La Marque, prêts? Partez ! EarthCache

La Marque
La Marque est une rivière du Nord de la France prenant sa source au lieu-dit de La Petrie, à Mons-en-Pévèle, à une altitude de 55m au dessus du niveau de la mer, et se jetant dans la Deûle, à Marquette-lez-Lille, à une altitude de 27m. Son parcours mesure 31,7km et trace une forme ressemblant à un croissant de lune, allant globalement du sud-ouest vers le Nord.

Nous allons ici nous intéresser à quelques mesures d'hydrométrie en cherchant à déterminer la vitesse et le débit du cours d'eau.

L'hydrométrie
L'hydrométrie est la branche de l'hydrologie qui concerne la mesure du débit des eaux continentales, superficielles ou souterraines. En général, l'hydrométrie concerne la mesure du débit des cours d'eau, qui s'indique avec la lettre Q.
La plupart des stations hydrométriques automatiques mesurent uniquement la hauteur d'eau. Le débit est ensuite recalculé à partir d'une relation liant le débit à la hauteur d'eau : la courbe de tarage. Mais cette relation est propre à chaque site de mesure, et peut varier dans le temps, en particulier à la suite d'une crue si celle-ci a creusé ou déposé des sédiments dans le lit du cours d'eau. Il est donc nécessaire de mesurer régulièrement le débit pour définir la relation hauteur-débit et suivre son évolution. Une mesure ponctuelle de débit est appelé jaugeage.

Les régimes hydrologiques
Les relevés des débits d'une rivière pendant une longue série d'années montrent des variations saisonnières systématiques (position des hautes et basses eaux) en fonction des principaux facteurs influençant l'écoulement : le régime des précipitations, la nature du bassin versant, sa situation géographique, l'infiltration, etc.
Le régime hydrologique d'un cours d'eau résume l'ensemble de ses caractéristiques hydrologiques et son mode de variation. Il se définit par les variations de son débit habituellement représentées par le graphique de l'écoulement mensuel moyen.
En conséquence, il est possible de caractériser un bassin versant et son écoulement en adoptant une classification du régime des cours d'eau basée d'une part sur l'allure de la fluctuation saisonnière systématique des débits qu'il présente, et d'autre part sur son mode d'alimentation, c'est-à-dire, la nature et l'origine des hautes eaux (pluviale, nivale ou glaciaire). La répartition mensuelle des débits est alors utilisée pour classifier le régime d'écoulement d'un cours d'eau appelé le régime hydrologique.
Une des classifications des régimes hydrologiques des rivières les plus simples est celle de Pardé, qui distingue trois types de régimes :

• Régime simple : caractérisé par une seule alternance annuelle de hautes et de basses eaux (un maximum et un minimum mensuels au cours de l'année hydrologique) et, en général, par un seul mode d'alimentation
• Régime mixte : 2 maxima et 2 minima, par an, correspondant à plusieurs modes d'alimentation.
• Régime complexe : plusieurs extremas et modes d'alimentation.

Exemple de régime simple.


Exemple de régime mixte

Le lit
Le lit désigne tout l'espace occupé, en permanence ou temporairement, par un cours d'eau. On distingue le lit majeur du lit mineur, ce dernier étant la zone limitée par les berges. Le lit majeur est l'espace occupé par le cours d'eau lors de ses plus grandes crues. L'alternance de hauteur entre le lit mineur et le lit majeur d'un cours d'eau peut former des zones planes sur les versants de la vallée, constituées par des alluvions déposés par le cours d’eau à une certaine période. Accumulés en amont de seuils ou barrages naturels, ces alluvions furent abandonnés sur les bords du lit à la suite d'un encaissement de la rivière et forment ce qu'on appelle des terrasses fluviatiles (ou terrasses alluviales).

La vitesse
La vitesse se détermine en divisant la distance parcourue par le temps. Pour plus de précision, il est préférable de mesurer la vitesse au centre du cours d'eau, le plus loin de chaque rive. Il faut alors déterminer le temps qu'un élément flottant (bout de bois, feuille d'arbre ou autre objet naturel non polluant) mettra à parcourir une distance.
V (vitesse) = D (distance) / T (temps)

Le fond et la forme
Le cours d'eau au niveau du pont est peu profond. La profondeur maximale est de seulement 20cm (0,2m). Les mesures de profondeur aux différents points de la largeur du cours d'eau permettent de déterminer le profil de la section de la Marque à cet emplacement. Le schéma de coupe, ci dessous, vous présente le profil de la rivière, au niveau du pont :

Le débit
Le débit d'un cours d'eau se mesure en multipliant sa vitesse, calculée avec la méthode expliquée précédemment, par la section (S), correspondant à la surface verticale occupée par le cours d'eau.

Pour mesurer la vitesse, je vous propose de prendre les 2 points de référence représentés par le pont du 1er waypoint et le barrage de branches et de boue situé au 2nd waypoint. Ils sont séparés par 68m.

La Marque
La Marque is a river in northern France taking its source at a place called La Petrie, in Mons-en-Pévèle, at an altitude of 55m above sea level, and flowing into the Deûle, in Marquette-lez-Lille, at an altitude of 27m. Its course measures 31.7 km and traces a shape resembling a crescent moon, going generally from the southwest to the north.

Here we are going to focus on some hydrometry measurements by trying to determine the speed and flow of the watercourse.

Hydrometry
Hydrometry is the branch of hydrology that concerns the measurement of the flow of continental, surface or underground water. In general, hydrometry relates to the measurement of the flow of rivers, which is indicated with the letter Q.
Most automatic hydrometric stations only measure water depth. The flow is then recalculated from a relation linking the flow to the water level: the rating curve. But this relationship is specific to each measurement site, and may vary over time, in particular following a flood if this has dug or deposited sediments in the bed of the watercourse. It is therefore necessary to measure the flow regularly in order to define the height-flow relationship and to follow its evolution. A point measurement of flow is called gauging.

Hydrological regimes
Records of river flows over a long series of years show systematic seasonal variations (position of high and low water) depending on the main factors influencing the flow: the rainfall regime, the nature of the watershed, its geographic location, infiltration, etc.
The hydrological regime of a watercourse summarizes all of its hydrological characteristics and its mode of variation. It is defined by the variations in its flow usually represented by the graph of the average monthly flow.
Consequently, it is possible to characterize a watershed and its flow by adopting a classification of the watercourse regime based on the one hand on the appearance of the systematic seasonal fluctuation of the flows that it presents, and on the other hand. starts with its mode of supply, that is to say, the nature and origin of high water (rain, snow or glacial). The monthly flow distribution is then used to classify the flow regime of a stream called the hydrologic regime.
One of the simplest classifications of the hydrological regimes of rivers is that of Pardé, which distinguishes three types of regimes:

• Simple regime: characterized by a single annual alternation of high and low water (a monthly maximum and minimum during the hydrological year) and, in general, by a single mode of supply
• Mixed regime: 2 maxima and 2 minima, per year, corresponding to several feeding methods.
• Complex regime: several extremas and modes of regime.

Simple regime example.


Example of mixed regime

The river bed
The bed designates all the space occupied, permanently or temporarily, by a watercourse. We distinguish the major bed from the minor bed, the latter being the zone limited by the banks. The major bed is the space occupied by the watercourse during its greatest floods. The alternation of height between the minor bed and the major bed of a watercourse can form flat areas on the slopes of the valley, formed by alluvium deposited by the watercourse at a certain period. Accumulated upstream of sills or natural dams, these alluviums were abandoned on the edges of the bed following an embankment of the river and form what are called fluvial terraces (or alluvial terraces).

Speed
Speed ​​is determined by dividing the distance traveled by time. For more precision, it is preferable to measure the speed in the center of the watercourse, furthest from each bank. It is then necessary to determine the time that a floating element (piece of wood, tree leaf or other natural object) will take to travel a distance.
V (speed) = D (distance) / T (time)

The bottom and the shape
The stream at the bridge is shallow. The maximum depth is only 20cm (0.2m). The depth measurements at the various points of the width of the watercourse make it possible to determine the profile of the section of La Marque at this location. The cross-section diagram, below, shows you the profile of the river, at the level of the bridge :

The flow
The flow of a watercourse is measured by multiplying its speed, calculated with the method explained previously, by section (S), corresponding to the vertical surface occupied by the watercourse.

To measure the speed, I suggest you take the 2 reference points represented by the bridge located at the first waypoint and the barrage of branches and mud located at the 2nd waypoint. They are separated by 68m.

Loguer cette Earthcache
Pour loguer cette Earthcache, vous devrez répondre à cette liste de question en m'envoyant vos réponses via la messagerie Geocaching (surtout pas dans votre log). Vous pouvez loguer la geocache en même temps, je reviendrai vers vous en cas d'erreur dans vos réponses.

Question 1:
Selon les mesures que vous avez effectuées, quel a été le temps nécessaire à votre élément flottant pour parcourir les 68m qui séparent les 2 waypoints ?

Question 2:
En suivant les indications de calcul, quelle est la vitesse déduite de votre mesure ?

Question 3:
En vous fiant au schéma de coupe du cours d'eau, présent plus haut, quelle est la surface S de la section du cours d'eau? (conseil : découpez la forme en plusieurs rectangles et triangles pour votre calcul)

Question 4:
En utilisant la surface de la section, quel le débit de la Marque?

Question 5:
Selon votre observation à l'oeil nu, la vitesse vous a-t-elle semblée être homogène durant les 68m parcourus ?

Question 6:
Savez vous expliquez la cause de votre réponse précédente ?

Question 7:
En analysant l'évolution des débits de la Marque, déterminer son régime?

Question 8:
En observant le schéma du fond du cours d'eau, expliquez la présence presque symétrique des variations altimétrique, sur les bords de la MArque.

Question 9:
Comment est appelée le graphique présentant la relation entre la hauteur d'eau et le débit d'un cours d'eau?

Question 10:
Pour prouver votre passage, prenez une photo de vous ou d'un objet vous représentant, au niveau du pont, et joignez la à votre log

Log this Earthcache
To log this Earthcache, you will have to answer this list of questions by sending me your answers via Geocaching messaging (especially not in your log). You can log the geocache at the same time, I will get back to you in case of error in your answers.

Question 1:
Depending on the measurements you took, what was the time required for your floating element to travel the 68m between the 2 waypoints?

Question 2:
By following the calculation instructions, what is the speed deduced from your measurement?

Question 3:
By relying on the section diagram of the watercourse, present above, calculate the area S of the section of the watercourse. (tip: cut the shape into several rectangles and triangles for your calculation)

Question 4:
Using the area of the section, calculate the flow rate of La Marque.

Question 5:
According to your observation with the naked eye, did the speed seem to you to be uniform during the 68m covered?

Question 6:
Can you explain the cause of your previous answer?

Question 7:
By analyzing the evolution of the Brand's flow rates, determine its regime?

Question 8:
By observing the diagram of the bottom of the watercourse, explain the almost symmetrical presence of the variations in height, on the edges of the Mark.

Question 9:
What is the graph showing the relationship between the height of water and the flow of a stream called?

Question 10:
As proof of your passage, take a photo of yourself or an object representing you, next to the bridge, and attach it to your log.

Sources :
http://fr.wikipedia.org
https://echo2.epfl.ch/
http://www.hydro.eaufrance.fr/