Les technologies IT au service de la. Application àl ORBE. Présentation: Dr Philippe Heller

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1 Les technologies IT au service de la prévision de débitd Application àl ORBE Présentation: Dr Philippe Heller ARPEA AG

2 EIA FR -- e-dric.ch -- EPFL Trépied EPFL Apprendre et innover e-drich Mettre en oeuvre EIA-FR Former et tester ARPEA AG

3 4 activités Prévision des crues et des inondations Prévision de production d hydroélectricité Eaux usées Hydraulique numérique ARPEA AG

4 Les questions posées Prévision des crues - Les cours d eau vont-ils déborder demain? - Quelle sera l ampleur des dégâts potentiels? - Quand faut-il évacuer des populations exactement? -Quandfaut-il mettre en place des mesures de renforcementdes digues? - Comment réguler les réservoirs pour contrôler les débits de crue? Les questions = Quand Où-Combien ARPEA AG

5 Références Online Flood Forecast for Canton Bern Online Flood forecast for Canton of Tessin Online Flood forecast for Rhone river in Valais Online Flood forecast for Canton Fribourg Online Flood forecast for Canton Nidwald Online Flood forecast for Conseil Général du Haut-Rhin AET Ticino FM Châtelot(EDF, Groupe-e, FM La Goule) Grande Dixence (Hydro-Exploitation, Alpiq) Massa (Hydro-Exploitation, Alpiq) Emosson (Alpiq) FM Gougra(Alpiq) EE Simplon (Alpiq) GKW (Alpiq, BKW, Groupe E) Sarine (Groupe E) Areuse(Viteos) SI Genève SEFA Aubonne FM Mauvoisin(AXPO) Romande Energie SA GIH (France) Elektrizitätsdezirk Schwytz AG KW Hinterrhein Prévision des crues Cumulé, plus de 70 années horaires de retour d expérience Valeur ajoutée à cause du lien direct avec les utilisateurs ARPEA AG

6 La réponse apportée Prévision des crues Pas seulement une prévision des débits mais Système d information online ARPEA AG

7 Prévision des crues Très peu utile - sans confiance km bassins tronçon de cours d eau points d information 150 stations météo 300 stations de débits Principaux lacs, jonctions, prises d eau Information horaire Mise àjour 2 x par jour Jusqu à 30 heures en avance (libre) - seulement des données de débit, pas assez d information ARPEA AG

8 La réponse apportée Prévision des crues Pas seulement une prévision des débits mais Système d information online Cours d eau, lacs et réservoirs, zones inondables, stations météo, bassins versants, ouvrages Mise àjour minimum 1x/heure Jusqu à 10 jours en avance, horaire Prévision probabiliste(fourchette) Alertes SMS/ courriel / Internet Service de piquet / conseil en direct Technologie : Simulation continue pluie-débit RS2012, utilisation des modèles météo numériques, autocorrection avec mesures temps-réel (débit, précipitation) ARPEA AG

9 WebGIS swissrivers.ch Prévision des crues Toute l information importante accessible par l interface géographique est présentée sous forme de série temporelle (graphes). Les courbes peuvent être combinées superposées et exportées sous forme de table. Graphe présentant la prévision de débit de 1 à 10 jours en avance au réservoir de Rossinière, partie amont du bassin versant de la Sarine. ARPEA AG

10 WebGIS swissrivers.ch Prévision de crue Un outil d analyse spatio-temporelle et de comparaison permet de présenter sous forme de cartes toutes les informations importantes dans la formation des débits. Les précipitations moyennes, les hauteurs de neige, les zones de production de l écoulement, les cours d eau surchargés sont directement identifiables. Carte de synthèse du bassin versant de la Sarine durant une crue. La fonte de neige et le débit moyen de la rivière, ainsi que les volumes entrant dans les réservoirs et les volumes libres sont visibles en un coup d oeil. ARPEA AG

11 WebGIS swissrivers.ch Prévision des crues Le système d information est 100% redondant(provider Internet, base de donnée, centre de calcul, serveur web). Le système garantit l acquisition de données issues de multiples sources, le calcul et la maintenance, ainsi que la diffusion web sur tous les supports (PC, Pads, Smartphones). La modélisation ou simplement la diffusion web peuvent être réalisées par le système. Les technologies open-source sont utilisées (OpenLayer, MySQL, MapWindowGIS,...) afin de garantir l évolutivitédu système. Fonctionnement du système d information redondant. Acquisition des données externes, archivage, calcul et diffusion web, le tout visible (Laptop, Pad, Smartphone) par une simple adresse web. ARPEA AG

12 Modèle pluie-débit Modèles numériques de prévisions ECMWF, COSMO, LEPS Modèle à base physique Fonte de neige Fonte glacière Evaporation Humidité du sol Routage dans les cours d eau Prise d eau, réservoirs Pompe-turbines Règles opératives RS2012 Information online Débit Niveau des lacs Précipitation, température Production à la turbine Données historiques Visualisation cartographique ARPEA AG

13 Choix du modèle Modèle pluie-débit Modèle pluie-débit Bases physiques morphologie, paramètres, description des processus Données externes mesurables Météo, couverture neigeuse Inférence Relation cause-effet, analyses de sensibilité, séparation de l influence des paramètres Prédiction D-1-- D-5 non-linéarité des processus faible inertie lignes rupture Extrapolation bassins non-gaugés prévisions saisonnières Potentiel d amélioration nouvelles données nouveaux processus ARPEA AG

14 Modèle pluie-débit Concept Modèle conceptuel semi-distribué Découpage en bassins versants 1 bassin versant = 1 modèle en réservoirs P, T Snow ETP Peq Soil P, T Hn, T Snow Glacier Peq Peq GL Qs RN RGL QNGL QGL Qtot ARPEA AG

15 Modèle pluie-débit Mattmark, 100 Mio m 3, August 2006 Z (m s.m.) Bandes d altitude Effets thermiques Pluie-neige Stock et fonte de neige Glaciers Bassins versants et bandes d altitude T(t) 0 C ARPEA AG

16 Performance Performance opérationnelle Transparence de la qualité de prévision Monitoring continu de la qualité, archivage des prévision 2x / jour Prévision court terme: MAE = 10% (24h en avance) -> standard inégalé Prévision saisonnière: réduction de moitié de l erreur de la moyenne multiannuelle Mesure Prévision à 24h 25% 10% ARPEA AG

17 Performance Performance opérationnelle Electra-Massa ( ) Barrage de Gebidem, 300 km 2, bassin alpin, Glacier d Aletsch La suite du trend? Gebidem flow (m 3 /s) 18% Observé Prévision 24h MAE 9% MAE (%) ARPEA AG

18 Eaux usées ARPEA AG

19 Eaux usées Les questions posées (exemples réels) - Faut-il vraiment une nouvelle STEP à Lausanne( EH)? Ne doit-on pas plutôt passer la ville en séparatif? Oui, il faut une nouvelle STEP (150 Mio CHF). Le passage en séparatif de la ville augmenterait le niveau de pollution global (rejets non traités). Il faut continuer d acheminer les eaux pluviales de la ville vers la STEP. - Comment dimensionnerla conduite d adduction de la nouvelle STEP de Roche/Villeneuve? (conduite de 20 km, sous-lacustre, EH). Que vat-il se passer en 2040? La population va augmenter de 30%. Nous avons identifié les BV produisant un excédent d eau parasite. Nous savons exactement combien d eau arrive à la STEP et d où elle vient (modèle de référence). Sur cette base, nous modifions le modèle de référence (EH, imperméabilisation) et simulons les écoulements pour des scénarios d évolution de la population et du territoire. ARPEA AG

20 Eaux usées Les questions posées (exemples réels) - La station de pompage de Pont-de-Vaux est-elle sousdimensionnée? Le réservoir déverse sans cesse. La commune de Yens n a-t-elle pas réalisé les travaux de mise en séparatif annoncés? Non, car la majorité de l eau pompée provient d infiltrations d eau de nappe lors des périodes humides. Ce sont les conduites d amenées qui sont défectueuses. - Comment absorber les débits futurs avec une population en forte augmentationàla STEP de Morges? Certaines communes ont un mauvais taux de séparatif ou des eaux claires permanentes excessives, ce sont sur elles qu il faut agir pour éviter de surdimensionner les ouvrages. ARPEA AG

21 Eaux usées : bassin urbain Modèles numériques de prévisions ECMWF, COSMO, LEPS Modèle Fonte des neiges Fonte des glaciers Evaporation Humidité du sol Routage Retenues, lacs de barrage Pompes, turbines Régulation de retenues RS2012 RS2012 City Réseau d assainissement Pompes Bassin de rétention Sites de mesure Polluants (NH4, TSS, DCO) Prévision online Débits Niveau d eau d Précipitation, Température Production ARPEA AG

22 Eaux usées Questions posées Comment gérer les eaux usées hospitalières du CHUV (700 lits)? Traitement localisé? Que se passe-t-il avec l extension de l hôpital (> 1000 lits)? Avec un système de gestion en temps réel (Real-Time Control) et un bassin de rétention de 300 m 3 il est possible de traiter 99.9% des eaux de l hôpital à la future STEP de Vidy. ARPEA AG

23 Notre réponse Eaux usées L exploitation maximale d un bon modèle de simulation pluie-débit RS2012-City. - Données d entrée détaillées - Bonne représentation des débits à la STEP - Vérification ponctuelle sur le réseau (pollutif, hydraulique) Meilleure connaissance du réseau ARPEA AG

24 Eaux usées Notre réponse Informations fournies par la modélisation Bilan hydraulique et pollutif global (réseau + STEP) Déversements de polluants dans l environnement Répartition des écoulements par BV Composantes des écoulements (eau usée, eau d infiltration, eau pluviale) Capacité et limites du réseau ARPEA AG

25 Milieu récepteur = élément central Météorologie APPROCHE STORM Hydrologie naturelle Cours d eau Hydrologie urbaine STEP ARPEA AG

26 STEP Monitoring temps-réel Informations fournies par la plateforme webgis swissrivers.ch Débit et concentration NH4 à la STEP gain énergétique potentiel 20% Rétention des eaux usées limitation des déversements Anticipation des apports à la STEP optimisation de l exploitation (catalyseurs) ARPEA AG

27 Merci pour votre attention ARPEA AG