BARRAGE DU LAC-LABELLE ÉTUDE DE RUPTURE …laclabelle.org/environnement/pdf/07729-etude-rupture-lac-labelle... · Tableau 3.1 : Caractéristiques de la brèche du barrage du Lac-Labelle

BARRAGE DU LAC-LABELLE ÉTUDE DE RUPTURE DE BARRAGE N/Réf. : 07729 (60ET) Janvier 2011 Révision : 00

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Étude de rupture de barrage

Barrage du Lac-Labelle

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Janvier 2011 – Révision 0

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TTAABBLLEE DDEESS MMAATTIIÈÈRREESS

11.. IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN.......................................................................................................................................................................................................... 11

22.. DDOONNNNÉÉEESS DDEE BBAASSEE DDEE LL’’ÉÉTTUUDDEE ........................................................................................................................................................ 22

2.1 Études antérieures ....................................................................................................... 2

2.1.1 Rupture de barrage ..................................................................................................... 2 2.2 Données topographiques.......................................................................................... 2

2.3 Données bathymétriques........................................................................................... 2

2.4 Caractéristiques de l’ouvrage de retenue............................................................. 2

2.5 Caractéristiques d'exploitation de l’ouvrage......................................................... 3

2.6 Hydrologie..................................................................................................................... 4

2.7 Débordement sur les digues...................................................................................... 5

2.8 Structures à risque ....................................................................................................... 6

33.. MMÉÉTTHHOODDOOLLOOGGIIEE EETT HHYYPPOOTTHHÈÈSSEESS DDEE RRUUPPTTUURREE........................................................................................................ 77

3.1 Stratégie de simulation............................................................................................... 7

3.2 Calibration du modèle ............................................................................................... 7

3.3 Définition de la brèche............................................................................................... 9

3.3.1 Simulation en temps sec.............................................................................................. 10 3.3.2 Simulation en période de crue................................................................................... 10

44.. RRÉÉSSUULLTTAATTSS DDEESS SSIIMMUULLAATTIIOONNSS.............................................................................................................................................................. 1111

4.1 Rupture en temps sec................................................................................................. 11

4.1.1 Rupture en temps de crue centennale.................................................................... 13 4.1.2 Rupture en temps de crue millennale ...................................................................... 15

55.. ÉÉVVAALLUUAATTIIOONN DDEESS NNIIVVEEAAUUXX DDEE CCOONNSSÉÉQQUUEENNCCEESS EETT DDEE LLAA CCRRUUEE DDEE SSÉÉCCUURRIITTÉÉ 1166

5.1 Structures affectées sans rupture ............................................................................. 16

5.2 Évaluation des niveaux de conséquences............................................................. 16



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5.2.1 Détermination du niveau de conséquences du barrage..................................... 16 5.3 Évaluation de la crue de sécurité ............................................................................ 16

66.. CCOONNCCLLUUSSIIOONN EETT RREECCOOMMMMAANNDDAATTIIOONNSS .......................................................................................................................... 1177 FIGURES

Figure 2.1 : Barrage du Lac-Labelle Figure 2.2 : Courbe d’évacuation du barrage du Lac-Labelle Figure 3.1 : Calage du modèle hydraulique à l’aide d’une relation niveau d’eau-

débit Figure 3.2 : Illustration de la brèche du barrage du Lac-Labelle Figure 3.3 : Brèche du barrage du Lac-Labelle simulée dans HEC-RAS (section

amont) Figure 4.1 : Niveau d’eau maximal suite à la rupture du barrage en temps sec Figure 4.2 : Niveaux d’eau maximal avec et sans rupture du barrage en temps de

crue 1:100 ans TABLEAUX

Tableau 2.1 : Caractéristiques du barrage du Lac-Labelle Tableau 2.2 : Débits maximums instantanés entrants dans chaque sous-bassin Tableau 2.3 : Synthèse des résultats de modélisation Tableau 3.1 : Caractéristiques de la brèche du barrage du Lac-Labelle Tableau 3.2 : Débits modules pour chaque sous-bassin en amont du barrage Tableau 5.1 : Niveau de conséquences du barrage du Lac-Labelle ANNEXES

Annexe 1 : Délimitation des bassins versants à ’étude

Annexe 2 : Localisation des sections intégrées au modèle numérique

Annexe 3 : Méthodologie pour la détermination

Annexe 4 : Sections transversales des niveaux d’eau atteints par temps de crue centennale



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11.. IINNTTRROODDUUCCTTIIOONN

Conformément au Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages, la Municipalité de Labelle doit déterminer le niveau de conséquences et la crue de sécurité du barrage n° X0005401 situé à l’exutoire du lac Labelle. Actuellement, l’ouvrage est classifié à forte contenance. Son niveau de conséquences est évalué à « moyen », et le présent rapport a pour objectif de vérifier cette classification en effectuant une étude de rupture du barrage.

L'évaluation du niveau de conséquences nécessite l'étude de la propagation de l'onde de rupture de l'ouvrage par temps sec et par temps de crue.

Les simulations par temps sec permettent de connaître les impacts liés à une rupture de barrage et de définir le niveau de conséquences correspondant.

Les simulations par temps de crue consistent à comparer les conditions hydrauliques de la rivière lorsqu'elle est en crue, avec et sans rupture de barrage. Ceci permet de définir le niveau de conséquences causé par la rupture de l'ouvrage en crue. La crue de sécurité est définie relativement à ce niveau de conséquences.



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22.. DDOONNNNÉÉEESS DDEE BBAASSEE DDEE LL’’ÉÉTTUUDDEE

2.1 ÉTUDES ANTÉRIEURES

2.1.1 Rupture de barrage

Aucune étude de rupture du barrage du Lac-Labelle (BLL) n’a été trouvée dans la littérature et aucune étude de ce type n’existe selon le propriétaire de l’ouvrage.

2.2 DONNÉES TOPOGRAPHIQUES

Les données topographiques utilisées dans le cadre de l’étude proviennent des sources suivantes :

Feuillets 031J02, 031J03, 031J06 et 031J07 à l’échelle 1:50 000 des cartes topographiques de la Base nationale de données topographiques (BNDT);

Lacs et rivières – Réseau Hydro National (RHN), Géobase;

Relevés d’arpentage complémentaires réalisés les 24, 25 et 26 novembre 2010 par BPR.

2.3 DONNÉES BATHYMÉTRIQUES

La bathymétrie intégrée au modèle numérique est basée sur les relevés de terrain mesurés entre le 24 et le 26 novembre 2010 par BPR. De plus, des sections transversales de rivière ont été relevées au droit des ponts du tronçon à l’étude. Enfin, des données bathymétriques numériques existantes pour le lac Labelle ont été utilisées.

2.4 CARACTÉRISTIQUES DE L’OUVRAGE DE RETENUE

Le barrage du Lac-Labelle est un ouvrage de retenue en béton de type seuil déversoir trapézoïdal (figure 2.1). Des digues de fermeture en enrochement sont situées de part et d’autre du déversoir. Ses principales dimensions sont présentées au tableau 2.1. Il est à noter que naturellement, de gros rochers faisant partie de la roche-mère se trouvent en aval de l’ouvrage et faisaient déjà office de déversoir naturel avant la mise en place du barrage.



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Figure 2.1 : Barrage du Lac-Labelle

Tableau 2.1 : Caractéristiques du barrage du Lac-Labelle

Paramètre Valeur

Longueur du déversoir 14,64 m

Hauteur maximale du barrage 2,7 m

Hauteur de retenue 1,28 m

Hauteur amont du seuil 0,2 m

Largeur de la crête du seuil 0,85 m

Élévation de la crête 246,8 m

Pentes latérales du déversoir 1,7 H : 1 V

Longueur digue droite 25 m

Longueur digue gauche 20 m

2.5 CARACTÉRISTIQUES D'EXPLOITATION DE L’OUVRAGE

Aucune manœuvre de contrôle des eaux n’est réalisée au barrage du Lac-Labelle. Ainsi, le niveau du réservoir à l’amont du barrage est uniquement contrôlé par le déversement au-dessus du seuil fixe en béton. La crête de l’ouvrage est à l’élévation géodésique 246,8 m. Autrement, sans qu’il n’y ait de plan spécifique à cet effet, l’entretien du barrage est assuré par les propriétaires riverains. Lorsque des débris (arbres, branches, etc.) se trouvent coincés sur la crête du barrage, ils s’occupent de défaire les embâcles.



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2.6 HYDROLOGIE

La méthodologie utilisée pour définir les différents paramètres hydrologiques nécessaires à la présente étude est explicitée en détail dans une note technique à l’annexe C.

Les débits maximums journaliers entrants dans chaque sous-bassin illustré à l’annexe A ont été calculés pour les récurrences 2, 100 et 1 000 ans et sont présentés au tableau 2.2.

Tableau 2.2 : Débits maximums instantanés entrants dans chaque sous-bassin

Période de récurrence

(ans)

Débit total

(m3/s)

Débit bassin A

(m3/s)

Débit bassin B

(m3/s)

1 000 192,7 114,6 78,1

100 147,4 87,7 59,7

2 65,3 38,8 26,5

À partir de ces données, des hydrogrammes synthétiques ont été générés. Ensuite, un routage des débits a été effectué à l’aide du modèle HEC-RAS version 4.1 afin d’évaluer l’effet de laminage du lac Labelle sur les pointes de débits en temps de crues, sur les volumes d’eau emmagasinés dans le lac, ainsi que sur les niveaux d’eau. La courbe d’évacuation du barrage du Lac-Labelle est illustrée à la figure 2.2 et la synthèse des résultats pour les récurrences 2, 100 et 1 000 ans est présentée au tableau 2.3.



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Figure 2.2 : Courbe d’évacuation du barrage du Lac-Labelle

Tableau 2.3 : Synthèse des résultats de modélisation

Récurrence (ans)

Débit max. au barrage (m3/s)

Niveau max. au barrage (m)

1 000 145 248,6 100 100 248,4

2 15 247,4

Les débits laminés au droit du barrage obtenus suite aux simulations hydrauliques ont ensuite été utilisés comme paramètres d’entrée dans le modèle HEC-RAS pour l’évaluation des impacts potentiels en cas de rupture de l’ouvrage de retenue.

2.7 DÉBORDEMENT SUR LES DIGUES

La courbe d’évacuation du barrage montre que l’eau déborde du déversoir pour un débit supérieur à 40 m3/s. Dans ces conditions, l’eau déborde au-dessus des digues de fermeture en enrochement de part et d’autre du barrage. En temps de crue centennale, la hauteur d’eau supérieure au sommet des digues est estimée à 0,6 m. Il est à noter que la brèche simulée dans le modèle hydraulique (définie à la section 3.3) qui se forme dans le déversoir en béton est considérée comme la plus critique. En fait, la



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formation d’une brèche dans les digues latérales serait limitée par le terrain naturel en aval.

Photo 2.1 : Digue gauche

Photo 2.2 : Digue droite

2.8 STRUCTURES À RISQUE

L’annexe B présente la localisation des structures qui risquent d’être affectées par la rupture du barrage. Ces structures sont :

Le pont de la Dame (chaînage 0+107m);

Le pont Pierre Fortin (véhicules tout-terrain) (chaînage 2+784 m);

Les résidences (divers chaînages).

Photo 2.3 : Pont de la Dame

Photo 2.4 : Pont Pierre Fortin



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33.. MMÉÉTTHHOODDOOLLOOGGIIEE EETT HHYYPPOOTTHHÈÈSSEESS DDEE RRUUPPTTUURREE

3.1 STRATÉGIE DE SIMULATION

Les simulations hydrauliques pour les études de rupture ont été réalisées à l’aide du modèle HEC-RAS. Le tronçon modélisé s’étend de l’amont du lac Labelle (chaînage -14+890 m) jusqu’aux rapides de la rivière Maskinongé (chaînage 4+077 m). Entre ces deux extrémités se trouvent le lac Brochet et le lac Clément. Vingt-trois sections en amont du barrage du Lac-Labelle et trente et une sections en aval ont été intégrées au modèle. L’annexe B présente la localisation de ces sections.

Afin d’assurer la stabilité des calculs numériques, toutes les sections du modèle ont été interpolées aux 100 m. Le pas de temps utilisé dans les calculs est de 1 minute.

Trois scénarios de rupture ont été simulés :

Rupture par temps sec ;

Rupture par temps de crue centennale ;

Rupture par temps de crue millennale.

Toutes les simulations ont été effectuées en régime transitoire avec les débits laminés présentés au tableau 2.3 pour les récurrences 100 ans et 1 000 ans. Pour la rupture en temps sec, le débit module a été utilisé.

Des profondeurs normales d’écoulement ont été imposées comme conditions limites à l’amont et à l’aval du modèle avec des pentes fixées à 0,1 % et 5 % respectivement. Le coefficient de Manning a été établi à 0,035 pour le lit principal et à 0,08 pour les plaines inondables. Il varie à 0,07 pour le chenal principal en aval du pont Pierre Fortin afin de calibrer le modèle et mieux représenter le fond rocheux dans ce tronçon.

3.2 CALIBRATION DU MODÈLE

À partir du jaugeage réalisé par BPR le 27 novembre 2010 au droit du pont Pierre Fortin, le modèle HEC-RAS a été calibré à partir de la ligne d’eau (profil hydraulique). Celle-ci a été établie avec le débit calculé (2,03 m³/s) et le niveau des eaux du jour mesuré à différents endroits sur le tronçon à l’étude. La figure 3.1 permet de visualiser le calage du modèle en fonction des valeurs observées.



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1000 2000 3000 4000

232

234

236

238

240

242

244

246

248

Barrage_lac_Labelle Plan: Naturel 3 2010-12-16

Distance (m)

Élev

atio

n (m

)

Legend

WS Jaugeage

Ground

OWS Jaugeage

Figure 3.1 : Calage du modèle hydraulique à l’aide d’une relation niveau d’eau-débit

Pont Pierre FortinPont de la Dame

Barrage

Lac Clément Lac Brochet

Lac Labelle

Rapides



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3.3 DÉFINITION DE LA BRÈCHE

Le tableau 3.1 présente les caractéristiques de la brèche du barrage. La pratique usuelle consiste à considérer, pour un barrage-poids en béton, une largeur de brèche quatre fois la hauteur maximale de l’ouvrage. Dans le cas présent, la hauteur maximale évaluée à partir du haut des digues latérales est de 2,7 m. La largeur de la brèche est donc de 10,8 m. Il est à noter que la hauteur de retenue entre la crête de l’ouvrage en béton et sa base a été évaluée à partir des relevés topographiques à une valeur de 1,28 m. La figure 3.2 illustre la brèche du BLL, formée au centre de l’ouvrage. La figure 3.3 illustre la brèche telle que simulée dans le logiciel HEC-RAS.

Tableau 3.1 : Caractéristiques de la brèche du barrage du Lac-Labelle

Caractéristiques

Emplacement de la brèche Centre du déversoir Cote de crête (m) 246,80 Cote de la base de la brèche (m) 245,52 Hauteur de la brèche (m) 1,28 Largeur à la base (m) 10,8 Pente des parois latérales 0 H : 1 V Temps de formation (min) 6



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Figure 3.2 : Illustration de la brèche du barrage du Lac-Labelle

Figure 3.3 : Brèche du barrage du Lac-Labelle simulée dans HEC-RAS (section amont)

3.3.1 Simulation en temps sec

Pour ce scénario, le débit initial dans chaque sous-bassin du lac Labelle est égal au débit module. Celui-ci a été évalué à l’aide de la méthode de transfert par bassin versant en fonction des débits modules obtenus pour les stations hydrométriques des ruisseaux Suffolk (040409) et Saint-Louis (040212). C’est la moyenne des résultats présentés au tableau 3.2 qui est utilisée comme paramètre d’entrée dans le modèle pour la simulation.

Tableau 3.2 : Débits modules pour chaque sous-bassin en amont du barrage

Total

Ruisseau SuffolkRuisseau Saint-LouisMoyenne 4,10

Cours d'eau de référence

Bassin B (73 km2)

1,04 1,811,35 1,57

1,69

Bassin A (107,1 km2)

2,242,572,41

3.3.2 Simulation en période de crue

Les calculs ont été réalisés pour la crue centennale (1:100 ans) et la crue millennale (1:1 000 ans). Pour ces scénarios, les débits de pointes laminés présentés au tableau 2.3 sont utilisés comme intrants dans le modèle.



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44.. RRÉÉSSUULLTTAATTSS DDEESS SSIIMMUULLAATTIIOONNSS

4.1 RUPTURE EN TEMPS SEC

En temps sec, le débit initial est de 4,1 m3/s. Le niveau d’eau initial sur la crête du barrage est de 247,08 m. Il est de 242,63 m dans le lac Brochet et de 242,09 m dans le lac Clément. En cas de rupture en temps sec, le débit maximal observé au droit du barrage est de 8,94 m3/s, ce qui est inférieur à la crue de récurrence 1:2 ans (15 m3/s). Le niveau d’eau maximal sur la crête du barrage est de 247,08 m. Il est de 242,92 m dans le lac Brochet et de 242,22 m dans le lac Clément (figure 4.1). Pour cet événement, aucune structure ou résidence n’est affectée. Aux fins de comparaison, l’équation suivante a été utilisée pour déterminer le débit de rupture instantané théorique en fonction du niveau d’eau et des dimensions de la brèche (Marche, 2008) :

Avec celle-ci, on obtient un débit de rupture théorique de 36,5 m3/s.

5.25.1 26.17.1 bbisvb hhzhhbkcQ



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0 1000 2000 3000 4000

235

240

245

250

Barrage_lac_Labelle Plan: QmoduleR_5min 2011-01-05

Distance (m)

Élev

atio

n (m

)

Legend

WS Max WS

Ground

Figure 4.1 : Niveau d’eau maximal suite à la rupture du barrage en temps sec

Pont Pierre Fortin Pont de la Dame

Barrage


Lac Labelle

Rapides



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En conclusion, la rupture du barrage du Lac-Labelle en temps sec n’entraîne aucune conséquence. Le niveau de conséquences est donc « minimal » au sens du Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages.

4.1.1 Rupture en temps de crue centennale

En cas de crue centennale sans rupture, le débit initial au barrage est de 100 m3/s. Le niveau d’eau sur la crête du barrage est de 248,40 m. Il est de 245,60 m au droit des ponts à l’étude, ce qui signifie que ces structures sont submergées. De plus, certaines des résidences riveraines se trouvent affectées sans rupture. En cas de rupture, le débit maximal observé au droit du barrage est de 104,7 m3/s. Le niveau d’eau maximal est de 245,68 m au droit des ponts à l’étude. En comparaison, le débit de rupture théorique calculé (Marche 2008) est de 76,5 m3/s, ce qui est inférieur au résultat de modélisation. La figure 4.2 permet de constater qu’avec ou sans rupture, les ouvrages à risques sont submergés.



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1000 2000 3000 4000

235

240

245

Barrage_lac_Labelle Plan: 1) AA_100ans 2011-01-06 2) AA_100ansRR 2011-01-05

Distance (m)

Élev

atio

n (m

)

Legend

WS Max WS - AA_100ans

WS Max WS - AA_100ansRR

Ground

Figure 4.2 : Niveaux d’eau maximal avec et sans rupture du barrage en temps de crue 1:100 ans

Pont Pierre Fortin Pont de la Dame

Barrage


Lac Labelle

Rapides



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Les conséquences entraînées par la rupture du barrage du Lac-Labelle en période de crue 1:100 ans ne sont donc pas plus importantes que sans la rupture. Par le fait même, le niveau de conséquences est « minimal » au sens du Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages.

4.1.2 Rupture en temps de crue millennale

Les résultats de simulations pour la crue millennale permettent d’arriver aux mêmes résultats que pour la crue centennale. En effet, le barrage étant fortement submergé dans un état initial, la rupture n’entraîne pas de conséquences supplémentaires sur les structures à risque. Par le fait même, le niveau de conséquences est « minimal » au sens du Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages.



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55.. ÉÉVVAALLUUAATTIIOONN DDEESS NNIIVVEEAAUUXX DDEE CCOONNSSÉÉQQUUEENNCCEESS EETT DDEE LLAA CCRRUUEE DDEE SSÉÉCCUURRIITTÉÉ

5.1 STRUCTURES AFFECTÉES SANS RUPTURE

En temps de crue de récurrence 1:100 ans, le pont de la Dame et le pont Pierre Fortin sont affectés sans rupture. L’augmentation du niveau d’eau au droit de ces structures en raison de la rupture est négligeable. Autrement, une évaluation sommaire de l’élévation de certaines résidences par rapport au niveau du lac sur le tronçon à l’étude a été effectuée par la Municipalité de Labelle. Grâce à ces données, on estime à 32 le nombre de résidences inondées en temps de crue centennale.

5.2 ÉVALUATION DES NIVEAUX DE CONSÉQUENCES

L’analyse des résultats permet de constater qu’il n’y a pas d’onde de crue à proprement dit lors de rupture du barrage. En effet, le rehaussement du niveau d’eau observé est toujours négligeable et sans impact incrémental. En temps de crue, l’ouvrage est fortement submergé, ce qui diminue les impacts en cas de rupture. Enfin, la présence de lacs en aval du barrage permet une diminution du rehaussement du niveau d’eau lors d’augmentation de débit. Ainsi, il n’y a pas plus de conséquences après la rupture du barrage qu’avant, et ce, en période de crue millennale, centennale et par temps sec.

5.2.1 Détermination du niveau de conséquences du barrage

Le niveau de conséquences du barrage doit être celui correspondant au niveau de conséquences le plus important entre celui obtenu en temps de crue et celui par temps sec. Par le fait même, le niveau de conséquences associé au barrage du Lac-Labelle est « minimal » tel que présenté au tableau 5.1.

Tableau 5.1 : Niveau de conséquences du barrage du Lac-Labelle

Rupture

Temps secCrue 1:100 ansCrue 1:1 000 ans minimal

Niveau de conséquences

minimalminimal

5.3 ÉVALUATION DE LA CRUE DE SÉCURITÉ

Étant donné que le niveau de conséquences du barrage du Lac-Labelle est « minimal », la crue de sécurité du barrage est, selon le Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages, égale à la crue de récurrence 1:100 ans. Le débit correspondant à cette récurrence est de 100 m³/s.



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66.. CCOONNCCLLUUSSIIOONN EETT RREECCOOMMMMAANNDDAATTIIOONNSS

Dans le cadre de l’application de la Loi sur la sécurité des barrages, la Municipalité de Labelle a mandaté la firme BPR pour déterminer la crue de sécurité du barrage du X0005401, situé à l’exutoire du lac Labelle. L’étude de bris de barrage a permis de déterminer les impacts envisageables avec ou sans la rupture de l’ouvrage de retenue, et ce, en temps de crue et par temps sec.

Les simulations dans le modèle HEC-RAS du tronçon à l’étude ont permis de constater que la rupture du barrage du Lac-Labelle n’engendre pas d’augmentation des dommages en aval de l’ouvrage autant en temps de crues 100 ans et 1 000 ans que par temps sec.

Ainsi, en vertu du Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages, les calculs mènent aux conclusions suivantes :

le niveau de conséquences d’une rupture du barrage du Lac-Labelle est « minimal »;

le débit de crue de sécurité correspond à la crue centennale (100 m3/s).

Enfin, tel que mentionné à la section 2.7 du présent rapport, à un débit supérieur à 40 m3/s, l’eau peut s’écouler par-dessus les digues d’enrochement situées des deux côtés du déversoir. Dans l’étude sur l’évaluation de la sécurité du barrage, il faudra donc inclure des recommandations afin d’assurer que ces digues aient une stabilité structurale suffisante pour résister à une crue centennale.



ANNEXES



ANNEXE 1 : DÉLIMITATION DES BASSINS VERSANTS À ’ÉTUDE



ANNEXES



ANNEXE 2 : LOCALISATION DES SECTIONS INTÉGRÉES AU MODÈLE NUMÉRIQUE

La

c L

ab

elle

Lac Labelle

Municipalité de LabelleMunicipalité de Labelle

12012.18

17922.3

10616.88

18269.74

18999.11

12711.84

15709.76

16336.25

16947.12

13893.42

-9+000

-8+000

-7+000

-6+000

-11+000

-15+000

-14+000

-13+000

-12+000

-10+000

Annexe A - Cartede localisation des sections intégrées au modèle numérique

Fond de carte:031J02, 031J07

Projet: Conçu: Dessiné:

Échelle: Date:07729 F.C. D.D.

2011-01-14

Légende

section HEC-RAS

centre de rivière

chaînage 0+000

Carte:1 de 1

LacBrochet

La

c L

abe

lle

LacClément

Ri vi ère Maskinongé

Barrage du Lac-LabelleX0005401

Pont de la Dame

Pont Pierre Fortin

Rapides

10616.88

9131.24

6761.6

7798.67

8401.24

229.14

615.

57

143.

52

928.

37

5397.36

6251.15

5886.14

61.74

2759.18

1721.79

2535.87

1599.7

1151.86

3902.1

3736.19

4883.78

1412.78

5191.27

1876.22

3324

.41

2196.21

3554.33

1993.51

426.

23

4450.99

2897.94

4273.76

1303.73

4638.91

2348.41

3060.74

3154.56

4+00

00+000

1+000

2+000

3+00

0

-3+000

-7+000

-6+000

-5+000

-4+000

-1+000

-2+000

0 1 2Km

1:30 000



ANNEXES



ANNEXE 3 : MÉTHODOLOGIE POUR LA DÉTERMINATION DES PARAMÈTRES HYDROLOGIQUES

\\Se1s052\prj_reg\07729\DOC-PROJ\60\60ET\Étude de rupture\Note hydrologique\Annexe C - Hydrologie.doc 1

OBJET : Détermination de paramètres hydrologiques dans le cadre de l’étude de rupture du barrage du Lac-Labelle (X0005401) – Municipalité de Labelle

N/Réf. : 07729 (60ET)

1. INTRODUCTION

Conformément au Règlement de la Loi sur la sécurité des barrages, la Municipalité de Labelle doit déterminer le niveau de conséquences et la crue de sécurité du barrage n° X0005401 situé à l’exutoire du lac Labelle. L’une des premières étapes de l’analyse consiste à déterminer les débits de crue et les niveaux d’eau au barrage. Ces paramètres sont ensuite utilisés dans les analyses hydrauliques.

La présente note a pour but d’expliciter la méthode de calcul des débits et des niveaux de crue au droit du barrage Labelle.

2. MÉTHODOLOGIE

Les débits et niveaux de crue au barrage sont calculés en tenant compte de la capacité de laminage du lac. Le routage des débits est effectué à l’aide avec le modèle HEC-RAS, version 4.1. La méthode de calcul utilisée est décrite dans la présente note.

\\Se1s052\prj_reg\07729\DOC-PROJ\60\60ET\Étude de rupture\Note hydrologique\Annexe C - Hydrologie.doc 2

3. CARACTÉRISTIQUES DU BASSIN VERSANT

Le bassin versant au droit du barrage du Lac-Labelle a été délimité à partir des cartes à l’échelle 1:50 000 de la Base nationale de données topographiques (BNDT). Celui-ci a une superficie de 180,1 km2 et est présenté à la figure 3.1. Le bassin global a été divisé en deux sous-bassins (A et B) dont les eaux se déversent dans le lac Labelle. Le tableau 3.1 présente leurs caractéristiques hydrologiques.

Le sous-bassin A d’une superficie de 107,1 km2 inclut trois lacs majeurs (lacs Désert, Chapleau et des Mauves) et a une longueur maximale d’écoulement de 30,8 km. Le sous-bassin B d’une superficie de 64,8 km2 exclut la superficie du lac Labelle (8,2 km2). En comparaison, le sous-bassin B a une faible superficie de lac et sa longueur maximale d’écoulement est plus courte : 7,50 km. À noter que la longueur du lac n’est pas considérée dans le calcul de longueur maximale d’écoulement.

Le temps de concentration est calculé à l’aide de l’équation suivante développée par la Federal Aviation Agency :

où :

tc : temps de concentration (min) C : coefficient de ruissellement L : distance maximale d’écoulement (m) Sw : pente moyenne du bassin versant (%) Le coefficient de ruissellement a été calculé en se basant sur les cartes pédologiques de Agriculture et Agro-Alimentaire Canada (carte des sols – Compté de Labelle, Hull, carte no. 3). La pente moyenne du bassin versant est prise en compte dans les calculs. Trois séries de sols se trouvent sur le territoire principalement, soit Sainte-Agathe, Saint-Colomban et Saint-Faustin. Il s’agit de loam sableux, rocheux et caillouteux ayant un drainage variant de bon à excessif. Le coefficient de ruissellement est établi à partir de la moyenne de deux valeurs, soit celle présentée dans le Manuel de conception des ponceaux du MTQ (0,23) et celle proposée dans le Manuel de gestion du drainage du MTO (0,18). Le temps de concentration obtenu à l’aide de ces données est utilisé pour le calcul des hydrogrammes synthétiques de la section 4.3.

Tableau 3.1 – Caractéristiques hydrologiques des sous-bassins versants

Caractéristiques Sous-bassin A Sous-bassin B

Superficie (km2) 107,1 64,8 Longueur maximale d’écoulement (km)

30,8 7,50

Pente moyenne (%) 10,5 14,3 Pourcentage de lacs (%) 16,5 3,5 Types de sols Loam sableux, rocheux et caillouteux Occupation du territoire Boisé Coefficient de ruissellement 0,21 Temps de concentration (min) 234 104

\\Se1s052\prj_reg\07729\DOC-PROJ\60\60ET\Étude de rupture\Note hydrologique\Annexe C - Hydrologie.doc

Figure 3.1 – Sous-bassins versants au droit du barrage du Lac-Labelle


4. DÉBITS ENTRANTS AU LAC

4.1 DÉBITS MOYENS JOURNALIERS

Aucune mesure directe du débit n’est disponible pour le site à l’étude. Étant donné que la superficie totale du bassin versant au droit du barrage est supérieure à 25 km!, la méthode rationnelle ne peut pas être utilisée. Ainsi, diverses méthodes ont été employées pour déterminer les débits moyens journaliers pour des crues de récurrence 2, 10, 25, 50, 100 et 1 000 ans. L’ensemble des résultats obtenus est présenté au tableau 4.1.

1) Transfert de bassins versants ;

a. Station hydrologique n° 040409 du ruisseau Suffolk (bassin de 61,6 km2, 33 années de données) ;

b. Station hydrologique n° 040212 du ruisseau Saint-Louis (bassin de 39,9 km2, 44 années de données).

2) Méthode de l’analyse régionale des crues journalières de la province de Québec (Anctil, 1998) ;

3) Méthode de l’estimation des débits journaliers de crue printanière des rivières du Québec méridional-HP-40 (Hoang, 1977).

Tableau 4.1 – Débits de crues moyens journaliers pour l’ensemble du bassin versant entrant au lac Labelle obtenus à l’aide de diverses méthodes

2 10 25 50 100 1 000

Transfert (040409) 55.8 101.4 122.1 136.6 150.4 193.0

Transfert (040212) 51.1 82.4 97.5 108.3 118.8 152.0

Analyse régionale 58.9 86.8 98.9 107.3 114.9 136.9

HP-40 51.7 77.1 88.3 98.3 107.0

Moyenne 54.4 86.9 101.7 112.6 122.8 160.6

Débit (m3/s)Méthode

Il est à noter que la superficie des bassins versants utilisés pour la méthode de transfert est de 2,9 à 4,5 fois plus petite que le bassin versant analysé, tandis que le ratio recommandé est entre 0,5 et 2. Cependant, il s’agit des seuls bassins versants jaugés, naturels et non influencés à proximité du site à l’étude. Les résultats sont donc utilisés aux fins de comparaison. Autre fait, la méthode HP-40 ne permet pas de déterminer le débit pour une récurrence de crue de 1:1 000 ans. Celui-ci est donc évalué à l’aide des autres méthodes.


Les débits retenus sont ceux calculés par la moyenne des valeurs des trois méthodes (excluant la méthode HP-40). Ceux-ci sont jugés conservateurs et ne semblent pas être surestimés lorsqu’on les compare avec ceux de l’analyse régionale et du transfert avec la station hydrométrique n° 040212.

4.2 DÉBITS MAXIMUMS INSTANTANÉS

Les débits moyens journaliers retenus précédemment ont été majorés pour obtenir les débits maximums instantanés entrants au lac. Un facteur de pointe de 1,2 est utilisé pour la majoration. Ce facteur est identique à celui calculé à la station Suffolk (13 ans de données entre 1979 et 2002). Le tableau 4.2 présente les débits maximums instantanés entrants au lac.

Tableau 4.2 - Débits maximums instantanés entrants au lac

Période de récurrence

(ans)

Bassin A (m3/s)

Bassin B (m3/s)

Total (m3/s)

1000 114,6 78,1 192,7

100 87,7 59,7 147,4

50 80,3 54,8 135,1

25 72,5 49,5 122,0

10 62,0 42,3 104,3

2 38,8 26,5 65,3

4.3 HYDROGRAMMES

Les hydrogrammes synthétiques entrants au lac ont été calculés en se basant sur trois paramètres : (1) débit moyen journalier, (2) débit maximum instantané et (3) temps de concentration. La figure 4.1 présente la forme de l’hydrogramme synthétique.

Les seuls inconnus sont le débit antécédent et le débit précédent, qui sont supposés égaux. Ces valeurs sont déterminées mathématiquement de façon à ce que, sur une période de 24 heures, le débit moyen journalier soit respecté.

Les figures 4.2 à 4.4 présentent les hydrogrammes d’entrée au lac en provenance des sous-bassins A et B pour des récurrences de crues de 2, 100 et 1 000 ans. Ces hydrogrammes sont combinés pour obtenir un seul hydrogramme d’entrée. Après la période de 24 heures, le débit entrant au lac décroit linéairement pour atteindre en une journée le débit 2 ans (54,4 m"/s) dans le cas des crues 100 ans et 1 000 ans. Dans le cas de la crue 2 ans, après la période de 24 heures, le débit entrant au lac décroit linéairement pour atteindre en une journée un débit de 20 m"/s.


Figure 4.1 – Forme de l’hydrogramme synthétique utilisé

52

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Temps (h)

Déb

it (

m3/s

)

61 m3/s

54,4 m3/s

52,8 m3/s

Figure 4.2 – Hydrogramme généré pour une crue de récurrence 1:2 ans


118

120

122

124

126

128

130

132

134

136

138

140

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Temps (h)

Déb

it (

m3/s

)

138 m3/s

122,8 m3/s

119,2 m3/s

Figure 4.3 – Hydrogramme généré pour une crue de récurrence 1:100 ans

153

156

159

162

165

168

171

174

177

180

183

0 3 6 9 12 15 18 21 24

Temps (h)

Dé

bit

(m

3/s

)

180,7 m3/s

160,6 m3/s

155,8 m3/s

Figure 4.4 – Hydrogramme généré pour une crue de récurrence 1:1 000 ans


5. COURBE D’ÉVACUATION DU BARRAGE

La figure 5.1 présente la courbe d’évacuation du barrage du lac Labelle. Cette courbe a été établie en réalisant plusieurs simulations numériques en régime permanent. Le coefficient de seuil utilisé est de 1,7, ce qui est caractéristique d’un seuil épais trapézoïdal.

Figure 5.1 – Courbe d’évacuation du barrage du Lac-Labelle


6. MARQUE DES HAUTES EAUX AU BARRAGE

Lors de la visite de terrain, une marque des hautes eaux a été identifiée sur la structure en béton du barrage (photo 1). L’élévation géodésique de cette marque est de 247,4 m. Selon la courbe d’évacuation du barrage (figure 5.1), ce niveau est atteint à un débit de 15 m3/s.

Photo 1 - Marque des hautes eaux, barrage du Lac-Labelle

7. NIVEAU INITIAL AU DROIT DU BARRAGE

En temps de crue 100 ans, le débit initial entrant au lac est de 119,2 m"/s (figure 4.3). Selon la courbe d’évacuation du barrage, ce débit correspond à un niveau supérieur au dessus de la structure de béton (248,5 m > 247,8 m). Il convient de statuer si un tel niveau initial est réaliste. Pour ce faire, une simulation des conditions initiales, avant l’insertion de l’hydrogramme synthétique (figure 4.3), a été réalisée avec le modèle HEC-RAS version 4.1. La simulation vise à calculer quel est le débit moyen journalier entrant au lac nécessaire pour faire passer le niveau au barrage de 247,4 m (marque des hautes eaux) à 248,5 m (niveau initial théorique) en 24 heures. Les résultats obtenus montrent que ce débit moyen journalier entrant est de l’ordre de 200 m3/s. En se rapportant au tableau 4.1, on voit qu’une telle valeur correspond à un événement de récurrence supérieure à 1:1 000 ans. Dans ce contexte, il apparaît irréaliste de considérer un niveau initial de 248,5 m au barrage pour la simulation 100 ans.

Ainsi, de façon conservatrice, le niveau initial pour la crue 100 ans est posé égal à celui d’une crue moyenne journalière entrant au lac de récurrence 1:25 ans (102 m"/s), passant linéairement de 15 m"/s à 189 m"/s en 24 heures. De même, le niveau initial pour la crue 1 000 ans est posé égal à celui d’une crue moyenne journalière entrant au lac de récurrence 1:100 ans (123 m"/s), passant linéairement de 15 m"/s à 231 m"/s en 24 heures.

Les niveaux initiaux au droit du barrage obtenus par simulations avec le logiciel HEC-RAS sont donc : 248,0 m (100 ans) et 248,1 m (1 000 ans).

Marque des hautes eaux


8. ROUTAGE DES DÉBITS

Le routage des débits a été simulé à l’aide du logiciel HEC-RAS, version 4.1. Les apports des sous-bassins A et B ont été intégrés séparément au modèle. Le modèle inclut l’atténuation naturelle des hydrogrammes d’apport dans le lac. Les valeurs obtenues directement en amont du barrage sont :

Crue 100 ans : débit max. = 100 m"/s ;

Crue 1 000 ans : débit max. = 145 m"/s.

9. CONCLUSION

La présente note a permis de décrire la méthodologie utilisée pour déterminer les débits et les niveaux d’eau maximums au droit du barrage du Lac-Labelle. La méthode de calcul prend en compte le laminage des débits dans le lac. Les valeurs obtenues sont :

Crue 100 ans : débit max. = 100 m"/s, niveau max. = 248,4 m;

Crue 1 000 ans : débit max. = 145 m"/s, niveau max. = 248,6 m.

10. RÉFÉRENCES

Anctil, F., Martel, N. et Hoang, V.D. 1998. Analyse régionale des crues journalières de la province de Québec, Revue canadienne de génie civil, 25(2): 360-369.

Centre d’expertise hydrique du Québec (2010). Historique des niveaux et des débits de différentes stations hydrométriques, Station 040409 – Ruisseau Suffolk

< http://www.cehq.gouv.qc.ca/hydrometrie/historique_donnees/fiche_station.asp?NoStation=040409>

Centre d’expertise hydrique du Québec (2010). Historique des niveaux et des débits de différentes stations hydrométriques, Station 040112 – Ruisseau Saint-Louis

< http://www.cehq.gouv.qc.ca/hydrometrie/historique_donnees/fiche_station.asp?NoStation=040112>

Hoang, V. D., 1977. Estimation des débits journaliers de crue printanière des rivières du Québec méridional. Service de l’hydrométrie du Québec, 50 p.



ANNEXES



ANNEXE 4 : SECTIONS TRANSVERSALES DES NIVEAUX D’EAU ATTEINTS PAR TEMPS DE

CRUE CENTENNALE

0 100 200 300 400 500240

250

260

270

280

290

300

Barrage_lac_Labelle Plan: 1) 145mcsR_1min 2010-12-21 2) AA_100ansRR 2011-01-05

RS = 4450.99

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend

WS Max WS - 145mcsR_1min


Ground

Bank Sta

.08 .035 .08

0 100 200 300 400 500240

245

250

255

260

265

270


RS = 4273.76

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035 .08

0 100 200 300 400 500245

250

255

260

265

270


RS = 4136.51

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035 .08

0 100 200 300 400 500245

250

255

260

265

270


RS = 4130 IS Barrage du lac Labelle

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035 .08

0 50 100 150 200 250 300 350240

245

250

255

260

265

270

275


RS = 4116.15

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035 .08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 4029.63

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 4025 BR

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .035

.08

0 100 200 300 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 4025 BR

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 100 200 300 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 4023.62

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 100 200 300 400 500240

245

250

255

260

265


RS = 3902.1

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500235

240

245

250

255

260

265

270

275


RS = 3736.19

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300 350235

240

245

250

255

260

265

270


RS = 3554.33

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400240

245

250

255

260

265

270


RS = 3324.41

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250235

240

245

250

255

260

265

270


RS = 3154.56

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300240

245

250

255

260

265

270


RS = 3060.74

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500230

235

240

245

250

255

260

265

270


RS = 2897.94

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600230

240

250

260

270

280

290


RS = 2759.18

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600230

240

250

260

270

280

290


RS = 2535.87

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300230

240

250

260

270

280

290


RS = 2348.41

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300 350230

240

250

260

270

280

290


RS = 2196.21

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300235

240

245

250

255

260

265

270


RS = 1993.51

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400235

240

245

250

255

260

265

270

275


RS = 1876.22

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600230

240

250

260

270

280

290


RS = 1721.79

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500230

240

250

260

270

280

290


RS = 1599.7

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500230

240

250

260

270

280

290


RS = 1412.78

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1367.03 Section 1352 recopiee 15 m en amont

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1357.03 Section 1352 recopiee 5m en amont

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1352.03

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1350 BR

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1350 BR

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350 400240

245

250

255

260

265

270

275

280


RS = 1346.89

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07

.08

0 50 100 150 200 250 300 350240

245

250

255

260


RS = 1303.73

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600240

242

244

246

248

250

252

254

256

258


RS = 1150.29

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700235

240

245

250

255

260


RS = 928.366

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700235

240

245

250

255

260

265

270


RS = 615.569

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700235

240

245

250

255

260

265


RS = 426.229

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700 800238

240

242

244

246

248

250

252

254

256


RS = 229.14

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 200 400 600 800238

240

242

244

246

248

250

252

254

256


RS = 143.521

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700240

242

244

246

248

250

252

254

256


RS = 61.7363

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

0 100 200 300 400 500 600 700240

242

244

246

248

250

252

254

256


RS = 60

Station (m)

Éle

vatio

n (m

)

Legend



Ground

Bank Sta

.08 .07 .08

Documents

BARRAGE DU LAC-LABELLE ÉTUDE DE RUPTURE …laclabelle.org/environnement/pdf/07729-etude-rupture-lac-labelle... · Tableau 3.1 : Caractéristiques de la brèche du barrage du Lac-Labelle