Application de la méthode LSPIV pour la mesure de champs de vitesse et de débits de crue sur modèle réduit et en rivière

International audienceLSPIV technique enables the measurement of surface flow velocities using image sequence analysis. EDF and Irstea partnership made possible the development of Fudaa‑LSPIV freeware by DeltaCAD Company. Two software applications at flume and field scales are detailed: (i) bed shear stresses were calculated owing to LSPIV velocities, water depth and bathymetry for a physical model of the Old Rhine; (ii) the software was used to optimize the calculation parameters of LSPIV flood discharge measurement stations in Mediterranean rivers.La technique LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) permet de mesurer les vitesses de surface d'un écoulement par analyse de séquence d'images. Pour faciliter l'application opérationnelle de la méthode, un logiciel, Fudaa-LSPIV, a été développé par la société DeltaCAD dans le cadre d'une collaboration entre EDF et Irstea. Deux applications en laboratoire et en rivière sont présentées : (i) couplée avec des mesures de hauteur d'eau et de bathymétries, la LSPIV a permis d'estimer des paramètres de Shields sur le modèle physique à fond mobile du Vieux-Rhin ; (ii) le logiciel a été utilisé pour procéder à des analyses de sensibilité pour paramétrer ainsi au mieux les stations LSPIV de mesure de débit en crue de rivières cévenoles

Morphodynamics of the exit of a cutoff meander: experimental findings from field and laboratory studies

The morphological evolution of the entrances and exits of abandoned river channels governs their hydrological connectivity. The study focusses on flow and sediment dynamics in the exit of a cut-off meander where the downstream entrance is still connected to the main channel, but the upstream entrance is closed. Two similar field and laboratory cases were investigated using innovative velocimetry techniques (acoustic Doppler profiling, image analysis). Laboratory experiments were conducted with a mobile-bed physical model of the Morava river (Slovakia). Field measurements were performed in the exit of the Port-Galland cut-off meander, Ain river (France). Both cases yielded consistent and complementary results from which a generic scheme for flow patterns and morphological evolution was derived. A simple analogy with flows in rectangular side cavities was used to explain the recirculating flow patterns which developed in the exit. A decelerating inflow deposits bedload in the downstream part of the cavity, while the upstream part is eroded by an accelerating outflow, leading to the retreat of the upstream bank. In the field, strong secondary currents were observed, especially in the inflow, which may enhance the scouring of the downstream corner of the cavity. Also, fine sediment deposits constituted a silt layer in a transitional zone, located between the mouth of the abandoned channel and the oxbow-lake within the cut-off meander. Attempts at morphological prediction should consider not only the flow and sediment conditions in the cavity, but also the dynamics of the main channel

The AVuPUR project (Assessing the Vulnerabiliy of Peri-Urbans Rivers): experimental set up, modelling strategy and first results

International audienceLe projet AVuPUR a pour objectif de progresser sur la compréhension et la modélisation des flux d'eau dans les bassins versants péri-urbains. Il s'agit plus particulièrement de fournir des outils permettant de quantifier l'impact d'objets anthropiques tels que zones urbaines, routes, fossés sur les régimes hydrologiques des cours d'eau dans ces bassins. Cet article présente la stratégie expérimentale et de collecte de données mise en ½uvre dans le projet et les pistes proposées pour l'amélioration des outils de modélisation existants et le développement d'outils novateurs. Enfin, nous présentons comment ces outils seront utilisés pour simuler et quantifier l'impact des modifications d'occupation des sols et/ou du climat sur les régimes hydrologiques des bassins étudiés. / The aim of the AVuPUR project is to enhance our understanding and modelling capacity of water fluxes within suburban watersheds. In particular, the objective is to deliver tools allowing to quantify the impact of anthropogenic elements such as urban areas, roads, ditches on the hydrological regime of suburban rivers. This paper presents the observation and data collection strategy set up by the project, and the directions for improving existing modelling tools or proposing innovative ones. Finally, we present how these tools will be used to simulate and quantify the impact of land use and climate changes on the hydrological regimes of the studied catchments

Quantification des incertitudes d'un jaugeage par profileur acoustique à effet Doppler

Stream gagings improve the knowledge of stage-discharge curves. Among the various techniques for discharge measures, the velocity field method consists in determining the velocity and the cross-sectional area of water flowing in open channels. There are different sensors and measurement procedures. Acoustic Doppler Current Profilers are river discharge instruments. A lot of data are acquired during the measurement sessions and also the post processing is complex. The " moving boat " is a deployment procedure for discharge measurements with ADCP (and measurements are difficult to assess). This study investigates a new operational method for uncertainty evaluation on discharge measurement made with ADCP on moving boats. This method is successfully tested on an array of discharge measurements in French rivers. Setting the appropriate parameters necessitates the adoption of some simple hypotheses, results are realistic. Good conditions stream gaugings show an uncertainty inferior to 4 % (k=2). To go further the method settings could be improved.Les jaugeages permettent à la fois de connaître le débit d'une rivière ponctuellement et de qualifier des stations de mesure du débit en continu (stations hydrométriques). Parmi les techniques de jaugeage, celles par exploration du champ des vitesses consistant à mesurer les vitesses de l'écoulement et la profondeur en différents points de la section sont les plus répandues. Les profileurs acoustiques à effet Doppler (ADCP) sont des instruments utilisés pour le jaugeage. La profusion et la complexité des mesures ADCP font que leur analyse nécessite des méthodes de post-traitement adaptées ; les incertitudes associées au débit jaugé par ADCP mobile sont difficiles à évaluer. L'objectif du travail est de mettre au point, tester et valider une méthodologie opérationnelle de calcul des incertitudes sur les débits issus de jaugeages complets par exploration du champ des vitesses par ADCP. Le paramétrage de la méthode implique quelques hypothèses simplificatrices. Les résultats obtenus sont réalistes, les jaugeages effectués dans les meilleures conditions présentent des incertitudes inférieures à 4 % (k=2). Pour aller plus loin, l'évaluation des différents paramètres peut encore être améliorée

Observation and modelling of sand fluxes in large rivers

Disposer de bilans de flux de sable dans les cours d'eau est important. Les enjeux socio-économiques sont multiples avec des aspects écologiques, industriels et de sécurité notamment. Les bilans de flux de sable restent actuellement difficiles à établir, du fait de la grande incertitude du peu de données existantes, ce qui ne permet pas un diagnostic et une prise de décision efficaces. Le sable des cours d'eau est transporté par charriage et suspension graduée. Les volumes de sable déplacés sont déterminés par la capacité de transport de l'écoulement et par la disponibilité des matériaux (apports amont, fond, berges). La motivation générale de cette thèse est de quantifier et réduire l'incertitude sur les flux de sable dans les grands cours d'eau par une approche à base physique. Ce travail explore les principales sources d'incertitude des jaugeages solides, liées à la représentativité des prélèvements, aux analyses, au calcul de flux dans la section. Il ressort que sans procédure d'analyse adaptée, la proportion de sable peut être fortement sous-estimée. Un protocole de mesure de terrain et une méthode alternative de calcul de flux sont proposées. La méthode combine des prélèvements ponctuels et des mesures ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Cette approche est testée sur plusieurs grands fleuves (Colorado, Rhône, Mékong, Amazone). Plusieurs types de courbes de tarage de sable (empiriques ou à base physique) sont ensuite testées. Les résultats de jaugeages solides, combinés à des modèles de courbe de tarage de sable vont ensuite permettre, par une approche bayésienne, de déterminer des séries temporelles et des bilans de flux de sable ainsi que leurs incertitudes associéesSuspended-sand budgets estimation are important for hydrologists and river managers. It is required for river restoration and monitoring, river engineering, flood risk evaluation. Suspended-sand budgets are still difficult to establish, due to large uncertainty and scarce data, which does not allow appropriate diagnosis and decision making. Two main modes of sand transport are currently described : bedload and graded suspended load. The moving sand load depends both on the transport capacity of the river reach and on the supply of sand from upstream, river-bed and banks. The main motivation of this thesis is to quantify and reduce suspended-sand fluxes uncertainty in large rivers with a physically based approach. This work looks at the main uncertainty sources in suspended-sand flux data, related to sampling representativeness, sample analysis, and computation in the cross-section. One highlighted concern is that without a sand suitable analysis protocol, the amount of sand can be underestimated. A field measurement protocol and a surrogate method for suspended-sand flux computation in the cross-section are proposed. The method combines point sampling measurements and ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) data. This approach is applied on four large rivers in various morphological and flow conditions : the Colorado, Rhône, Mekong, and Amazon Rivers. Various sand rating curves approaches (physically based or empirical) are studied. The results of suspended sand flux measurements combined with suspended sand rating curve models allow, by a Bayesian approach, to determine continuous suspended-sand load, budgets and their associated uncertaintie

Rapport d'essai : jaugeage de l'Arc à l'aide d'un capteur radar mobile

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAU [Relecteur_IRSTEA]Le Coz, J.Ce travail présente l'utilisation d'un capteur radar pour l'exploration du champ des vitesses de surface dans le cadre de jaugeages sur un cours d'eau de la vallée de la Maurienne (73) : l'Arc

Observation et modélisation des flux de sable dans les grands cours d’eau

Suspended-sand budgets estimation are important for hydrologists and river managers. It is required for river restoration and monitoring, river engineering, flood risk evaluation. Suspended-sand budgets are still difficult to establish, due to large uncertainty and scarce data, which does not allow appropriate diagnosis and decision making. Two main modes of sand transport are currently described : bedload and graded suspended load. The moving sand load depends both on the transport capacity of the river reach and on the supply of sand from upstream, river-bed and banks. The main motivation of this thesis is to quantify and reduce suspended-sand fluxes uncertainty in large rivers with a physically based approach. This work looks at the main uncertainty sources in suspended-sand flux data, related to sampling representativeness, sample analysis, and computation in the cross-section. One highlighted concern is that without a sand suitable analysis protocol, the amount of sand can be underestimated. A field measurement protocol and a surrogate method for suspended-sand flux computation in the cross-section are proposed. The method combines point sampling measurements and ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler) data. This approach is applied on four large rivers in various morphological and flow conditions : the Colorado, Rhône, Mekong, and Amazon Rivers. Various sand rating curves approaches (physically based or empirical) are studied. The results of suspended sand flux measurements combined with suspended sand rating curve models allow, by a Bayesian approach, to determine continuous suspended-sand load, budgets and their associated uncertaintiesDisposer de bilans de flux de sable dans les cours d'eau est important. Les enjeux socio-économiques sont multiples avec des aspects écologiques, industriels et de sécurité notamment. Les bilans de flux de sable restent actuellement difficiles à établir, du fait de la grande incertitude du peu de données existantes, ce qui ne permet pas un diagnostic et une prise de décision efficaces. Le sable des cours d'eau est transporté par charriage et suspension graduée. Les volumes de sable déplacés sont déterminés par la capacité de transport de l'écoulement et par la disponibilité des matériaux (apports amont, fond, berges). La motivation générale de cette thèse est de quantifier et réduire l'incertitude sur les flux de sable dans les grands cours d'eau par une approche à base physique. Ce travail explore les principales sources d'incertitude des jaugeages solides, liées à la représentativité des prélèvements, aux analyses, au calcul de flux dans la section. Il ressort que sans procédure d'analyse adaptée, la proportion de sable peut être fortement sous-estimée. Un protocole de mesure de terrain et une méthode alternative de calcul de flux sont proposées. La méthode combine des prélèvements ponctuels et des mesures ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler). Cette approche est testée sur plusieurs grands fleuves (Colorado, Rhône, Mékong, Amazone). Plusieurs types de courbes de tarage de sable (empiriques ou à base physique) sont ensuite testées. Les résultats de jaugeages solides, combinés à des modèles de courbe de tarage de sable vont ensuite permettre, par une approche bayésienne, de déterminer des séries temporelles et des bilans de flux de sable ainsi que leurs incertitudes associée

Mesures hydrosédimentaires sur le bassin versant de l'Arc. Année 2009

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUCe rapport présente les sites de mesure sur le bassin versant de l'Arc et son affluent l'Arvan. Une description technique des outils de mesure y est faite ainsi que la présentation des données collectées et le recensement des incidents d'exploitation

Rapport d’essai : Comparaison de mesures du débit des petits cours d'eau par courantomètres sur perche. Journées d'intercomparaison des 15, 16 et 17 octobre 2013

In addition to the uncertainty propagation method provided by the GUM (Guide to the expression of uncertainty in measurement) witch requires the modelling of the measurement process, the inter-laboratory experimental method is a good solution to deal with the uncertainty of a measurement technique, in given conditions. This method is commonly frequently used in some fields (eg. in chemistry); it is managed with ISO standards and technical notes or specifications. Thus, inter-laboratory comparisons in hydrometry allow the quantification of uncertainty due to errors that will be expressed in repeated simultaneous gauging operations. These repetitions have to be done by different teams, at the same time, in stable flow conditions, under repeatability and reproducibility conditions. Simple formulae with repeatability variance and the inter-laboratory variance results assessed to evaluate the gauging technique uncertainty, supposed to be unbiased. The bias or systematic error is linked to the gauging technique; it could be evaluated by comparison with an independent flow measurement technique with a known uncertainty.En parallèle de la méthode de propagation des incertitudes, méthode de référence (GUM - Guide pour l'expression de l'incertitude de mesure) qui nécessite de modéliser l'ensemble du processus de mesure, la méthode expérimentale des essais interlaboratoires présente un grand intérêt pour quantifier les incertitudes d'une méthode de mesure, dans des conditions données. Cette méthode, très utilisée dans certains domaines (chimie, biologie, essais mécaniques, etc.), est encadrée par des normes ISO compatibles avec le GUM décrivant la méthode de référence. Ainsi, les comparaisons interlaboratoires hydrométriques permettent de quantifier l'incertitude résultant des erreurs de mesure qui s'expriment lors de la répétition de jaugeages simultanés par plusieurs équipes en conditions de répétabilité et de reproductibilité, et en particulier pour une plage de débit constant. Des formules simples permettent de quantifier, à partir des résultats expérimentaux de variance de répétabilité et de variance interlaboratoire, l'incertitude de la méthode de jaugeage testée, supposée non biaisée. Cette étude présente des essais réalisés a Nant en octobre 2013 avec des courantomètres sur perche dans le cadre des travaux de l'atelier débitmétrie du réseau mesure Irstea

Guide méthodologique : Collecte et préparation de film amateur en vue d’une exploitation par analyse d’image

[Departement_IRSTEA]Eaux [TR1_IRSTEA]ARCEAUIn the context of flash floods, or in ungauged basin, we propose to use the acquired video and posted online by witnesses. The preliminary work carried out since 2012 on this issue were used to develop and validate an image sequence processing methodology to overcome the difficulties related to the amateur nature of video capture : camera movements , known optical sensor . This methodology is now stabilized and requires free software tools freely available , including Fudaa - LSPIV ( Irstea / EDF ) . This procedure explain the processing of witness films for the analysis of velocities and flow rates.Dans le contexte de crues rapides, ou dans des bassins non instrumentés, ou bien encore d’inondations urbaines sans jaugeages, nous proposons d’utiliser des vidéos acquises puis mises en ligne par des témoins. Les travaux préalables menés depuis 2012 sur ce sujet ont permis de développer et valider une méthodologie de traitement des séquences d’images pour pallier les difficultés liées au caractère amateur de l’acquisition vidéo : mouvements de la caméra, optique inconnue du capteur. Cette méthodologie est maintenant stabilisée et ne requiert que des outils logiciels gratuits et disponibles librement, dont Fudaa-LSPIV (Irstea/EDF). Afin de rendre son application possible par d'autres utilisateurs, voilà un mode opératoire pour le traitement des films amateur en vue de l'analyse des vitesses et débits