Numerical modelling of the Vaugris reservoir on the Rhône with Telemac 3D

Water Qualit

La qualification de différents systèmes de mesures de débit en rivière par les jaugeages : une expérience à partager

Ce document présente une synthèse des principales techniques de mesure et de contrôle des débits en rivière. Les avancées technologiques majeures ont eu lieu au cours des vingt dernières années avec le développement des techniques ultrasonores, radar et vidéo. Il sera montré les limites d'utilisation de ces équipements et/ou les précautions que l'utilisateur doit mettre en œuvre. Il sera rappelé le contexte et les difficultés des mesures de débit en rivière qui sont très différentes des mesures de débit en laboratoire. En effet, les mesures sur site sont dépendantes des apports naturels ou de manœuvres d'ouvrages industriels ainsi que de l'évolution morphologique de la rivière, notamment approfondissement du lit ou atterrissement suite aux crues. Les essais en laboratoire sont plus facilement programmables aussi bien en termes de nombre d'essais de mesure, de gamme de débit à tester ou bien de la forme des sections d'écoulement à représenter. Quelques-unes de ces techniques de mesure seront illustrées au travers de l'expérience CNR pour sa concession ou via le partage avec d'autres organismes. Le panel des méthodes peut se répartir selon les axes suivants : jaugeage selon méthode volumique (pesée, dilution) ou discrétisation du champ de vitesse (exploration du champ des vitesses avec courantomètre ou profileur) et loi de transfert (loi hauteur débit seuil, rivière ou ouvrage hydraulique, index vitesse avec ultrason immergé ou radar Doppler, LSPIV). Toutes ces méthodes présentent des avantages et des inconvénients. Il convient pour chacune d'elles, surtout pour les technologies innovantes, de les tester et les comparer avec des méthodes éprouvées. La validation interviendra souvent après une période d'observation. Après cette phase d'ajustement, ces équipements fourniront des données avec une fiabilité contrôlée. En effet, il faut souvent du temps pour explorer la gamme d'utilisation complète d'un équipement in-situ et pouvoir détecter ses limites ou le valider. Dans le domaine de l'hydrométrie, l'amélioration de ces processus de mesure passe souvent, pour ne pas dire toujours, par le partage de l'expérience entre différents organismes. En effet, les enjeux et la typologie des rivières sont tellement différents qu'il est souhaitable de mutualiser les connaissances pour progresser efficacement

Conférence invitée : La qualification de différents systèmes de mesures de débit en rivière par les jaugeages : une expérience à partager

Validation of river flow measurement systems by gauging: a practice to share. This paper summarizes the main techniques for measuring and controlling river flows. Most of technological advances have been made in the course of the last twenty years with the development of ultrasound, radar and video technical. The limits of use of these equipments and / or precautions that the user must implement will be highlighted. It will be reminded the context and challenges of river flow measurements that are very different in the laboratory. Indeed, in situ measurements are dependent on natural inputs or hydraulic structures operations as well as the morphological evolution of the river, including deepening of the bed or further aggradation following the floods. It’s easier to plan laboratory tests in terms of repetition tests of measuring range or the shape of the flow sections to represent. Some of these measurement techniques will be illustrated by CNR experience for its concession or through experience shared with other agencies. The range of methods can be divided in the following areas : gauging method according to volume (weighing, dilution) or discretization the field velocity (exploration of the velocity field with current meter or profiler) and transfer law (rating curve for weir in river or hydraulic structure, index velocity with its ultrasound sensors immersed or non intrusive sensors like radar and LSPIV). All these methods have advantages and disadvantages. It is suitable for each of them, especially for innovative technologies to test and compare them with proven methods. Most of the time, validation will occur after a period of observation. After this adjustment phase, the equipment will provide data which reliability has been controlled. In fact, it often takes time to be able to scan the full range of use of equipment in situ and to detect its limitations of uses in order to validate them. In the field of hydrometry, improving the measurement process goes often, if not always, through the sharing of experience between different organizations. Indeed, the issues and the types of rivers are so different that it is desirable to gather the knowledge to move forward efficiently.Ce document présente une synthèse des principales techniques de mesure et de contrôle des débits en rivière. Les avancées technologiques majeures ont eu lieu au cours des vingt dernières années avec le développement des techniques ultrasonores, radar et vidéo. Il sera montré les limites d’utilisation de ces équipements et/ ou les précautions que l’utilisateur doit mettre en oeuvre. Il sera rappelé le contexte et les difficultés des mesures de débit en rivière qui sont très différentes des mesures de débit en laboratoire. En effet, les mesures sur site sont dépendantes des apports naturels ou de manoeuvres d’ouvrages industriels ainsi que de l’évolution morphologique de la rivière, notamment approfondissement du lit ou atterrissement suite aux crues. Les essais en laboratoire sont plus facilement programmables aussi bien en termes de nombre d’essais de mesure, de gamme de débit à tester ou bien de la forme des sections d’écoulement à représenter. Quelques-unes de ces techniques de mesure seront illustrées au travers de l’expérience CNR pour sa concession ou via le partage avec d’autres organismes. Le panel des méthodes peut se répartir selon les axes suivants : jaugeage selon méthode volumique (pesée, dilution) ou discrétisation du champ de vitesse (exploration du champ des vitesses avec courantomètre ou profileur) et loi de transfert (loi hauteur débit seuil, rivière ou ouvrage hydraulique, index vitesse avec ultrason immergé ou radar Doppler, LSPIV). Toutes ces méthodes présentent des avantages et des inconvénients. Il convient pour chacune d’elles, surtout pour les technologies innovantes, de les tester et les comparer avec des méthodes éprouvées. La validation interviendra souvent après une période d’observation. Après cette phase d’ajustement, ces équipements fourniront des données avec une fiabilité contrôlée. En effet, il faut souvent du temps pour explorer la gamme d’utilisation complète d’un équipement in situ et pouvoir détecter ses limites ou le valider. Dans le domaine de l’hydrométrie, l’amélioration de ces processus de mesure passe souvent, pour ne pas dire toujours, par le partage de l’expérience entre différents organismes. En effet, les enjeux et la typologie des rivières sont tellement différents qu’il est souhaitable de mutualiser les connaissances pour progresser efficacement.Pierrefeu Gilles. Conférence invitée : La qualification de différents systèmes de mesures de débit en rivière par les jaugeages : une expérience à partager . In: 35es journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013. 2013

Les enjeux de la mesure hydrométrique pour les aménagements à buts multiples du Rhône

Issues of hydrometric measurements for the exploitation of the Rhone river in France. Compagnie Nationale du Rhône was given the concession of the Rhone River to develop and operate it according to three main missions : irrigation, hydroelectric production and navigation. These missions result in the following issues : safety of users and residents of the waterside closely linked to the safety of dams, plants, locks, etc. ; non-aggravation of floods by strictly following operation instructions ; respect of the minimal flow on the natural branch of the Rhone River to maintain ecosystems ; navigability of the navigable channel of the Rhone River and announcement of the navigation restrictions during floods ; optimization of hydroelectricity production. To respond to these issues, the state of the Rhone River catchment must be known very precisely at anytime. That means that CNR need hydrometric measures of quality, available frequently and in real-time, with some metadata. Therefore CNR installed about 250 hydrometric stations with automatic transmission, on the Rhone River catchment. A team specialized in hydrometry is dedicated to this network’s management and supervision, to gaugings, to surveys on benchmark levels, etc. Their tasks are based on a complete information system built around HYDROMET software, developed to store and manage the hydrometric data.La Compagnie Nationale du Rhône est concessionnaire et aménageur du fleuve Rhône et producteur indépendant d’hydroélectricité. Ses missions historiques autour de la production hydroélectrique, de la navigation et de l’irrigation présentent les enjeux principaux suivants : sécurité des usagers et des riverains associée à celle des ouvrages ; non-aggravation des crues par le respect des consignes d’exploitation ; respect du débit réservé sur le Rhône court-circuité pour le maintien des écosystèmes ; navigabilité du chenal navigable du Rhône et déclenchement, le cas échéant, des Restrictions de Navigation en Période de Crue ; optimisation de la production hydroélectrique. Répondre à ces enjeux passe par une bonne connaissance de l’état du bassin versant du fleuve Rhône à tout instant. Ainsi, la CNR a besoin de mesures hydrométriques de qualité, disponibles rapidement et fréquemment, et bien documentées. La CNR a ainsi installé quelque 250 stations hydrométriques télétransmises sur le bassin versant du Rhône. Une équipe spécialisée en hydrométrie est dédiée à la gestion et à la supervision du réseau, à la réalisation de jaugeages, à la surveillance du zéro d’échelle, etc. Elle s’appuie dans sa tâche sur un système d’informations complet centré autour du logiciel HYDROMET, développé pour stocker et gérer les données hydrométriques.Legrand Sébastien, Jouve Daniel, Pierrefeu Gilles. Les enjeux de la mesure hydrométrique pour les aménagements à buts multiples du Rhône. In: 35es journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013. 2013

Les enjeux de la mesure hydrométrique pour les aménagements à buts multiples du Rhône

La Compagnie Nationale du Rhône est concessionnaire et aménageur du fleuve Rhône et producteur indépendant d'hydroélectricité. Ses missions historiques autour de la production hydroélectrique, de la navigation et de l'irrigation présentent les enjeux principaux suivants : sécurité des usagers et des riverains associée à celle des ouvrages ; non-aggravation des crues par le respect des consignes d'exploitation ; respect du débit réservé sur le Rhône court-circuité pour le maintien des éco­systèmes ; navigabilité du chenal navigable du Rhône et déclenchement, le cas échéant, des Restrictions de Navigation en Période de Crue ; optimisation de la production hydroélectrique. Répondre à ces enjeux passe par une bonne connaissance de l'état du bassin versant du fleuve Rhône à tout instant. Ainsi, la CNR a besoin de mesures hydrométriques de qualité, disponibles rapidement et fréquemment, et bien documentées. La CNR a ainsi installé quelque 250 stations hydrométriques télétransmises sur le bassin versant du Rhône. Une équipe spécialisée en hydrométrie est dédiée à la gestion et à la supervision du réseau, à la réalisation de jaugeages, à la surveillance du zéro d'échelle, etc. Elle s'appuie dans sa tâche sur un système d'information complet centré autour du logiciel HYDROMET, développé pour stocker, gérer et diffuser les données hydrométriques

Incertitudes sur les débits issus des courbes de tarage

Uncertainty of discharge measured with relating curve between level and discharge. The Compagnie Nationale du Rhône (CNR) manages the French section of the Rhône river. For it, it uses its hydrometrics network composed of about 150 stations installed along the Rhône river and its main tributaries. Most of these stations permit to calculate the flow rate thanks to a water level measurement and a stage-discharge curve which indicates the flow rate as a function of the water level. Knowledge of these curves and their associated uncertainty are thus essential for the management of the Rhone. This paper shows the studies realised by CNR, assisted by CETIAT, to estimate this associated uncertainty. First, the general method to estimate uncertainty in the flow rates calculated using stage-discharge curves is described. Then, this method is applicated to the stage-discharge curve of the hydrometric station of Beaucaire on the Rhône. The study shows that calculations must be made case by case in order to take in account the characteristics of each site. Whatever the case, the calculated flow rate uncertainty cannot be less than the reference gauges uncertainty. Nowadays, it appears difficult to obtain a flow rate calculated using a stage-discharge curve with an uncertainty much lower than ± 9 %. This method needs a unique curve relating level and discharge, low evolution in time and a lot of gauging. Others methods have to be searched for the case not answered with these criteria.La Compagnie Nationale du Rhône (CNR) assure l’exploitation du Rhône français. Pour cela, elle utilise un réseau d’observations hydrométriques, composé d’environ 150 stations implantées le long du Rhône et de ses principaux affluents. Ces stations permettent de suivre le débit grâce, pour la plupart, à une mesure de niveau et une courbe de tarage (relation hauteur d’eau/ débit) qui permet de transformer ce niveau en débit. La connaissance de ces courbes ainsi que l’incertitude associée sont donc essentielles pour la gestion du Rhône. Le présent document présente les études engagées par la CNR, assistée du CETIAT, pour estimer cette incertitude associée. Tout d’abord, la méthode générale d’estimation des incertitudes sur les débits calculés à partir des courbes de tarage est décrite. Cette méthode est ensuite appliquée au cas concret de la courbe de tarage de la station de Beaucaire sur le Rhône. De cette étude il ressort que les calculs doivent être conduits station par station pour tenir compte des particularités de chaque site. L’incertitude sur les débits calculés ne peut en aucun cas être inférieure à l’incertitude des jaugeages utilisés pour construire la courbe de tarage. Il semble même difficile, à l’heure actuelle, d’afficher un débit calculé à partir d’une courbe de tarage avec une incertitude nettement inférieure à ± 9 %. Cette méthode n’est applicable que pour des courbes de tarage univoque, relativement stables dans le temps et pour laquelle il existe de nombreux jaugeages de référence. D’autres méthodes sont à examiner pour les cas ne répondant pas à ces critères.Olivier Audrey, Pierrefeu Gilles, Scotti Mattia, Blanquart Bertrand. Incertitudes sur les débits issus des courbes de tarage. In: Mesures Hydrologiques et Incertitudes en Hydrométrie et Qualité de l’eau. Paris, 1 et 2 avril 2008. 2008

Incertitudes des mesures de débit réalisées à l'ADCP

Flow rate measurement uncertainty relating to ADCP gauging. Gauging operations serve as the basis for establishing a relation between height and flow rate. This relation then permits calculating the flow rate on the basis of water height recorded at a hydrometric station. Determining flow rate entails a complex measurement process since the parameters measured (section, velocity) can change during measurement, especially in the case of a transient flow. The need to know the values of the flow rates measured with ever less uncertainty led the Compagnie Nationale du Rhône (CNR), with the help of CETIAT metrology laboratory, to carry out an in-depth study on the uncertainty in flow rates measured by the two main methods it applies, i. e. current meter and ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler : water velocity measurement based on the Doppler effect). At first, conclusions of using standards NF EN ISO 748 and NF ENV 13005 are presented to estimate the uncertainty in a flow rate measurement made by a current meter. Then the uncertainty in a flow rate measured by ADCP is estimated in a comparative study between ADCP and the current meter. This analysis is based on standards NF ISO 5725-1 to 6 and NF ENV 13005. This study has led CNR to choose, for its own application a realistic uncertainty of ± 5% for ADCP gauging.Les opérations de jaugeage sont la base de l'établissement d'une relation entre la hauteur et le débit d'un cours d'eau. Cette dernière permet ensuite de calculer le débit au droit d’une station hydrométrique à partir d’une hauteur d’eau enregistrée à cette même station. La détermination du débit est un mesurage complexe car les paramètres mesurés (section, vitesse) peuvent évoluer au cours du mesurage, notamment si l’écoulement est transitoire. La nécessité de connaître, avec une incertitude toujours plus faible les valeurs de débit mesurées a conduit la Compagnie Nationale du Rhône (CNR), assistée du laboratoire de métrologie du CETIAT, à mener une étude approfondie sur l’incertitude de mesure de débit pour les deux principales méthodes qu’elle utilise : le moulinet et l’ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler qui permet la mesure de la vitesse de l’eau basée sur l’effet Doppler). Dans un premier temps, il sera rappelé les conclusions sur l’utilisation des normes NF EN ISO 748 et NF ENV 13005 pour estimer l’incertitude de mesure d’un débit issu d’un jaugeage au moulinet. Puis, dans un second temps, l’incertitude d’un débit issu d’un jaugeage à l’ADCP sera estimée à partir d’une étude comparative entre l’ADCP et le moulinet, analyse basée sur les normes NF ISO 5725-1 à 6 et NF ENV 13005. De cette étude, la CNR retient pour ses applications propres une incertitude de mesure réaliste de ± 5 % pour les jaugeages à l’ADCP.Olivier Audrey, Pierrefeu Gilles, Scotti Mattia, Blanquart Bertrand. Incertitudes des mesures de débit réalisées à l'ADCP. In: Mesures Hydrologiques et Incertitudes en Hydrométrie et Qualité de l’eau. Paris, 1 et 2 avril 2008. 2008

Incertitude des mesures de débit réalisées a l'ADCP

Les opérations de jaugeage sont la base de l'établissement d'une relation entre la hauteur et le débit d'un cours d'eau. Cette dernière permet ensuite de calculer le débit au droit d'une station hydrométrique à partir d'une hauteur d'eau enregistrée à cette même station. La détermination du débit est un mesurage complexe car les paramètres mesurés (section, vitesse) peuvent évoluer au cours du mesurage, notamment si l'écoulement est transitoire. La nécessité de connaître, avec une incertitude toujours plus faible les valeurs de débit mesurées a conduit la Compagnie Nationale du Rhône (CNR), assistée du laboratoire de métrologie du CETIAT, à mener une étude approfondie sur l'incertitude de mesure de débit pour les deux principales méthodes qu'elle utilise : le moulinet et l'ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler qui permet la mesure de la vitesse de l'eau basée sur l'effet Doppler). Dans un premier temps, il sera rappelé les conclusions sur l'utilisation des normes NF EN ISO 748 et NF ENV 13005 pour estimer l'incertitude de mesure d'un débit issu d'un jaugeage au moulinet. Puis, dans un second temps, l'incertitude d'un débit issu d'un jaugeage à l'ADCP sera estimée à partir d'une étude comparative entre l'ADCP et le moulinet, analyse basée sur les normes NF ISO 5725-1 à 6 et NF ENV 13005. De cette étude, la CNR retient pour ses applications propres une incertitude de mesure réaliste de ± 5 % pour les jaugeages à l'ADCP

Coûts et stratégie de gestion des réseaux d'observations hydrométriques

Costs and management strategy of hydrometric observation networks. Setting up hydrometric observation networks is an expensive task but decision makers consent to invest in it because of the necessity to know the hydrology of watersheds, in a patrimonial framework, as well as for direct industrial uses. According to the expected benefits, the expense is considered as desirable. Once the investment has been consented, the operating expense, the operational support, and the data processing are taken into account only partially, as an annual and recurrent work load. But the annual operating expense is significant and can be as high as the cost for setting up the hydrometric observation network itself. Budget managers are highly tempted to try to reduce the costs. However, the investment must be related to life, property and environment safety, and to the safety and security of hydraulic works (dikes, dams, …), especially during periods of extreme flow rates (floods and droughts). Before planning such cost reductions, the aimed objectives, and human and technical means necessary to reach them, must be specified.La mise en place d’un réseau d’observations hydrométriques est une opération coûteuse mais la nécessité de connaître l’hydrologie d’un bassin versant, dans un cadre patrimonial ou pour une utilisation industrielle immédiate, conduit les décideurs à réaliser cet investissement. La dépense au regard du service attendu apparaît comme souhaitable. En revanche lorsque l’investissement est réalisé, le coût d’exploitation, le maintien en phase opérationnelle et la valorisation des données ne sont que partiellement pris en compte comme charge annuelle et répétitive. Or le coût d’exploitation annuel est significatif à tel point qu’il peut s’apparenter, dans certains cas, au coût de mise en place du réseau lui-même. La tentation est grande pour ceux qui doivent gérer les aspects financiers au plus juste de tenter de réduire les coûts. Cependant cet investissement est à mettre en perspective des enjeux de la sécurité des personnes, des biens et de l'environnement ainsi que de la sureté et de la sécurité des ouvrages hydrauliques (digues, barrages, …) notamment en période de débits extrêmes (en crues et en étiages). Avant d’envisager de telles réductions, il convient de préciser les objectifs recherchés et de quels moyens humains et techniques il est nécessaire de se doter pour les atteindre.Carré Cécile, Perret Christian, Khaladi Ahmed, Pierrefeu Gilles, Scotti Mattia. Coûts et stratégie de gestion des réseaux d'observations hydrométriques. In: Mesures Hydrologiques et Incertitudes en Hydrométrie et Qualité de l’eau. Paris, 1 et 2 avril 2008. 2008