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D I M E N S I O N N E M E N T  D E S  O U V A R G E S  D E  D E R I V A T I O N
 

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    D I M E N S I O N N E M E N T  D E S  O U V A R G E S  D E  D E R I V A T I O N D I M E N S I O N N E M E N T D E S O U V A R G E S D E D E R I V A T I O N Document Transcript

    • ROYAUME DU MAROC *****ORMVA DE TAFILALET ***** SUBDIVISIONS SER ERFOUD DIMENSIONNEMENT DES OUVRAGES DE DERIVATION DES EAUX DE CRUES Réalisé par : OURAHOU M. Mars 2003
    • 2 DIMENSIONNEMENT DES OUVARGES DU BARRAGE DE DERIVATION I- Seuil déversant Le calage du seuil est dicté par les contraintes topographiques du site (profil en travers de louedau niveau de laxe) et des périmètres à irriguer. Le profil Creager permet un bon écoulement de la lame déversante en évitant le décollementde la lame deau (figure n° 1). I.1- Ecoulement en amont et en aval du seuil. La connaissance du régime découlement dans loued permet de définir les conditions defonctionnement du seuil (noyé ou dénoyé) et de déterminer les protections nécessaires contre leseaux de crues. Lécoulement en amont et en aval du seuil se calcule en utilisant la formule de Manning-Strickleret la formule du régime critique : • Formule de Manning-Strickler Q = k S R 2/3 i 1/2 K : coefficient de Manning, égale à 35 en terre; S : section mouillée calculée par tranche dun profil en travers de la vallée (fig n° 2); R : rayon hydraulique (R = S / P); i : pente de loued; P : périmètre mouillé. • Formule du régime critique Q = √ ( g S 3 / L) L : longueur maximale de la section mouillée. Ce qui permet détablir la courbe caractéristique de débit en fonction de la hauteur deau "h" dansloued (figure n° 3) en amont et en aval du site du barrage. Ainsi, on détermine le régimedécoulement dans loued (fluvial ou torrentiel) en se basant sur le débit de la crue du projet. I.2- Ecoulement sur le seuil Le calage du seuil est fixé de telle manière à : - dominer le maximum de superficie d périmètre, - évacuer la crue du projet. La connaissance de lécoulement sur le seuil permet de déterminer la cote des plus hautes eaux(PHE) correspondant à la crue du projet. Le débit sur le seuil peut être dénoyé ou noyé:  Régime dénoyé Q = μ L h 3/2 √2 g
    • 3
    • 4  Régime noyé Q = K μ L h 3/2 √2 gμ : égal à 0.045 pour un seuil type Creager;L : longueur déversante du seuil;K : coefficient de réduction du débit en régime noyé pris égal à 0.85;Q : débit de la crue du projet.Ainsi, on détermine la hauteur deau au dessus du seuil : H = h + V² / 2 gAvec une revanche de 0.50 à 0.55 m, la cote des plus hautes eaux sera de : PHE = TN+ H + 0.50Ainsi, le barrage sera calé à la cote : Cs = PHE- h = TN + V²/2 g + 0.50Les caractéristiques du profil du seuil sont estimés à partir de la charge totale H : - Epaisseur amont: e >= H / 4; - Rayon amont : R1 >= H / 3; - Rayon aval : R2 >= 2 H / 3.I.3- Autres caractéristiques du profil Creager - Epaisseur de la crête du barrage : ec = 0.12 H, - Rayon de jonction parement aval-arrière radier : Ra = 0.15 H, - Longueur de larrière radier : La = 0.50 Ra, - Courbe du parement aval : Y / H = - 0.85 ( X / H) 1.85 - Longueur de la base du seuil : B = 0.70 H. II- Bassin de dissipation Cet ouvrage est incorporé au seuil afin dassurer sa stabilité. Il est dimensionné de telle façonà y localiser le ressaut hydraulique en régime dénoyé. Il est calculé de telle manière que le débit Qo correspondant au passage dun régime dénoyé(torrentiel) à un régime noyé (fluvial) et est détermine à partir des courbes de débit à lamont et àlaval du seuil. Le débit Qo correspond à la valeur pour laquelle : Cs- CPEav – Ho / 2 = 0 Cs : crête du seuil CPEav : cote plan deaux aval; Ho : lame deau sur le seuil. Par application du théorème de Bernoulli entre les sections amont et au pieds du seuil,on : yo + Zs + Vo² / 2 g = y1 + Zr + V1² / 2 gAinsi :
    • 5 y1 + V1² / 2 g = Zo - Zr + Vo² / 2 g = Hs Hs : lame deau sur lavant radier. Zr : cote radier à laval du seuil. Ce qui fait : V1 = √2 g ( Hs - y1 ) (1) On a : V1 = Qo / ( L y1 ) (2) Daprès (1) et (2) : on détermine la valeur de y1 et V1 : ( H- y1 ) y1 ² = Qo ² / (2 g) Fr1 = V1 / √g y1 La première abaque ou formule: y2 / y1 = 1/2 [√(1- 8 Fr1²)-1] donne y2 La deuxième abaque : L / y2 = f(Fr) donne la largeur L du bassin. Côte Z aval = côte radier + y2 Le nombre de Froude permet de choisir le type du bassin (ouvrages Design of SmallDams). Il faut noter que y2 calculé doit donner une profondeur nulle du bassin de dissipation parrapport au terrain naturel.  Détermination de la longueur du ressaut On utilise des formules empiriques : - Formule de Smetana : L = 6 ( y2 – y1 ) - Formule de Safranez : L = 4.5 y2 - Formule de Dominiguez : L = 1.5 yc (y2 / y1 – 0.80) valable pour 2< y2 / y1 <16  Détermination de Qo On établit un tableau reflétant : Cs- CPEav – Ho / 2 = 0 Lame deau sur leDébit Oued CPE avec seuil CPE aval seuil Cs- CPEav – Ho / 2 seuil Ho Qo 0 II.1- Aménagement du matelas deau à larrière du barrage En ce qui concerne laménagement du matelas deau dont lequel dont lequel se produit ledéversement, il est conseillé davoir la profondeur de la cuvette au dessus du plafond du bief avalégale à (formule de Schoklish) : P = b q 0.5 (H/g)0.75 q : débit maximum en m3/s/ml (= Qo / L) de crête déversante; b : coefficient qui est fonction de décrochement au pied de louvrage (=0.58); H : hauteur du barrage; P : profondeur de la cuvette.
    • 6 P étant toujours supérieur à H / 10. Le rayon R de la courbe de raccordement du parement aval du barrage avec le congé horizontal de la longueur R/2 est égal à : 0,15.H. La longueur de la cuvette est de δ. H avec 0.5 < δ < 1 (soit δ = 0.70). Pour éviter les problèmes daffouillement à laval du barrage et pour mieux stabiliser le ressaut au niveau du bassin, on adopte un décrochement de valeur "P" telle que la profondeur est de : TN – P. III- Ouvrages de prise Cet ouvrage est constitué de : - Prise du barrage; - Déssableur - limiteur de débit; - Prise du canal tête morte. La taille et limportance de cet ouvrage dépendent essentiellement du débit déquipement, de la charge hydraulique en cas de crue et du volume des matériaux solides à décanter. La limitation du débit se fait au moyen dune série de masques créant des pertes de charges singulières et des déversoirs latéraux. III.1- Bassin dadmission Lorsque laxe de la prise-barrage nest pas quasiment perpendiculaire aux filets du courant deau dans loued, un basin dadmission devant la prise devient inévitable et permet : - créer devant la prise un plan deau calme pour éviter le transit des matériaux en charriage, - augmenter la capacité de décantation du déssableur. III.2- Prise- barrage A un débit inférieur au débit nominal, elle se comporte comme un déversoir noyé : Q = k μ L H3/2 √2 g H : charge sur déversoir; K : coefficient en fonction de h1/h, pris égale à 0.85; μ : coefficient égale à 0.495; L : longueur du déversoir. A un débit de projet, elle se comporte comme un orifice noyé : Q = μ S H1/2 √2 g S : section du pertuis; H : différence de charge entre lamont et laval de lorifice. Généralement le dimensionnement de la prise-barrage se fait de telle manière que ses pertuisfonctionnent comme des orifices particulièrement noyés : Q = μ L ( h3 – h2 ) √2 g h2 + (2/3) μ √2 g ( h2 3/2 – h1 3/2 ) μ : coefficient découlement = 0.60; h2 – h1 : doit être supérieur ou égale à 0.05;
    • 7 h3 – h1 : hauteur de la prise. Larête supérieure de la prise sera donc à la côte : Za = CPE + 0.05 Et pour une largeur et une ouverture définie du pertuis de la prise, on détermine h1, h2 et h3. Dece fait, le seuil de dérivation sera calé à la côte : Cs = CPE + 0.05 + h2. Le seuil de la prise sera de : Csp = Cs – h3 III.2- Déssableur Cest un caisson à ciel ouvert dont les dimensions sont fonction de la vitesse de décantation etdu volume à décanter. Son rôle est de se débarrasser des sables et des charriages fatalement entraînésà la prise par la vitesse de leau, il ne permet pas déliminer les limons fins qui restent en suspensiondans leau et aille fertiliser les terres irrigués. - Largeur du déssableur Avec un lame deau "h" prise égale à la hauteur de la prise-barrage on a : Ve = Q / (b . h). En fixant b, on détermine la vitesse de telle manière à être proche de 0.7 m/s. - Longueur du déssableur Elle est fonction du débit solide. Ainsi ce paramètre peut être calculé en fonction du volume à décanter. Avec une hauteur de dépôt Hd, la longueur minimale de louvrage sera de : Lp = Vs / (b x Hd) Vs : Volume du solide à décanter, Hd : hauteur des dépôts admise, b : largeur de louvrage. La largeur est déterminée de telle manière que la vitesse varie en général entre 0.5 et 0.7 m/s. On peut aussi déterminer cette longueur en fonction du temps découlement de leau à lintérieurdu déssableur : Te = L / Ve Ve : vitesse comprise entre 0.5 et 0.7 m/s; Te : temps découlement. III.3- Limiteur de débit La limitation du débit se fait au moyen dune série de masques créant des pertes de charges singulières et des déversoirs latéraux.
    • 8  A un débit inférieur au débit nominal, le premier masque se comporte comme un orifice partiellement noyé tandis que les autres sont comme des singularités : • Orifice partiellement noyé La formule de calcul du débit est : Q = μ L ( h3 – h2 ) √2 g h2 + (2/3) μ √2 g ( h2 3/2 – h1 3/2 ) μ : coefficient découlement = 0.60; h2 – h1 : doit être supérieur ou égale à 0.05; h3 – h1 : hauteur de la prise. • Singularité La perte de charge à travers une singularité est donnée par : ∆h = k (V2 2- V1 2 ) / ( 2 g ) k : coefficient de perte de charge = 0.2; V1 : vitesse dans le canal; V2 : vitesse au droit de la singularité. En général, V1 est très négligeable devant V2 , ainsi : ∆h = k V2 2 / ( 2 g )  A débit de projet, le dernier masque fonctionne comme un orifice partiellement noyé et les autres comme des orifices noyés : La charge totale à dissiper par les masques au droit du limiteur du débit est donnée par : ∆H = CPEoued – CPEamont dernier masque Doù le nombre de masque sans déversement latéral : ∆h1 + ( n + 1 ) ∆h2 = ∆H ∆h1 : perte de charge à travers la prise-cannal; ∆h2 : perte de charge à travers le masque Pour réduire le nombre de masque, on associe au limiteur de débit un évacuateur composé dundéversoir latéral et dun chenal découlement vers loued. Le débit déversé est calculé par le formuledEngels : Qd = 0.414 ( h / l )1/6 L h √ 2 g h L : largeur du déversoir; l : largeur du limiteur de débit h : charge deau sur le déversoir. IV- Passe de dégravement On fait recours à ces passes de dégravement si la hauteur et la vitesse deau de loued sontimportantes, ou en cas de brièveté des crues, en cas dimportant phénomène de transport solide.
    • 9 Leur rôle est dévacuer par charriage des matériaux transportés par les crues pour quilsnobturent pas la prise et pour empêcher leur transit vers le canal tête morte. Généralement, elles sont calées plus bas que le radier de la prise-barrage de 0.50 m, souventarasé au niveau plus bas du lit mineur. Leur longueur et leur pente sont de telle façon à rattraper la cotedes parafouilles du bassin de dissipation du profil sous-jacent. Le radier aval est souvent plus bas quacelui prolongeant le seuil. Les protections éventuelles par enrochement (gabions) sera plus long quecelui au pied du seuil. Elles sont moins utiles quand la prise est bien placée à lextrados dun coude, mais elles sontindispensables si la rivière est très large avec des étiages très faibles ou le mauvais emplacement de laprise. Langle de la prise avec la passe de dégravement varie de 0 à 90 °. Lécoulement à travers ces organes de chasse est donné par la formule : Q = μ L H3/2 √2 g H : charge deau sur la passe; L : largeur de la passe. μ : coefficient découlement pris égal à 0.85. Généralement, le débit à transiter par les passes est le double que celui de la prise pour pouvoirmaintenir un chenal préférentiel des eaux vers la prise.