Etude de faisabilité du barrage de Bouzina - bpe.epfl.ch Ec... · 6286.01-Rn024 Présentation hydrologie 22 mars 2007 1 Etude de faisabilité du barrage de Bouzina Hydrologie et

122 mars 20076286.01-Rn024 Présentation hydrologie

Etude de faisabilité du barrage de Bouzina

Hydrologie et régularisation - SynthèseEPFL – 21 juin 2007

22 mars 2007 26286.01-Rn024-Présentation hydrologie

Points abordés

§ Contexte§ Bassin versant§ Pluviométrie§ Mesures§ Etude des apports§ Etude de régularisation§ Etude des crues§ Synthèse


Situation générale

§ Massif des Aurès


Bassin versant

§ Bassin versant topographique : 162 km2

§ Altitude moyenne : 1'350 m (de 905 m à 2'321 m)

0.0%

2.5%

5.0%

7.5%

10.0%

12.5%

15.0%

17.5%

20.0%

22.5%

25.0%

27.5%

30.0%

32.5%

35.0%

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200Altitude [NGA]

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Pourcentage Cumulé


Contexte hydrogéologique

§ Sources de Bouzina (Tabgha) : captent la partie amont du synclinal et la gouttière nord§ Source de Menaa :

captent la gouttière sud


Bassins versants

§ Ruissellement : 162 km2, dont :èS. Tabgha : 92 km2

èS. Menaa : 13 km2è hors aquifère : 57 km2

§ Sources Tabgha :125 km2, dont :è hors bv topo : 33 km2


Données hydro météo

§ Données météorologiques régionales

§ Réseau de mesure spécifique


Précipitations – ONM Bouzina

§ Station ONM de Bouzina :§ Moyenne : 277 mm/an (78-2004)§ Estimation incidence

sécheresse : 15%è 318 mm/an

Station pluviométrique ONM de BouzinaPrécipitations annuellesAnnées hydrologiques, période 1978-2004

0

100

200

300

400

500

600

1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Pluv

iom

étrie

[mm]

Janvier-AoutSeptembre-Decembre


ETP

§ Carte ANRH è entre 1300 et 1500 mm/an


Températures

§ Incidence de la neige sur le comportement du bv è importantes

Etude hydrologique du barrage de BouzinaDesaisonnalisation des températures mesurées à Bouzina (BG)Période 1.12.2004-21.1.2006

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05

T m

oyen

jour

Stations de Bouzina (BG) et BatnaComparaison des températures moyennes journalièresPériode 1.12.2004 - 21.1.2006

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05 31.12 05

T m

oyen

jour

Mesures BouzinaT Batna


Réseau de mesure

§ 3 pluviographes dont 1 avec station météo§ 1 seuil de mesure

de débit(2 prévus)


Série de mesure débit


Etude des apports

§ Séparation Ruissellement – Sources§ Approche régionale (SPEED)è ruissellement

Ruissellement Vr ≈ 2.36 mio m3/an§ Modélisation continue§ Modèle : constitution et paramétrage§ Constitution des séries de référence§ Résultats

25.0 )5.13( −= PE


Principe de modélisation continue

§ Modèle neige§ Séparation pluie neige§ Stock de neige/eau (fonte-regel)§ Réservoir sol (type GR3)§ Séparation pluie infiltrée / ruisselée§ Stock eau dans le sol (ETR, infiltration)§ Ruissellement sur plan§ Réservoir profond (aquifère)


Modélisation

§ Routing System 2 (RS2)§ 6 surfaces contributrices§ Découpées en bandes d'altitude (200m)è environ 65 objets


Modèle RS2


Etude hydrologique du barrage de BouzinaMesures de débits au seuil de BouzinaVidange du réservoir profond

0.01

0.1

1

10

0 30 60 90 120 150 180Temps [jour]

Débi

t moy

en su

r 12h

[m3 /s]

MesuresRéservoir, K = 1/11.5jour

Paramétrage

§ Paramètres globaux (gradient T : 0.6 °C / 100m)

§ Vidange réservoir profondPériode de vidange sans apports§ Dynamique manteau neigeux

An ≈ 2mm/°C/J ( gamme : 1 à 10)§ Réservoirs sols

Echelle annuelle : volumes globauxEchelle mensuelle : répartition saisonnière


Résultats : volumes par période

§ Comparaison Mesure – modèle§ Période ≈ mensuelles

§ Satisfaisant§ Volume global§ Répartition saisonnière§ Volume fonte§ Légère surestimation

estivale

Etude hydrologique du barrage de BouzinaComparaison modèle-mesures, Volumes par périodeSeuil de Bouzina, année 2006

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1 2 3 4 5 6 7 8Periode

Volu

me pa

r pér

iode [

mio m

3 ]

ModèleMesure


Etude hydrologique du barrage de BouzinaComparaison des séries de débit mesurées et selon modèleSeuil de Bouzina, année 2006, moyenne sur 12h

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

1.2

1.4

1.6

1.8

2.0

2.2

15.3.05 15.4.05 15.5.05 15.6.05 15.7.05 15.8.05 15.9.05 15.10.05 15.11.05 15.12.05 15.1.06

Débi

t [m3 /s]

Mesures Bouzina

Modèle

3 4 5 6 7 82

Résultats : débits journaliers

Un peu moins bon :§ Dynamique fine de la fonte : § pas de temps

(heures chaudes)

§ Orages intenses :§ pas de temps

(infiltration plus queruissellement)

§ Petites pluies automne§ Réservoir profond

très lent lorsque quasi-vide

§ Adapté à l'étude des apports : Mais pas au crues …


Série de longue durée : pluie

§ Base :série ONM Bouzina§ Pour chaque année : Tirages indépendants parmi 26 de :§ l'automne, § l'hiver-printemps

§ Moyenne :287 mm/an

Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie pluviométrique synthétique

0

100

200

300

400

500

600

2000 2020 2040 2060 2080 2100 2120 2140 2160

Préc

ipita

tions

[mm]

Janv.-aoutSept-déc


Série de longue durée : T

§ Composante saisonnière§ Composante d'autocorrélation§ Composante aléatoire

Etude hydrologique du barrage de BouzinaDesaisonnalisation des températures mesurées à Bouzina (BG)Période 1.12.2004-21.1.2006

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

01.12 04 31.12 04 30.01 05 02.03 05 01.04 05 02.05 05 01.06 05 01.07 05 01.08 05 31.08 05 01.10 05 31.10 05 01.12 05 31.12 05 30.01 06

T m

oyen

jour

MesuresSinus

Etude hydrologique du barrage de BouzinaTempératures à Batna: résidus à l'ajustement SinusAutocorrélation des résidus, période 1978-2004 y = 0.7934x

R2 = 0.6296

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

12

-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12Résidu jour j [°C]

Résid

u jo

ur j+

1 [°C

]RésiduLinéaire (Résidu)

Etude hydrologique du barrage de BouzinaTempératures à Batna: résidus après désaisonnalisation et autocorrélation, Ajustement à une loi normale, période 1978-2004

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

-4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4v variable réduite de Gauss

Résid

us [°

C]

Résidu 2


Série de longue durée : T

§ Séries mesurées et synthétiques similaires

Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie de températures mesurées à BatnaPériode 1978-2004, extrait 1991-1996

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

01.01 91 01.01 92 31.12 92 31.12 93 31.12 94 31.12 95 30.12 96

T m

oyen

jour

Températures journalières à BatnaSinus

Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie synthétique de températureExtrait années 16 à 21

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

01.01 16 31.12 16 31.12 17 31.12 18 31.12 19 30.12 20 30.12 21

T m

oyen

jour

Série synthétiqueSinus


Application

§ Calcul pas de temps 12h sur 162 ans§ Résultats typiques

Etude hydrologique du barrage de BouzinaSérie d'apports simulésExtrait années 1 à 6

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

01.01.2000 01.01.2001 01.01.2002 01.01.2003 01.01.2004 01.01.2005

Débi

t [m3 /s]


Application : volumes annuels (1/3)

Barrage de Bouzina, Série d'apports synthétiquesVolumes annuelsRun 2006.11.12 21:45

0

2

4

6

8

10

12

14

2000

2002

2004

2006

2008

2010

2012

2014

2016

2018

2020

2022

2024

2026

2028

2030

2032

2034

2036

2038

2040

2042

2044

2046

2048

2050

2052

2054

2056

2058

Volu

mes

annu

els [m

io m3 ]

VrIntermediaireVrseuilVsources

Années 000-059


Répartition des volumes

§ Corrélation médiocre entre sources et ruissellement hors années sèches

§ "Le ruissellement fait les années humides"§ "Les sources assurent les années sèches"

Barrage de Bouzina, série d'apports synthétiquesVolumes annuels, comparaison Sources/RuissellementRun 2006.11.12 21:45

y = 1.5641x0.3842

R2 = 0.8929

0

1

2

3

4

5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Volume ruisselé [mio m3/an]

Volu

me s

ourc

es [m

io m3 /am

]


Apports : synthèse

§ Apports au barrage :§ Moyenne : 4 mio m3/an§ Médiane : 3 mio m3 /an

Volumes [106 m3] Barrage Seuil Sources Ruissellement Seuil

Ruissellement Inter

Ruissellement Total

Moyenne 4.09 2.24 1.87 0.38 1.85 2.23 1er quartile (25%) 1.57 1.20 1.12 0.07 0.36 0.43

Médiane 2.87 1.86 1.65 0.19 0.94 1.13 3ème quartile (75%) 6.38 3.07 2.43 0.64 3.20 3.84


Sédiments

§ Synthèse régionale : concentration de 35 g/l

§ Appliqué au ruissellement seul sur 50 ans, densité 1.25 :è 3.2 mio m3 sur 50 ans

Station S km2 Source C g/l Type de bassin/d'oued

Morri 070404 25 [2] 31 BV plat/ Berges à vif. Yabous 070601 77 [2] 2.3 Montagne/ Lit plat. Reboa 070403 296 [1] 8.4 Ain Zerga 120509 49 [2] 8.6 Montagne/ Lit ensablé. Ain Erkel 120515 16 [2] 0.6 Rocher/ Lit rocheux. Soubella 051101 176 [1] 2.0 Plateaux/ Ksob (à confirmer) 1470 [3] 10 Plateaux/ Foum El Guerza 1300 [3] 35 Montagne/


Régularisation

§ Démarche :§ Modélisation à pas de temps journalier

§ Demande non fixée :è Recherche d'un volume

utile optimal


Demande

§ Objectif fondamentalement agricole. § Répartition admise :§ Irrigation : 5 / 6§ AEP : 1/ 6

§ Répartition saisonnière :

Mois mm/jour mm/mois Janvier 1.065 33 Février 1.679 47 Mars 2.806 87 Avril 4.367 131 Mai 5.613 174 Juin 7.100 213 Juillet 7.774 241 Août 6.871 213 Septembre 5.033 151 Octobre 2.968 92 Novembre 1.633 49 Décembre 1.032 32


Objectifs de satisfaction

§ Irrigation : 80 %§ AEP : 90 %

§ Critère de satisfaction : nombre d'années sans problème§ Année avec problème : plus de 10 jours ou l'on fourni moins de

80 % de la demande

§ Priorité à l'AEP si le barrage est très bas

∑ ∑

⋅−=

années jour idemande

ifourniannées V

Vsi

ansD 108.01

17711

,

,fp


Caractérisation de la retenue

§ Relation hauteur-volume Retenue de Bouzina

Profondeur du barrage / Volume stocké

-

2 000 000

4 000 000

6 000 000

8 000 000

10 000 000

12 000 000

14 000 000

16 000 000

18 000 000

20 000 000

22 000 000

0 10 20 30 40 50 60

Profondeur (ref : 997 m NGA)

Vol

ume

rete

nue

[m3]

formule

Mesuré


Estimation du volume de l'ouvrage

§ Base : barrage poids béton§ Relation Vbéton = f (Zcouronnement)§ Hypothèse :

Couronnement = RN + 3m§ Autres éléments invariants

§ Base raisonnable pour lacomparaison des coûts

Barrage de BouzinaEstimation préliminaire du volume de l'ouvrage

y = 0.0656250x2 - 132.0300500x + 66423.0880000

0

20

40

60

80

100

120

140

160

1015 1020 1025 1030 1035 1040 1045 1050 1055

Cote couronnement [m NGA]

V bé

ton

[ x 1

'000

m3 ]


Régularisation : résultats typiques


Régularisation : résultats bruts

§ 3 mio m3 permet de fournir 2 mio m3/an§ 7 mio m3 permet de fournir 3 mio m3/an§ 14 mio m3 permet de fournir 3.6 mio m3/an

Objectif Retenue AEP Irrigation TotalDemande Crete Vutile Fourni AEP Déficit Fourni Déficit total en % des

volume régularisé souhaité

années avec plus de 10 j

déficitaires

Irrigation années avec plus de 10 j

déficitaires

fourni apports

mio m3/an m m3/an m3/an % années % années m3/an %

3.60 1 044.50 14 583 547 586 855 9.6% 2 804 774 13.7% 3 391 629 77.4%3.30 1 039.25 9 750 224 537 959 10.3% 2 551 508 18.5% 3 089 466 70.5%3.00 1 036.00 7 233 782 489 832 10.3% 2 314 409 17.8% 2 804 242 64.0%2.70 1 033.75 5 691 461 442 105 10.3% 2 103 624 17.8% 2 545 729 58.1%2.40 1 031.00 4 016 904 392 648 10.3% 1 840 338 19.9% 2 232 986 51.0%2.10 1 029.50 3 196 819 341 093 9.6% 1 631 875 19.9% 1 972 968 45.0%1.80 1 027.75 2 319 712 294 290 10.3% 1 389 641 19.2% 1 683 931 38.4%


Résultats : volumes utiles

§ Volumes demandés :Total de la demande§ Volumes fournis :

En intégrant les déficits

Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume de retenueVolumes demandées (AEP = 1/6, irrigation = 5/6) et fournis%satisfaction = 90%(AEP), 80% (Irrigation)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 2 4 6 8 10 12 14 16Volume utile de retenue [ x 106 m3]

Volu

mes

régu

larisé

s [x 1

06 m3 /a

n ]

Demandefourni


Résultats : répartition des volumes

§ L'évaporation représente la majeur partie des pertessi Vdemande > 3 mio m3/an

Barrage de Bouzina, répartition des apportsEvolution en fonction de la demande globale

0%

20%

40%

60%

80%

100%

3.603.303.002.702.402.101.80Demande globale [mio m3/an]

Volu

mes

moy

ens [

% d

es a

ppor

ts]

Evaporation-pluieDéverséFourni IrrigationFourni AEP


Résultats : efficacité marginale

§ Pour 1 m3 de béton en plus,combien de m3/an fournis en plus ? Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume d'ouvrage

Efficacité marginalem 3 fourni supplémentaire par m 3 d'ouvrage supplémentaire

0

10

20

30

40

50

60

0 20 40 60 80 100 120 140Volume d'ouvrage [ x 1'000 m3 béton ]

Effic

acité

mar

gina

le [m

3 fourn

i par

an / m

3 béton

]


Résultats : efficacité marginale

§ configuration raisonnable "basse" :§ demande globale de 2.4 mio m3§ cote de couronnement : 1 034.00 mNGA

(hauteur : environ 49 m)§ volume utile de retenue : 4.0 mio m3,

(7.2 mio m3 en intégrant la tranche morte)

§ configuration raisonnable "haute" :§ demande globale de 3.0 mio m3§ cote de couronnement : 1 039.00 mNGA

(hauteur : environ 54 m)§ volume utile de retenue : 7.2 mio m3,

(10.5 mio m3 en intégrant la tranche morte)

Barrage de Bouzina, Volume régularisé et volume d'ouvrageEfficacité marginale en fonction de la cote de couronnementm 3 fourni supplémentaire par m 3 d'ouvrage supplémentaire

0

10

20

30

40

50

60

1030 1035 1040 1045 1050cote de couronnement [ m NGA ] (estimé à RN +3m)

Effic

acité

mar

gina

le [m

3 fourn

i par

an / m

3 béton

]


Synthèse

§ Pluviométrie moyenne : 300 mm/an

§ Apports annuels des sources : § 2.24 mio m3/an (moyenne) § 1.86 mio m3/an (médiane)

§ Apports annuels au barrage : § 4.0 mio m3/an (moyenne) § 3.2 mio m3/an (médiane)

§ Volume régularisé : 3.0 mio m3/an§ Volume total de la retenue :

10.3 à 11.8 mio m3

(dont 3.2 mio m3 de volume mort)

§ Cote de retenue normale : 1036 à 1038 m§ Crues :§ Chantier : 250 m3/s (selon type ouvrage)§ Crue de projet: 1750 m3/s, 27 mio m3

§ Hauteur de barrage : de l'ordre de 54 à 56 m (a affiner selon étude laminage)

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