Mesures en cours d'eau souterrains et Service de ...
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Département Office Service de l’évacuation de l’eau 7 novembre 2018 Gestion Nature - HES - Genève 1 Mesures en cours d'eau souterrains et réseaux d'assainissement : le cas de Genève Michel ENGGIST Service de l'écologie de l'eau - OCEau Département Office Service de l’évacuation de l’eau 7 novembre 2018 Gestion Nature - HES - Genève 2 Plan de l’exposé 1. Introduction 2. Grandeurs physiques et calculs 3. Méthodes disponibles 4. Choix du site de mesure 5. Type de données 6. Adéquation appareils – sites de mesure 7. Contrôle de fonctionnement in situ 8. Traitement et validation des données 9. Utilisation et sauvegarde des données 10. Conclusion
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Mesures en cours d'eau souterrains et réseaux d'assainissement :
le cas de Genève
Michel ENGGIST
Service de l'écologie de l'eau - OCEau
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Plan de l’exposé
1. Introduction
2. Grandeurs physiques et calculs
3. Méthodes disponibles
4. Choix du site de mesure
5. Type de données
6. Adéquation appareils – sites de mesure
7. Contrôle de fonctionnement in situ
8. Traitement et validation des données
9. Utilisation et sauvegarde des données
10. Conclusion
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1. IntroductionCours d'eau et réseau d'assainissement de Genève:
● 270 km de cours d'eau à ciel ouvert
● 70 km de cours d'eau souterrain
● 130 km collecteurs primaires
● 1200 km collecteurs secondaire
● 150 ouvrages de déversement
Réseau de mesure:
● 30 débitmètres mobiles (50 % sur cours d'eau)
● 50 limnimètres (20 sur cours d'eau)
● 16 pluviographes
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2. Grandeurs physiques et calcul de débit
● D: diamètre de la canalisation
● Y: ……………….
● PH: périmètre mouillé
● AH: section mouillée
● V: ……………….
● Q: ………………
● J: pente du collecteur (= ∆z/L)
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Formules
……….. l m3
● Débit Q = ---------------- = ----- ou ------
.………. s j
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● Loi liant le débit à la hauteur d’eau, Q = f(h)→ mise en place d’un seuil hydraulique calibré dans
l’écoulement (déversoir, Venturi, ...)
→ mesure de la hauteur d’eau en amont
→ transformation de la hauteur en débit à l’aide d’une formule hydraulique
● Mesures de vitesse pour conduite en charge, Q = f(V)→ conduite en permanence en charge
● Loi reliant la section mouillé et la vitesse, Q = A * V→ mesure de la vitesse de l’eau
→ mesure de la hauteur d’eau
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3. Méthodes disponibles
● Dispositifs directs
● Mesure de hauteur
● Déversoir en mince paroi● Canal jaugeur fixe● Mesure de vitesse
● Techniques de jaugeage ponctuelle
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Dispositifs directs existants
● Chronométrage
●………………..
● Rotamètre
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Mesure de la hauteur d’eau (1)
● ……………………...
● tube piézométrique
Principes ponctuels en cours d'eau et réseaux:
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Mesure de la hauteur d’eau (2)
● limnimètre «bulle à bulle»
● ……………………….
● ………………………
● radar
Principes utilisés en cours d'eau et réseaux:
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Déversoirs en mince paroi (1)
Conditions:
● Niveau d'eau du chenal aval en dessous de la crête
● ……………………………………………………………….
…………………………
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Déversoirs en mince paroi (2)
● lame déversante "décollée" de la paroi aval du déversoir
● ………………………………………………..● hauteur de "pelle" (S) à
respecter
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Canaux jaugeurs fixes (1)
● Canal jaugeur Parshall:
ouvrage peu sujet à des dépôts, fonds généralement plats
● Canal type H flume:…………………………….., uniforme, rectangulaire et de pente constante
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Canaux jaugeurs fixes (2)
Canal jaugeur Khafagi-Venturi
Canal Cylindre Venturi
Canal type Palmer-Bowlus
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Mesure de la vitesse (1)Principe utilisé rivière, écoulement libre:
● …………….
● radar
Principes utilisés en collecteurs, écoulement libre:
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Mesure de la vitesse (2)
Surface de l’eau● ultrason par effet Doppler
● ultrason par différence
du temps de transit (débitmètre à cordes)
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Mesure de la vitesse (3)
● ultrasonique
● électromagnétique
Bobine magnétique
Q = débitU = tension mesuréeK = constante de l’appareilB = force du champ magnétiqueD = diamètre de la canalisation
Principes utilisés en collecteurs en charge:
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Techniques de jaugeage (1)
● jaugeage = ……………………………………………………
● .................... = mesure de la cote de la surface d'eau libre
● ………………………… = mesures de vitesse en plusieurs
verticales et différentes hauteurs
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Techniques de jaugeage (2) ● courbe de tarage = conversion hauteur en débit
● débitmétrie = calcul du débit en un lieu donné
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Techniques de jaugeage (3)
● jaugeage au sel
● jaugeage avec traceur
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Techniques de jaugeage (4)
● déversoir calibré mobile
● sonde Doppler portative
● sonde Q-Liner
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Précisions des diverses méthodes
Installation Conditions hydrauliques Précision à attendre
bonnes conditions conditions médiocres, souvent rencontrées
en pratique
Déversoir rectangulaire en
mince paroi
Chute nécessaire
Pertes de charge
Dépôts en amont du seui
Plage de mesure peu étendue
3 à 5% 4 à 5 % pour plage
supérieure
peut dépasser 10% pour plage inférieure
Déversoir triangulaire en mince
paroi
Idem rectangulaire Permet de mesurer de
très faibles débits Large plage de mesure
Colmatage à la base du V
2 à 5% 5 à 8 % pour plage
supérieure
peut atteindre 20% pour plage inférieure
Canaux jaugeurs (Venturi, Parshall)
Large plage de mesures Bon autocurage
Possible avec faible pente 2 à 6%
4 à 6% pour plage supérieure
peut dépasser 10% pour plage inférieure
Hauteur-vitesse par ultrasons
Aucune perte de charge Ecoulement en charge et
partiellement rempli 3 à 5% 15 à 20%
Débitmètres électro- magnétiques"
Possible si écoulement influencé par l'aval Dépôts faussent les
mesures
< 1% (conduites en charges)
3 à 5% (conduites partiellement
remplies)
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4. Choix du site de mesure (1)
● Bassin versant considéré
● Type de cours d'eau et de réseau
● Structure locale du tronçon de rivière ou du collecteur
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Choix du site de mesure (2)
● Présélection de sites potentiels sur plan
● Visites de terrain
● Accessibilité
● Analyse visuelle d'indices
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Choix du site de mesure (3)
● Caractéristiques du collecteur et des flux
● Temps de pluie
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5. Type de données
● Paramètres H, V, temps pompage
● Pas de temps d'acquisition
● Précision attendue ou souhaitée
● Mesure instantanée ou moyennée
● Mesure min ou max
● Destinée de ces données
● Durée de la campagne
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6. Adéquation technique – site de mesure (1)
● Petit collecteur, faible hauteur d'eau
→ sonde aérienne hauteur + Venturi
→ plus de valeurs lors de mise en charge
● Collecteur moyen sans dépôt
→ sonde radier hauteur + vitesse
● Collecteur moyen avec dépôt
→ sonde aérienne hauteur + vitesse radar
→ impact de mousse
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7. Contrôle de fonctionnement in situ (1)● Vérification de la hauteur mesurée
(écart < 1 cm) et l'heure
● Relève des données enregistrées
● Contrôle étalonnage sur site
● Doublement des mesures
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● Protocoler chaque visite pour chaque site
● Vérifier l'arrimage du dispositif
● Assurer l'alimentation électrique
● Nettoyer le site et la sonde
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8. Traitement et validation des données (1)
● 1) Exportation données du logiciel d'exploitation vers un logiciel de traitement de données
→ chaque valeur associée à une date et une heure
● 2) Traitement des données, aspect essentiel de
la validation
→ plusieurs étapes
● 3) Calcul des débits avec les valeurs H et V validées
→ évaluation des incertitudes de H et V
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Traitement et validation des données (2)Traitement et validation des mesures
● 1) Correction des erreurs de calibrage et/ou de dérive pour chaque paramètre
● 2) Concordance des paramètres
"hauteur", "vitesse" et pluies
→ détection d'anomalies
→ correction ou suppression
des valeurs concernées
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● 3) Corrélation des hauteurs et vitesses
→ analyse du nuage de points
→ création d'une courbe théorique
→ qualification de la précision des résultats
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9. Utilisation et sauvegarde des données
● Exploitation des données validées pour une modélisation du cours d'eau ou du réseau
● Bilans de production par bassin versant, renaturation, etc.
● Risque d'inondation, protection biens et personnes, développement urbain
● Traçabilité des manipulations des données
● Conservation des fichiers sources / bruts
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10. Synthèse
● Mesures en réseau d'assainissement et rivière pas simple
● Choix du site de mesure et de la technique déterminants
● Traitement, analyse et validation indispensables
● Fil rouge: viser la meilleure qualité possible
● La mesure en assainissement et en rivière approche la réalité mais n'est pas l'exacte réalité
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Merci pour votre attention
