 2.2);

> si plusieurs atteintes de même type, qui, prises séparément, ne sont pas importantes, Regroupement de plusieurs se trouvent tout près les unes des autres, il faut vérifier si, une fois regroupées, elles petites atteintes dépassent la valeur seuil de l’importance. Le cas échéant, on recommande de les apprécier en les cumulant. Deux atteintes sont considérées comme proches lorsqu’elles se situent sur le même cours d’eau et que le plus grand bassin versant est au maximum 15 % plus grand que le plus petit.

Pour chaque type d’atteinte, le tab. 8 indique une valeur seuil pour les différentes grandeurs caractéristiques (débit prélevé p. ex.).

4.4 Détermination de la signification des atteintes

Cette étape consiste à établir, dans le sens d’une considération des immissions, si Signification selon les l’ampleur de l’atteinte est significative relativement aux conditions hydrologiques natu- immissions relles du cours d’eau étudié. Les critères de signification du tab. 8 mettent en rapport une grandeur qui caractérise l’atteinte avec un paramètre hydrologique du régime d’écoulement naturel à l’endroit de l’atteinte.

Lorsqu’une atteinte reste inférieure au critère de signification défini, on admet qu’elle Elimination des atteintes sans n’influence pas significativement le régime d’écoulement et que celui-ci peut entrer, impact négatif malgré l’atteinte, dans la classe d’état 1 «naturel/proche de l’état naturel». En commençant par éliminer les atteintes qui n’ont vraisemblablement pas d’impact négatif, on réduit le travail à fournir pour utiliser la méthode.

Si plusieurs atteintes de même type, qui, prises séparément, ne sont pas significatives, Regroupement de plusieurs se trouvent tout près les unes des autres, il faut vérifier si, une fois regroupées, elles petites atteintes dépassent le critère de signification. Le cas échéant, on recommande de les apprécier en les cumulant. Deux atteintes sont considérées comme proches lorsqu’elles se situent sur le même cours d’eau et que le plus grand bassin versant est au maximum 15 % plus grand que le plus petit.

4 > Terrain d’étude et inventaire des atteintes 53

Aucun critère de signification n’a été défini pour les deux types d’atteintes liées à la Exceptions gestion des eaux souterraines D2 et D3, puisqu’elles agissent de manière indirecte sur le régime d’écoulement. Il en est de même pour le type d’atteinte B5 (déversement d’eau de refroidissement) puisqu’il s’agit de la restitution d’une déviation précédente (type A3) et que le régime d’écoulement retrouve ses caractéristiques en aval de l’endroit de la restitution (mise à part la température de l’eau). Il n’est donc pas prévu de poursuivre l’évaluation de ces trois types d’atteintes dans le cadre d’HYDMOD-R.

4.5 Tableau et carte de l’inventaire des atteintes

L’outil informatique HYDMOD-FIT permet d’inventorier les atteintes. L’application L’outil HYDMOD-FIT propose les informations à saisir par type d’atteinte. Il s’agit pour l’essentiel des informations suivantes:

> Type d’atteinte > Grandeurs caractéristiques selon le type d’atteinte > Coordonnées et altitude de l’atteinte [m] > Surface [km²] et altitude moyenne du bassin versant [m] > Cours d’eau atteint > Type de régime d’écoulement

Pour dresser la carte des atteintes, on peut créer des tableaux de données dans HYD- Représentation cartographique MOD-FIT et les importer dans un SIG. Des symboles sont proposés pour les atteintes, les tronçons de retenue et les stations hydrométriques (voir ex. de la fig. 15). Des fichiers layer et des légendes prédéfinies sont en outre disponibles pour les logiciels d’ESRI.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 54

Fig. 15 > Représentation cartographique de l’inventaire des atteintes Carte des atteintes, exemple de la Sitter, cantons de SG, AI et AR.

(c) 2010 swisstopo (BA100271)

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 55

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation Ce chapitre explique comment déterminer les indicateurs d’évaluation. Cette étape aboutit à un tableau des évaluations ponctuelles menées aux différents endroits des atteintes. Neuf indicateurs d’évaluation, subdivisés chacun en cinq classes – de proche de l’état naturel à artificiel –, y sont définis. Selon le type d’atteinte, il n’est pas nécessaire de déterminer à chaque fois l’ensemble de ces neuf indicateurs. Pour pouvoir mener à bien cette étape, il est préférable de bénéficier de solides connaissances en hydrologie.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 56

5.1 Indicateurs d’évaluation à considérer

Certaines atteintes ne modifient que quelques caractéristiques du régime d’écoulement, Evaluation limitée aux indicateurs alors que d’autres causent des perturbations qui touchent presque tous les indicateurs risquant d’être perturbés d’évaluation. Ainsi, pour simplifier l’utilisation d’HYDMOD-R, l’évaluation peut se limiter à l’analyse des indicateurs qui risquent d’être perturbés. En conséquence, on part du principe que l’évaluation des autres indicateurs entre dans la classe d’état 1 «naturel/proche de l’état naturel».

Le tab. 9 met en relation les différents types d’atteintes avec les indicateurs d’éva- Informations sur les effets luation qui risquent d’en subir les effets. Cette appréciation distingue les trois variantes prévisibles d’une atteinte suivantes:

> x: effets prévisibles; analyse recommandée > (x): effets insignifiants prévisibles; analyse recommandée dans certains cas exceptionnels > (): effets indirects possibles; à laisser de côté dans le cadre d’HYDMOD (voir chapitre 4.4)

Tab. 9 > Effets des divers types d’atteintes sur les indicateurs d’évaluation Les codes attribués aux types d’atteintes sont les mêmes que dans le tab. 8.

Type d’atteinte A1 A2 A3 A4 A5 A6 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 C1 C2 C3 C4 D1 D2 D3 E1 E2 Comportement des débits x x x x x x x x x x x x x moyens Fréquence des crues x x x (x) x x x x x x Saisonnalité des crues x x x (x) (x) (x) (x) x x x x x x x x Débit d’étiage x x x x x x x x x x x x x x () () Saisonnalité de l’étiage x x x x x x x x x x x x x x () () Durée des périodes d’étiage x x x x x x x x x x x x x x () () Phénomène d’éclusée x Purge et vidange x x x x x x x x x x Rejets des eaux pluviales x x x

Ces informations ont une valeur indicative, ce qui veut dire qu’il n’est pas exclu qu’une Choix des indicateurs pertinents atteinte concrète ait d’autres effets que ceux qui sont mentionnés dans le tableau. Au en fonction de la situation cas où une situation particulière le laisserait présumer, il faudrait alors analyser des indicateurs supplémentaires. Inversement, la mise en valeur des indicateurs peut parfois s’avérer inutile pour certains types de cours d’eau. Par exemple, il n’est pas pertinent de dépouiller les indicateurs d’évaluation liés aux crues lorsqu’un cours d’eau est principalement alimenté par les eaux souterraines, puisque naturellement aucun événement de crue marqué ne s’y produit.

Si d’autres atteintes sont situées en amont de l’atteinte à étudier, leurs effets peuvent Prise en considération des encore être perceptibles à l’endroit de cette dernière. Pour autant que leur critère de atteintes situées en amont signification soit toujours rempli à l’endroit de l’atteinte à étudier, il faudrait aussi

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 57

analyser les indicateurs qu’elles risquent de perturber. Dans les situations où le prélèvement et la restitution d’eau sont proches dans le temps et dans l’espace, l’évaluation à l’amont du prélèvement peut être reprise pour l’endroit de la restitution.

5.2 Comportement des débits moyens

5.2.1 Fondement et définition

L’indicateur d’évaluation «comportement des débits moyens» décrit la naturalité Fondement fondamentale des débits moyens et de leur tracé annuel. Une grandeur relative R est dérivée, qui englobe les variations du débit annuel moyen (MQ) ainsi que les décalages saisonniers des débits mensuels (coefficients de Pardé Pk i ).

Les modifications dues à des atteintes peuvent résulter d’une part de décalages saisonniers (MQ reste le même, mais les Pk i changent, p. ex. en raison d’une accumulation), d’autre part d’une augmentation ou d’une diminution du débit annuel total (MQ change suite à des déversements ou à des prélèvements, mais le comportement saisonnier reste le même), ou d’une combinaison des deux. La fig. 16 montre un exemple où des atteintes liées à la gestion des eaux ont entraîné autant une diminution de MQ qu’une modification du comportement hydrologique saisonnier.

L’impact écologique réside dans les variations de la taille de l’habitat aquatique au cours de l’année. Par ailleurs, une diminution du débit annuel total peut entraver la dilution des polluants et l’alimentation des nappes souterraines.

Fig. 16 > Référence naturelle et état altéré Comportement naturel (référence, série de mesures 1904–1958) et comportement altéré (atteinte, série de mesures 1963–2000) des débits mensuels moyens ainsi que différences ∆MMQ i pour le Brenno à Loderio.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 58

L’indicateur d’évaluation proprement dit est une grandeur relative R r,a qui rapporte la Indicateur d’évaluation somme des différences calculées sur la base des MQ et Pk i (resp. MMQ i ) illustrés à la fig. 16 aux MQ de l’état de référence.

Le rapport à l’état de référence est déjà compris dans la valeur indicatrice R r,a . Rapport à l’état de référence

La règle de classement compare R r,a à la variabilité naturelle de MQ et Pk i en fonction Variabilité naturelle du type de régime d’écoulement, exprimée par l’indicateur R j,régime . Dans des conditions naturelles, MQ et Pk i varient d’une année à l’autre. Ces variations des MQ et Pk i des différentes années de part et d’autre de leurs moyennes interannuelles peuvent être exprimées comme valeurs R par année R j . Les analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement portant sur R j,régime (voir annexe A2, fig. 11) font ressortir des différences marquées entre les types de régime.

> R r,a : valeur R état de référence (r) par rapport à l’état altéré (a) Grandeurs d’évaluation > R j,régime : valeurs R des différentes années j par rapport à la moyenne interannuelle du type de régime

5.2.2 Calculs

La valeur R état de référence (r) par rapport à l’état altéré (a) R r,a est une grandeur Calcul de la valeur indicatrice R r,a relative qui rapporte la somme des valeurs absolues de toutes les différences entre les débits mensuels de l’état de référence et de l’état altéré à la somme des débits mensuels de l’état de référence.

12 12

MMQ i,r Débits mensuels moyens du mois i de l’état de référence (voir chapitre 3.4.1) MMQ i,a Débits mensuels moyens du mois i de l’état altéré (voir chapitre 3.4.1)

Les quantiles 50 %, 65 % et 80 % de la valeur R j,régime entrent dans l’évaluation. Il n’est Calcul d’autres grandeurs pas nécessaire de calculer ces valeurs, qui peuvent être reprises du tab. 10. d’évaluation

Tab. 10 > Quantiles de la valeur R j,régime [%] par type de régime d’écoulement Les valeurs suivantes ont été calculées dans le cadre d’analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement (annexe A1). Les calculs à la base des quantiles et les fonctions de distribution théoriques sont représentés à l’annexe A2,, fig. 11.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Quantile 50 % 18 16.3 17.5 21.1 19.3 25.9 31.5 39.5 40.4 42.8 44.9 49.1 27.7 44.5 52.8 39.8 Quantile 65 % 19.8 18.3 20.2 23.9 21.6 28.8 35.1 43.4 44.8 47.7 48.2 54.2 32.2 49.8 62.0 45.6 Quantile 80 % 21.9 20.6 23.8 27.7 24.7 32.7 39.8 48.7 49.9 53.5 52.3 60.8 38.4 56.8 75.1 53.5

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 59

5.2.3 Classement

La répartition dans les classes 1 à 3 se fait par comparaison, d’une part avec les quanti- Règle de classement les des valeurs R caractéristiques du régime d’écoulement, d’autre part avec les valeurs seuils absolues de R r,a , et il suffit qu’une seule condition soit remplie. Pour les classes 4 et 5, ce sont les valeurs seuils absolues de R r,a qui comptent.

Fig. 17 > Règle de classement pour le comportement des débits moyens

La démarche est illustrée à l’aide d’un exemple avec une valeur R r,a de 36 %. Il montre Exemple d’application comment la méthode d’évaluation tient compte de l’ampleur de la variabilité naturelle de MQ et Pk:

> s’il s’agit d’une atteinte située dans un bassin versant caractérisé par un régime d’écoulement de type 3 (a-glacio-nival), la valeur R r,a de 36 % dépasse les deux conditions de la classe d’état 1. Pour la classe d’état 2, la condition <R j,régime,65 % n’est pas remplie, mais la condition < 45 % l’est bien. C’est donc la classe d’état 2 qui s’applique; > si par contre il s’agit d’une atteinte située dans un bassin versant caractérisé par un régime de type 10 (pluvial inférieur), la valeur R r,a de 36 % est inférieure à la valeur R j,régime,50 % et remplit ainsi une condition de la classe d’état 1, qui est alors appliquée.

5.3 Fréquence des crues

5.3.1 Fondement et définition

Les crues sont des éléments structurels qui provoquent un décolmatage et qui, en tant Fondement qu’événements perturbateurs, interrompent la succession des associations végétales tout en créant continuellement de nouvelles stations pour les populations pionnières. Les modifications du régime de crue ont diverses conséquences sur l’écologie:

> lorsque le débit ou la fréquence des crues diminue, les algues ont tendance à croître davantage, le lit du cours d’eau à s’envaser et les interstices à être colmatés par les particules fines. Une crue avec transport de sédiments débarrasse le substrat de ses algues et décolmate le lit du cours d’eau; > en outre, lorsqu’il n’y a plus assez de crues dans les cours d’eau comportant à l’origine des terres inondables, la présence d’espèces peuplant ces zones inondables est affaiblie par une succession non perturbée.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 60

Du point de vue écologique, la fréquence à laquelle apparaissent des débits de crue dépassant la valeur seuil critique pour le transport de sédiments et susceptibles de modifier le lit du cours d’eau joue donc un rôle important. Pour déterminer le débit déclenchant le transport de sédiments, il faut des informations relatives à la géométrie (profil, pente), à la rugosité et à la granulométrie du tronçon considéré. Pour contourner cet important travail de relevé, la valeur seuil de crue est fixée de façon pragmatique très simplifiée et purement statistique dans le cadre d’HYDMOD-R (voir définition du chapitre 3.5.2).

Une augmentation des événements de crue a elle aussi des conséquences écologiques. En effet, si leur fréquence augmente trop fortement, il n’y a plus assez de phases de rétablissement permettant aux biocénoses de se remettre des perturbations, ce qui peut provoquer une forte altération de la présence d’espèces (voir fig. 18).

Fig. 18 > Conséquences d’une modification de la fréquence des crues Schéma de la corrélation entre la modification de la fréquence des crues avec modification du lit du cours d’eau et l’altération de la présence d’espèces.

D’après Eawag et OFEFP, 1995

L’indicateur d’évaluation fréquence des crues n’entre en jeu que lorsque la fréquence des crues est en diminution. Divers aspects à l’origine d’une augmentation de la fréquence des crues sont couverts par des indicateurs d’évaluation particuliers, notamment:

> phénomène d’éclusée; > purge et vidange; > rejets d’eaux pluviales.

L’indicateur d’évaluation proprement dit est la fréquence moyenne des crues Indicateur d’évaluation f HQ,a (débits instantanés) à l’état altéré, définie comme moyenne interannuelle du nombre annuel de débits de crue dépassant la valeur seuil de crue de l’état de référence.

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 61

Une analyse caractéristique du type de régime d’écoulement portant sur la fréquence Rapport à l’état de référence des crues f HQ,r révèle des différences marquées entre les différents types de régime d’écoulement. Les cours d’eau alpins peuvent connaître en moyenne 3 à 5 événements de crue dépassant la valeur seuil par année alors que les cours d’eau préalpins peuvent en compter 10 à 13 environ (voir annexe A3, fig. 44). Ces valeurs de référence sont intégrées dans la définition de la règle de classement. L’état de référence est alors indirectement intégré dans l’évaluation.

L’analyse de la variabilité des fréquences d’une année à l’autre révèle de façon généra- Variabilité naturelle le une grande dispersion et ne mène à aucune différenciation (voir A3, fig. 45). La variabilité naturelle n’entre donc pas dans l’évaluation.

> f HQ,a : fréquence moyenne des crues (débits instantanés) à l’état altéré Grandeur d’évaluation

5.3.2 Calculs

La fréquence moyenne des crues f HQ,a est définie directement comme paramètre hydro- Calcul de la valeur indicatrice f HQ,a logique (voir chapitre 3.5.3).

5.3.3 Classement

Le classement se fait en valeurs absolues. La limite de la classe 1 se réfère à la fré- Règle de classement quence minimale naturelle de l’état de référence (voir annexe A3, fig. 44). Pour la classe 2 il faut qu’un décolmatage garantissant de bonnes conditions écologiques ait lieu au moins une fois par année environ (Brookes, 1995 & Poff et al. 1997).

Fig. 19 > Règle de classement pour la fréquence des crues La classe 1 se différencie en fonction du type de régime d’écoulement.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 62

5.4 Saisonnalité des crues

5.4.1 Fondement et définition

La saisonnalité des crues désigne l’apparition dans le temps du débit journalier maxi- Fondement mal de l’année. La saisonnalité est relevée par deux paramètres, la date moyenne d’apparition (valeur d’espérance) et la variabilité de la date d’apparition (voir chapitre 3.5.4). La saisonnalité déterminée pour une station ou un cours d’eau peut ainsi être inscrite sous forme de point dans un domaine de saisonnalité (voir fig. 20). L’impact écologique de la saisonnalité des crues, respectivement de son décalage dans le temps, est lié au transport de sédiments déclenché par les événements de crue. Par exemple, un décalage de la saison des crues à la période de reproduction et d’alevinage perturbe les jeunes truites. L’indicateur d’évaluation est une appréciation du décalage dans le comportement saisonnier entre l’état de référence et l’état altéré. Ce décalage peut concerner la valeur d’espérance temporelle (sans changement de variabilité), une nette modification de la variabilité (sans changement de la date moyenne d’apparition) ou une modification de la valeur d’espérance et de la variabilité.

L’indicateur d’évaluation proprement dit est un nombre adimensionnel Dist r,a , qui Indicateur d’évaluation exprime la distance entre les deux points de saisonnalité à l’état de référence et à l’état altéré en tenant compte des deux aspects de la saisonnalité que sont la valeur d’espérance et la variabilité.

Le rapport à l’état de référence est déjà compris dans l’indicateur d’évaluation Dist r,a . Rapport à l’état de référence

La variabilité naturelle est déjà comprise dans l’indicateur d’évaluation Dist r,a . Variabilité naturelle

> Dist r,a : nombre exprimant la distance entre les deux points de saisonnalité à l’état de Grandeur d’évaluation référence (r) et à l’état altéré (a)

5.4.2 Calculs

La valeur adimensionnelle pour la distance entre les deux points de saisonnalité de l’état de référence (r) et de l’état altéré (a) Dist r,a correspond à la distance entre les deux points de saisonnalité de l’état de référence et de l’état altéré dans le cercle de saisonnalité.

Distr,a = (rHQ,r ⋅ sinδi 2 + (rHQ,a − rHQ,r ⋅ cosδo2 où δ = θHQ,r − θHQ,a Calcul de la valeur indicatrice Dist r,a sur la base de θ HQ Angle de la date moyenne d’apparition de la crue annuelle (voir chapitre 3.5.4) coordonnées polaires r HQ Variabilité temporelle de la date d’apparition de la crue annuelle (voir chapitre 3.5.4)

Distr,a = (x − x ) + (y − y ) r a

r a

2 Calcul de la valeur indicatrice

Dist r,a sur la base de ‾x, ‾y Moyenne arithmétique des coordonnées cartésiennes des différents événements j (voir 3.5.4) coordonnées cartésiennes

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 63

Lorsqu’il n’y a pas de données mesurées pour l’état de référence, on peut utiliser les Calcul de la valeur indicatrice données caractéristiques du régime d’écoulement des stations de référence. La distance Dist r,a à l’aide des ellipses de doit alors être relevée à la fig. 13 (plus courte distance jusqu’à l’ellipse de référence référence correspondante), en suivant l’exemple de la fig. 20. Le calcul de la distance est également implémenté dans HYDMOD-FIT.

Fig. 20 > Exemple de nombre adimensionnel Dist r,a La distance entre les deux points de saisonnalité comme indicateur d’évaluation.

5.4.3 Classement

Le classement s’appuie sur le nombre adimensionnel Dist r,a , dont les valeurs se situent Règle de classement théoriquement entre 0 et 2:

> si la référence se caractérise par une grande variabilité temporelle et se situe ainsi dans le domaine de l’origine du cercle de saisonnalité, les valeurs de Dist r,a peuvent seulement aller jusqu’à 1 au maximum; > si par contre la référence se caractérise par une saisonnalité marquée et se situe ainsi près du cercle unité, les valeurs de Dist r,a peuvent aussi être comprises entre 1 et 2 au maximum.

La règle de classement fait la différence entre le calcul effectué sur la base de données mesurées, où la distance se rapporte à deux points, et le calcul effectué à l’aide des données de référence, où la distance se rapporte à l’ellipse de référence et est donc plus petite.

Fig. 21 > Règle de classement pour la saisonnalité des crues

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 64

5.5 Débit d’étiage

5.5.1 Fondement et définition

Le débit d’étiage Q 347 est un paramètre représentatif du régime d’étiage. Il s’agit du Fondement débit journalier moyen qui est atteint ou dépassé en moyenne 347 jours par année (= 95 % des jours). L’importance écologique ne dépend pas uniquement de l’ampleur de la modification de Q 347 , mais aussi de la taille du cours d’eau. En effet, une masse d’eau substantielle se maintient plus longtemps dans les grands cours d’eau, alors que des diminutions de débit proportionnellement plus faibles peuvent déjà entraîner des conditions critiques (niveau trop bas ou sections mouillées insuffisantes) dans les cours d’eau plus petits.

Les phases de débit plancher provoquent elles aussi une réduction de l’habitat sur les tronçons concernés par des phénomènes d’éclusée (voir également chapitre 5.8.1). La succession de débits planchers très bas peut entraîner des conditions critiques semblables aux conditions d’étiage. Comme les débits planchers bas ne sont pas représentés par le débit d’étiage Q 347 calculé sur la base des débits journaliers moyens, ils doivent être pris en compte séparément.

L’indicateur d’évaluation proprement dit est la différence relative ∆Q 347,r,a entre le Indicateur d’évaluation Q 347 réel de l’état altéré et le Q 347 naturel de l’état de référence. En cas de phénomènes d’éclusée, Q plancher remplace Q 347 de l’état altéré si sa valeur est plus faible.

Le rapport à l’état de référence est déjà compris dans l’indicateur d’évaluation ∆Q 347,r,a . Rapport à l’état de référence

En tant que mesure de la variabilité naturelle, le coefficient de variation de Q 347,r entre Variabilité naturelle dans la règle de classement. Il est utilisé pour la classe d’état 1.

> ∆Q 347,r,a : différence relative entre les Q 347 de l’état de référence (r) Grandeurs d’évaluation et de l’état altéré (a) > CV-Q 347,r : coefficient de variation de Q 347,r > Q plancher : débit plancher (seulement en cas de phénomènes d’éclusée si Q plancher < Q 347,a , à introduire à la place de Q 347,a )

5.5.2 Calculs

La différence relative ∆Q 347,r,a entre le Q 347 réel de l’état altéré et le Q 347 naturel de Calcul de la valeur indicatrice l’état de référence se calcule comme suit: ∆Q 347,r,a

Q 347,r Q 347 de l’état de référence (voir chapitre 3.6.1) Q 347,a Q 347 de l’état altéré (voir chapitre 3.6.1)

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 65

Sur des tronçons à débit plancher très bas (Q plancher < Q 347,a ) la différence relative Calcul de la valeur indicatrice ∆Q 347,r,a entre le débit plancher et le Q 347 naturel de l’état de référence se calcule ∆Q 347,r,a lors des phénomènes comme suit: d’éclusée

Q 347,r Q 347 de l’état de référence (voir chapitre 3.6.1) Q plancher Débit plancher (voir chapitre 3.7.2), à la place du Q 347 de l’état altéré

Le coefficient de variation de Q 347,r CV-Q 347,r est défini comme paramètre hydrologi- Calcul d’autres grandeurs que (voir chapitre 3.6.2). d’évaluation

5.5.3 Classement

Pour la limite entre les classes d’état 1 et 2, le classement se base sur une comparaison Règle de classement de ∆Q 347,r,a et de CV-Q 347 . C’est la différence relative ∆Q 347,r,a qui détermine les autres limites.

Fig. 22 > Règle de classement pour le débit d’étiage Selon l’ordre de grandeur de la valeur absolue de Q 347,r , il faut utiliser d’autres chiffres. La règle de classement est donnée pour quatre valeurs Q 347,r , les valeurs intermédiaires devant être interpolées; en cas de valeurs inférieures, ce sont les plus petites valeurs qui s’appliquent, en cas de valeurs supérieures, les plus grandes.

Il est possible que CV-Q 347,r dépasse les valeurs limites définies pour les classes 2 à 5, puisque la moyenne suisse de CV-Q 347,r se situe vers 25 %. Le cas échéant, c’est le meilleur classement qui est déterminant.

Si le Q 347,a de l’état altéré est plus grand que le Q 347,b de l’état de référence, c’est toujours la classe 1 qui s’applique.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 66

5.6 Saisonnalité de l’étiage

5.6.1 Fondement et définition

La saisonnalité de l’étiage désigne l’apparition dans le temps du débit journalier mini- Fondement mal de l’année. La saisonnalité est relevée par deux paramètres, la date moyenne d’apparition (valeur d’espérance) et la variabilité de la date d’apparition. La saisonnalité déterminée pour une station ou un cours d’eau peut ainsi être inscrite sous forme de point dans un domaine de saisonnalité (voir fig. 20).

L’impact écologique de la saisonnalité de l’étiage, c’est-à-dire de son décalage dans le temps, est lié aux cycles biologiques de la faune aquatique, puisque les périodes d’étiage jouent un rôle important en tant que phases d’élevage, de repos et de rétablissement.

L’indicateur d’évaluation est une appréciation du décalage dans le comportement saisonnier entre l’état de référence et l’état altéré. Ce décalage peut concerner la valeur d’espérance temporelle (sans changement de variabilité), une nette modification de la variabilité (sans changement de la date moyenne d’apparition) ou une modification de la valeur d’espérance et de la variabilité.

L’indicateur d’évaluation est défini de la même façon que pour la saisonnalité des crues (voir chapitre 5.4).

5.6.2 Calcul et classement

Les calculs et le classement se font de la même façon que pour la saisonnalité des crues (voir chapitre 5.4).

5.7 Durée des périodes d’étiage

5.7.1 Fondement et définition

Du point de vue écologique, les périodes d’étiage, tout comme les crues, sont considé- Fondement rées comme des événements perturbateurs. Par contre, elles s’installent plus lentement que les crues, qui surgissent soudainement. Leurs principales conséquences écologiques sur l’écosystème et les biocénoses sont notamment la rupture de la continuité hydrologique, la perte de milieux naturels, ou du moins leur rétrécissement et leur dégradation, la détérioration de la qualité de l’eau, l’altération de la situation alimentaire, etc. Les biocénoses réagissent à l’ensemble de ces influences par des altérations qui dépendent de l’ampleur des modifications. L’importance écologique du nombre de jours durant lesquels les débits restent inférieurs à un débit d’étiage tel que l’indicateur hydrologique en question est documentée dans Riis et Biggs (2003).

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 67

Sont considérées comme périodes d’étiage les périodes continues durant lesquelles le débit demeure inférieur ou égal au débit naturel non altéré Q 347 . La durée de la plus longue période d’étiage est déterminée chaque année pour servir de base au calcul de la moyenne interannuelle d Q347 .

C’est la moyenne interannuelle de la plus longue période d’étiage de l’année à l’état Indicateur d’évaluation altéré d Q347,a qui est utilisée comme indicateur d’évaluation. La durée de la période d’étiage d Q347,a n’indique donc pas le nombre total de jours par année durant lesquels Q 347 n’est pas atteint, mais la durée moyenne de la plus longue période d’étiage continue.

Une analyse caractéristique du type de régime d’écoulement portant sur la durée des Rapport à l’état de référence périodes d’étiage (voir annexe A3, fig. 50) indique que celle-ci est d’environ 15 à 20 jours pour les types de régime alpins et d’environ 10 jours pour les régimes du Plateau. Ces valeurs de référence ont été utilisées pour fixer la règle de classement. L’état de référence entre donc indirectement dans l’évaluation.

Une analyse caractéristique du type de régime d’écoulement portant sur les coefficients Variabilité naturelle de variation de la durée des périodes d’étiage (voir annexe A3, fig. 51) révèle de très fortes variations pour tous les types de régime avec des coefficients de variation supérieurs à 100 %. Vu l’homogénéité de ces résultats, l’évaluation ne serait aucunement différenciée si la variabilité naturelle était prise en considération. Celle-ci n’entre donc qu’indirectement dans la règle de classement.

> d Q347,a : durée moyenne de la plus longue période d’étiage de l’année à l’état altéré Grandeur d’évaluation

5.7.2 Calculs

La durée moyenne de la période d’étiage d Q347 est définie directement comme paramè- Calcul de la valeur indicatrice tre hydrologique (voir chapitre 3.6.3). d Q347,a

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 68

5.7.3 Classement

Le classement se réfère à l’ordre de grandeur des moyennes naturelles et à leur variabi- Règle de classement lité naturelle. En partant d’une moyenne quelque peu relevée de d Q347 sur l’ensemble de la Suisse (environ 20 jours), un écart standard (environ 15 jours en moyenne suisse) est ajouté à la limite de la classe précédente. On ne tient compte que du cas de la prolongation des périodes d’étiage, puisque le cas contraire n’est guère important du point de vue écologique.

Fig. 23 > Règle de classement pour la durée des périodes d’étiages

5.8 Phénomène d’éclusée

5.8.1 Fondement et définition

On parle de phénomène d’éclusée lorsque le débit d’un cours d’eau subit des variations Fondement régulières se produisant à intervalles rapprochés, caractérisées par de rapides augmentations et diminutions. Ce phénomène, qui s’observe durant une bonne partie de l’année, se distingue des purges avant tout par la fréquence des variations du débit. Les hydrogrammes marqués par les éclusées suivent généralement un cycle journalier simple ou complexe (voir fig. 24) et sont surtout dus au fonctionnement des centrales hydroélectriques à accumulation exploitées en fonction de la demande.

Fig. 24 > Exemple d’un hydrogramme marqué par les éclusées

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 69

L’impact écologique du phénomène d’éclusée réside dans le stress hydraulique provoqué par le débit d’éclusée (force du courant, turbidité, dérive, transport de matières solides, etc.) ainsi que dans la modification continuelle des conditions du milieu naturel. En règle générale, les petits cours d’eau se révèlent d’ailleurs un peu moins sensibles aux éclusées que les plus grands, puisqu’à l’état naturel aussi leurs conditions hydrologiques et hydrauliques varient davantage et que la biocénose peut mieux s’y adapter. La morphologie des cours d’eau influence également l’impact des éclusées (Schweizer et al. 2009). Une forte augmentation du débit (grand taux de montée du niveau d’eau) dans des cours d’eau rectilignes ou canalisés occasionne une forte dérive des invertébrés, tandis que lors d’une diminution rapide du débit et de la surface mouillée (grand taux de descente du niveau d’eau) dans les cours d’eau ramifiés, c’est plutôt l’échouage des poissons qui est critique.

Un phénomène d’éclusée peut être interprété comme une impulsion (voir fig. 24). Les cinq indicateurs qui suivent permettent de décrire cette impulsion:

> son amplitude: différence maximale entre le débit d’éclusée et le débit plancher; > son volume relatif ou son intensité: rapport amplitude/débit plancher ou rapport débit d’éclusée/débit plancher; > le rapport débit d’éclusée/MQ ou MHQ, comme indice du stress hydraulique dû au débit d’éclusée; > son acuité temporelle: taux de montée et de descente du niveau d’eau lors des éclusées; > la fréquence des impulsions: nombre de successions de débit d’éclusée et de débit plancher.

Pour l’évaluation, on ne tient pas compte de ce dernier point, parce qu’on part du principe que la fréquence de base est de une ou plusieurs impulsions par jour, qui se produisent régulièrement au moins durant une certaine période. Si ce n’est pas le cas, on utilise alors l’indicateur d’évaluation purge et vidange. En fonction de la morphologie du cours d’eau, les points cités ci-dessus sont à pondérer différemment. Comme l’évaluation se réfère à un point précis (l’endroit de l’atteinte), qui est ensuite rapportée aux tronçons situés en aval, la variation de la morphologie le long du profil longitudinal ne peut pas être prise en compte dans le classement. La conception de l’indicateur d’évaluation phénomène d’éclusée développé dans HYDMOD-R se base sur le type de morphologie le plus courant, celui du cours d’eau rectiligne.

Deux valeurs indicatrices sont définies pour l’indicateur d’évaluation phénomène Indicateur d’évaluation d’éclusée: > l’intensité de l’impulsion d’éclusée I P,é/p , définie par le rapport débit d’éclusée/débit plancher V é/p complétée par un facteur de correction pour le taux de montée et de descente du niveau d’eau lors des éclusées; > le stress hydraulique dû au débit d’éclusée I h,éclusée , défini par le rapport débit d’éclusée Q éclusée /débit annuel moyen de l’état de référence MQ r complété par un facteur de correction pour la surface du bassin versant.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 70

Comme le phénomène d’éclusée n’a pas d’équivalent naturel, l’état de référence Rapport à l’état de référence n’entre qu’indirectement dans l’une des deux valeurs indicatrices.

Comme le phénomène d’éclusée n’a pas d’équivalent naturel, la variabilité naturelle Variabilité naturelle n’est pas exprimée.

> I P,é/p : intensité de l’impulsion d’éclusée Grandeurs d’évaluation > I h,éclusée : stress hydraulique dû au débit d’éclusée

5.8.2 Calculs

La valeur indicatrice intensité de l’impulsion d’éclusée I P,é/p se calcule comme suit: Calcul de la valeur indicatrice I P,é/p

V é/p Rapport débit d’éclusée/débit plancher (voir chapitre 3.7.3) k TN,é/p Facteur de correction pour le taux de montée et de descente du niveau d’eau lors des éclusées (voir cidessous)

Le facteur de correction k TN,é/p pour le taux de montée et de descente du niveau d’eau lors des éclusées se calcule à l’aide du taux maximal de changement du niveau d’eau lors des éclusées. Ce taux maximal correspond à la plus grande valeur des deux valeurs taux de montée du niveau d’eau TN éclusée et taux de descente du niveau d’eau TN plancher (voir chapitres 3.7.4 et 3.7.5): > k TN,é/p = 0,65 pour un taux maximal de changement du niveau d’eau ≤ 0.5 cm/min; > k TN,é/p = 0,75 pour un taux maximal de changement du niveau d’eau = 1 cm/min; > k TN,é/p = 1,00 pour un taux maximal de changement du niveau d’eau ≤ 2 cm/min; > k TN,é/p = 1,50 pour un taux maximal de changement du niveau d’eau ≥ 4 cm/min; > interpolation linéaire entre les points de repérage cités ci-dessus.

La valeur indicatrice stress hydraulique dû au débit d’éclusée I h,é/p se calcule comme Calcul de la valeur indicatrice suit: I h,éclusée

Ih,éclusée = (Qéclusée /MQr ) ⋅ kBV

Q éclusée Débit d’éclusée (voir chapitre 3.7.1) MQ r Débit annuel moyen de l’état de référence (voir chapitre 3.4.2) k BV Facteur de correction pour la surface du bassin versant (voir ci-dessous)

Le facteur de correction k BV pour la surface du bassin versant est défini comme suit:

> k BV = 0,50 pour une surface du bassin versant A BV ≤ 250 km²; > k BV = 0,75 pour une surface du bassin versant A BV = 750 km²; > k BV = 1,00 pour une surface du bassin versant A BV ≥ 1250 km²; > interpolation linéaire entre les points de repérage cités ci-dessus.

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 71

5.8.3 Classement

La règle de classement s’appuie sur les constatations suivantes: Règle de classement

> le rapport débit d’éclusée/débit plancher critique du point de vue écologique est environ de 3:1 à 4:1 (OFEFP 2003). A partir de 5:1, on peut parler d’une charge significative (BMLF 2004); > les répercussions du rapport débit d’éclusée/débit plancher sont atténuées par des vitesses lentes de montée et de descente; > en moyenne suisse, le rapport crue annuelle moyenne naturelle MHQ (débits journaliers)/MQ est d’environ 6–8 (voir annexe A3, fig. 42). Plus le rapport débit d’éclusée/MQ se rapproche de ces valeurs, plus le débit d’éclusée a tendance à évoluer en crue, provoquant ainsi un stress hydraulique dès la première impulsion; > en Suisse, le rapport débit d’éclusée/MQ se situe le plus souvent entre 0,5 et 2. C’est donc cet ensemble de valeurs qui se situe au centre du schéma d’évaluation; > en règle générale, les cours d’eau des petits bassins versants sont un peu moins sensibles aux répercussions du phénomène d’éclusée.

Fig. 25 > Règle de classement pour le phénomène d’éclusée La classe d’état est déterminée graphiquement sur la base du diagramme. La couleur à l’intersection des deux valeurs indicatrices indique la classe d’état qui convient.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 72

5.9 Purge et vidange

5.9.1 Fondement et définition

Les purges sont des augmentations rapides du débit déclenchées artificiellement, qui Fondement sont toujours liées à de fortes concentrations de matières solides. Elles visent à entraîner des dépôts de matières solides. Les vidanges des lacs de retenue provoquent des effets comparables. Dans ce qui suit, le terme «purge» désigne les deux phénomènes «purges et vidanges». Il existe différents types de purges: cela va des purges causant des débits de pointe relativement faibles, brèves mais fréquentes, certaines apparaissant de façon périodique (purges des dessableurs), à celles produisant des débits du même ordre de grandeur que les événements de crue, de plus longue durée mais n’apparaissant que très rarement, de façon épisodique (purge des réservoirs de retenue).

L’impact écologique résulte d’une part des contraintes de choc hydrauliques, d’autre part des fortes concentrations de matières solides qui apparaissent durant la purge ou la vidange et de la turbidité qui en découle (OFEFP 1994). Cependant, seules les répercussions sur le régime d’écoulement sont appréciées dans le cadre d’HYDMOD-R.

La fig. 26 représente l’hydrogramme caractéristique d’une purge et la définition du débit de purge Q purge . Les facteurs qui suivent sont pris en considération dans l’indicateur d’évaluation:

> l’importance du débit de purge, qui est un indicateur du stress hydraulique: plus le débit de purge se rapproche de l’ordre de grandeur des événements de crue, plus le stress hydraulique est sérieux. Le débit de purge Q purge est rapporté au débit annuel moyen MQ pour être normalisé; > la fréquence des purges: une augmentation de la fréquence des purges est responsable d’une plus grande perturbation. Si les crues artificielles ont lieu trop souvent, l’écosystème aquatique n’a plus le temps de se rétablir entre les différents événements; > l’instant des purges: l’impact des purges est plus important en conditions d’étiage et plus faible en période de crues que lorsqu’elles sont effectuées sans tenir compte des conditions hydrologiques naturelles; > la vitesse de montée du niveau d’eau: des vitesses lentes de montée et de descente atténuent l’impact des purges, des vitesses rapides le renforcent (temps de réaction insuffisant pour la faune).

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 73

Fig. 26 > Hydrogramme caractéristique d’une purge Le débit de purge Q purge est le débit supplémentaire typique dû à une purge (débit de pointe moins débit de base).

Deux valeurs indicatrices sont définies pour l’indicateur d’évaluation purge et vidange: Indicateur d’évaluation

> le stress hydraulique I h,purge , défini comme débit de purge Q purge normalisé par rapport au débit annuel moyen de l’état de référence MQ r , compte tenu de deux facteurs de correction pour l’instant des purges et la vitesse de montée du niveau d’eau; > la fréquence des purges et vidanges f purge par année.

Comme les purges et vidanges n’ont pas d’équivalent naturel, l’état de référence Rapport à l’état de référence n’entre qu’indirectement dans l’une des deux valeurs indicatrices.

Comme les purges et vidanges n’ont pas d’équivalent naturel, la variabilité naturelle Variabilité naturelle n’est pas exprimée.

> I h,purge : stress hydraulique dû aux purges et vidanges Grandeurs d’évaluation > f purge : fréquence des purges et vidanges

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5.9.2 Calculs

La valeur indicatrice stress hydraulique dû aux purges et vidanges I h,purge se calcule Calcul de la valeur indicatrice comme suit: I h,purge

Ih,purge = (Qpurge /MQr )⋅ kTN,purge ⋅ kt

Q purge Débit de purge (voir chapitre 3.7.5) MQ r Débit annuel moyen de l’état de référence (voir chapitre 3.4.2) k TN,purge Facteur de correction pour le taux de montée du niveau d’eau lors des purges (voir ci-dessous) kt Facteur de correction pour l’instant des purges (voir ci-dessous)

Le facteur de correction k TN,purge pour le taux de montée du niveau d’eau lors des purges est défini comme suit:

> k TN,purge = 0,65 pour un taux maximal de montée du niveau d’eau ≤ 0.5 cm/min > k TN,purge = 0,75 pour un taux maximal de montée du niveau d’eau = 1 cm/min > k TN,purge = 1,00 pour un taux maximal de montée du niveau d’eau = 2 cm/min > k TN,purge = 1,50 pour un taux maximal de montée du niveau d’eau ≥ 4 cm/min > interpolation linéaire entre les points de repérage cités ci-dessus.

Le facteur de correction k t pour l’instant des purges est défini comme suit:

> k t = 0,75 lorsque les purges se produisent durant les périodes de crues; > k t = 1,00 lorsque les purges se produisent durant les périodes de débits moyens; > k t = 1,50 lorsque les purges se produisent durant les périodes d’étiage.

La valeur indicatrice fréquence des purges et vidanges f purge est définie directement Calcul de la valeur indicatrice comme paramètre hydrologique (voir chapitre 3.7.7). Elle se réfère au nombre d’évé- f purge nements de purge quand Q purge est utilisé.

Si des purges bien distinctes ont lieu, il faut considérer celles qui, en combinant stress Remarque hydraulique et fréquence, produisent la pire évaluation selon la règle de classement.

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 75

5.9.3 Classement

La règle de classement se réfère à la taille et à la fréquence des crues naturelles. Par Règle de classement manque de points de repère, il n’est pas possible de faire un classement en fonction du type de régime d’écoulement.

> Le rapport k MHQ:MQ crue annuelle moyenne/débit annuel moyen (débits instantanés) est d’environ 10 pour les cours d’eau alpins et s’élève jusqu’à environ 30 pour les cours d’eau du Plateau (voir annexe A3, fig. 43). > La fréquence naturelle des événements de crue dépassant la valeur seuil définie varie selon le type de régime d’écoulement: les cours d’eau alpins peuvent en connaître 3 à 5 par année alors que les cours d’eau préalpins peuvent en compter 10 à 13 environ (voir annexe A3, fig. 44). > Pour des fréquences de purges dépassant les 60 événements par année, un espace surligné en gris est dessiné à la fig. 27. Lorsque f purge est si élevée, il s’agit plutôt d’un phénomène d’éclusée. Il est à examiner, si cette atteinte devrait être évaluée avec l’indicateur d’évaluation phénomène d’éclusée.

Fig. 27 > Règle de classement pour les purges et vidanges La classe d’état est déterminée graphiquement sur la base du diagramme. La couleur à l’intersection des deux valeurs indicatrices indique la classe d’état qui convient.

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5.10 Rejets des eaux pluviales

5.10.1 Fondement et définition

Comme le montre le fondement de l’indicateur d’évaluation fréquence des crues, les Fondement crues sont parfois très attendues. Cependant, lorsque leur fréquence augmente trop massivement, il n’y a plus assez de phases de rétablissement qui pourraient permettre aux biocénoses de se remettre des événements qui les ont perturbées, ce qui peut entraîner une altération importante de la présence d’espèces (Hütte, 2000, et chapitre 5.3, fig. 18).

Les rejets des eaux pluviales liés à la gestion des eaux urbaines peuvent entraîner une élévation de la fréquence des crues. C’est dans les petits cours d’eau que leur impact est le plus grand, puisque le rapport entre le débit rejeté et le débit naturel y dépasse certaines limites. Cet aspect a déjà été traité dans le cadre des critères de signification.

Cet indicateur d’évaluation permet de relever et d’apprécier les événements de crue supplémentaires dus aux rejets des eaux pluviales. Comme ces derniers ont lieu durant des événements de pluie, il est très probable qu’ils surviennent en même temps que de hauts débits dans le cours d’eau récepteur. Cependant, comme le rejet est accentué par les surfaces d’habitat et d’infrastructure, il peut précéder l’augmentation naturelle des débits.

L’indicateur d’évaluation proprement dit est la fréquence moyenne des crues dues aux Indicateur d’évaluation rejets des eaux pluviales f E (débits instantanés), qui exprime le nombre annuel moyen de rejets des eaux pluviales générant des débits de pointe supérieurs à la valeur seuil de crue.

L’indicateur d’évaluation se réfère aux événements de crue supplémentaires dus aux Rapport à l’état de référence rejets des eaux pluviales. Ce type d’événements n’existe pas dans l’état de référence.

Les rejets des eaux pluviales n’ont pas de variabilité naturelle, puisqu’ils n’existent pas Variabilité naturelle dans l’état de référence.

> f E : fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales (débits instanta- Grandeur d’évaluation nés)

5.10.2 Calculs

La fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales f E (débits instanta- Calcul de la valeur indicatrice f E nés) est définie directement comme paramètre hydrologique (voir chapitre 3.7.9).

5 > Détermination et classement des indicateurs d’évaluation 77

5.10.3 Classement

La règle de classement s’appuie sur les réflexions suivantes: Règle de classement > dans des conditions proches de l’état naturel (classe 1), des événements de crue supplémentaires dus aux rejets des eaux pluviales ne sont tolérés que s’ils surviennent très rarement; > les autres limites de classes se basent selon STORM (VSA 2007) sur le nombre admissible d’événements de rejet critiques pour une qualité écomorphologique moyenne.

Fig. 28 > Règle de classement pour les rejets des eaux pluviales

5.11 Tableau d’évaluation des atteintes

HYDMOD-FIT permet d’établir un rapport répertoriant le classement de l’ensemble HYDMOD-FIT comme outil des indicateurs d’évaluation pour les atteintes significatives. La classe d’état 1 est attribuée aux indicateurs qui, conformément au chapitre 5.1, ne devaient pas être pris en considération pour l’atteinte en question. Les indicateurs qui nécessiteraient une évaluation mais pour lesquels, par exemple, il manque des données ne sont pas évalués (surlignés en gris à la fig. 29). Afin d’obtenir un bref aperçu des déficits hydrologiques, on recommande de représenter les résultats de l’évaluation non seulement par des chiffres, mais aussi par des couleurs. La figure qui suit en donne un exemple.

Fig. 29 > Tableau des résultats de l’évaluation par atteinte Chaque ligne représente une atteinte. Le numéro de l’atteinte est inscrit dans la première colonne. Les neuf colonnes suivantes indiquent les classes d’état en couleurs pour les différents indicateurs d’évaluation.

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6 > Evaluation et interprétation Ce chapitre explique les étapes de l’évaluation par tronçon, de l’évaluation globale et de leur interprétation. L’étape de l’évaluation par tronçon consiste à rapporter les évaluations ponctuelles (effectuées à l’endroit de l’atteinte) des différents indicateurs à des tronçons de cours d’eau. Des outils sont mis à disposition pour en interpréter les résultats. L’étape de l’évaluation globale consiste à agréger les évaluations des différents indicateurs par tronçon en une seule valeur. A l’aide du présent chapitre, il devrait être possible de mener à bien l’étape de l’évaluation sans connaissances approfondies en hydrologie. Par contre, pour en interpréter les résultats, il est nécessaire de bénéficier de solides connaissances en hydrologie, en gestion des eaux et en écologie aquatique.

6 > Evaluation et interprétation 79

6.1 Evaluation par tronçon des différents indicateurs

6.1.1 Identification des tronçons de cours d’eau

Après avoir calculé les différents indicateurs d’évaluation, on dispose d’une évaluation De l’évaluation ponctuelle ponctuelle aux endroits des atteintes. Il s’agit dans un deuxième temps de rapporter à l’évaluation par tronçon cette information ponctuelle au réseau hydrographique, qui, pour ce faire, est subdivisé en tronçons.

Pour l’évaluation par tronçon, le réseau hydrographique est subdivisé en tronçons de Identification des tronçons cours d’eau (Tr), dans lesquels règnent des conditions hydrologiques comparables. de cours d’eau (Tr) Pour délimiter ces tronçons, on commence à la première atteinte significative située en amont, puis on identifie les tronçons un par un en descendant le courant. Un nouveau tronçon commence:

> en présence d’une nouvelle atteinte significative; > aux embouchures des cours d’eau qui subissent eux aussi des atteintes significatives; > aux embouchures où l’augmentation relative de la surface du bassin versant est de plus de 15 % par rapport au début du Tr; > lorsque l’augmentation relative de la surface du bassin versant est de plus de 15 % par rapport au début du Tr (en cas de longs tronçons sans embouchures, par exemple dans des régions karstiques); > aux fortes résurgences d’eau souterraine qui doublent le débit annuel moyen MQ r ; · > au niveau d’un lac dont le volume est supérieur à 1h MQ r de l’affluent considéré. Le lac lui-même n’est pas évalué et ne constitue pas un tronçon particulier.

Le troisième argument se fonde sur le fait que toutes les embouchures d’un petit apport intermédiaire ne sont pas susceptibles de modifier sensiblement les conditions hydrologiques régnant dans le cours d’eau. En outre, cette résolution spatiale imparfaite est également justifiée par les imprécisions contenues dans les données hydrologiques et les valeurs estimatives.

La formation des tronçons s’achève dès que, quelque part en aval, tous les indicateurs Fin de la formation des tronçons d’évaluation ont atteint la classe d’état 1. La formation des tronçons et l’évaluation par tronçon (voir chapitre 6.1.2) se déroulent donc de façon itérative. Les lacs dont le volume est supérieur à 3h·MQ r de l’affluent considéré sont un autre critère signalant la fin de la formation des tronçons. Celle-ci reprend lorsqu’une nouvelle atteinte significative est observée plus en aval.

Il est recommandé d’utiliser un SIG pour la sauvegarde des données et la représenta- SIG comme outil tion cartographique ultérieure de l’évaluation par tronçon. Un réseau hydrographique structuré et kilométré constitue la base idéale de l’évaluation par tronçon (voir chapitre 3.1). HYDMOD-FIT propose un modèle pour la sauvegarde des données des tronçons et leurs évaluations.

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Le point servant de référence pour les calculs et les évaluations (p. ex. de la surface du Point de référence bassin versant, des paramètres hydrologiques du Tr) est à chaque fois l’extrémité pour les calculs amont d’un tronçon.

6.1.2 Déroulement de l’évaluation par tronçon

L’évaluation par tronçon est menée séparément pour chaque indicateur d’évaluation. Déroulement de l’évaluation par Le point de référence d’un tronçon (Tr) est toujours son extrémité amont. L’évaluation tronçon par tronçon commence à la première atteinte significative située en amont, dont l’évaluation (classe d’état) est menée pour le premier tronçon. Les indicateurs qui n’ont pas été évalués pour les raisons évoquées au chapitre 5.1 (effets prévisibles insignifiants) sont placés d’office dans la classe d’état 1.

En aval, les effets des atteintes changent sous l’influence des affluents provenant des bassins versants intermédiaires et d’autres apports. Pour évaluer les tronçons situés en aval d’atteintes, on prend la moyenne pondérée des résultats de l’évaluation (classes d’état) des atteintes significatives les plus proches en amont. Les atteintes situées encore plus en amont ne sont pas prises en considération. En outre, le bassin intermédiaire non altéré situé entre les atteintes considérées et le Tr, y compris les bassins partiels des autres apports non altérés, entre dans l’évaluation; c’est la classe d’état 1 qui lui est attribuée. Les surfaces respectives des différents bassins versants servent de facteurs de pondération. C’est donc la formule suivante qui s’applique:

i i BV,i i BV,i

C Tr Classe d’état au tronçon de cours d’eau Ci Classe d’état des atteintes significatives situées en amont, ainsi que C1 pour tous les bassins intermédiaires et partiels non altérés A BV,i Surfaces des bassins versants à l’endroit des atteintes significatives situées en amont, ainsi que surfaces de tous les bassins intermédiaires et partiels non altérés

A supposer qu’une ou plusieurs atteintes entrent dans la classe d’état «sans évaluation» Usage de la classe grise «sans représentée en gris, on ne tient pas compte des bassins partiels qui leur correspondent évaluation» si, une fois additionnés, ils représentent moins de 15 % du bassin versant total. Si la surface représente une plus grande part, le tronçon correspondant est placé dans la classe d’état grise.

Les valeurs calculées C Tr peuvent se situer n’importe où entre 1 et 5. Cependant, comme un classement précis dans l’une des classes est requis, ce sont les règles d’arrondissage usuelles qui s’appliquent pour la représentation cartographique.

Dans le cas où des enregistrements auraient été effectués avant et après le début d’une Vérification de l’évaluation par atteinte (état de référence et état altéré disponibles) par une station hydrométrique tronçon à l’aide de données située en aval, il est recommandé d’utiliser les débits mesurés pour procéder à une mesurées analyse directe des indicateurs d’évaluation. Ceci permet de vérifier l’évaluation par tronçon effectuée selon la méthode présentée ci-dessus.

6 > Evaluation et interprétation 81

La méthode à suivre est illustrée à la fig. 30 à l’aide de l’exemple d’un bassin versant Exemple d’application touché par plusieurs atteintes. Les tronçons 1 à 4 (Tr 1 -Tr 4 ) sont évalués de la manière suivante:

> C Tr1 = C x : on reprend la classe d’état de l’atteinte X. > C Tr2 = C y : on reprend la classe d’état de l’atteinte Y. On ne tient pas compte des atteintes situées en amont, car on part du principe que leur influence est déjà intégrée à l’évaluation menée à l’endroit de l’atteinte Y. · · · > C Tr3 = (C x A BV,x +C y A BV,y + 1 A BV,non altéré,Tr3 )/(A BV,x +A BV,y +A BV,non altéré,Tr3 ): on calcule la moyenne pondérée par la surface des classes d’état des deux atteintes situées le plus près en amont ainsi que du bassin versant non altéré en amont du début · · · · > C Tr4 = (C x A BV,x +C y A BV,y +C w A BV,w + 1 A BV,non altéré,Tr4 )/(A BV,x +A BV, y +A BV,w + A BV,non altéré,Tr4 ): on calcule la moyenne pondérée par la surface des classes d’état des trois atteintes situées le plus près en amont ainsi que du bassin intermédiaire non altéré en amont du début de Tr4 (y compris A BV,non altéré,Tr3 ).

Fig. 30 > Exemple de la méthode d’évaluation par tronçon. Schéma d’un bassin versant touché par plusieurs atteintes et des tronçons de cours d’eau concernés.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 82

6.2 Représentation des résultats

Les résultats de l’évaluation peuvent être représentés d’une part sous forme de carte, d’autre part sous forme de tableau.

6.2.1 Représentation sous forme de carte

Des symboles sous forme de fichiers de support SIG (fichiers layer pour les logiciels Représentation cartographique d’ESRI) et des légendes prédéfinies sont mis à disposition pour la représentation à l’aide des fichiers de support cartographique des résultats (voir exemple de la fig. 31). On conseille de dresser une carte séparée pour chaque indicateur d’évaluation ainsi que pour l’évaluation globale (voir chapitre 6.4).

On recommande de représenter non seulement l’évaluation par tronçon, mais aussi les Tronçons à débits résiduels et à tronçons soumis à des débits résiduels et à des débits d’éclusée. Sont considérés com- débits d’éclusée me tronçon à débit résiduel, respectivement à débit d’éclusée, les tronçons dans lesquels l’indicateur d’évaluation correspondant obtient un classement pire que la classe d’état 1 (voir exemple de la fig. 31).

6 > Evaluation et interprétation 83

Fig. 31 > Exemple de représentation cartographique des résultats de l’évaluation Carte d’évaluation globale, exemple de la Sitter, cantons de SG, AI et AR.

c) 2011 swisstopo (BA100271

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6.2.2 Représentation sous forme de tableau

Les résultats de l’évaluation par tronçon peuvent également être représentés sous forme de tableau. Afin d’obtenir un bref aperçu des déficits hydrologiques, on recommande de représenter les résultats de l’évaluation des neuf indicateurs non seulement par des chiffres, mais aussi par des couleurs. La figure qui suit en montre un exemple. HYD- MOD-FIT comprend une fonctionnalité permettant de générer un tableau de ce type avec des codes couleurs à partir des résultats de l’évaluation par tronçon.

Fig. 32 > Tableau des résultats de l’évaluation par tronçon de cours d’eau Chaque ligne représente un tronçon, défini par une désignation précise du cours d’eau (p. ex. le numéro de cours d’eau GWLNR selon VECTOR25) ainsi que par le kilométrage. Les autres colonnes indiquent les classes d’état codées par des couleurs pour les différents indicateurs d’évaluation ainsi que pour l’évaluation globale (voir chapitre 6.4).

6.3 Interprétation de l’évaluation

Les résultats du classement d’HYDMOD-R expriment le degré de naturalité du régime d’écoulement et sont une indication du risque existant du point de vue hydrologique d’avoir un mauvais état du point de vue écologique. Cette appréciation du risque est menée de façon différenciée selon divers indicateurs d’évaluation. Cependant, pour une appréciation écologique, il faut une vue d’ensemble comprenant d’autres facteurs, comme la morphologie et la qualité des eaux.

En conséquence, le tableau qui suit indique pour chaque indicateur d’évaluation quels sont les risques que pourraient encourir les tronçons de cours d’eau se trouvant dans les classes d’état 3 à 5 et quels sont les autres facteurs à considérer pour l’interprétation écologique.

6 > Evaluation et interprétation 85

Tab. 11 > Aide à l’interprétation des résultats de l’évaluation Ce tableau indique les risques écologiques pour les tronçons de cours d’eau se trouvant dans les classes d’état 3 à 5 ainsi que les études qui devraient encore être réalisées par des spécialistes.

Indicateur d’évaluation Risques écologiques Autres facteurs et études recommandées

Comportement des Réduction de l’habitat aquatique, rétrécis- Les effets de l’altération du comportement des débits moyens varient en fonction de la débits moyens sement de la surface mouillée (surface morphologie du cours d’eau et de l’hydrologie régionale. Lorsqu’à l’état naturel l’échange d’échange avec les eaux souterraines), avec les eaux souterraines est limité, que les profils sont étroits et que les eaux sont peu diminution de la dilution des polluants polluées, il faut s’attendre à des effets moins marqués que dans le cas contraire.

Etudes recommandées:

• Importance de l’infiltration et de l’exfiltration des eaux souterraines

• Sensibilité des cours d’eau situés en aval (y compris les lacs) à une diminution des taux d’échange et à une augmentation des concentrations de polluants

• Importance de l’habitat aquatique dans les zones riveraines, y compris les éventuelles zones alluviales Au cas où ces études démontreraient que la modification du comportement des débits moyens ne peut pas être considérée comme inoffensive, on recommande un relevé de terrain de l’habitat aquatique local dans les zones riveraines, l’observation du niveau des aquifères dépendants et un suivi de la qualité des eaux dans les cours d’eau situés en aval. Fréquence des crues Modification de la présence d’espèces sur Les effets de l’altération de la fréquence des crues varient en fonction de la morphologie du les surfaces inondées, renforcement de la cours d’eau et de l’hydrologie régionale. Lorsque les profils sont étroits et que le charriage croissance des algues et du colmatage du est naturellement limité, il faut s’attendre à des effets différents et parfois moins marqués lit du cours d’eau en cas de réduction de que dans le cas contraire. la fréquence des crues Etudes recommandées:

• Sensibilité des frayères à une croissance accrue des algues

• Importance de l’infiltration et de l’exfiltration des eaux souterraines

• Sensibilité des habitats aquatiques à des changements dans le régime des matières solides et le bilan d’oxygène

• Importance de l’habitat aquatique dans les zones riveraines, y compris les zones alluviales éventuelles Au cas où ces études démontreraient que la modification de la fréquence des crues ne peut pas être considérée comme inoffensive, on recommande un relevé de terrain des zones inondées locales ainsi qu’une observation de la croissance des algues et de la reproduction des poissons. Saisonnalité des crues Perturbation du cycle de reproduction des Les effets négatifs du point de vue écologique d’une modification de la saisonnalité des poissons due à un transport de sédiments crues apparaissent surtout dans les eaux piscicoles. décalé dans le temps Etudes recommandées: › Sensibilité des frayères éventuelles aux crues au cours de l’année Au cas où ces études démontreraient que la modification de la saisonnalité des crues ne

peut pas être considérée comme inoffensive, on recommande une observation de la reproduction des poissons à l’échelle locale. Débit d’étiage Entrave à la migration des poissons, Les effets de l’altération du débit d’étiage varient en fonction de la morphologie du cours réduction de l’habitat de la faune aquati- d’eau et de l’hydrologie régionale. Lorsque les cours d’eau sont grands et les profils étroits, il que, péjoration de la qualité des eaux, faut s’attendre à des effets moins marqués que dans le cas contraire. élévation de la température de l’eau Etudes recommandées:

• Continuité piscicole en conditions d’étiage

• Existence de zones de refuge en conditions d’étiage

• Sensibilité des habitats aquatiques à l’élévation des températures

• Sensibilité des habitats aquatiques à l’augmentation des concentrations de polluants Au cas où ces études démontreraient que la modification du débit d’étiage ne peut pas être considérée comme inoffensive, on recommande l’observation de la migration des poissons et de la fonctionnalité des zones de refuge ainsi que l’observation de l’ensemble de la faune et de la flore aquatiques.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 86

Indicateur d’évaluation Risques écologiques Autres facteurs et études recommandées

Saisonnalité de l’étiage Perturbation du cycle de reproduction des Il s’agit surtout d’observer les effets sur les divers cycles biologiques de la faune aquatique poissons due à des conditions d’étiage avec les phases d’élevage, de repos et de rétablissement. décalées dans le temps Par ailleurs, les explications relatives au débit d’étiage sont aussi valables ici. Durée de la période Renforcement de l’impact des étiages dû à Les effets des périodes d’étiage relativement longues varient en fonction de l’hydrologie et d’étiage la durée de leur action des conditions climatiques régionales. Lorsque l’échange avec les eaux souterraines est limité et que le climat est tempéré, il faut s’attendre à des effets moins marqués que dans le cas contraire.

Par ailleurs, les explications relatives au débit d’étiage sont aussi valables ici. Phénomène d’éclusée Stress hydraulique (force du courant, Les effets du phénomène d’éclusée varient fortement en fonction de la morphologie du cours turbidité, dérive, transport de matières d’eau. Dans des cours d’eau rectilignes ou canalisés, il faut s’attendre à une dérive imporsolides, etc.), changements rapides des tante des invertébrés lorsque le débit augmente fortement et rapidement, tandis que dans conditions de l’habitat, exondation partielle les cours d’eau ramifiés, c’est plutôt l’échouage des poissons qui est à craindre en cas de de grandes surfaces de rives diminution rapide de la surface mouillée. En outre, la succession de débits planchers très bas peut également entraîner des conditions critiques semblables aux conditions d’étiage (voir indicateur d’évaluation débit d’étiage). En principe, les effets négatifs sont quelque peu affaiblis dans les cours d’eau bien structurés d’un point de vue écomorphologique grâce à l’existence de zones de refuge.

Etudes recommandées:

• Sensibilité générale de l’écomorphologie locale au phénomène d’éclusée, compte tenu d’une éventuelle infiltration des eaux souterraines

• Continuité écologique en conditions de débit plancher

• Appréciation écologique des pointes et de la fréquence des événements d’éclusée au cours de l’année Au cas où ces études démontreraient que l’atteinte due au phénomène d’éclusée ne peut pas être considérée comme inoffensive, on recommande un relevé de terrain de la biologie aquatique locale et sa comparaison avec des cours d’eau de référence. Purge et vidange Stress hydraulique (force du courant, En général, les explications relatives aux effets du phénomène d’éclusée sont aussi valables turbidité, dérive, transport de matières ici. solides, etc.), changements rapides des conditions de l’habitat, colmatage et Les purges et vidanges se caractérisent par une forte augmentation de la turbidité et du ensablement transport de matières solides. Il s’agit surtout d’observer comment la biologie aquatique locale réagit à ces deux phénomènes.

Au cas où les purges et les vidanges ne se révéleraient pas inoffensives à ce sujet, on recommande un relevé de terrain de la biologie aquatique locale et sa comparaison avec des cours d’eau de référence. Rejets des eaux Stress hydraulique (force du courant, En général, les explications relatives aux effets du phénomène d’éclusée sont aussi valables pluviales turbidité, dérive, transport de matières ici. Les petits cours d’eau sont généralement plus sensibles aux rejets des eaux pluviales solides, etc.), pointes de pollution, que les plus grands. changements rapides des conditions de l’habitat Les rejets des eaux pluviales se caractérisent par une rapide augmentation du débit et des pointes de polluants. Il s’agit surtout d’observer comment la biologie aquatique locale réagit à ces deux phénomènes.

Au cas où les rejets des eaux pluviales ne se révéleraient pas inoffensifs à ce sujet, on recommande un relevé de terrain de la biologie aquatique locale et sa comparaison avec des cours d’eau de référence.

6 > Evaluation et interprétation 87

6.4 Agrégation pour l’évaluation globale

Suite à l’évaluation par tronçon, les évaluations des neuf indicateurs se présentent sous Nécessité d’une évaluation formes d’évaluations individuelles pour tous les tronçons de cours d’eau identifiés. globale Cependant, le système modulaire gradué exige une évaluation globale par module, permettant une rapide vue d’ensemble de l’état des cours d’eau.

En agrégeant les neuf évaluations individuelles, on peut obtenir une évaluation globale Réflexions sur la règle par tronçon de cours d’eau. La définition de la règle d’agrégation repose sur les ré- d’agrégation flexions suivantes:

> on ne peut pas faire la moyenne de toutes les évaluations individuelles, car celles-ci apprécient divers aspects entre lesquels aucun effet de compensation n’est prévu; > comme il suffit déjà d’un mauvais état relatif à un indicateur d’évaluation pour perturber l’écosystème, l’évaluation globale doit tendre vers le cas le plus grave (worst-case); > l’expérience d’analyses pilotes a pourtant révélé qu’une véritable règle du worstcase donne une évaluation globale trop pessimiste, notamment dans les situations où un seul indicateur fait très mauvaise figure, alors que tous les autres témoignent d’un bon état; > une pondération universelle entre les indicateurs n’est pas fondée objectivement; > l’indicateur d’évaluation phénomène d’éclusée est particulier, car il est souvent le seul à afficher un mauvais classement sur les tronçons d’éclusée, ce qui ne reflète pas son importance écologique. D’autres phénomènes comme les tronçons à débit résiduel sont représentés par plusieurs indicateurs. Dans le cas des éclusées, il suffit d’une mauvaise évaluation de cet indicateur individuel pour démontrer que l’état global soit mauvais et qu’une évaluation worst-case est de mise.

La règle d’agrégation qui découle de ces réflexions intègre autant la pire des neuf Règle d’agrégation comprenant évaluations individuelles (worst-case) que la somme de toutes les évaluations indivi- l’approche worst-case et la somme duelles. des évaluations individuelles

La somme des évaluations individuelles s’obtient en additionnant les points qui sui- Calcul de la somme sur la base vent, en fonction de la classe d’état des évaluations individuelles: des classes d’état des évaluations individuelles > classe 1: 1 point > classe 2: 2 points > classe 3: 4 points > classe 4: 8 points > classe 5: 12 points

Pour terminer, on détermine la classe d’état qui convient à l’évaluation globale en se conformant à la règle de classement. Celle-ci est conçue de sorte que la classe d’état worst-case s’applique lorsqu’elle apparaît au moins deux fois dans les évaluations individuelles. En outre, on prévoit une amélioration de deux classes par rapport à la valeur worst-case lorsque, à l’exception de l’indicateur se trouvant dans la classe worst-case, tous les autres indicateurs entrent dans la classe 1.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 88

Fig. 33 > Règle de classement pour l’évaluation globale Schéma de la règle d’agrégation pour l’évaluation globale, comprenant la valeur worst-case et la somme des évaluations individuelles. Exception: si l’indicateur d’évaluation du phénomène d’éclusée présente un classement pire que l’évaluation globale, celui-ci est repris pour l’évaluation globale.

Pour un tronçon de cours d’eau, un indicateur d’évaluation entre dans la classe 5, deux Exemple d’interprétation dans la classe 3 et les six autres dans la classe 1. La classe 5 représente donc la valeur worst-case et la somme des évaluations individuelles s’élève à 26. Comme dans la colonne de la classe worst-case 5 c’est le critère somme < 31 qui est rempli, on obtient la classe 4 comme évaluation globale.

Le classement de l’indicateur d’évaluation phénomène d’éclusée est adopté pour Exception phénomène d’éclusée l’évaluation globale des tronçons d’éclusée si son classement est pire qu’avec la règle d’agrégation décrite ci-dessus. Cette démarche s’explique par le fait que ce phénomène d’une grande importance écologique est souvent représenté uniquement par cet indicateur.

Pour les indicateurs qui n’ont pas été pris en considération selon le chapitre 5.1, on Indicateurs non évalués estime qu’il n’y a pas d’altération significative et donc que c’est la classe d’état 1 qui s’applique. Ces indicateurs sont intégrés en tant que classe 1 dans l’évaluation globale.

En règle générale, si un ou plusieurs indicateurs d’évaluation se trouvent dans la classe Classe grise «sans évaluation» d’état «sans évaluation» représentée en gris, celle-ci s’obtient aussi dans l’évaluation globale, puisque la règle d’agrégation choisie ne permet pas de déterminer l’évaluation globale. Mais si deux indicateurs ou plus entrent dans la classe 5, celle-ci s’obtient également dans l’évaluation globale.

Les résultats de l’évaluation globale peuvent être traités et représentés de la même Représentation de l’évaluation façon que ceux des évaluations individuelles (voir chapitre 6.2, fig. 31). globale

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 89

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement A1 Vue d’ensemble des analyses et stations de référence

Aschwanden et Weingartner (1985) ont défini les 16 types de régime d’écoulement de la Suisse en traitant les données de stations de référence sous l’angle du comportement saisonnier des débits moyens. Ces analyses ont été mises à jour par l’OFEV en 2004 et sont disponibles dans les annexes A2 et A3 du présent document ainsi que sur le site internet de l’OFEV (www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Données et bases hydrologiques > Systèmes d’information et méthodes > Estimation sommaire des paramètres hydrologiques).

Les données d’une série de 359 stations de référence au total ont permis de procéder à Série complète diverses analyses de paramètres hydrologiques liées aux types de régime d’écoulement. (359 stations de référence): Les résultats de ces analyses sont rassemblés à l’annexe A3 et concernent: divers paramètres hydrologiques

> le débit annuel moyen spécifique Mq et son coefficient de variation; > la crue annuelle moyenne spécifique MHq (débits journaliers) et son coefficient de variation; > les facteurs kMHQ:MQ, sur la base des débits journaliers maximaux, puis des débits instantanés maximaux (relevés par une série réduite de stations de référence); > la fréquence des crues fHQ avec une valeur seuil de 0.6·MHQ (débits instantanés) et son coefficient de variation (basés sur une série réduite de stations de référence); > le débit d’étiage spécifique q347 et son coefficient de variation; > le débit minimal annuel moyen spécifique MNq et son coefficient de variation; > la durée moyenne de la période d’étiage dQ347 et son coefficient de variation.

Pour actualiser les coefficients de Pardé Pk i , on a réduit à 90 la sélection des stations Série réduite de référence, afin de disposer d’un nombre comparable pour chaque type de régime. (90 stations de référence): Cette série réduite a également servi à analyser les valeurs R (variabilité naturelle de valeurs Pk i et R MQ et Pk i des différentes années par rapport à leurs moyennes interannuelles). Les résultats de ces analyses se trouvent à l’annexe A2.

Les stations hydrométriques de référence ont été sélectionnées en fonction de divers Critères de sélection pour les critères: stations de référence

> surface du bassin versant comprise entre 0,5 et 600 km²; > période d’observation d’au moins 5 ans; > aucun bassin versant dont plus de 25 % de la surface totale est occupée par des lacs; > aucune altération significative du régime d’écoulement due aux activités humaines (prélèvements d’eau, lacs de retenue, etc.);

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 90

> type de régime déterminable (pas d’influence, influence d’un lac, etc.); > indépendance des stations (pas de stations situées près l’une de l’autre sur le même cours d’eau)

Fig. 34 > Carte synoptique des stations de référence Localisation et type de régime des stations de référence utilisées pour les analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement. Les stations cerclées de noir sont les 90 stations de référence sélectionnées pour les analyses des valeurs Pk et R (voir annexe A2).

Tab. 12 > Sélection des 90 stations de référence pour les analyses des valeurs Pk et R Sélection d’un nombre comparable de stations par type de régime d’écoulement sur la base de l’ensemble des stations de référence.

Type de régime Nom de la station de référence Période de mesure Durée (en années)

1 Rhône(Rotten)-Gletsch 1956–2000 45

1 Trübbach-Räzliberg 1952–1995 44

1 Rosegbach-Pontresina 1960–2001 42

1 Lonza-Blatten 1956–2001 46

1 Massa-Blatten bei Naters 1965–2001 16

2 Alpbach-Erstfeld, Bodenberg 1977–2000 24

2 Borgne-La Luette 1926–1956 31

2 Drance de Bagnes-Le Châble, Villette 1922–1955 34

2 Linth-Tierfehd 1918–1961 44

2 Simme-Oberried/Lenk 1950–2001 52

3 Engelberger Aa-Engelberg 1955–1990 36

3 Gornerbach-Kiental 1950–1982 33

3 Hinterrhein-Hinterrhein 1945–2001 57

3 Inn-St.Moritzbad 1923–2001 79

3 Lütschine-Gsteig 1923–2001 79

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 91

Type de régime Nom de la station de référence Période de mesure Durée (en années)

3 Weisse Lütschine-Zweilütschinen 1933–2001 69

3 Witenwasserenreuss-Realp 1957–1986 30

4 Chamuerabach-La Punt-Chamues-ch 1973–2001 29

4 Reuss-Andermatt 1910–2001 92

4 Salanfe-Montagne de Salanfe 1929–1949 21

4 Dischmabach-Davos, Kriegsmatte 1964–2001 38

4 Somvixer Rhein-Alp Sutglatschèr 1932–1974 43

5 Engelberger Aa-Büren 1922–1966 45

5 Engstligenbach-Engstligenalp 1950–1965 16

5 Hinterrhein-Andeer, Bad Pignieu 1923–1959 37

5 Julia-Tiefencastel 1919–1948 30

5 Schächen-Bürglen 1931–1965 35

5 Tamina-Vättis 1959–1975 17

6 Allenbach-Adelboden 1950–2001 52

6 Grosstalbach-Isenthal 1957–2001 45

6 Ova dal Fuorn-Zernez, Punt la Drossa 1960–2001 42

6 Muota-Ingenbohl 1923–2001 79

6 Plessur-Chur 1931–2001 71

7 Sihl-Untersiten 1921–1936 16

7 Grande Eau-Aigle 1935–2000 66

7 Minster-Euthal, Rüti 1961–2001 41

7 Thur-Stein, Iltishag 1964–2001 38

7 Sitter-Appenzell 1969–2001 33

8 Necker-Necker 1923–1933 11

8 Alp-Trachslau, Rüti 1925–1950 26

8 Thur-Bütschwil 1922–1974 53

8 Sense-Thörishaus 1928–2001 74

8 Emme-Eggiwil, Heidbüel 1975–1999 25

8 Baye de Montreux-Les Avants 1933–1974 42

8 Urnäsch-Hundwil, Aschentobel 1962–2001 40

8 Emme-Emmenmatt 1918–2001 84

9 Glatt-Herisau, Zellersmühle 1965–2001 36

9 Goldach-Goldach 1962–2001 40

9 Rietholzbach-Mosnang, Rietholz 1976–2001 26

9 Steinach-Steinach 1962–2001 40

9 Töss-Wülflingen 1965–2002 36

10 Aach-Salmsach, Hungerbühl 1962–2001 40

10 Bibere-Kerzers 1956–2001 46

10 Broye-Payerne 1968–2001 34

10 Bünz-Othmarsingen 1977–1999 22

10 Langeten-Huttwil, Häberenbad 1966–2001 36

10 Murg-Wängi 1922–2001 62

10 Töss-Neftenbach 1921–2001 81

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 92

Type de régime Nom de la station de référence Période de mesure Durée (en années)

10 Wyna-Unterkulm 1977–1999 22

11 Areuse-Boudry 1984–2001 18

11 Birse-Moutier, La Charrue 1923–2001 79

11 Noiraigue-Noiraigue 1959–1979 21

11 Suze-Sonceboz 1961–2001 41

11 Orbe-Le Chenit 1971–2001 31

12 Ergolz-Liestal 1934–2001 68

12 Parimbot-Ecublens, Eschiens 1979–2001 23

12 Mentue-Dommartin, La Scie 1975–1990 16

12 Sissle-Eiken 1977–1997 20

12 Allondon-Dardagny, Les Granges 1986–2001 16

12 Talbach-Schinznach-Dorf 1980–1999 19

13 Moesa-San Giacomo 1919–1928 10

13 Brenno-Campra 1920–1930 11

13 Brenno-Olivone 1921–1930 10

13 Ticino-Piotta 1925–1945 21

13 Krummbach-Klusmatten 1952–2001 48

13 Calancasca-Buseno 1952–1962 11

13 Riale di Calneggia-Cavergno, Pontit 1967–2001 35

13 Poschiavino-La Rösa 1970–2001 32

13 Bavona-Bignasco 1932–1952 21

14 Riale di Roggiasca-Roveredo 1966–2001 36

14 Traversagna-Arbedo 1980–2001 22

14 Vedeggio-Isone 1980–2002 23

14 Riale di Gnosca-Gnosca 1979–2002 24

14 Verzasca-Lavertezzo, Campiöi 1990–2001 12

15 Cassarate-Pregassona 1967–2002 36

15 Magliasina-Magliaso, Ponte 1980–2001 22

15 Vedeggio-Bioggio, Acquedotto CDALD 1981–2000 20

16 Faloppia-Chiasso 1969–1980 12

16 Laveggio-Penate, Mendrisio 1981–2002 22

16 Scairolo-Figino 1982–2002 21

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 93

A2 Analyses des coefficients de Pardé (Pk i ) et des valeurs R

Les analyses des coefficients de Pardé et des valeurs R qui suivent ont été réalisées à l’aide d’une sélection de 90 stations de référence (voir annexe A1, tab. 12).

Pour chaque type de régime d’écoulement, on a calculé la moyenne (MPk) ainsi que les Analyses des coefficients limites supérieure (LS) et inférieure (LI) de l’intervalle d’espérance (IE) et du domaine de Pardé Pk i de variation (DV) des coefficients de Pardé (Pk i ):

> moyenne: la moyenne MPk par type de régime a été calculée à partir des coefficients de Pardé Pki (moyenne interannuelle) des différentes stations de référence d’un type de régime; > intervalle d’espérance: la limite inférieure de l’intervalle d’espérance correspond au Pki minimal (moyenne interannuelle) des stations de référence d’un type de régime, la limite supérieure à leur Pki maximal; > domaine de variation: les quantiles moyens 25 % et 75 % d’un type de régime sont déterminés à partir des variations annuelles des Pki; la différence entre ces valeurs rapportée à la moyenne interannuelle vient agrandir l’intervalle d’espérance. Pour simplifier, on peut dire que le domaine de variation couvre ainsi 50 % de tous les cas (entre les quantiles 25 % et 75 %) de la variabilité naturelle.

Pour déterminer le domaine de variation, on calcule pour les différentes stations de référence (n) le quantile Pk 75 % (Pk75 i,n ) des Pk des différents mois (i). On en déduit le quantile Pk 75 % moyen du type de régime (Pk75 i ) pour les différents mois, qui permet de déterminer la différence par rapport à la moyenne mensuelle. Cette différence est ensuite divisée par la moyenne mensuelle, afin d’obtenir une différence relative (= ∆ 75i ). On ajoute cette différence relative au Pk maximal de l’intervalle d’espérance pour obtenir ainsi la limite supérieure du domaine de variation (LS DV):

LS DV = max(Pki, n) ⋅ (1 + Δ75i )

La limite inférieure du domaine de variation (LI DV) s’obtient de la même façon:

LI DV = min(Pki, n) ⋅ (1 − Δ25i )

La figure qui suit représente ces analyses sous forme de graphiques pour tous les types de régime, valeurs calculées comprises. Ces graphiques sont également disponibles sur le site internet de l’OFEV (www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Données et bases hydrologiques > Systèmes d’information et méthodes > Estimation sommaire des paramètres hydrologiques).

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 94

Fig. 35 > Analyses caractéristiques du régime d’écoulement portant sur Pk i

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 95

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 96

Légende

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 97

Les valeurs R expriment la variabilité naturelle de MQ et Pk des différentes années de Analyse des valeurs R j,régime part et d’autre de leur moyenne interannuelle (Pfaundler et al. 2006). Les stations de référence répertoriées dans le tab. 12 ont permis de réaliser des analyses caractéristiques du régime d’écoulement portant sur la valeur R. La valeur R j,régime , caractéristique du régime d’une année j par rapport à la moyenne interannuelle, est une grandeur relative et rapporte la somme des valeurs absolues de toutes les différences entre les débits mensuels d’une année et les débits mensuels moyens à la somme des débits mensuels moyens.

12 12

R j, régime = ∑ MMQi − MMQi, j /( ∑ MMQ ) du type de régime i

R j,régime Valeur R de l’année j par rapport à la moyenne interannuelle du type de régime MMQ i Débits mensuels moyens du mois i MMQ i,j Débits mensuels moyens du mois i de l’année j

Dans le cadre d’un travail de recherche fondamentale (Pfaundler et al. 2006), de nombreuses valeurs R de différentes années R j,régime ont été calculées pour chaque type de régime sur la base des stations de référence et ont servi à produire des histogrammes. La figure suivante montre la fonction de distribution théorique de ces histogrammes. On y observe que la variabilité naturelle des MQ et Pk des régimes alpins est moins marquée que celle des types de régime du Plateau.

Fig. 36 > Analyse caractéristique du régime d’écoulement portant sur les valeurs R j,régime Fonction de distribution théorique des valeurs R par type de régime.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 98

A3 Analyses d’autres paramètres hydrologiques

Sauf indication contraire, les analyses des divers paramètres hydrologiques qui suivent reposent sur la série complète des 359 stations de référence. Elles sont représentées chaque fois sous la forme:

> d’un graphique box-plot par type de régime; > d’une carte de la répartition spatiale des médianes, représentées par des catégories de couleurs.

Fig. 37 > Aide à la lecture des graphiques box-plots Un graphique box-plot représente les valeurs extrêmes (minimum et maximum), les quartiles inférieurs et supérieurs (25 % et 75 %) ainsi que la médiane (quantile 50 %) d’une série de mesures et donne un bref aperçu de la position et de la dispersion des valeurs mesurées. Les minima et maxima sont représentés ici comme des observations aberrantes lorsque la distance qui les sépare du quartile inférieur, respectivement supérieur, est 1.5 fois plus grande que la distance interquartile (DIQ, différence entre les deux quartiles).

Les figures qui suivent sont disponibles sur le site internet de l’OFEV (www.environnement-suisse.ch > Thèmes > Données et bases hydrologiques > Systèmes d’information et méthodes > Estimation sommaire des paramètres hydrologiques).

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 99

Fig. 38 > Débit annuel moyen spécifique Mq [l/s· km²]

Fig. 39 > Coefficient de variation du débit annuel moyen CV-MQ [%]

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 100

Fig. 40 > Crue annuelle moyenne spécifique (débits journaliers) MHq [l/s· km²]

Fig. 41 > Coefficient de variation de la crue annuelle moyenne (débits journaliers) CV-MHQ [%]

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 101

Fig. 42 > Facteurs k MHQ:MQ [-] (MHQ sur la base des débits journaliers) MHQ est basé sur les débits journaliers maximaux de l’année.

Fig. 43 > Facteurs k MHQ:MQ [-] (MHQ sur la base des débits instantanés) MHQ est basé sur les débits instantanés maximaux de l’année. Série réduite de stations de référence due au manque de données.

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 102

Fig. 44 > Fréquence des crues f HQ [événements/an] avec valeur seuil de 0,6· MHQ Les données de base sont des débits instantanés. Série réduite de stations de référence due au manque de données.

Fig. 45 > Coefficient de variation de la fréquence des crues CV-f HQ [%] avec valeur seuil de 0,6· MHQ Les données de base sont des débits instantanés. Série réduite de stations de référence due au manque de données.

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 103

Fig. 46 > Débit d’étiage spécifique q 347 [l/s· km²]

Fig. 47 > Coefficient de variation du débit d’étiage CV-Q 347 [%]

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 104

Fig. 48 > Débit minimal annuel moyen spécifique MNq [l/s· km²]

Fig. 49 > Coefficient de variation du débit minimal annuel moyen CV-MNQ [%]

> Annexe analyses caractéristiques du type de régime d’écoulement 105

Fig. 50 > Durée moyenne de la période d’étiage d Q347 [jours]

Fig. 51 > Coefficient de variation de la durée moyenne de la période d’étiage CV-d Q347 [%]

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 106

> Annexe interpolation et extrapolation A4 Instructions pour l’interpolation et l’extrapolation

Champ d’application de l’interpolation et de l’extrapolation

Lorsqu’on ne dispose pas de données mesurées directement à l’endroit de l’atteinte, Interpolation et extrapolation mais à une station hydrométrique représentative de l’endroit de l’atteinte, les paramè- via la surface du bassin versant tres peuvent être calculés à l’aide de ces données, puis interpolés et/ou extrapolés en utilisant les surfaces des bassins versants.

Il y a représentativité lorsque: Conditions pour l’interpolation > la station hydrométrique se situe en aval ou en amont de l’atteinte sur le même cours et l’extrapolation d’eau et les bassins versants sont semblables; > il existe une station hydrométrique dans un bassin versant voisin semblable.

Une interpolation ou une extrapolation peut uniquement être effectuée entre les stations de mesure, ou les séries de données des stations de mesure, qui représentent le même état de régime d’écoulement (état de référence ou état altéré).

La ressemblance des bassins versants se rapporte à leur comportement hydrologique. Elle est établie lorsque deux bassins sont séparés par une faible distance géographique et que leurs surfaces (30–250 % du bassin versant à évaluer) ainsi que leurs caractéristiques hydrométéorologiques (précipitations, températures) et physiographiques (géologie, pédologie, topographie, utilisation du sol) diffèrent peu. Pour évaluer le degré de ressemblance, il est donc important de posséder des connaissances en hydrologie et de bien connaître la région. En outre, il ne devrait pas y avoir d’atteinte anthropique ni de lac entre les deux endroits, qui seraient susceptibles de modifier de façon significative le régime hydrologique. Les zones karstiques demandent une attention particulière, car des incertitudes ou des erreurs supplémentaires y apparaissent souvent.

Paramètres dépendant de la surface

Les paramètres hydrologiques suivants dépendent de la surface du bassin versant: MQ, MHQ, Q 347 . Les interpolations et extrapolations correspondantes sont:

X E = X am + ( X av − X am ) ⋅ ( ABV ,E − ABV ,am ) /( ABV ,av − ABV ,am ) Interpolation d’une station en amont et d’une station en aval X Paramètre recherché, à l’endroit de l’atteinte (E), aux stations en amont (am) et en aval (av) A BV Surface du bassin versant, à l’endroit de l’atteinte (E), aux stations en amont (am) et en aval (av)

X E = (X am1 + X am2 ) + (X av − (X am1 + X am2 )) ⋅ (ABV,E − (ABV,am1 + ABV,am2 ))/(ABV,av − (ABV,am1 + ABV,am2 )) Interpolation avec deux stations en amont et une station en aval X Paramètre recherché, à l’endroit de l’atteinte (E), aux stations en amont (am1, am²) et en aval (av) A BV Surface du bassin versant, à l’endroit de l’atteinte (E), aux stations en amont (am1, am²) et en aval (av)

> Annexe interpolation et extrapolation 107

X E = ( X S1 + X S 2 ) ⋅ ( ABV ,E /( ABV ,S1 + ABV ,S 2 ))Φ Extrapolation avec deux stations en amont ou en aval X Paramètre recherché, à l’endroit de l’atteinte (E) ou aux stations en amont ou en aval (S1, S2) A BV Surface du bassin versant, à l’endroit de l’atteinte (E) ou aux stations en amont ou en aval (S1, S2) Φ Coefficient pour l’influence de la surface: Φ = 1 pour MQ et Q 347 , Φ = 0,7 pour MHQ

Si l’extrapolation ne peut être basée que sur une station, l’application n’est recomman- Extrapolation d’une seule station dée que si le bassin versant de cette station couvre une surface d’au moins 5 km². en amont ou en aval

X Paramètre recherché, à l’endroit de l’atteinte (E) ou à la station en amont ou en aval (S) A BV Surface du bassin versant, à l’endroit de l’atteinte (E) ou à la station en amont ou en aval (S) Φ Coefficient pour l’influence de la surface: Φ = 1 pour MQ et Q 347 , Φ = 0,7 pour MHQ

L’utilisation de débits spécifiques (débits par unité de surface) représente un cas parti- Extrapolation avec des valeurs culier d’extrapolation. On peut utiliser par exemple les débits d’étiage spécifiques q 347 , spécifiques qui peuvent être dérivés des valeurs d’un bassin versant semblable, pas obligatoirement situé en amont ou en aval.

X Paramètre recherché à l’endroit de l’atteinte (E) x Valeur spécifique du paramètre X représentative de l’endroit de l’atteinte A BV Surface du bassin versant à l’endroit de l’atteinte (E)

Paramètres ne dépendant pas de la surface

Les paramètres hydrologiques suivants ne dépendent pas de la surface du bassin versant:

Pk i , fréquence des crues, saisonnalité des crues et de l’étiage, durée des périodes d’étiage, CV-Q 347 . Ci-après, les formules pour les interpoler et extrapoler.

L’interpolation tient compte indirectement de la surface du bassin versant, la ressem- Interpolation de plusieurs blance des surfaces étant intégrée dans une moyenne pondérée. stations

n 1 ⎡ n ⎤ X S,i ⋅ ⋅⎢1 − ABV,S,i − ABV,E / n −1 ⎣ ∑ ABV,S,i − ABV,E ⎥ ⎦

X Paramètre recherché, à l’endroit de l’atteinte (E) ou à la station en amont ou en aval (S) A BV Surface du bassin versant, à l’endroit de l’atteinte (E) ou à la station en amont ou en aval (S) n Nombre de stations

Si l’extrapolation ne dépend que d’une station, le paramètre recherché est repris in- Extrapolation d’une seule station changé pour l’endroit de l’atteinte. en amont ou en aval

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 108

> Répertoires Ih,éclusée Stress hydraulique dû au débit d’éclusée

Ih,purge Stress hydraulique dû aux purges et vidanges Abréviations Intensité de l’impulsion d’éclusée a Etat altéré JDHQ Date (jour julien de l’année) de la crue annuelle ABV Surface du bassin versant kBV Facteur de correction pour la taille du cours d’eau ou la surface du Adrain bassin versant Surface drainée kMHQ:MQ Alac Rapport MHQ/MQ Surface du lac kt Ci Facteur de correction pour l’instant des purges Classe d’état de l’atteinte kTN,é/p CTr Facteur de correction pour le taux de montée et de descente du Classe d’état du tronçon du cours d’eau niveau d’eau durant les éclusées CV kTN,purge Coefficient de variation Facteur de correction pour le taux de montée du niveau d’eau lors des purges Distr,a Distance entre les deux points de saisonnalité de l’état de référence MHQ et de l’état altéré dans le cercle de saisonnalité Crue annuelle moyenne dmax,Q347 MHq Plus longue période d’étiage ininterrompue de l’année où Q d < Q 347 Crue annuelle moyenne spécifique MMQi Durée moyenne de la période d’étiage Débit mensuel moyen du mois i EH MMQi,BV,grille Equivalent habitant Débit mensuel moyen du bassin versant provenant des données matricielles du mois i fE Fréquence moyenne des crues dues aux rejets des eaux pluviales MNQ Débit d’étiage annuel moyen fHQ Fréquence moyenne des crues MNq Débit d’étiage annuel moyen spécifique fpurge Fréquence des purges et vidanges MQ Débit annuel moyen HHQ Débit le plus haut mesuré pendant une longue période Mq Débit annuel moyen spécifique Crue avec temps de retour 1

> Répertoires 109

Total des débits moyens des affluents du lac Débit journalier moyen du mois i

MQaffluents_du_rés Qd,max Total des débits moyens des affluents du réservoir Crue annuelle (sur la base des débits journaliers)

MQBV,grille QE Débit annuel moyen du bassin versant provenant de données matri- Débit de pointe dû aux rejets des eaux pluviales cielles Qéclusée MQj Débit d’éclusée Débit annuel moyen de l’année j QM MQrécepteur Débit maximal ou quantité déversée autorisée d’une atteinte Débit annuel moyen du cours d’eau récepteur Qmax Nbase Débit maximal journalier (basé sur les débits instantanés) Niveau d’eau moyen avant le début de la purge Qmin NNQ Débit minimal journalier (basé sur les débits instantanés) Débit le plus bas mesuré pendant une longue période QP Npurge,max Prélèvement maximal (débit) autorisé pour une atteinte Niveau d’eau maximal lors de la purge Qplancher Nt Débit plancher Niveau d’eau au moment t (données instantanées) Qpurge Pinstallée Débit supplémentaire dû à une purge Puissance installée d’une centrale hydroélectrique Qpurge,max Pki Débit de pointe lors des purges Coefficient de Pardé du mois i Qrés Q Débit résiduel en amont d’une restitution Débits instantanés QT Q* Débit d’eau de refroidissement autorisé Valeur seuil de crue Qturbine Q347 Capacité débit de la ou des turbine(s) d’une centrale électrique Débit d’étiage r q347 Etat de référence Débit d’étiage spécifique rD,T Qbase Intensité de pluie pour le temps de concentration D et le temps de Débit de base avant le début de la purge retour T

Qc rHQ Débit de conduite autorisé Variabilité temporelle de la date d’apparition de la crue annuelle

Qd Rj,régime Débit journalier Valeurs R de l’année j pour la moyenne interannuelle du type de régime

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 110

Rr,a Figures Valeur R état de référence/état altéré Fig. 1 T Régime d’écoulement et fonctionnalité écologique des cours Temps de retour d’eau 10

t Fig. 2 Déroulement de la méthode d’évaluation et outils 13

TNéclusée Fig. 3 Taux de montée du niveau d’eau lors des éclusées Schéma de classement: désignation et couleur des classes 17

TNmax Fig. 4 Maximum journalier des taux de changement du niveau d’eau TN t Classement de l’état de référence 18

TNmin Fig. 5 Minimum journalier des taux de changement du niveau d’eau TN t Variabilité naturelle et position relative de l’état altéré 19

TNplancher Fig. 6 Taux de descente du niveau d’eau lors des éclusées Les types de régime d’écoulement en Suisse 29

TNpurge Fig. 7 Taux de montée du niveau d’eau lors des purges Organigramme pour la détermination du type de régime d’écoulement 30 TNt Taux de changement du niveau d’eau au moment t (données instan- Fig. 8 tanées) Régions I, II et III pour la détermination du type de régime d’écoulement 31 Tr Tronçon de cours d’eau Fig. 9 Intervalle d’espérance et domaine de variation des Pk i 32 Rapport débit d’éclusée/débit plancher Fig. 10 Détermination du type de régime d’écoulement à partir de Pk i Vollac mesurés 32 Volume du lac Fig. 11 Volréservoir Délimitation du domaine des étiages, des débits moyens et Volume du réservoir au niveau de retenue des crues 32

Volrégulation Fig. 12 Volume du lac réglable jusqu’à HQ 1 Exemple du cercle de saisonnalité 38

Volrétention Fig. 13 Volume de rétention Saisonnalité des crues par type de régime d’écoulement 39

Φ Fig. 14 Coefficient pour l’influence de la surface Saisonnalité de l’étiage par type de régime d’écoulement 42

Ψ Fig. 15 Coefficient du débit de pointe Représentation cartographique de l’inventaire des atteintes 54

θ HQ Fig. 16 Date moyenne de la crue annuelle Référence naturelle et état altéré 57

> Répertoires 111

Fig. 17 Fig. 35 Règle de classement pour le comportement des débits moyens 59 Analyses caractéristiques du régime d’écoulement portant sur Pk i 94 Fig. 18 Conséquences d’une modification de la fréquence des crues 60 Fig. 36 Analyse caractéristique du régime d’écoulement portant sur Fig. 19 les valeurs R j,régime 97 Règle de classement pour la fréquence des crues 61 Fig. 37 Fig. 20 Aide à la lecture des graphiques box-plots 98 Exemple de nombre adimensionnel Dist r,a 63 Fig. 38 Fig. 21 Débit annuel moyen spécifique Mq [l/s· km²] 99 Règle de classement pour la saisonnalité des crues 63 Fig. 39 Fig. 22 Coefficient de variation du débit annuel moyen CV-MQ [%] 99 Règle de classement pour le débit d’étiage 65 Fig. 40 Fig. 23 Crue annuelle moyenne spécifique (débits journaliers) MHq Règle de classement pour la durée des périodes d’étiages 68 [l/s· km²] 100

Fig. 24 Fig. 41 Exemple d’un hydrogramme marqué par les éclusées 68 Coefficient de variation de la crue annuelle moyenne (débits journaliers) CV-MHQ [%] 100 Fig. 25 Règle de classement pour le phénomène d’éclusée 71 Fig. 42 Facteurs k MHQ:MQ [-] (MHQ sur la base des débits journaliers) 101 Fig. 26 Hydrogramme caractéristique d’une purge 73 Fig. 43 Facteurs k MHQ:MQ [-] (MHQ sur la base des débits instantanés) 101 Fig. 27 Règle de classement pour les purges et vidanges 75 Fig. 44 Fréquence des crues f HQ [événements/an] avec valeur seuil de Fig. 28 0,6· MHQ 102 Règle de classement pour les rejets des eaux pluviales 77 Fig. 45 Fig. 29 Coefficient de variation de la fréquence des crues CV-f HQ [%] Tableau des résultats de l’évaluation par atteinte 77 avec valeur seuil de 0,6· MHQ 102

Fig. 30 Fig. 46 Exemple de la méthode d’évaluation par tronçon. 81 Débit d’étiage spécifique q 347 [l/s· km²] 103

Fig. 31 Fig. 47 Exemple de représentation cartographique des résultats de Coefficient de variation du débit d’étiage CV-Q 347 [%] 103 l’évaluation 83 Fig. 48 Fig. 32 Débit minimal annuel moyen spécifique MNq [l/s· km²] 104 Tableau des résultats de l’évaluation par tronçon de cours d’eau 84 Fig. 49 Coefficient de variation du débit minimal annuel moyen CV- Fig. 33 MNQ [%] 104 Règle de classement pour l’évaluation globale 88 Fig. 50 Fig. 34 Durée moyenne de la période d’étiage d Q347 [jours] 105 Carte synoptique des stations de référence 90

Méthodes d’analyse et d’appréciation des cours d’eau. Hydrologie – régime d’écoulement niveau R OFEV 2011 112

Fig. 51 Coefficient de variation de la durée moyenne de la période d’étiage CV-d Q347 [%] 105

Tables

Tab. 1 Indicateurs d’évaluation et paramètres hydrologiques nécessaires 21

Tab. 2 Débit annuel moyen spécifique Mq [l/s·km²] par type de régime d’écoulement 34

Tab. 3 Pk i moyens par type de régime d’écoulement 35

Tab. 4 Facteurs k MHQ:MQ [-] par type de régime d’écoulement (MHQ sur la base des débits journaliers) 36

Tab. 5 Crue annuelle moyenne spécifique MHq [l/s·km²] par type de régime d’écoulement (débits journaliers) 37

Tab. 6 Débit d’étiage spécifique q 347 [l/s·km²] par type de régime d’écoulement 40

Tab. 7 Coefficient de variation du débit d’étiage CV-Q 347 [%] par type de régime d’écoulement 41

Tab. 8 Typologie et catégories des atteintes avec la valeur seuil de l’importance et le critère de signification. 51

Tab. 9 Effets des divers types d’atteintes sur les indicateurs d’évaluation 56

Tab. 10 Quantiles de la valeur R j,régime [%] par type de régime d’écoulement 58

Tab. 11 Aide à l’interprétation des résultats de l’évaluation 85

Tab. 12 Sélection des 90 stations de référence pour les analyses des valeurs Pk et R 90

> Bibliographie 113

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