3.1.3. Les débits de crue

Les crues sont des événements très importants dans un système fluvial. Pendant les crues, les cours d’eau évacuent des volumes importants d’eau et de sédiments, modifient la morphologie de la vallée fluviale, construisent ou détruisent des dépôts sédimentaires (bancs, plaines et terrasses). Les crues attirent aussi l’attention car elles sont des événements de forte intensité qui se passent à une échelle temporelle courte, de sorte qu’il n’est pas difficile à un observateur d’accompagner l’intégralité du cycle de montée et de descente des eaux dans un système fluvial. L’intérêt des habitants pour les crues se renforce quand les crues touchent des zones occupées, causant des dégâts au patrimoine et mettant parfois fin à des vies humaines.

La caractérisation des débits de crue est importante car elle donne une idée de la puissance des événements extrêmes dans un système fluvial. Selon Pardé (2004) la puissance des crues reflète « les influences combinées de tous les facteurs géophysiques : relief (y compris celui des lits apparents et majeures), nature du sol, plus ou moins imperméable ou susceptible de saturation rapide ou lente, climat et végétation ». En synthèse, les crues aident à mieux comprendre le rôle joué par les facteurs de contrôle d’un bassin versant.

Afin de donner une idée précise du fonctionnement de l’hydrosystème, la caractérisation des débits de crue doit fournir des informations sur les causes, les mécanismes de contrôle et les interférences, la puissance et la fréquence de ces événements. D’autres informations complémentaires peuvent être aussi intéressantes, comme le rapport entre la précipitation tombée et les débits mesurés dans une section du chenal (PARDE, 1933).

Les débits de crue de l’Ivaí ont été aussi étudiés par Destefani (2005). Les débits de crue de l’Ivaí ont été aussi étudiés par Destefani (2005). L’auteur a présenté une analyse des débits maximaux annuels, en identifiant les années de forts débits totaux. La moyenne des débits de crue, la période de récurrence des débits moyens et des débits de crue ont été calculés. Au-delà de la présentation de ces paramètres, Destefani (2005) a aussi identifié, d’après les hydrogrammes issus des séries de mesure, trois types de comportement pour les crues (Figure 59) : un type « A », qui concerne les crues extraordinaires, un grand volume d’eau étant drainé pendant plusieurs jours, avec plusieurs pics de fort débit ; un type « B », qui concerne les crues avec trois pics successifs de fort débit, mais avec une durée inférieure aux crues du type « A » ; et les crues du type « C », qui concerne les crues isolées dans l’hydrogramme, à un seul pic, qui montent de façon rapide (DESTEFANI, 2005).

En ce qui concerne les causes des crues, Destefani (2005) a montré que les averses sont à l’origine des forts débits de l’Ivaí. Les crues deviennent plus importantes et plus étendues pendant les années d’occurrence du phénomène climatique El Niño. Selon l’auteur, pour la période qui va de 1965 à 1998, sur les 12 crues extraordinaires répertoriées dans le bassin de l’Ivaí, environ 55% ont eu lieu les années sous l’influence d’El Niño. A quelques stations de mesure, cette valeur peut atteindre les 80 %. L’auteur a observé aussi que les crues de 1983 et de 1998, considérées comme les plus importantes de l’Ivaí, ont aussi eu lieu pendant des années d’El Niño.

Afin de mieux connaître la puissance et la fréquence des débits de crue, des courbes de débits classées ont été élaborées pour les sections de mesure de la Dos Patos et pour l’Ivaí. Les courbes de débits classés présentent sur l’axe des abscisses la fréquence cumulée (en pourcentage) des débits mesurés dans une station hydrométrique, et sur l’axe des ordonnées les débits ou classes de débits. Ces courbes expriment le pourcentage de temps pendant lequel un débit donné est égalé ou dépassé à une station de mesure. La courbe de débits classés peut aussi donner quelques indices sur la variabilité des débits dans la section d’étude. Pour l’élaboration des courbes de débits classés des stations de mesure de l’Ivaí, la définition des intervalles a été faite en utilisant l’équation de Sturges (SPAD, 1999) :

k= 1+3,3.Log(n)

Où :

k = le nombre d’intervalles à découper dans la série hydrométrique ;

n = le nombre total d’observations dans la série hydrométrique.

L’amplitude des classes a été définie par l’équation :

(Q_max – Q_min) / k

Où :

Q_max = Débit maximum enregistré dans la section ;

Q_min = Débit minimum enregistré dans la section ;

k = nombre d’intervalles à découper dans la série hydrométrique.

A partir des courbes de débits classés élaborées (annexe 1), les débits caractéristiques de crue ont été calculés (Tableau 9, Figures 60 et 61). Les débits caractéristiques sont des valeurs de quantiles extraits de la courbe de débits classés, et ils fournissent quelques paramètres descriptifs sur la série de débits d’une station de mesure. Pour l’étude des crues, on utilise souvent deux débits caractéristiques : le DC10, ou le débit qui est dépassé dix jours par an, et le DC30, ou le débit qui est dépassé trente jours par an (REMENIERAS, 1980 ; GIRET, 2007). A partir de ces deux indices, on peut séparer les débits de crue en deux catégories : les crues rares, celles qui dépassent le DC10, et les crues plus fréquentes, celles qui dépassent le DC30 mais ne dépassent pas le DC10 (GIRET, 2007).

Les valeurs du DC₁₀ et du DC₃₀ donnent une idée de la magnitude des crues pour chaque station de mesure de l’Ivaí, tandis que les valeurs spécifiques du DC₁₀ et du DC₃₀ permettent facilement la comparaison avec d’autres cours d’eau. Normalement, les débits absolus tendent à augmenter en raison directe de la surface réceptrice, tandis que les débits spécifiques tendent à se réduire alors que la surface réceptrice augmente (PARDÉ, 1933).

On voit que les valeurs absolues du DC₁₀ (Figure 60) sont semblables aux stations de São Pedro et Rio dos Patos, mais ces valeurs augmentent fortement de Tereza Cristina à Porto Bananeiras. A partir de Porto Bananeiras, l’augmentation des valeurs de DC₁₀ est moins forte. Par rapport aux valeurs spécifiques du DC_10, on voit que la station de São Pedro présente une forte contribution par unité de surface drainée. A partir de la station de Tereza Cristina, on voit que la réduction du DC₁₀ est relativement forte et linéaire jusqu’à la station de Tapira Jusante. A la station de Novo Porto Taquara, la station la plus à l’aval de l’Ivaí, le DC₁₀ correspond à une contribution de 77 l/s/km².

L’observation des valeurs absolues du DC₃₀ (Figure 61) montre que l’augmentation des débits ne se passe pas de façon linéaire. En raison des différentes contributions apportées par les affluents, les débits augmentent avec une intensité plus ou moins forte. Ainsi, entre les stations de Tereza Cristina et Porto Espanhol, il est probable que les affluents contribuent fortement à l’augmentation des débits à Porto Espanhol. La même chose peut être observée entre les stations d’Ubá do Sul et Vila Rica. Par rapport aux valeurs spécifiques, on voit qu’à la station de São Pedro il y a une forte contribution par unité de surface, qui est ultérieurement amortie au fur et à mesure que la surface drainée augmente. Néanmoins, la station de Porto Espanhol présente aussi une forte contribution spécifique, probablement en raison des apports venus du plateau de Pitanga, une des régions les plus arrosées du bassin de l’Ivaí. En aval de la station de Porto Espanhol, les DC₃₀ se réduisent de façon presque constante, avec une réduction moins forte aux trois dernières sections (Porto Paraíso do Norte, Tapira Jusante et Novo Porto Taquara).

La distribution saisonnière des débits de crue est un critère aussi important pour la caractérisation du régime d’un cours d’eau que la magnitude. Ainsi, des graphiques de la distribution mensuelle des débits caractéristiques DC10 et DC30 ont été faits pour chaque station de mesure de la rivière Dos Patos et de l’Ivaí (Figures 62 à 66). La station de Vila Rica n’a pas été comprise dans cette analyse car la série de données hydrométriques disponible ne présente pas encore une quantité suffisante de débits supérieurs au DC30.

D’après les graphiques élaborés, on voit que la distribution saisonnière des débits de crue n’est pas la même pour toutes les stations de mesure, mais que certaines d’entre elles présentent des caractéristiques communes. Dans la partie amont du bassin versant, les stations de São Pedro (Figure 62), Rio dos Patos et Tereza Cristina (Figure 63) présentent des forts débits surtout pendant les mois de septembre et octobre, au début du printemps. Cependant, les mois de mai, juin et juillet sont aussi marqués par les forts débits.

Plus à l’aval, la station de Porto Espanhol (Figure 64) se trouve à la limite entre le haut et le moyen bassin versant de l’Ivaí. On observe qu’à partir de cette station, la majeure partie des forts débits a eu lieu au mois de mai. On observe aussi que cette station est soumise à une période de forts débits à la fin de l’automne et au début de l’hiver (aux mois de juin et juillet). Une deuxième période de forts débits commence en septembre, au début du printemps, mais c’est au mois d’octobre qu’on observe la majeure partie des événements à forts débits.

Dans la partie intermédiaire du bassin versant, aux stations d’Ubá do Sul (Figure 64) et de Porto Bananeiras (Figure 65), le mois de mai marque le début d’une période à forts débits, qui se prolonge jusqu’au mois de juillet. Dans cette période, la majeure partie des événements à forts débits a lieu au mois de mai. Une deuxième période à forts débits commence en septembre, au début du printemps, mais, comme pour les stations précédentes, la majeure partie des événements est enregistrée au mois d’octobre. Malgré ces similarités avec les stations précédentes, les stations d’Ubá do Sul et Porto Bananeiras présentent une forte influence du climat tropical humide. Pour cette raison, le mois de janvier commence à apparaître comme une période importante par rapport aux débits de crue.

Dans la partie inférieure du bassin versant, la station de Porto Paraíso do Norte (Figure 65) montre aussi un comportement de transition entre deux groupes de stations. On observe que cette station présente une période à forts débits qui commence en septembre et qui atteint son maximum dans le mois d’octobre. Néanmoins, comme pour les stations de la partie intermédiaire du bassin versant, le mois de mai est aussi une période à forts débits, qui se prolonge jusqu’au mois de juillet.

Dans la partie la plus aval du bassin de l’Ivaí, aux stations de Tapira Jusante et Novo Porto Taquara (Figure 66), on voit que les mois de janvier et mai et la période entre septembre et octobre sont des périodes de forts débits. Sous l’influence d’un climat tropical comprenant éventuellement une saison sèche pendant l’hiver (de juin à septembre), ces sections présentent des forts débits en janvier à cause des fortes précipitations d’été. Il est probable que les forts débits observés pour les mois de mai et de septembre-octobre soient une conséquence des contributions venues de la partie haute du bassin versant.

Dans son étude sur la dynamique hydrologique de l’Ivaí, Destefani (2005) affirme que “les crues, pour la plupart des stations, ont lieu préférentiellement aux mois de janvier, mai et juin (…) car c’est dans ces mois que le plus fréquemment ont lieu les crues maximales annuelles. Cependant, ceci ne définit pas une période saisonnière de crue pour l’Ivaí, mais montre seulement le mois de l’année où a lieu le pic maximum de crue. (…). Malgré cela, même le pic maximum de crue possède une occurrence très forte pendant d’autres mois de l’année ». Les résultats obtenus sur nos graphiques corroborent les affirmations de Destefani (2005) sur la complexité du régime de débits de crue de l’Ivaí. La rivière ne présente pas une période de crues bien définie, et les forts débits peuvent avoir lieu en différentes saisons chaque année.

Destefani (2005) a identifié les mois de janvier, mai et juin comme des périodes préférentielles d’occurrence des forts débits. D’après les graphiques, on voit que les mois de mai et juin sont réellement des mois à forts débits dans la plupart des stations de mesure, et le mois de janvier est un mois à forts débits principalement pour les stations qui se trouvent à l’aval de la station de Porto Espanhol. Par contre, les graphiques montrent que les mois de septembre et octobre concentrent aussi une bonne partie des jours à forts débits, ce qui n’a pas été observé par Destefani (2005). Ces mois sont très importants, principalement pour les stations de São Pedro, Rio dos Patos et Tereza Cristina, dans la partie amont du bassin versant.

La compartimentation du bassin de l’Ivaí en trois secteurs (un en amont de Porto Espanhol, un entre Porto Espanhol et Porto Paraíso do Norte et un dernier en aval de Porto Paraíso do Norte), réalisée à partir du régime saisonnier des débits de crue, n’est pas une compartimentation rigide ; les limites peuvent se modifier en raison de la dynamique climatique. Cependant, ces résultats semblent s’accorder avec la compartimentation précédemment présentée, faite à partir du régime saisonnier des débits moyens.