La forme physique des zones de crue : le rôle des vallées et des plaines inondables

Ces formations naturelles déterminent comment l'eau coule pendant les fortes précipitations et comment les eaux d'inondation se propagent dans les régions. Comprendre ces caractéristiques aide à évaluer les risques d'inondation et à planifier la gestion des inondations.Les zones d'inondation ne sont pas aléatoires; elles sont façonnées par le paysage sous-jacent, le comportement de l'eau au fil du temps et l'interaction entre les milieux naturels et bâtis.Une compréhension approfondie de ces caractéristiques physiques est essentielle pour les planificateurs d'utilisation des terres, les gestionnaires des urgences, les ingénieurs, les propriétaires de biens et toute personne qui participe à la résilience de la collectivité.

Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), les pertes liées aux inondations aux États-Unis dépassent des milliards de dollars par année. L'Agence fédérale de gestion des urgences (FEMA) désigne des zones d'inondation partout au pays pour guider les exigences en matière d'assurance et de réglementation du bâtiment. Toutefois, les limites de ces zones ne sont pas arbitraires. Elles sont tirées d'analyses détaillées du terrain, de l'hydrologie et des inondations historiques.

Cet article examine les principales caractéristiques physiques qui influencent les zones inondables, en mettant l'accent sur les vallées et les plaines inondables. Il examine également les facteurs qui influent sur l'étendue des zones inondables, y compris la topographie, la végétation, l'utilisation des terres et les modèles climatiques. L'objectif est de fournir un aperçu complet qui est à la fois techniquement exact et accessible à un large public.

Vallées et zones d'inondation

La géométrie des vallées de River

Les vallées de rivière sont des zones basses qui entourent les rivières. Elles sont naturellement façonnées par le flux d'eau au fil du temps par des processus d'érosion et de dépôt.La géométrie d'une vallée de rivière et d'une vallée de rivière; sa largeur, sa profondeur, sa pente et sa forme transversale et la forme de la vallée de la rivière; joue un rôle fondamental dans la détermination du comportement de l'eau lors d'un événement d'inondation.

Les vallées à flancs raides et à sections transversales étroites ont tendance à enfermer le chenal, en dirigeant les eaux de crue vers l'aval avec une plus grande vitesse. Dans ces conditions, les inondations peuvent être plus intenses mais plus courtes. Les niveaux d'eau augmentent rapidement et diminuent rapidement lorsque la pluie s'arrête. Inversement, les vallées plus larges et plus plates offrent plus de place à l'expansion de l'eau, ce qui entraîne des inondations plus lentes mais plus répandues.

Les gradients de Steeper permettent à l'eau de s'écouler plus rapidement, réduisant le temps disponible pour l'infiltration et augmentant le débit maximal en aval. Les gradients de Gentler ralentissent le débit, ce qui laisse plus de temps pour que l'eau s'immerge dans le sol et que les vagues d'inondation s'atténissent. Ces dynamiques sont essentielles pour la prévision des inondations et pour la conception d'infrastructures de lutte contre les inondations telles que les digues, les barrages et les bassins de retenue.

Confinement de la vallée et risque d'inondation

Le degré de confinement d'une rivière dans sa vallée est un facteur clé dans l'évaluation des risques d'inondation. Les vallées confinées, où la rivière est étroitement délimitée par des collines ou des bluffs, limitent la zone disponible pour l'entreposage des eaux d'inondation. Par conséquent, les eaux d'inondation augmentent et s'écoulent plus rapidement, augmentant le risque de dommages aux structures et aux infrastructures situées près du chenal.

Les vallées non confinées, où les rivières s'étendent à travers un vaste paysage plat, offrent plus d'espace pour la propagation des eaux de crue. Cette propagation réduit la profondeur et la vitesse des inondations dans un endroit donné, mais elle signifie aussi que les zones plus vastes sont inondées. Dans des milieux non confinés, les zones d'inondation tendent à être plus étendues mais moins dangereuses en termes de force.

Le développement urbain dans les vallées fluviales peut aggraver les risques d'inondation en réduisant les zones d'absorption naturelle et en augmentant le ruissellement. Lorsque les vallées sont remplies de surfaces imperméables telles que les routes, les parcs de stationnement et les bâtiments, les précipitations ne peuvent s'infiltrer dans le sol. Au contraire, elles s'écoulent rapidement dans les cours d'eau et les rivières, amplifiant les pics d'inondation.

Contexte historique et géologique

Les vallées de rivière sont des caractéristiques dynamiques qui évoluent sur des échelles géologiques. La forme d'une vallée aujourd'hui est le produit de milliers ou de millions d'années de processus fluviaux, y compris des périodes de débit élevé, de glaciation et de changement du niveau de la mer. Comprendre l'histoire géologique d'une vallée peut fournir des informations sur son comportement d'inondation.

Les données historiques sur les inondations révèlent également des tendances liées à la géométrie des vallées. Les communautés qui ont connu des inondations répétées dans les mêmes vallées ne sont pas malchanceuses; elles sont situées dans des zones où le paysage physique concentre les risques.En étudiant les événements historiques sur les inondations, les hydrologues peuvent identifier les zones d'inondation qui sont les plus susceptibles d'être inondées et estimer la fréquence et l'ampleur des inondations futures.

Les plaines inondables et leur rôle

Que sont les plaines inondables?

Les plaines inondables sont des zones plates adjacentes aux rivières qui sont périodiquement inondées pendant les inondations. Elles servent de tampons naturels, absorbent l'excès d'eau et réduisent l'impact sur les communautés environnantes. Les plaines inondables sont formées au fil du temps par les dépôts de sédiments provenant des eaux inondables.

Les plaines inondables remplissent plusieurs fonctions essentielles dans le paysage, offrent un espace de stockage pour les eaux inondables, réduisant ainsi le débit maximal en aval, filtrent les sédiments et les polluants, améliorent la qualité de l'eau et soutiennent divers écosystèmes, notamment les zones humides, les forêts et les prairies, qui fournissent un habitat aux poissons et à la faune.

Capacité de la plaine inondable et atténuation des inondations

La capacité d'une plaine inondable à stocker l'eau est déterminée par sa largeur, sa rugosité (déterminée par la végétation et le couvert terrestre) et la présence de toute obstruction. Une vaste plaine inondable, naturellement végétalisée, peut stocker un grand volume d'eau et ralentir son rejet en aval. Cette atténuation de l'onde inondable réduit le débit de pointe et prolonge le temps disponible pour les communautés pour se préparer et réagir.

Les plaines inondables sont essentielles pour la gestion des inondations, car elles permettent de s'étendre, empêchant ainsi les inondations plus destructrices ailleurs. Cependant, l'urbanisation et les changements d'utilisation des terres peuvent réduire la capacité des plaines inondables, augmentant les risques d'inondation. Lorsque les plaines inondables sont remplies, pavées ou construites, leur capacité de stocker de l'eau est réduite. L'eau qui s'est répandue dans la plaine inondable est plutôt confinée au chenal, où elle s'élève et coule plus rapidement.

Les programmes comme le U.S. Army Corps of Engineers’ Flood Plain Management Services et FEMA’s Community Rating System encouragent les collectivités à maintenir et à améliorer leurs plaines inondables. Les techniques comme les revers de la ligue, la reconnection des plaines inondables et la restauration des terres humides peuvent accroître la capacité d'entreposage des inondations tout en offrant des avantages récréatifs et écologiques.

Écosystèmes et biodiversité de la plaine inondable

Les plaines inondables comptent parmi les écosystèmes les plus productifs sur le plan biologique.Les inondations périodiques et les dépôts de sédiments créent un environnement dynamique qui soutient une riche gamme d'espèces végétales et animales.Les forêts des plaines inondables, comme les forêts de feuillus des fonds du sud-est des États-Unis, fournissent un habitat aux oiseaux migrateurs, aux amphibiens, aux reptiles et aux mammifères.

Lorsque les plaines inondables sont dégradées ou perdues, les conséquences écologiques peuvent être graves.Les espèces qui dépendent d'inondations périodiques pour la reproduction ou l'alimentation peuvent décliner ou disparaître.La qualité de l'eau peut se détériorer à mesure que les sédiments et les polluants ne sont plus filtrés.La recharge des eaux souterraines peut être réduite, ce qui affecte les débits des cours d'eau pendant les périodes sèches.

Règlement sur les plaines inondables et utilisation des terres

Aux États-Unis, la FEMA administre le National Flood Insurance Program (NFIP), qui exige que les collectivités adoptent des ordonnances de gestion des plaines inondables en échange de l'accès à l'assurance contre les inondations sous garantie fédérale. Ces ordonnances limitent généralement la construction dans le canal d'inondation et exigent que les bâtiments dans la plaine inondable soient élevés ou protégés à un certain niveau.

Les décisions d'utilisation des terres dans les plaines inondables ont des conséquences à long terme sur le risque d'inondation.

Facteurs ayant une incidence sur l'étendue de la zone d'inondation

Topographie de la région

La topographie est le facteur le plus fondamental qui influe sur l'étendue de la zone d'inondation. La forme de la surface du sol détermine le débit, l'accumulation et la rapidité de son écoulement. Les caractéristiques topographiques locales telles que les collines, les crêtes et les dépressions peuvent créer des inondations localisées qui ne sont pas directement liées au débordement des rivières.

Les modèles numériques d'élévation (DEM) sont utilisés pour cartographier la topographie et modéliser l'inondation. Les DEM à haute résolution, comme ceux qui sont dérivés de relevés lidar, peuvent saisir des caractéristiques subtiles du paysage qui influencent le comportement des inondations.Ces données sont utilisées par la FEMA pour produire des cartes des taux d'assurance-inondation (FIRM), qui montrent les limites des zones d'inondation avec différents niveaux de risque.

Dans les régions montagneuses, la topographie joue un rôle particulièrement important dans la formation des zones d'inondation. Les pentes profondes génèrent un ruissellement rapide et des vallées étroites concentrent le débit. Les débits de débris et les glissements de terrain peuvent accompagner les inondations dans ces zones, ce qui ajoute au danger.

Couverture végétative

La couverture végétale a une influence importante sur l'étendue des zones inondables en affectant l'infiltration, le ruissellement et l'évapotranspiration. Les forêts, les prairies et les zones humides ont toutes des capacités différentes pour intercepter les précipitations, absorber l'eau et ralentir le débit d'eau à travers la surface. La végétation dense peut réduire le débit maximal d'une crue en augmentant le temps nécessaire pour que l'eau atteigne le chenal et en favorisant l'infiltration dans le sol.

Dans les zones urbaines, la végétation est souvent remplacée par des surfaces imperméables, ce qui entraîne des volumes de ruissellement plus élevés et des vitesses d'écoulement plus rapides. Toutefois, même dans les zones urbaines, les infrastructures vertes telles que les jardins pluviaux, les toits verts et les chaussées perméables peuvent imiter les fonctions de la végétation naturelle et réduire les inondations.

Les zones humides, en particulier, offrent des services précieux d'atténuation des inondations, qui servent d'éponges naturelles, stockent l'eau pendant les périodes humides et la libèrent lentement pendant les périodes sèches. Les zones humides peuvent réduire les débits d'inondations de 20 % ou plus, selon leur taille et leur état. La perte de terres humides dans de nombreuses régions du monde a contribué à accroître le risque d'inondation.

Utilisation des terres et développement urbain

L'utilisation des terres et le développement urbain sont parmi les facteurs humains les plus importants qui affectent les zones inondables. À mesure que les paysages naturels sont convertis en utilisations agricoles ou urbaines, le comportement hydrologique des terres change. Des surfaces imperméables telles que les routes, les parcs de stationnement et les bâtiments empêchent les précipitations de s'infiltrer dans le sol, ce qui entraîne une plus grande quantité d'eau qui s'écoule dans les cours d'eau et les rivières, ce qui augmente la fréquence et l'ampleur des inondations, en particulier dans les petits bassins versants.

Le développement urbain modifie aussi la forme des canaux fluviaux et des plaines inondables. Les canaux sont souvent redressés, approfondis ou bordés de béton pour transporter l'eau de façon plus efficace. Bien que cela puisse réduire les inondations dans la zone immédiate, il augmente souvent les pics d'inondation en aval en réduisant le temps nécessaire pour que l'eau traverse le système.

Les ordonnances de zonage peuvent restreindre l'aménagement des zones inondables ou exiger l'élévation ou l'inondation des bâtiments. La préservation de l'espace ouvert, la gestion des eaux pluviales et les infrastructures vertes peuvent tous contribuer à réduire les effets de l'urbanisation sur les inondations.De nombreuses collectivités adoptent maintenant une approche de l'aménagement du territoire fondée sur les bassins versants qui tient compte des effets cumulatifs du développement sur l'ensemble du paysage.

Les modèles climatiques et l'intensité des précipitations

Les inondations surviennent lorsque les précipitations dépassent la capacité des terres à les absorber ou que les cours d'eau et les cours d'eau les transmettent. L'intensité, la durée et l'étendue spatiale des précipitations influent toutes sur l'ampleur des inondations. Les précipitations de courte durée et de haute intensité peuvent provoquer des inondations éclairs dans les zones urbaines et les petits bassins versants, tandis que les précipitations de longue durée et généralisées peuvent entraîner des inondations importantes.

Les changements climatiques modifient les précipitations dans de nombreuses régions du monde. Les températures plus chaudes augmentent la capacité de rétention de l'eau de l'atmosphère, ce qui entraîne des précipitations plus intenses.C'est déjà le cas dans de nombreuses régions, où la fréquence et l'ampleur des précipitations extrêmes augmentent.

L'analyse de la fréquence des inondations utilise des données historiques sur les précipitations et les débits de cours d'eau pour estimer la probabilité d'inondations de différentes grandeurs. Ces analyses servent à concevoir des structures de lutte contre les inondations et à définir des zones d'inondation à des fins d'assurance et de réglementation.

Évaluation et cartographie des risques d'inondation

Comment les zones de crue sont déterminées

Aux États-Unis, la FEMA est chargée de produire des cartes des taux d'assurance contre les inondations (FIRM) qui montrent les limites des zones spéciales de risque d'inondation (ZHAP), soit 1 % ou plus de risques d'inondation au cours d'une année donnée, soit la plaine inondable de 100 ans. Les FIRM sont fondés sur des études détaillées du débit des rivières, des précipitations et de la topographie, et sont mises à jour périodiquement pour tenir compte des changements dans l'utilisation des terres et l'hydrologie.

Le processus de cartographie des zones inondables comporte plusieurs étapes. Premièrement, les hydrologues estiment les débits associés aux inondations de différentes périodes de retour, comme les inondations de 10 ans, de 50 ans et de 100 ans. Ces estimations sont basées sur des analyses statistiques des données historiques sur les débits et sur des modèles de ruissellement des précipitations. Ensuite, les modèles hydrauliques servent à simuler les élévations de surface de l'eau qui résulteraient de ces débits, en tenant compte de la géométrie du chenal et de la plaine inondable.

Les progrès technologiques améliorent l'exactitude et l'accessibilité des cartes des inondations. Les données lidar à haute résolution, les images satellitaires et les modèles informatiques permettent d'évaluer les risques d'inondation de façon plus détaillée et dynamique. Les outils de cartographie en ligne, comme FEMA’ le Centre de services de cartes des inondations et le programme national de services météorologiques de la NOAA; le programme de cartographie des inondations, permettent au public d'avoir facilement accès à l'information sur les risques d'inondation.

Limites des cartes d'inondation

Les cartes des inondations sont des outils précieux, mais elles ont des limites. Elles sont basées sur des modèles qui simplifient les processus naturels complexes et ne permettent pas de saisir tous les scénarios d'inondation possibles. Les cartes des inondations peuvent devenir obsolètes à mesure que l'utilisation des terres et les changements climatiques modifient le paysage.

Une autre limite est que les cartes des inondations sont souvent produites à l'échelle régionale et ne permettent pas de saisir les variations locales du risque d'inondation. Par exemple, une propriété située sur une colline peut être moins exposée que la zone environnante, même si elle se trouve dans la zone d'inondation cartographiée. Inversement, une propriété située dans une zone de faible altitude et peu drainée peut être plus exposée que la carte ne le suggère.

Malgré ces limites, les cartes des inondations demeurent un outil essentiel pour la gestion des risques d'inondation. Elles servent à établir les taux d'assurance, à orienter les décisions de développement et à orienter la planification des urgences. La compréhension des cartes des inondations peut et ne peut pas nous dire qu'il est important de les utiliser efficacement.

Stratégies d'atténuation

Mesures structurelles

Les structures conçues pour contrôler les eaux de crue et protéger les communautés contre l'inondation. Les levés et les murs de crue contiennent la rivière dans son chenal, ce qui permet de développer la zone protégée. Les barrages et les bassins de retenue stockent les eaux de crue et les libèrent lentement, réduisant ainsi les débits de pointe en aval. Les modifications de la voie, comme l'approfondissement ou l'élargissement de la rivière, augmentent sa capacité de transport de l'eau.

Les mesures structurelles peuvent être efficaces, mais elles présentent des inconvénients, car elles sont coûteuses à construire et à entretenir, elles peuvent créer un faux sentiment de sécurité, encourager le développement dans les zones qui sont encore à risque, et elles peuvent avoir des effets environnementaux négatifs, modifier les écosystèmes des rivières et réduire la connectivité des plaines inondables.

Mesures non structurelles

Les mesures non structurelles d'atténuation des inondations comprennent l'aménagement du territoire, la gestion des plaines inondables, les codes du bâtiment, les assurances et l'éducation du public.Ces mesures ne contrôlent pas directement les eaux d'inondation, mais réduisent la vulnérabilité des personnes et des biens aux inondations.L'aménagement du territoire peut orienter le développement vers les zones inondables.Les règlements de gestion des plaines inondables peuvent exiger que les bâtiments soient surélevés ou protégés contre les inondations.Les codes du bâtiment peuvent préciser les méthodes de construction qui résistent aux inondations.L'assurance peut fournir une protection financière pour les pertes causées par les inondations.

Les mesures non structurelles sont souvent plus rentables et durables que les mesures structurelles, qui peuvent être mises en œuvre progressivement et adaptées aux conditions changeantes, et ont tendance à avoir moins d'impacts environnementaux et peuvent être combinées à d'autres objectifs communautaires, tels que la préservation de l'espace ouvert et l'amélioration de la qualité de l'eau.

Solutions basées sur la nature

Les solutions fondées sur la nature, aussi appelées infrastructures vertes ou adaptation écosystémique, utilisent des processus naturels pour réduire les risques d'inondation, notamment la restauration des terres humides, la reconnection des plaines inondables, le reboisement et l'utilisation de surfaces perméables et de jardins pluviaux dans les zones urbaines.

La restauration des terres humides peut accroître la capacité de stockage des inondations et réduire les débits de pointe. La reconnection des plaines inondables, comme la remise en place des digues pour permettre à la rivière d'accéder à sa plaine naturelle d'inondation, peut rétablir l'atténuation naturelle des vagues d'inondation. Le reboisement des bassins versants peut augmenter l'infiltration et réduire le ruissellement.

Les solutions fondées sur la nature sont de plus en plus reconnues comme une approche rentable et résiliente de la gestion des inondations, qui est souple et peut être adaptée aux conditions locales, et qui offre des avantages qui améliorent le bien-être de la collectivité et la santé environnementale.

Conclusion

Les caractéristiques physiques du paysage, en particulier les vallées fluviales et les plaines inondables, façonnent l'étendue et le comportement des zones inondables. Les vallées fluviales canalisent et contrôlent le débit de l'eau, leur géométrie déterminant si les inondations sont rapides, intenses ou lentes et étendues.

La topographie, la végétation, l'utilisation des terres et les modèles climatiques jouent tous un rôle important dans la détermination des lieux et de la façon dont les inondations se produisent. En utilisant des techniques de cartographie avancées, en préservant et en rétablissant les plaines inondables et en adoptant une combinaison de stratégies d'atténuation structurelles, non structurelles et fondées sur la nature, les collectivités peuvent réduire leur vulnérabilité aux inondations et renforcer leur résilience pour l'avenir.

Que vous soyez propriétaire d'une maison qui cherche à comprendre votre risque d'inondation, un planificateur qui prend des décisions sur l'utilisation des terres ou un gestionnaire des urgences qui se prépare à la prochaine tempête, le paysage physique fournit des indices critiques sur l'endroit où l'eau ira. En lisant le paysage, nous pouvons prendre de meilleures décisions sur l'endroit où construire, comment gérer l'eau et comment nous préparer aux inondations.