Jaugeage de surface par radar vélocimétrique

Transcription

1 Jaugeage de surface par radar vélocimétrique Dramais Guillaume 1, Le Coz Jérôme 1, Duby Patrick 2, Laronne John 3, Pantel Thierry 4. 1 Irstea, UR Hydrologie-Hydraulique, Lyon Pour mieux affirmer ses missions, le Cemagref devient Irstea 2 DREAL Rhône Alpes, Lyon 3 Ben-Gurion University, Beer Sheva, Israel 4 CNR Laboratoire Hydraulique et Mesures, Lyon, 6 & 7 février, Toulouse.

2 2 Les radars vélocimétriques 1. Fonctionnement et mise en œuvre 2. Tests & validation 3. Application au jaugeage des crues

3 3 Intérêt de la méthode Mesure sans contact pour les événements extrêmes Arc-en-Maurienne à St-Avre, débit réservé et crue de mai 2008.

4 4 Fonctionnement des radars vélocimétriques Les ondes sont renvoyées par la rugosité de surface Technologie FMCW à 24.1 GHz Mesure du décalage Doppler Condition de rugosité Effet Bragg (Costa, 2006) V = s VR cos(ϕ) V s : Vitesse de surface V r : Vitesse radar φ : angle incident Costa et al., (2006). Use of radars to monitor stream discharge by noncontact methods. Water Resources Research.

5 5 Fonctionnement des radars vélocimétriques Les modèles testés SVR (Decatur Electronics) RQ 24 (Sommer) Kalesto (Ott) L Ain à Chazey-sur-Ain (2011) La Saône à Lyon ()

6 6 Mise en œuvre des radars vélocimétriques Jaugeage Déploiement depuis un pont sur des verticales successives (30s) Suivi de la hauteur d eau pendant la mesure Connaissance de la bathymétrie de la section stable indispensable Arc-en-Maurienne à St-Avre, 2010.

7 7 Calcul du débit Calcul de la vitesse moyenne V V V m m s =α V s : Vitesse moyenne : Vitesse de surface α: Coefficient de vitesse

8 8 Calcul du débit Coefficient de vitesse α Utilisation des valeurs théoriques : 0,80 (fond rugueux et faible profondeur) 0,90 (fond lisse et forte profondeur) Analyse de précédentes campagnes Campagnes de comparaison Radar/moulinet ou Radar/ADCP Arc α=0.80 Saône α=0.90

9 9 Tests et validation Condition de rugosité - Importance du gain (Radar Kalesto) (Rhône à Surjoux, intercomparaison du Groupe Doppler, 2010)

10 10 Tests et validation Erreur d angle sur l inclinomètre du SVR (Zamler, 2011)

11 11 Tests et validation Erreur d angle sur l inclinomètre du SVR (Zamler, 2011) 5 à 10 % d erreur pour un angle de 45

12 12 Tests et validation Bathymétrie Topographie classique (station totale, niveau) Mesures de profondeur au saumon Bottom track d un ADCP

13 Tests Arc-en-Maurienne (2010) 13

14 14 Tests et validation Champ de vitesse de surface Comparaison ADCP / Surface Velocity Radar (Rhône à Surjoux, 2011) 3,00 2,50 SVR (test 1) SVR (test 2) ADCP (top bins) Surface velocity [m/s] 2,00 1,50 1,00 0,50 0, Distance from left bank [m]

15 Résultats Mesures sur des sites variés Saône, Bourbre (), comparaison ADCP/Radar Arc-en-Maurienne ( ), comparaison saumon, courantomètre EM, LSPIV Rhône à Surjoux (2011) Radar/ADCP Coefficients 1 sur l Ain à Chazey et L Albarine à Pont Saint Denis (sections) Echec sur Gentille 2011 et Rhône 2010 (surface trop lisse) KAL_11:53_12:25 SVR_11:58_12:34 C31_11:51_12:53 LSPIV_12:25 15 Surface velocity [m/s] 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0, Position from left bank [m]

16 Résultats Arc en Maurienne (2010) 16 Technique Débit (m³/s) Ecart à la courbe de tarage Ecart au saumon Jaugeage complet Test B/Test C Test B/Test C Test B/Test C Radar 97 / % / +0.9% -2.7% / +2.7% LSPIV 96 / % / +7.1% -4.2% / +9.1% Saumon surface 109 / % / +9.8% +9.4% / +11.9% Saumon 3 points 102 / % / -2.6% +1.8% / -0.8%

17 Conclusion 17 Avantages Jaugeage des écoulements difficilement mesurables par les méthodes traditionnelles (crues, torrents) Rapidité de mesure, encombrement, coût Essais encourageants ( Q ~ 10%) Inconvénients Mesure de la bathymétrie (avant ou après, hypothèse de stabilité) Calage du coefficient de vitesse (privilégier les sites uniformes) Rugosité de surface Perspectives Test du couplage SVR/PC Portée du SVR Dépouillement avec Barème Actions convention Schapi/Irstea 2011 Tests sur les différents modèles Définition d un protocole de terrain + retours utilisateurs

18 18 Qui et combien? SVR (1,9 à 2,9 k ) Léger, correction d inclinaison jani.andersson@decatureurope.com hydroservices@hydroservices.net RQ 30 (6,5 k ) Stations fixes anhydre@anhydre.com Kalesto (4,7 k ) plus commercialisé

19 19 Pour en savoir plus : Costa et al. (2006). Use of radars to monitor stream discharge by non contact methods. Water Resources Research. Dramais et al. (2011). Utilisation des mesures sans contact pour quantifier le débit des rivières torrentielles. Congrès SHF «L eau en montagne : observer pour mieux prévoir», Lyon. Dramais et al. (2011). Mesures sans contact des débits de crue : avancées et perspectives. Congrès ECOTECH «Capteurs et Systèmes de Mesures pour les applications environnementales», Montoldre. Le Coz et al. (2011). Use of emerging non-intrusive techniques for flood discharge measurements. 5th International Conference on Flood Management (ICFM5), Tokyo, Japon. Zolezzi et al. (). A systematic test of surface velocity radar (SVR) to improve flood discharge prediction. AGU, San Francisco, USA.

20 20 Merci de votre attention