BAUME, J-P.; CERTAIN, F.; MALATERRE, P-O. REY, J.; SALLY, H. Un modele informatique pour la gestion des vanaux d'irrigation

Transcription

1 I BAUME, JP.; CERTAIN, F.; MALATERRE, PO. REY, J.; SALLY, H. Un modele informatique pour la gestion des vanaux d'irrigation IIMI G744 BAD

2 CET ARTICLE EST LE TEXTE D'UNE COMMUNICATION QUE PRESENTERONT LES AUTEURS AUX 16 n JOURNEES EUROPEENNES DE LA CIID QUI AURONT UEU A ~UDAPEST (HONGRIE) EN JUIN 1992., UN MODELE INFORMATIQUE POUR LA GESTION DES CANAUX D'IRRIGATION Application au canal de KirindiOya (SriLanka) JeanPierre BAUME, Frederic CERTAIN, PierreOlivier MAlATERRE, CEMAGREF (') et Jacques REY, Hilmy SALLY, IIMI (.. ) La gestion des canaux d'irrigation est souvent peu satisfaisante du fait de la complexite des systemes consideres. Le recours a un modele informatique hydraulique permet, COURANTS \0 1+ \larsavril 1992 a travers les simulations effectuees, de reproduire et d'evaluer les n2gles actuelles de gestion des canaux et d'en diagnostiquer les dysfonctionnements. n CEMAGREF MONTPELLlER, 361, rue ei.f.breton, B.P. 5095, Montpellier Cedex l. (") International Irrigation Management Institute, PO Box 2075, Colombo Sri Lanka. des recolre, ct done des revenus agricoles cst largement lice aux l;augmentation developpel11t'nts de I'irrigation dans Ie monde. CepcndanL ii est mail1lcnalll eommuncmel1l admis que les il1\'esti, semcnts en irrigation ne donnent pa, Ics resultats C'scomptrs. Parmi Ics raisons qui expliqucnl eelle situation. on mel1lionne Ircquemment ]a rnau\'aise gestion des eanaux de distlibution. en partieulicr dans les pavs en \'oic de developpcmenl. L'cau cst souvent incquitablement repanic ct I'utilisation de eclle eau n'est pas satisfaisante, ce qui entraine des pertcs d'cau dans un contexte de penurie. Des solutions ont ete suggcrees pour amciiorer la distribution de I'eau dans Ics systernes d'irrigation. Les ameliorations sont d'ordre fonctionnrl (pnsc ('n comptl.: ck la sociologic du pcrill1('trc. adaptation des instituts de gestion. etc.; ou d'ordre technique (rehabilitation des canaux, regulation des ouvrages, etc.). L'amdioration technique de la distribution d'eau nccessite une bonne connaissance du comportement hydrauliquc dcs canaux et des ouvrages. Les 43

3 '~ Saisie du reseau I, amodeliser DAl! DCI (unite I) Fel END DC2 FC3 ENDl Sortie graphique PRESS (RETURNI or IESCI ro CU!ITI~UE d'un calcul de ligne d'eau KIRINOI OYA RIGHT BANK ~AIN CANAL en regime permanent (unite II) 47.0 WATER SVRFACE ELEVATION so.()t :;c' Tc ~ moddes numenques d'hydraulique it surface libre sont un bon moven d'obtenir une meilleure connais~ance du fonctionnement de ces svstemes. Ils e\~tent d'avoir recours it I'~xperimentation de terrain et donc de perturbrr Ie fonctionnement operationnel. Le modele est capable de repondre aux principaux problemes qui se posent aux ingenieurs geslionnaires de canaux. En particulier, il pennet de tester des regles de gestion, voife de mettre au point des regulations automatiques. Les techniques complexes de regulation automatique sont souvent trop sophistiquees pour etre utilisees sur des petits canaux dans les pays en voie de devejoppement. D'ol! "idel' d'utiliser Ie modele pour simuler differentes gestions des ouvrages en travers et des l;'lrhllre~. arin d'amcliorer la manuelle. La methodologie proposee par les auteurs est de mettre un modele it la disposition des gestionnaires d'un canal d'irrigation, et que ceuxci I'utilisent de [a~on operationnelle dans la gestion quotidienne du canal, en testant euxmemes les regles de gestion qu'ils voudraient appliquer. Le logiciel doit fonctionner sur un ordinateur de type PC disponible it present dans les organismes de gestion des perimetres, Pour pouvoir ctre utilise par des personnes ayant peu de connaissances en hydraulique et en informatique, Ie modele doit posseder une interface utilisateur la plus coi1\'iviale possible ('t disposer d'une aide en ligne enicace. Le logiciel SIC a etc developpe pour repondre it ces besoins. Le logiciel SIC Le logiciel SIC a etc realise it partir des modeles d'hydraulique a surface libre disponibjes au CEMAGREF, et des interfa\,ages dhcloppt:s dans lr cadre du projet de modelisation du canal de KirindiOva au SriLanka avec!'iimi. Le finan~ement de I'operation a etc supporte it moitie par!c CEMAGREF et i fj10itie par les ministeres des Affaires Etrangeres et de la Cooperation. Un comite de pilotage constitue avec des representants de bureaux d'etude et d'ctablissemellls de rormation a assure Ie sui\i du PlOJtl. La modelisalion est basee sur dl'~ caleu!s d'hydraulique unidimensinl1 neue en regime permanent et transiloire. Le modiie SIC est divlsf ('11 tmi, unites qui peuvent etre lancees scparl' ment ou en sequence. L'UNITE I, ou unite topographique, permet d'introduire au 1110YCI1 d'un editeur graphiquc les donn('c" gcometriques decrivallt Ie canal. ('I COURANTS.No 14 ~larsi\\til 1992

4 f t Les gestionnaires du canal d'irrigation doivent pouvoir utiliser ce modele dans la gestion quotidienne du canal, en testant euxmemes les regles de gestion qu'lls voudraient appliquer genere les fichiers de topographie necessaires pour les autres unites. Les principales originalites techniques de cette unite resident dans Ie classement automatique des biefs afin de raciliter les calculs ulterieurs, en particulier pour la maille. Le programme determine aussi, automatiquement, les points ou il faudra imperativement rentrer des conditions aux Ii mites amont en debit et aval en cote. COllRANTs N" 14 MarsAvril 1992 VUNITE II, ou unite de calcul en regime permanent, permet Ie calcul de la ligne d'eau en regime permanent dans un reseau maille de canaux (on rappelle qu'un reseau est maille quand la repartition des debits dans les divers biefs n'est pas connue a priori). ectte unite peut aussi calculer les ouvertures des prises et des ouvrages en travers, pour satisraire des consignes en debit aux prises et une cote objectif a l'amont des regulateurs. Les resultats sont disponibles sous forme graphique (i I'ecran et sur table trac;ante) et sous forme numerique (i I'ecran, sur fichier ou imprimante). Le calcul de la ligne d'eau s'eltectue de fac;on classique par I'integration numerique de I'equation de la ligne d'eau. Les particularites techniques a remarquer concernent la determination de la repartition des debits dans les biers de maille, ainsi qu'une modeiisation des vannes permettant de simuler, de fac;on continue, leur fonctionnement en regime noye, denoye, en charge ou i surface libre. D'autre part, la modelisation des prises permet de prendre en compte une influence aval, sans avoir a modeliser les secondaires. L'UNITE III, ou unite de calcul en transitoire, permet de calculer la ligne d'eau en transitoire en reseau ramifie. Partant d'une ligne d'eau en regime permanent, die permet de simuler Ie comportement d'un canal soumis a des lachures donnees et a des manceuvres de prises et d'ouvrages en travers. L'elTicacite de la distribution de l'eau aux prises est quantifiee sous forme d'indices de satisfaction, calcules en termes de volumes d'eau et de temps, par rapport a des objectifs de debits demandes aux prises. Les resultats sont disponibles sous forme graphique ou so.us forme numerique (i~cran ou fichier) tout comme pour I'unite II. La modelisation est basee sur l'integration numerique des equations de SaintVenant, par discretisation implicite, suivant Ie schema de Preissman et resolution du systeme lineaire obtenu par la methode du double balayage. 45

5 L'originalite reside dans Ie t\pe de linearisation ado pte au niwau des ouvrages en tra\tfs et dt's prises, L'unite III est fol1rnie SOliS forme de code objet permcttanf d'introduire facilement des modules de regulation, Une des premieres' etudn realisees a I'aide du logiciel SIC s'est faite sur Ie canal principal rive droite de Kilindi Oya, Lors de cette etude. Ie modele SIC n'existait pas en tant sue tel, mais une version tres procht'. dediee au canal de KirindiOva. ctait ~n COUl'S de dcveloppement a\c~ 1'll\IL Ce modele. appe\e RBMC (Right Bank Main Canal), a permis de mettre :iu point Ies interfaces adaptees it une utilisation par les gestionnaires du ca."1al et peut ctre considerc comme une application du logiciel SIC dcdiee a un site particulier. Son application au perimetre KirindiOya Le perimetre irrigue de l\irindi O\a a une surface de j 200 ha, La culture principale est Ie riz qui pe::: produire deux recoltes par an, ma;, certaines parcelles sont prevues pour C:cs cultures maraicheres en saison sechr. du fait de I'insuffisance de la ressourcr ~n eau, I! est alimente en eau p.,r Ie reser voir de Lunuganwehera d\;:1e eapaeite de 198 millions de m 1. Ce reservoir dessert deux canaux primai:es, ['un en rive gauche ([ 600 haj, ['aute en rive droite (3 600 hal, Le canai :i\'e droite PRESS [RETURN] or [ESC] TO CONTINUE \ KIRINOI SANK MAIN est cclui qui a ete n:tenu pour I'etude du fait de [a complcxite de sa gestion. C'est un canal en terre non revctu, de 32 km de long, con<;ll pour un debit de plein bord de 13 mils en tete. Un total de 34 secondai res ou tertiaires est alimente it partir de ce canal. Les ni\'eaux d'eau dans Ie canal sont regles au moyen de """ CAN A L 0 I S C" A R G E '~"+'.."';0l 4, , J~=:::::::::;;==~~~=:=;:~::==~=::::J~JW ~ m rrgulateurs composes de 2 a j vanilcs de fond manuelles, et d'un seui! de securirr arase it la cote de consigne amont. La gestion de ces 1+ regulateurs cst un des points cles pour un bon fonctionnement de I'ensemble du canal. Dans un contexte de penurie d'eau, la gestioll actuelle des OU\Tages n'optimise pas I'utilisation de I'eau, ce qui accentue la pcnurie en fin de saison see he. La premiere phase de!'etude a consiste a calibrer Ie modele et it etudier la gestion manuelle actuelle du canal. L'etude de la gestion des regulateurs repose sur des enquetes menees <lupres des operateurs, et sur des mesures precises de ces operations lors des campagnes de terrain. L'analyse est relativement simple en ce qui concerne les temps, frequences et durees de passages des operateurs, II en est de mcme pour les criteres d'intcrvention a un regulateur (eeart superieur et inlcrieur par rapport it la cote objectif;. Par COJllre, il est beaucoup plus difficile d'analyser et de modcliser Ics methodes d'eyaluation des ou\'erturcs it appliquer aux vannes des regulateurs lors d'ulle manceuvrc, Ces methodes som Ie fruit d'une experience de plusieurs annees de manipulation, :\insi, l'ollverture appliquee n'est pas uniquement pro portionnelle it l'ecart en cote amont observc. Elle incorpore d'autres para J Sortie graphique,30 d'un,20 hydro gramme calcule en regime transito ire (unite III) metres hydrauliques dont I'operateur a la connaissance intuitive. L'etude et la mise au point du module de simulation de la gestion actuelle des regulateurs est une ctape qui a necessite beaucoup de travail. Ce module a da ctre ame liore de nombreuses fois, afin de sui\te au mieux la complexite des methodes employees. Le module a ensuite perrnis d'etudier la gestion des regulateurs sur certains scenarios realistes degages durant les visites de terrain, et de retrouver les oscillations des ni\'eaux obseryees. Les premieres utilisations Afin d'ameliorer les methodes actuelles de la gestion manuelle, on a envisage des modifications des regles d'intervention des operateurs, basees sur des informations dont ils disposent ou pourraient disposer facilement. Ces nou\'elles regles ont ete testees sur lcs scenarios retenus et comparees aux resultats dt' la gestion actueile. L'e\aluatioll des performances de la gestion se base sur I'etude des indices de satisfaction aux prises, et sur les temps de stabilisation des niveaux aux regulateurs. Plusieurs scenatios Ont pu etre ('tudies grace au modele et, en particu1ier. un scenario corrcspondant it un chan gement de debit en tcte de canal. Dans celle hypothese, les reglrs actuelles de gestion du canal pennettent de stabiliser la ligne d'eau, mais les nouvelles conditions d'equilibre ne sont atteintes qu'apres plusicurs jollrs et de nombreuses manipulations aux ouvrages. Le protocole suivant perrnet de srabiliser I~ canal en une journee : Ie gestlonnalre simule l'etat initial a\ee IT\,TTE IT, pui, il,imule 1'('1;\t fil1;\1 pour calculer l'ouverture des regula. teurs pour Ie nouveau debit. II simulc la prop~gation de la lachure a\ec ('UNITE III sans operation aux ouvrages, pour determiner les temps d'arri~ees et la ha.uteur de la vague aux r~gulateurs. II slmule la meme propagation avec une manceuvre it mi COllRANTS N 1+ :VIarsAvril 1992

6 'ague, ou en debut de vague, suivant cs Ouctuations tolcrees. II peut voir llors, sur Ie modelc, la reponse de son 'anal et indiquer a chaque operateur a uelle heure il devra man<ruvrer et la valeur de l'ouverture a appliquer. Les premieres utilisations du modele ont ete realisees par l'limi, mais a present Ie modele est implante sur Ie site, et Ie gestionnaire commence a l'utiliser pour resoudre ses problemes de gestion quotidienne. La premiere phase d'appropriation du modele commence par un entrainement a l'utilisation du logiciel, Ie gestionnaire cherche a modeliser les incidents se produisant sur Ie canal, et comprend ainsi Ie fonctionnement global de l'ouvrage. Par exemple, il modelise l'inouence d'une ouverture illicite d'une prise pendant la nuit et voit les consequences sur I'ensemble du canal La deuxieme phase en cours de realisation doit amener Ie gestionnaire a chercher luimeme les meilleures reponses aux problemes de gestion rencontres sur Ie canal. et a metlrr en place les nouvelles r 'glcs de fa<;on operationnelle. Conclusion Beaucoup de modeles mathematiques de simulation des ecoulements ont deja ete utilises pour etudier I'hydraulique des rivieres ou des canaux a travers Ie monde. ~lais l'interet de cette etude reside dans I'utilisation operationnelle du modele pour ameliorer les procedures de gestion manuelle d'un canal d'irrigation, et pour proposer des procedures plus perforrnantes. Le logiciel SIC est un outil de simulation hydraulique des canaux d'irrigation bien adapte a ce type d'utilisation. II allie la comivialite de I'interfa<;age a la puissance des modules de caleul. Cette ergonomie lui donne des possibilites, tant au ni\'cau de I'exploitation d'un canal que de la conception ou de la formation aux problemes de la regulation des transferts d'eau. Le logiciel SIC est commercialise par Ie CE~LA.GREF qui anime un club des utilisateurs pour communiquer les derniers developpements et maintenir un contact entre les difterents utilisateurs. L'utilisation du modele SIC par divers operateurs perrnet d'enrichir Ie produit, par exemple en ce qui concerne les modeles de regulation standard.