LES OUVRAGES DE VIDANGE D’UN BARRAGE

1- INTRODUCTIONOuvrages de vidange du barrage consistent généralement en des évacuateurs de crues et le fond (haute-tête) points de vente. Déversoirs sont essentiellement des dépendances barrage assurant un passage sûr des crues du réservoir dans le bief aval. La conception du déversoir dépend principalement de la taille de la conception des inondations, barrage type et l'emplacement, et le réservoir et le fonctionnement. La conception des ouvrages de vidange par le bas dépend principalement de la fin du réservoir et l'apport de sédiments et dépôt dans le réservoir.Évacuateurs de crues peuvent être classés de plusieurs façons: selon fonctionner comme (principal) de service, de secours et de déversoirs auxiliaires; selon le mode de contrôle que free (non contrôlé) ou dépendants (contrôlée) déversoirs; selon des critères hydrauliques, à savoir le type, comme déversoir, canal latéral, chute, arbre, siphon et déversoirs tunnel. Dans le texte qui suit cette classification dernier type sera utilisé.En dehors de l'économie, les principaux facteurs régissant le choix du déversoir pour un projet donné sont la fiabilité et la précision de la prévision des inondations, la durée et le montant du déversement, la sismicité du site du projet, de la topographie et de la géologie, et le type de barrage.Dans le cas des déversoirs dépendants des portes peut être actionné manuellement, par télécommande, ou automatiquement, en fonction du niveau de l'eau dans le réservoir. Règlements de contrôle rigides sont requis pour fonctionnement non automatique, afin d'éviter un aval grandes inondations artificielles et / ou de ne pas perdre de l'eau précieuse dans le réservoir. Lors du contrôle de l'écoulement réservoir par vannes de décharge avant ou pendant une période de crue, des méthodes fiables de prévision des crues doivent être développés. Les portes sont de diminuer utilité pour abaisser le niveau du réservoir, la hauteur du barrage augmente à moins qu'ils ne soient immergés comme, par exemple, dans les déversoirs des tunnels. Si les conditions locales (par exemple l'activité sismique, le manque de confiance dans la maintenance et des compétences opérationnelles, ou des difficultés d'accès) signifie qu'il existe des doutes quant à la fiabilité des portes, il pourrait être préférable d'opter pour un déversoir à accès libre. Quel que soit le fonctionnement de la porte peut être fiable, il est souvent stipulé que le déversoir doit être suffisante pour empêcher le franchissement du barrage devrait une ou plusieurs portes ne s'ouvrent pas.Bien que l'accent dans ce chapitre porte sur l'hydraulique des ouvrages de vidange, certains des aspects les plus généraux, tels que la sélection de la crue de projet, les inondations de routage, la sédimentation franc-bord et réservoir, doivent être traitées ainsi. Tout au long de cette année et les deux prochains chapitres de la cavitation termes, l'aération et la dissipation d'énergie apparaît, bien que les deux derniers peuvent être traités par rapport à des conceptions spécifiques et des types de déversoirs, de cavitation et sa prévention nécessite une discussion plus générale avant d'être traités dans les différents prise de courant fonctionne dessins.Dissipateurs d'énergie et les portes et les vannes font l'objet des deux chapitres suivants, tandis que les modèles d'œuvres de sortie sont traitées au chapitre 16.Pour le traitement de certains aspects des effets de l'écoulement sur les déversoirs sur la qualité de l'eau, voir la section 9.1.7.

2- La conception du débitLe choix de la crue de projet (apport réservoir) hydrogramme est l'une des tâches les plus importantes dans la conception des barrages, cela dépend de l'emplacement du barrage et le type de barrage et la procédure pour sa détermination. Seuls les principes de base de son estimation et la sélection peut être abordé ici, une enquête sur les méthodes de sélection de la crue de conception peut être trouvée, par exemple, dans la CIGB (1992).Les méthodes utilisées pour le calcul des crues développé à partir de données historiques sur les inondations observées maximum, des formules empiriques et régionales, les courbes d'enveloppe des crues et de l'analyse de fréquence des crues aux méthodes modernes basées sur l'analyse des précipitations et du ruissellement de conversion. Au Royaume-Uni le Manuel de cinq volumes Flood

Estimation publié par l'Institut d'hydrologie (1999) (maintenant le Centre for Ecology and Hydrology) largement supplanté le déluge précédente Rapport d'études (NERC 1993) et a mis l'accent à partir des équations de régression généralisée des techniques de transfert hydrologique données à partir des bassins versants non jaugés évaluée à. Aux Etats-Unis, le US Army Corps of Engineers hydrologique Centre d'ingénierie produit une série de logiciels (USACE, 2002) fournissant des méthodes de modélisation des bassins versants et y compris la simulation exploitation du réservoir.Les méthodes utilisées pour la sélection des crues de projet dans les différents pays varient (voir, par exemple, Minor, 1998) et sont contenues dans les recommandations et directives (émises par des organismes professionnels) ou même dans la législation. Dans de nombreux - mais pas toujours - le plus haut standard utilise la PMF - crue maximale probable - c'est à dire l'hydrogramme de crue résultant de la précipitation maximale probable (PMP) et (le cas échéant) la fonte des neiges, associée à des conditions pires inondations bassins de production qui peuvent être réaliste d'attendre des conditions météorologiques qui prévalent. Une discussion de la méthode pluie-débit et la procédure hydrogramme unitaire est au-delà de la portée de ce texte, mais pour de plus amples détails voir, par exemple, Linsley, Kohler et Paulhus (1988), Wilson (1990), Shaw (1994), Institut d'hydrologie ( 1999), Gosschalk (2002) et le US Army Corps of Engineers (2002).Le CGP peut également être déterminée approximativement un multiple d'une crue d'une période de retour donnée (par exemple 150 années, Q150 (m3 s 1)) qui, à son tour, est déterminé par l'analyse de fréquence des crues ou par une équation de corrélation avec le flot de l' bassin versant, l'indice de perméabilité du bassin versant, la fréquence de flux (nombre de jonctions sur une carte à l'échelle 1:25 000 divisé par bassin versant), le montant net d'un jour de pluie d'une période de retour donnée (par exemple 5 ans), et intégrant un régionale constante (NERC, 1993). Dans des conditions Royaume-Uni de la PMF est alors d'environ 5 fois la valeur Q150; de même, les PMF correspond à environ 3 fois le 1000 crue centennale et deux fois les 10 000 inondations année.La définition de la CMR implique que ce n'est pas une valeur fixe, que sa détermination (à l'exception de l'emplacement) dépend de la fiabilité de l'information, l'évolution des connaissances techniques et la précision de l'analyse, ainsi PMF peut - et devrait - être réexaminées périodiquement (voir également Reed et Field (1992)). Sa probabilité ne peut être déterminée, car elle représente les événements qui sont si rares que pas de données observées sont disponibles pour l'établir, et donc il ne peut être traité de manière déterministe. (Pour l'estimation des probabilités de crues extrêmes, vous pouvez aussi Conseil national de recherches (1988).) Le tableau 4.1 est un exemple des recommandations actuelles de l'Institution of Civil Engineers (Royaume-Uni) pour les normes d'inondation du réservoir (ICE, 1996).Dans le cas de la catégorie b et c barrages (tableau 4.1) une étude d'optimisation économique alternative pourrait être utilisé (voir également la CIGB, 1997) dans lequel les minimise les inondations choisis (sur une base probabiliste) la somme des coûts de l'évacuateur de crues et de dommages, mais , ce crue la réservoir peut pas descendre en dessous du minimum spécifié.Dans certains cas, des barrages dans la catégorie j (tableau 4.1) une analyse coûts-avantages et l'évaluation économique peut également être utilisé comme une mesure complémentaire.Pour petites digues conçues pour une durée de vie limitée de L (ans) (par exemple, batardeaux pour la dérivation des cours d'eau lors de la construction du barrage) le r risque de dépassement de la crue de projet d'une période de retour T (ans) peut être calculé commer? 1 (1 1 / T) L. (4.1)Fahlbusch (1999) souligne que les niveaux de sécurité adoptées pour les grands batardeaux construction de barrages sont souvent trop faible (en général 30 ans pour les remblais et 20 ans pour les barrages en béton), alors que pour être compatible avec les niveaux de sécurité pour les barrages finis, ouvrages de dérivation pour les périodes de construction 2-4 ans devraient être conçus pour les inondations 200-800 ans retour atelier

période que pendant les stades avancés de la construction d'une violation du barrage inachevé peut être aussi destructrice que celle de la structure finie.Un exemple d'une approche légèrement différente peut être trouvée dans le rapport du Comité de sélection des inondations déversoir Design (du Comité de l'hydrologie de surface de la Division Hydraulique de l'ASCE (ASCE, 1988), qui recommande trois catégories de barrages en fonction de l'échec conséquences et le niveau d'effort requis pour sélectionner une crue de projet.La catégorie 1 comprend les barrages »où l'identification des conséquences de défaillance indique un potentiel de perte de vie ou d'autres pertes sociales et économiques qui incontestablement justifient l'utilisation de PMF comme la crue de projet de sécurité».La catégorie 2 comprend les barrages »où les conséquences sociales et économiques de l'échec ne sont pas assez grands pour catégoriquement nécessitent l'utilisation de PMF comme la crue de projet de sécurité et exigent donc une analyse détaillée pour déterminer la crue de projet de sécurité».La catégorie 3 regroupe les petits barrages »où le coût de la construction est relativement faible et les dommages échec est faible et limitée au propriétaire.Lorsque l'on compare les lignes directrices du Royaume-Uni avec celles utilisées dans d'autres pays la loi européenne (1992) conclut que le Royaume-Uni peut être oversafe, mais que le relâchement des lignes directrices, il faudrait une plus grande certitude quant à la précision d'estimation des crues et que les préoccupations de la communauté et de la responsabilité ingénieur panneau sont peu susceptibles de prendre des risques dans un monde non-stationnaire climatique. Cassidy (1994) à la suite de la recherche fondamentale sur les processus hydrologiques, ce qui pourrait réduire les incertitudes inhérentes, recommande également enquêtes sur les attitudes sociales à des risques acceptables et dans l'analyse économique de prendre en considération la capacité du propriétaire du barrage de payer pour les dommages résultant de l'échec ainsi que pour la reconstruction de la digue.Ainsi, la sélection difficile d'un «sûr» d'inondation conception du réservoir afflux des questions complexes (y compris les valeurs morales) et nécessite l'identification et l'évaluation d'une combinaison d'impacts économiques, sociaux et environnementaux.

3- Laminage de cruePour déterminer le débit de dimensionnement du déversoir nous devons convertir l'hydrogramme d'entrée de la crue de projet dans le routage de sortie par les inondations qui, à son tour, est fonction du type de déversoir, la taille, et son fonctionnement, et de la zone du réservoir. Il s'agit donc d'un processus itératif de conception typique dans lequel la sortie du barrage, la détermination de la taille (et le type) du déversoir, dépendra de l'entrée et du type de déversoir et de la taille. Réservoir d'inondation de routage (qui est un cas particulier du général ouvert inondations canal de routage - Section 8.6) peut être réalisée en utilisant l'une des méthodes établies (itération, Puls, Goodrich, la valeur de sortie initiale) en fonction de la taille du réservoir, le temps de At étape choisie, et la précision requise. Toutes les méthodes sont basées sur l'équation de continuité, sous la forme:

L'équation (4.7) s'applique à un déversoir à écoulement libre sans barrières (pour un niveau d'eau dans le réservoir au-dessus de la crête). Dans le cas de l'écoulement étant commandée par une ou plusieurs portes il s'applique à une position de la porte (s) seulement. Une série de rapports semblables est donc requise pour chaque position successive de la porte (s), ce qui rend le laminage des crues avec un évacuateur vanné beaucoup plus compliqué que pour un logiciel gratuit (non synchronisées) évacuateur de crues. Par conséquent, il est souvent supposé dans ce cas que, pour une inondation majeure, les portes ont été soulevées et le réservoir vidé à la crête niveau d'avant le déluge, l'acheminement de qui est ensuite traité de manière conventionnelle applicable pourun déversoir à écoulement libre. Dans la conception nous avons donc d'abord estimer le débit maximal du réservoir (pour un hydrogramme d'entrée donné), puis choisissez la taille et le type de déversoir et de tester notre hypothèse de routage par l'afflux de l'évacuateur de crue choisi. Dans cette procédure, on suppose que la crête et les niveaux maximaux admissibles de l'eau sont fixés par d'autres considérations (utilisation réservoir, inondations en amont, hauteur économique du barrage, etc.) Dans le laminage des crues nous supposons que le niveau du réservoir initial à être aussi élevé que on peut s'attendre au début d'une inondation majeure (généralement au niveau de la crête du déversoir).En général, les déversoirs étroites exigent plus dépendants des barrages et peuvent, par conséquent, être très efficace pour le routage des crues. De larges déversoirs libres ou gated économiser sur la hauteur du barrage, mais ne sont généralement pas très efficace pour réguler les inondations.Ainsi, le type de déversoir influe sur les avantages à tirer de la lutte contre les inondations. La taille requise de l'évacuateur de crues - et donc son coût - diminue avec l'augmentation de la hauteur du barrage, qui à son tour augmente le coût du barrage; combinant les deux types de coûts (barrage et déversoir), le niveau de la crête pour un coût total minimum peut être précisée, mais en général le niveau de crête est déterminée par d'autres considérations telles que l'opération retenue.

4- RevancheFranc-bord est la distance verticale entre la partie supérieure du barrage et la pleinefournir le niveau dans le réservoir, le sommet du barrage est le plus élevé étancheniveau de la structure et peuvent ainsi être au sommet d'un parapet étanche.Le franc-bord comporte plusieurs volets:1. élévation du niveau de réservoir en raison d'inondations routage (en supplément inondations; Section(4,3);2. effets de seiche;3. vent mettre en place de la surface de l'eau;4. l'action des vagues et de l'exécution de vagues sur la digue.Les trois dernières composantes sont souvent considérés comme le franc-bord adéquat, ou franc-bord des vagues. Parfois (dans les déversoirs gated) une composante supplémentaire est introduite pour couvrir dysfonctionnement des portes. Un autre élément peut être tenu de rendre compte de l'effet des ondes de choc générées par des instabilités du rivage (chutes de pierres, glissements de terrain, avalanches, etc), pour l'hydraulique de ces ondes et leur effet sur le barrage de voir, par exemple, Huber (1997) , Vischer et Hager (1998) et la CIGB (2002). Dans les barrages en remblai le franc-bord totale doit aussi inclure une provision pour le règlement du barrage et fondations (chapitre 2). Ainsi, la détermination franc-bord fait appel au jugement d'ingénierie, l'analyse statistique et l'évaluation du dommage qui résulterait de l'franchissement d'un barrage.Seiches, ondulations périodiques du réservoir, sont généralement ignorés, en particulier dans les petites et moyennes réservoirs, et leur effet est inclus dans une marge de sécurité ajoutée aux composants de franc-bord d'autres. Thomas (1976) mentionne seiches jusqu'à 0,5 m de haut dans quelques-uns des très grands réservoirs.Vent mettre en place (ou la marée du vent (Roberson, Cassidy et Chaudry, 1998)), s (m) résulte de l'cisaillement induit par le vent continue (ou des rafales régulières dans une direction). Sa valeur dépendra de la profondeur du réservoir, dr (m), planche à chercher, F (km) (la distance libre maximale du vent qui peut se déplacer sur le réservoir), l'angle du vent pour le chercher,?, Et la vitesse du vent U (h km 1) mesurée à une hauteur de 10 m. L'équation Zuiderzee peut être utilisé comme un guide:

La perspective des vagues sur la face amont du barrage, à savoir la hauteur maximale atteinte par une vague en cours d'exécution d'un parement, par rapport au niveau d'eau constant sans l'action du vent, dépend essentiellement de la hauteur des vagues, la profondeur en face de l'barrage, la géométrie et le matériau de la face amont du barrage, et les conditions d'approche dans le réservoir. L'onde de run-up pour un visage typique verticale dans l'eau profonde est égale à Hd, mais peut atteindre des valeurs plus 2HD pour une pente douce de 1 à 2 (ICE, 1996).Il peut être approprié de tester plusieurs variantes du vent / chercher directions pour déterminer la valeur maximale de la hauteur significative des vagues conception. La vitesse du vent utilisée dans la Fig. 4.1 devrait inclure des ajustements pour la période de l'eau, la durée, la direction, l'altitude et retour ouvert (voir ICE, 1996) (l'effet combiné de tous les ajustements est souvent proche de 1). Lors

de la détermination de la valeur finale de la franc-bord tous les composants supplément doivent être additionnées; renvoi peut également être faite à la dernière colonne du tableau 4.1.La probabilité d'un vent violent qui coïncide avec le niveau de la crue maximale dans le réservoir est généralement très faible, et donc il peut être jugé inutile de superposer toutes les conditions extrêmes pour la détermination de franc-bord, en particulier dans le cas des barrages en béton. De même, il est une question de jugement de l'ingénieur des dommages possibles à partir de l'eau passant sur le barrage et le coût d'un franc-bord important pour une vague perspective qui finira par déterminer la valeur adoptée franc-bord. Il est généralement admis que l'herbe bien choisi sur un talus peut résister à des vitesses d'eau allant jusqu'à 2 ms 1 pour de longues périodes et jusqu'à 5 ms 1 pour de courtes périodes (moins de 1 h); voies d'eau gazonnées renforcés des résultats nettement meilleurs (CIRIA, 1987 ).

8- vidange de fondLes vidanges de fond sont des ouvertures dans le barrage utilisées pour diminuer le niveau du réservoir. Selon le type de grilles de commande (vannes) (voir section 6.3) et la position de la sortie par rapport à l'eau d'aval, ils opèrent sous pression ou à écoulement libre sur une partie de leur longueur. Les flux des vidanges de fond peuvent être utilisés comme flux pour compenser une section de la rivière en aval du barrage où le débit serait autrement compris entre les limites acceptables ci-dessous: les vidanges peuvent aussi servir à transmettre les courants de densité (chargée de sédiments) dans le réservoir (section 4.5) .

Les grandes ouvertures de fond servent comme des déversoirs immergés (section 4.7.7) et leur capacité peut être utilisée pour la chasse des sédiments du réservoir (section 4.5) et lors de la construction du barrage (si une seule ouverture est disponible, son blocage doit être évité). Un arrangement typique pour un grand déversoir du fond est montré dans la Fig. 4,21, et pour une sortie de fond d'une capacité inférieure à la Fig. 4,22. Notez la construction d'admission et la forme conçue pour réduire la perte de charge, la section de sortie évasée (pour faciliter la dissipation d'énergie en aval de la sortie) et la sortie d'air pour protéger la jonction de l'évacuateur de crues et de vidange contre la cavitation possible (dans le cas de leur conjointe fonctionnement). La surface de vidange est dans ce cas réduite à 85% de la surface de sortie inférieure pour assurer la protection de cavitation (au prix d'une réduction de 10% de la capacité de sortie). Si l'évacuation se termine par

une vanne de régulation, puis une réduction de la superficie similaire devrait être fournie (par l'ouverture de la vanne complète, voir la section 6.3).La perte de charge à une entrée est exprimée par . Pour une entrée de rainures et d'un écran, . Bien que les valeurs les plus faibles du coefficient? Sont généralement associés avec les entrées avec des parois courbes (ce qui donne une diminution progressive de section), parfois les mêmes (ou encore mieux) résultat peut être atteint par une transition formé par de plusieurs surfaces planes, au détriment des petites pressions négatives qui permet de développer sur eux. Pour éviter la formation de tourbillons dans le niveau d'eau en amont dul'entrée, son axe doit être immergé suffisamment et / ou vortex suppresseursion (par exemple dispositifs de radeaux flottants) doit être utilisé (Knauss, 1987). Il peut êtreavantageux de combiner la partie d'évacuation des vidanges de fond avec les retombéesdissipateur d'énergie manière, dans de nombreux cas, cependant, une énergie de sortie séparéedissipateur est fourni (section 5.5). Pour plus de détails vidange de fondles tests et la conception de modèle, reportez-vous Novak et C

ábelka (1981), pour les détails de laprotection des entrées contre la glace et leur fonctionnement dans des conditions hivernales, voirAshton (1988).