Modèle réduit d un évacuateur en marches d escalier pour un barrage écrêteur de crues au Sultanat d Oman

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1 L union de SOGREAH et COTEBA Modèle réduit d un évacuateur en marches d escalier pour un barrage écrêteur de crues au Sultanat d Oman SYMPOSIUM AG du CFBR ENSE3, Saint-Martin d Hères, 31 Janvier 2013 Pierre-Etienne LOISEL, Pierre JEHANNO, Dr Claude GUILBAUD ARTELIA Eau et Environnement, France Saleh AL HADHRAMI Ministère des ressources en eau, Oman

2 SOMMAIRE 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 09/02/2013 ARTELIA 2 5. Conclusions

3 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 5. Conclusions 09/02/2013 ARTELIA 3

4 Contexte Juin 2007 : Le cyclone GONU frappe Oman Juin 2010 : Le Cyclone PHET touche la même zone 70 morts 4 Milliards $ de dommages Q ~ 2500 m 3 /s dans l oued Samail 09/02/2013 ARTELIA 4

5 Contexte Le gouvernement Omanais lance des projets d aménagement contre les inondations sur différents Oueds en amont de la capitale Mascate, notamment l Oued Samail. Zones urbaines Barrage New Al Khawd Mascate Bassin versant = 1633 km² Gonu ( 500 ans) ~ m 3 /s Q 10,000 = 8,400 m 3 /s Q PMF = 11,400 m 3 /s 09/02/2013 ARTELIA 5

6 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 5. Conclusions 09/02/2013 ARTELIA 6

7 Le barrage New Al Khawd Hauteur du BCR : m Hauteur du remblai : m Volume de retenue : 77.2 Mm 3 Crue de projet : 8400 m 3 /s (28 m³/s/m) Crue de sécurité : m 3 /s (38 m³/s/m) Largeur de l EVC : 300 m Crête à profil Creager Hauteur de marches : 1.20 m Pente : 51.3 Barrage BCR EVC à marches Barrage latéral en remblai 09/02/2013 ARTELIA 7

8 Le barrage New Al Khawd 09/02/2013 ARTELIA 8

9 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 5. Conclusions 09/02/2013 ARTELIA 9

10 Etude sur modèle réduit 1. Objectifs de l étude sur modèle - Capacité du seuil - Conditions d écoulement sur les marches - Dissipation d énergie dans le bassin aval 2. Présentation du modèle - Surface libre Similitude de Froude - Echelle 1/70 = compromis entre : - Contrainte contractuelle = représenter toute la largeur - Modèle le plus grand possible - Matériau affouillable en fond de bassin - Tronçon aval de 500 m loi H/Q aval - Possibilité de changer la hauteur de marches (1.20m 2.40m) 09/02/2013 ARTELIA 10

11 Etude sur modèle réduit 3. Principaux résultats Loi H/Q et hauteur d eau sur les marches : Déterminer la revanche Déterminer la hauteur de bajoyers 09/02/2013 ARTELIA 11

12 Etude sur modèle réduit Conditions d écoulement le long des marches pour le débit de projet (dernière configuration testée) 09/02/2013 ARTELIA 12

13 Etude sur modèle réduit 3. Principaux résultats Bassin de dissipation : Estimation du risque d affouillement Réduction de la profondeur et de la longueur du bassin Economies d excavations d environ m³ 09/02/2013 ARTELIA 13

14 Etude sur modèle réduit Conditions d écoulement dans le bassin de dissipation pour le débit de projet (dernière configuration testée) 09/02/2013 ARTELIA 14

15 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 5. Conclusions 09/02/2013 ARTELIA 15

16 Essais paramétriques additionnels Paramètres intéressants pour la question de la dissipation d énergie 1. Débit minimum pour atteindre le régime d eaux blanches : Résultats d essais en accord avec Chanson Ohtsu et al. proposent des valeurs légèrement supérieures Boes et Minor sont 10% plus bas 09/02/2013 ARTELIA 16

17 Essais paramétriques additionnels Paramètres intéressants pour la question de la dissipation d énergie 2. Point de début d entrainement d air : Résultats d essais en accord avec Boes 09/02/2013 ARTELIA 17

18 Essais paramétriques additionnels Mesure de l énergie résiduelle au pied des marches Plusieurs formules empiriques établies pour déterminer la hauteur de charge restante au pied des marches (régime uniforme atteint ou non) : Yasuda et Ohtsu 2004, Boes et Hager 2002, basé sur Chanson 1994, Tatewar et Ingle 1996, Vischer et Hager 1998, basé sur des résultats obtenus par Christodoulou en ATTENTION! = mesures de hauteur d eau et de vitesse d écoulement particulièrement hasardeuses sur un coursier à marches d escalier! Methodologie utilisée sur le modèle : a) Ajustment du ressaut hydraulique au pied des marches, b) Mesure de y 2 en aval du ressaut, c) Calcul du y 1 equivalent, d) Déduction de la charge résiduelle ² 1 09/02/2013 ARTELIA 18

19 Essais paramétriques additionnels Mesure de l énergie résiduelle au pied des marches h c Dissipation croissante H dam H max Avec. critique = hauteur H res Débit croissant 09/02/2013 ARTELIA 19

20 Essais paramétriques additionnels Mesure de l énergie résiduelle au pied des marches Effets d échelle dus au facteur d échelle important (1/70) Cependant, les résultats restent du côté de la sécurité (dissipation légèrement sousestimée) Mesures sur modèle : Cohérentes avec Ohtsu et al. Pour les deux hauteurs de marches et pour toute la gamme de débits, Différence importante avec Boes & Minor (plus pessimiste de 40% à 75% que nos mesures) Différence importante avec Vischer & Hager (plus optimiste de 150% à 170% que nos mesures) Même tendance pour les deux hauteurs de marches testées Dans la gamme de débits testés, la dissipation est de 1.0 à 1.1 fois plus efficace avec 2.40m de hauteur de marches qu avec 1.20m. 09/02/2013 ARTELIA 20

21 1. Le contexte 2. L aménagement de l oued Samail 3. Le modèle physique de l évacuateur à marches 4. Essais paramétriques complémentaires à vocation R&D 5. Conclusions 09/02/2013 ARTELIA 21

22 Conclusions Bénéfices de l étude sur modèle réduit Le fonctionnement des évacuateurs à marches est toujours un sujet de R&D (nombreuses publications ces dernières années) ARTELIA/SOGREAH participe à cet effort de recherche, notamment avec son laboratoire (Grenoble, France) Le modèle réduit est l outil le plus adéquate, le plus précis et le plus fiable pour l optimisation des ouvrages hydrauliques complexes, en particulier pour l étude de phénomènes complexes, tels que la dissipation d énergie par entrainement d air sur les marches d escalier. Il permet notamment : Des économies substantielles en évitant un surdimensionnement inutile (excavations, volumes de béton) Une garantie technique du dimensionnement hydraulique. 09/02/2013 ARTELIA 22

23 Conclusions Prochaines étapes : Consultation des entreprises en cours Début du chantier vers la mi 2013 Supervision de la construction par ARTELIA E&E 09/02/2013 ARTELIA 23

24 Merci pour votre attention!