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www.irstea.fr
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
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Les radars vélocimétriques
Journées de l’hydrométrie
2012
1. Fonctionnement et mise en œuvre
2. Tests & validation
3. Application au jaugeage des crues
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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)
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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)
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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’[email protected]
� RQ 30 (6,5 k€)
Stations fixes
� 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
