20160182 Etude hydraulique Cambou - 10 cm

Sommaire______________

1. Préambule 2

2. Emplacement et périmètre de l’étude 3

3. Analyse Hydraulique 53.1. Modélisation 53.2. Résultats des simulations 113.3. Conclusion et critique du modèle 15

Annexes 16

1. Simulation : profils en travers du Thoré avec rehausse à l’étiage et au module sous plusieurs débits 172. Simulation : profils en long du Thoré sans et avec rehausse selon plusieurs débits 18

Simulation hydraulique du Thoré - SARL d’exploitation du Cambou 1 sur 20

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1. PRÉAMBULELe propriétaire de la centrale hydroélectrique du Cambou (désigné comme Maître d’Ouvrage), située sur la rivière Thoré dans la commune de Caucalières (81), a déposé un dossier de renouvellement d’autorisation de la centrale comprenant une demande d’augmentation de la cote d’exploitation.

Suite au dépôt du dossier de demande d’autorisation, le service instructeur (DDT du Tarn) a demandé qu’une étude hydraulique soit réalisée pour étudier l’influence potentielle de la rehausse de la cote d’exploitation sur le fonctionnement de la centrale hydroélectrique située en amont (centrale d’Ardorel).

Afin de répondre à la demande de la DDT, HYDRO-M a réalisé une modélisation hydraulique de l’écoulement du Thoré entre la centrale d’Ardorel et le barrage du Cambou selon différents débits afin de vérifier l’éventuelle influence de la rehausse de la cote d’exploitation de l’usine du Cambou sur la cote de restitution de la centrale d’Ardorel.


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2. EMPLACEMENT ET PÉRIMÈTRE DE L’ÉTUDE

La centrale du Cambou se situe dans la commune de Caucalières (département du Tarn), sur la rivière du Thoré, en aval immédiat de la centrale d’Ardorel.

Centrale du Cambou

Figure 1 - Plan de localisation du site

Centrale d’Ardorel

Centrale du Cambou

Figure 2 - Plan de localisation des centrales du Cambou et d’Ardorel


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Le périmètre de l’étude s’étend sur la rivière Thoré entre le barrage du Cambou et le canal de fuite de la centrale d’Ardorel, au niveau de sa confluence avec le Thoré. La bathymétrie de cette zone a été levée par un géomètre expert en novembre 2016.

Centrale d’Ardorel

Barrage du Cambou

Périmètre étudié

Figure 3 - Localisation du périmètre d’étude


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3. ANALYSE HYDRAULIQUE3.1.1. MODÉLISATION

Objectif de la modélisation mise en oeuvre

• Déterminer le comportement hydraulique du Thoré en situation actuelle et après rehausse de la crête du barrage sous plusieurs débits (étiage, module, deux fois le module, trois fois le module et crue annuelle)

• Observer et évaluer l’évolution de la cote du Thoré en aval de la centrale d’Ardorel en comparant la situation actuelle à la situation future.

Outil de modélisation

HEC-RAS, Hydrologic Engineering Centers River Analysis System (Système d'analyse des rivières du centre d'ingénierie hydrologique) est un logiciel de modélisation hydraulique destiné à simuler l'écoulement dans les cours d’eau et les canaux.

La procédure de base de calcul du logiciel HEC-RAS pour les écoulements permanents est basée sur les équations de Barré de St-Venant (qui regroupent les équations de conservation de l’énergie et de conservation de la masse à une dimension).

Données d’entrée

• Cote d’exploitation actuelle : 190,18 m NGF

• Cote d’exploitation future : 190,41 m NGF

• Profils en travers établis par la campagne GeoSudOuest en novembre 2016 (8 profils répartis sur le secteur étudié, avec une distance inter-profil de 100 mètres en moyenne)

Figure 4 -Répartitions des profils en travers dans la zone d’étude


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A partir des données levées par le géomètre, ces profils ont été intégrés dans le logiciel de modélisation hydraulique HEC-RAS. Des profils intermédiaires ont été ajoutés par interpolation pour compléter les données existantes et améliorer la continuité de la modélisation.

Figure 5 - Données géométriques d’entrée : position des profils en travers

Figure 6 -Vue en perspective du modèle 1D du Thoré au module et à l’étiage


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Calage du modèle

Le calage du modèle a été réalisé selon le débit enregistré au cours de la campagne bathymétrique de novembre 2016. Les niveaux du Thoré de P1 à P8 ont tous été levés dans la journée du 03 novembre 2016, période sur laquelle le débit journalier du Thoré était de 2,4 m3/s à la station hydrométrique de Payrin-Augmentel.

Figure 7 - Débit du Thoré à la station Payrin-Augmentel le 03 novembre 2016 entre 8 heures et 18 heures (source : Banque Hydro )

La proximité directe du site avec la station (environ trois kilomètres) a permis le choix de ce débit pour le calage. Les données fournies par cette station étant représentatives et le débit journalier du 03 novembre étant stable.

Figure 8 -Profil longitudinal de la zone d’étude et calage du modèle selon le niveau du Thoré mesuré

Le calage a été réalisé en se référant à une cote d’exploitation fixée à 190,18 m NGF. Cependant cette cote est à ce jour non tenue, elle a été mesurée à 190,03 m NGF le 03 novembre 2016 par le géomètre. Une simulation a donc été réalisée afin de comparer les cotes amont du Thoré dans les deux cas.


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Figure 9 - Comparaison du niveau du Thoré selon un calage de la cote d’exploitation à 190,03 et à 190,18 m NGF

Le calage selon une cote d’exploitation fixée à 190,03 m NGF ou fixée à 190,18 m NGF n’a pas d’influence sur la cote du Thoré simulée en amont. La situation initiale choisie pour la modélisation correspondra donc à une cote d’exploitation de 190,18 m NGF.

Conditions amont :

La condition limite en amont a été définie pour la situation initiale et future selon une hauteur normale du Thoré et une pente de son lit égale à 0,8%. La pente est calculée à partir de la différence de cote des talwegs des profils P7 et P8 et de leur distance inter-profil.


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Aval Amont

Conditions aval :

Le tableau suivant présente la répartition des débits entre les différents ouvrages du barrage du Cambou :

Q total (m3/s)Q réservé (m3/s)Q réservé (m3/s)Q réservé (m3/s) Q exploitation

(m3/s)Q dévalaison

(m3/s)Q total (m3/s)Q PAP Q Attrait Q Déverse

Q exploitation (m3/s)

Q dévalaison (m3/s)

Etiage : 2,4 m3/s 0,3 1,5 0 0 0,6

Module : 12 m3/s 0,3 1,5 0 9,6 0,6

2x Module : 24 m3/s 0,52 1,9 8,7 12 0,9

3x Module : 36 m3/s 0,67 2,2 20,1 12 1,1

Crue annuelle : 42 m3/s

0,74 2,3 25,7 12 1,2

Tableau 1 - Répartition des débits au droit du barrage du Cambou

A partir des débits de déverse, les variations du niveau amont du barrage sont déterminées par la formule de déverse suivante :

Qd = 0,385.Hd.L(2g.Hd)1/2

Avec : • Qd : Débit de déverse en m3/s

• Hd : Hauteur de déverse en mètre

• g : accélération de pesanteur égale à 9,8 m/s2

Hypothèses :• Barrage perpendiculaire à l’écoulement

• Longueur du barrage : 80 m

• Coefficient de crête : 0,385 (crête épaisse)

Le tableau suivant présente les déverses obtenues ainsi que les niveaux du Thoré associés :

Débit du Thoré

Hauteur de déverse

Cote aval du Thoré en situation initiale

Cote aval du Thoré en situation future

2,4 m3/s 12 m3/s 24 m3/s 36 m3/s 42 m3/s

0,0 m 0,0 m 0,16 m 0,28 m 0,33 m

190,18 m NGF 190,18 m NGF 190,34 m NGF 190,48 m NGF 190,53 m NGF

190,41 m NGF 190,41 m NGF 190,55 m NGF 190,81 m NGF 190,86 m NGF

Tableau 2 - Conditions aval du modèle en fonction du débit du Thoré


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Coefficient de Manning :

Pour affiner le calage du modèle par rapport à la référence il a été choisi deux différents coefficients de Manning qui ont été intégrés au logiciel HEC-RAS :

Lit majeur Lit mineur

Coefficient de Manning 0,06 0,055

Tableau 3 - Coefficients de Manning choisis pour le modèle

Méthodologie mise en oeuvre

• Acquisition des données bathymétriques disponibles

• Définition des coefficient de Manning associés au lit mineur et lit majeur

• Définition des conditions amont et aval

• Création de profils intermédiaires par interpolation des profils existants

• Simulation pour le débit de référence de 2,4 m3/s en situation actuelle (cote d’exploitation égale à 190,18 m NGF)

• Ajustement des paramètres de calage pour obtenir une corrélation suffisamment fine entre le modèle et les fils d’eau mesurés

• Analyse critique des données puis validation du modèle pour la situation actuelle

• Simulation selon chaque débit de la situation future (crête du barrage et niveau d’exploitation rectifiés à 190,41 m NGF suite à une précédente simulation à 190,51 m NGF). Analyse critique des résultats et comparaison avec la situation actuelle

• Conclusion sur l’incidence de la rehausse de la cote d’exploitation sur la centrale d’Ardorel selon les différents débits étudiés


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3.1.2. RÉSULTATS DES SIMULATIONSLes résultats des simulations ont permis la comparaison du niveau du Thoré entre la situation actuelle et future sur l’ensemble du secteur étudié. L’analyse de ces résultats ont permis de déduire la zone influencée par la rehausse de la cote d’exploitation selon le débit du Thoré.

Ces résultats sont présentés sous forme de profil longitudinaux et de tableaux récapitulatifs.

En annexe 1, les huit profils en travers du Thoré en situation étiage et au module ont été joints pour illustrer localement l’incidence de la rehausse sur le niveau du Thoré.

Résultat de simulation à l’étiage (Q=2,4 m3/s)

Figure 10 -Profil longitudinal du Thoré entre les profils P1 et P8 à l’étiage

Profils

Niveau du Thoré actuel (m NGF)

Niveau du Thoré futur (m NGF)

Ecart de cote (m)

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

190,57 190,55 190,51 190,44 190,19 190,18 190,18 190,18

190,58 190,57 190,53 190,48 190,41 190,41 190,41 190,41

0,01 0,02 0,02 0,04 0,22 0,23 0,23 0,23

Tableau 4 - Résultats et comparaison du niveau du Thoré simulé à l’étiage

A l’étiage l’incidence de la rehausse concerne la quasi totalité du secteur, excepté au niveau du profil P1 où la différence de niveau a été évaluée inférieure ou égale à 1 cm et peut donc être considérée comme nulle, étant située à l’aval du canal de restitution de la centrale d’Ardorel (profil P1).


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Résultat de simulation au module (Q=12 m3/s)

Figure 11 -Profil longitudinal du Thoré entre les profils P1 et P8 au module

Profils



Ecart de cote (m)

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

191,10 191,04 190,95 190,80 190,27 190,22 190,19 190,18

191,10 191,04 190,95 190,8 190,46 190,43 190,42 190,41

0 0 0 0 0,19 0,21 0,23 0,23

Tableau 5 - Résultats et comparaison du niveau du Thoré simulé au module

Au module l’incidence de la rehausse concerne essentiellement l’aval du secteur, entre les profils P5 et P8. Entre les profils P1 et P4 l’influence de la rehausse peut être considérée comme nulle.


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Résultat de simulation à deux fois le module (Q=24 m3/s)

Figure 12 -Profil longitudinal du Thoré entre les profils P1 et P8 à deux fois le module

Profils



Ecart de cote (m)

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

191,48 191,39 191,27 191,06 190,53 190,44 190,38 190,34

191,48 191,39 191,27 191,07 190,67 190,62 190,58 190,55

0 0 0 0,01 0,14 0,18 0,2 0,21

Tableau 6 - Résultats et comparaison du niveau du Thoré simulé à deux fois le module

A deux fois le module, l’incidence est également nulle en amont de la zone à faible hauteur d’eau, située entre les profils P2 et P5. Le fonctionnement de la centrale hydroélectrique d’Ardorel n’est donc pas influencé par la rehausse.


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Résultat de simulation à trois fois le module (Q=36 m3/s)

Figure 13 - Profil longitudinal du Thoré entre les profils P1 et P8 à trois fois le module

Profils



Ecart de cote (m)

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8

191,77 191,64 191,49 191,22 190,76 190,64 190,54 190,48

191,77 191,65 191,51 191,28 190,87 190,78 190,71 190,81

0 0,01 0,02 0,06 0,11 0,14 0,17 0,33

Tableau 7 - Résultats et comparaison du niveau du Thoré simulé à trois fois le module

A trois fois le module l’incidence est également faible à nulle à partir du profil P5.

Analyse à bas débit

L’objectif de l’analyse qui suit est de vérifier l’incidence potentielle de la rehausse sur le fonctionnement de l’usine hydroélectrique d’Ardorel lorsque le débit du Thoré est faible (ce qui correspond généralement à une période de fonctionnement réduit voire d’arrêt complet des centrales hydroélectriques). Plusieurs débits sont simulés en partant de l’étiage jusqu’à une valeur proche de la moitié du module du Thoré :

Débit simulé (m3/s) Niveau du Thoré à P1 sans rehausse (m NGF)

Niveau du Thoré à P1 avec rehausse (m NGF)

Ecart de cote résultant à P1 (m)

2,4 190,57 190,58 <= 0,01

3 190,62 190,63 <= 0,01

4 190,70 190,70 0


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5 190,76 190,77 <= 0,01

6 190,83 190,83 0,00

7 190,89 190,88 <= 0,01

L’écart de cote sur l’ensemble des débits simulés est de l’ordre d’un centimètre ou moins. La précision de la modélisation ne permettant pas d’apprécier un résultat au delà du centimètre, l’incidence de la modification de la cote d’exploitation peut être considérée comme négligeable.

3.1.3. CONCLUSION ET CRITIQUE DU MODÈLEL’étude de l’incidence de la rehausse de la cote d’exploitation de la centrale du Cambou sur le fonctionnement de l’usine d’Ardorel par modélisation hydraulique aura permis de mettre en évidence une incidence nulle (inférieure ou égale à 1 cm) pour tous les débits caractéristiques (étiage, module, deux fois le module, trois fois le module, crue annuelle).

Les résultats de la modélisation hydraulique permettent de conclure que l’incidence de la rehausse du barrage du Cambou sur la cote de restitution de l’usine hydroélectrique d’Ardorel est nulle pour l’ensemble des débits du Thoré.


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AnnexesAnnexe 1 : Simulation du Thoré avec et sans rehausse à l’étiage et au module


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Annexe 1

Simulation : profils en travers du Thoré avec rehausse à l’étiage et au module sous plusieurs débits

010

2030

4050

6018

8

189

190

191

192

193

194

Mod

elis

atio

n1dC

ambo

u

Pl

an: P

lan

16

29/

08/2

017

Geo

m: C

ambo

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met

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iver

= T

horé

R

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= T

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= 1

8.72

P

1 A

mon

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Elevation (m)

Lege

nd

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36

m3/

s C

NE

mod

i

WS

24

m3/

s C

NE

mod

i

WS

12

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NE

mod

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6 m

3/s

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E m

odif

WS

Etia

ge C

NE

mod

if

Gro

und

Ban

k S

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.06

.055

.06

05

1015

2025

3035

4018

9.5

190.

0

190.

5

191.

0

191.

5

192.

0

192.

5

193.

0

Mod

elis

atio

n1dC

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16

29/

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017

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m: C

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8.60

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Etia

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.06

.055

.06

05

1015

2025

3035

189.

5

190.

0

190.

5

191.

0

191.

5

192.

0

192.

5

Mod

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atio

n1dC

ambo

u

Pl

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16

29/

08/2

017

Geo

m: C

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horé

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= 1

8.51

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3

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(m)

Elevation (m)

Lege

nd

WS

36

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mod

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24

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12

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.055

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010

2030

4050

6018

9.5

190.

0

190.

5

191.

0

191.

5

192.

0

192.

5

Mod

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16

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017

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8.37

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188

190

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194

196

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Mod

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16

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017

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5

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36

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12

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2030

4050

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190

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192

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195

196

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elis

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0

189.

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0

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0

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5

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0

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16

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017

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7.99

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36

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24

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4050

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188

190

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194

196

198

200

Mod

elis

atio

n1dC

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017

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.055

.06


Réf. 20160182 V1a Août 2017

Annexe 2

Simulation : profils en long du Thoré sans et avec rehausse selon plusieurs débits


Réf. 20160182 V1a Août 2017


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20160182 Etude hydraulique Cambou - 10 cm