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Pour mieux

affirmer

ses missions,

le Cemagref

devient Irstea

Dramais Guillaume1, Le Coz Jérôme1, Duby Patrick2,

Laronne John3, Pantel Thierry4.

Journées de l’hydrométrie, 6 & 7 février 2012, Toulouse.

Jaugeage de surface par radar vélocimétrique

1 Irstea, UR Hydrologie-Hydraulique, Lyon2 DREAL Rhône Alpes, Lyon3 Ben-Gurion University, Beer Sheva, Israel4 CNR Laboratoire Hydraulique et Mesures, Lyon

2

Les radars vélocimétriques

Journées de l’hydrométrie

2012

1. Fonctionnement et mise en œuvre

2. Tests & validation

3. Application au jaugeage des crues

3

Intérêt de la méthode

Journées de l’hydrométrie

2012

Mesure sans contact pour les événements extrêmes

Arc-en-Maurienne à St-Avre, débit réservé et crue de mai 2008.

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Fonctionnement des radars vélocimétriques

Journées de l’hydrométrie

2012

Les ondes sont renvoyées par la rugosité de surface

� Technologie FMCW à 24.1 GHz

� Mesure du décalage Doppler

� Condition de rugosité – Effet Bragg (Costa, 2006)

)cos(ϕ

Rs

VV =

Vs : Vitesse de surface

Vr : Vitesse radar

φ : angle incident

Costa et al., (2006). Use of radars to monitor stream discharge by noncontact

methods. Water Resources Research.

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Fonctionnement des radars vélocimétriques

Journées de l’hydrométrie

2012

Les modèles testés

� SVR (Decatur Electronics)

� RQ 24 (Sommer)

� Kalesto (Ott)

L’Ain à Chazey-sur-Ain (2011) La Saône à Lyon (2012)

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Mise en œuvre des radars vélocimétriques

Journées de l’hydrométrie

2012

Jaugeage

� Déploiement depuis un pont sur des verticales successives (30s)

� Suivi de la hauteur d’eau pendant la mesure

� Connaissance de la bathymétrie de la section stable indispensable

Arc-en-Maurienne à St-Avre, 2010.

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Calcul du débit

Journées de l’hydrométrie

2012

Calcul de la vitesse moyenne

vitessedetCoefficien

surfacedeVitesseV

moyenneVitesseV

VV

s

m

sm

:

:

:

α

α ×=

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Calcul du débit

Journées de l’hydrométrie

2012

Coefficient de vitesse α

� Utilisation des valeurs théoriques :

0,80 (fond rugueux et faible profondeur) – 0,90 (fond lisse et forte profondeur)

� Analyse de précédentes campagnes

� Campagnes de comparaison Radar/moulinet ou Radar/ADCP

Arc α=0.80 Saône α=0.90

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Tests et validation

Journées de l’hydrométrie

2012

Condition de rugosité - Importance du gain (Radar Kalesto)

(Rhône à Surjoux, intercomparaison du Groupe Doppler, 2010)

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Tests et validation

Journées de l’hydrométrie

2012

Erreur d’angle sur l’inclinomètre

du SVR (Zamler, 2011)

11

Tests et validation

Journées de l’hydrométrie

2012

Erreur d’angle sur l’inclinomètre

du SVR (Zamler, 2011)

5 à 10 % d’erreur

pour un angle de 45°

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Tests et validation

Journées de l’hydrométrie

2012

Bathymétrie

� Topographie classique (station totale, niveau)

� Mesures de profondeur au saumon

� Bottom track d’un ADCP

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Tests

Journées de l’hydrométrie

2012

� Arc-en-Maurienne (2010)

14

Tests et validation

Journées de l’hydrométrie

2012

Champ de vitesse de surface

� Comparaison ADCP / Surface Velocity Radar (Rhône à Surjoux, 2011)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 900,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

SVR (test 1) SVR (test 2) ADCP (top bins)

Distance from left bank [m]

Surface velocity [m/s]

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Résultats

Journées de l’hydrométrie

2012

Mesures sur des sites variés

� Saône, Bourbre (2012), comparaison ADCP/Radar

� Arc-en-Maurienne (2010-2011), comparaison saumon, courantomètre EM,

LSPIV

� Rhône à Surjoux (2011) Radar/ADCP

� Coefficients ≥ 1 sur l’Ain à Chazey et L’Albarine à Pont Saint Denis (sections)

� Echec sur Gentille 2011 et Rhône 2010 (surface trop lisse)

5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 250

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

KAL_11:53_12:25 SVR_11:58_12:34 C31_11:51_12:53 LSPIV_12:25

Position from left bank [m]

Surface velocity [m/s]

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Résultats

Journées de l’hydrométrie

2012

� Arc en Maurienne (2010)

Technique Débit (m³/s) Ecart à la courbe de tarage

Ecart au saumonJaugeage complet

Test B/Test C Test B/Test C Test B/Test C

Radar 97 / 111 +5.7% / +0.9% -2.7% / +2.7%

LSPIV 96 / 118 +4.1% / +7.1% -4.2% / +9.1%

Saumon surface 109 / 121 +19.0% / +9.8% +9.4% / +11.9%

Saumon 3 points 102 / 106 +10.7% / -2.6% +1.8% / -0.8%

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Conclusion

Journées de l’hydrométrie

2012

Avantages

� Jaugeage des écoulements difficilement mesurables par les méthodes

traditionnelles (crues, torrents)

� Rapidité de mesure, encombrement, coût

� Essais encourageants (∆Q ~ 10%)

Inconvénients

� Mesure de la bathymétrie (avant ou après, hypothèse de stabilité)

� Calage du coefficient de vitesse (privilégier les sites uniformes)

� Rugosité de surface

Perspectives

� Test du couplage SVR/PC

� Portée du SVR

� Dépouillement avec Barème

Actions convention Schapi/Irstea

� 2011 – Tests sur les différents modèles

� 2012 – Définition d’un protocole de terrain + retours utilisateurs

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Qui et combien ?

� SVR (1,9 à 2,9 k€)

Léger, correction d’inclinaisonjani.andersson@decatureurope.com

hydroservices@hydroservices.net

� RQ 30 (6,5 k€)

Stations fixes

anhydre@anhydre.com

� Kalesto (4,7 k€)

plus commercialisé

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Pour en savoir plus :

� Costa et al. (2006). Use of radars to monitor stream discharge by non contact

methods. Water Resources Research.

� Dramais et al. (2011). Utilisation des mesures sans contact pour quantifier le débit

des rivières torrentielles. Congrès SHF « L’eau en montagne : observer pour mieux

prévoir », Lyon.

� Dramais et al. (2011). Mesures sans contact des débits de crue : avancées et

perspectives. Congrès ECOTECH « Capteurs et Systèmes de Mesures pour les

applications environnementales », Montoldre.

� Le Coz et al. (2011). Use of emerging non-intrusive techniques for flood discharge

measurements. 5th International Conference on Flood Management (ICFM5),

Tokyo, Japon.

� Zolezzi et al. (2012). A systematic test of surface velocity radar (SVR) to improve

flood discharge prediction. AGU, San Francisco, USA.

� …

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Merci de votre attention

Journées de l’hydrométrie

2012