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DIMESIOEMET DES OUVRA!ES DE DERIVATIO DES EAU" DE CRUES
Réalisé par : OURAHOU M.
Mars 2003
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DIMESIOEMET DES OUVAR!ES DU BARRA!E DE DERIVATIO I# S$%il &é'$rsa() Le calage du seuil est dicté par les contraintes topographiques du site (profil en travers de l'oued au niveau de l'axe) et des périmètres à irriguer. Le profil Creager permet un bon écoulement de la de la lame d'eau (figure n !).
lame déversante en évitant le décollement
I.# E+,%l$-$() $( a-,() $) $( a'al &% s$%il. La connaissance du régime d'écoulement dans l'oued permet de définir les conditions de fonctionnement du seuil (no"é ou déno"é) et de déterminer les protections nécessaires contre les eaux de crues. L'écoulement en amont et en aval du seuil se calcule en utilisant la formule de #anning$%tric&ler et la formule du régime critique •
F,r-%l$ &$ Ma((i(#S)ri+/l$r Q = k S R 2/3 i 1/2
% i 1
coefficient de #anning égale à *+ en terre, section mouillée calculée par tranche d'un profil en travers de la vallée (fig n -), ra"on h"draulique ( / % 0 1), pente de l'oued, périmètre mouillé.
•
F,r-%l$ &% réi-$ +ri)i%$ Q = √ ( g S 3 / L)
L
longueur maximale de la section mouillée.
Ce qui permet d'établir la courbe caractéristique de débit en fonction de la hauteur d'eau 2h2 dans l'oued (figure n *) en amont et en aval du site du barrage. 3insi on détermine le régime d'écoulement dans l'oued (fluvial ou torrentiel) en se basant sur le débit de la crue du pro4et.
I.2# E+,%l$-$() s%r l$ s$%il Le calage du seuil est fixé de telle manière à $ $
dominer le maximum de superficie d périmètre évacuer la crue du pro4et.
La connaissance de l'écoulement sur le seuil permet de déterminer la cote des plus hautes eaux (156) correspondant à la crue du pro4et. Le débit sur le seuil peut 7tre déno"é ou no"é
Réi-$ &é(,1é 4 L 5 362 72
3
4
Réi-$ (,1é 8 4 L 5 362 72
8 L <
égal à 9.9:+ pour un seuil t"pe Creager, longueur déversante du seuil, coefficient de réduction du débit en régime no"é pris égal à 9.;+, débit de la crue du pro4et.
3insi on détermine la hauteur d'eau au dessus du seuil
H = h + V² / 2 g 3vec une revanche de 9.+9 à 9.++ m la cote des plus hautes eaux sera de
PHE = TN+ H + 0.50 3insi le barrage sera calé à la cote
Cs = PHE- h = TN + V²/2 g + 0.50 Les caractéristiques du profil du seuil sont estimés à partir de la charge totale 5 $ 6paisseur amont e =/ 5 0 :, $ a"on amont ! =/ 5 0 *, $ a"on aval - =/ - 5 0 *.
I.3# A%)r$s +ara+)éris)i%$s &% pr,9il Cr$a$r $ $ $ $ $
6paisseur de la cr7te du barrage ec / 9.!- 5 a"on de 4onction parement aval$arrière radier a / 9.!+ 5 Longueur de l'arrière radier L a / 9.+9 a Courbe du parement aval > 0 5 / $ 9.;+ ( ? 0 5) !.;+ Longueur de la base du seuil @ / 9.A9 5.
II# Bassi( &$ &issipa)i,( Cet ouvrage est incorporé au seuil afin d'assurer sa stabilité. Bl est dimensionné de telle faon à " localiser le ressaut h"draulique en régime déno"é. Bl est calculé de telle manière que le débit < o correspondant au passage d'un régime déno"é (torrentiel) à un régime no"é (fluvial) et est détermine à partir des courbes de débit à l'amont et à l'aval du seuil. Le débit
C s- CPE ! " H # / 2 = 0 Cs cr7te du seuil C16av cote plan d'eaux aval, 5o lame d'eau sur le seuil. 1ar application du théorème de @ernoulli entre les sections amont et au pieds du seuil on
$ # + % s + V #² / 2 g = $ 1 + % & + V 1² / 2 g 3insi
5
$ 1 + V 1² / 2 g = % # - % & + V #² / 2 g = H s 5s Dr
lame d'eau sur l'avant radier. cote radier à l'aval du seuil.
Ce qui fait
V 1 = √2 g ( H s - $ 1 )
(!)
En a
V 1 = Q # / ( L $ 1 )
(-)
F'après (!) et (-) on détermine la valeur de "! et G!
( H- $ 1 ) $ 1 ² = Q # ² / (2 g) ' &1 = V 1 / √g $ 1 La première abaque ou formule $ 2 / $ 1 = 1/2 √(1- ' &1²)-1* donne "La deuxième abaque L / $ 2 = (' ) & donne la largeur L du bassin.
C, % ! = , &i& + $ 2 Le nombre de Hroude permet de choisir le t"pe du bassin (ouvrages Fesign of %mall Fams). Bl faut noter que "- calculé doit donner une profondeur nulle du bassin de dissipation par rapport au terrain naturel.
Dé)$r-i(a)i,( &$ la l,(%$%r &% r$ssa%)
En utilise des formules empiriques $ Hormule de %metana $ Hormule de %afraneK $ Hormule de FominigueK
L / I ( y 2 J y 1 ) L / :.+ y 2 L / !.+ y c (y 2 0 y 1 J 9.;9) valable pour - y 2 0 y 1 !I
Dé)$r-i(a)i,( &$ o
En établit un tableau reflétant C s- CPE ! " H # / 2 = 0 Fébit Eued
C16 avec seuil
C16 aval seuil
Lame d'eau sur le seuil 5o
Cs$ C16av J 5o 0 9
II.# A-é(a$-$() &% -a)$las &$a% ; larri
P = 0.5 (H/g)0.45 q b 5 1
débit maximum en m*0s0ml (/
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1 étant tou4ours supérieur à 5 0 !9. Le ra"on de la courbe de raccordement du parement aval du barrage avec le congé horiKontal de la longueur 0- est égal à 9!+.5. La longueur de la cuvette est de M. 5 avec 9.+ M ! (soit M / 9.A9). 1our éviter les problèmes d'affouillement à l'aval du barrage et pour mieux stabiliser le ressaut au niveau du bassin on adopte un décrochement de valeur 212 t elle que la profondeur est de NO J 1.
III# O%'ra$s &$ pris$ Cet ouvrage est constitué de $ $ $
1rise du barrage, Féssableur $ limiteur de débit, 1rise du canal t7te morte.
La taille et l'importance de cet ouvrage dépendent essentiellement du débit d'équipement de la charge h"draulique en cas de crue et du volume des matériaux solides à décanter. La limitation du débit se fait au mo"en d'une série de masques créant des pertes de charges singulières et des déversoirs latéraux.
III.# Bassi( &a&-issi,( Lorsque l'axe de la prise$barrage n'est pas quasiment perpendiculaire aux filets du courant d'eau dans l'oued un basin d'admission devant la prise devient inévitable et permet $ créer devant la prise un plan d'eau calme pour éviter le transit des matériaux en charriage $ augmenter la capacité de décantation du déssableur.
III.2# >ris$# =arra$ 3 un débit inférieur au débit nominal elle se comporte comme un déversoir no"é
Q = k L H 3/2 √2 g 5 8 L
charge sur déversoir, coefficient en fonction de h!0h pris égale à 9.;+, coefficient égale à 9.:P+, longueur du déversoir.
3 un débit de pro4et elle se comporte comme un orifice no"é
Q = S H 1/2 √2 g % 5
section du pertuis, différence de charge entre l'amont et l'aval de l'orifice.
Qénéralement le dimensionnement de la prise$barrage se fait de telle manière que ses pertuis fonctionnent comme des orifices particulièrement no"és
Q = L ( h3 " h2 ) √2 g h 2 + (2/3) √2 g ( h 2 3/2 " h1 3/2 ) 8 coefficient d'écoulement / 9.I9, h- J h! doit 7tre supérieur ou égale à 9.9+,
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h* J h! hauteur de la prise.
L'ar7te supérieure de la prise sera donc à la cRte
% = CPE + 0.05 6t pour une largeur et une ouverture définie du pertuis de la prise on détermine h ! h- et h*. Fe ce fait le seuil de dérivation sera calé à la cRte
C s = CPE + 0.05 + h -. Le seuil de la prise sera de
C s6 = C s " h3
III.2# Déssa=l$%r C'est un caisson à ciel ouvert dont les dimensions sont fonction de la vitesse de décantation et du volume à décanter. %on rRle est de se débarrasser des sables et des charriages fatalement entraSnés à la prise par la vitesse de l'eau il ne permet pas d'éliminer les limons fins qui restent en suspension dans l'eau et aille fertiliser les terres irrigués. $
Lar$%r &% &éssa=l$%r
3vec un lame d'eau 2h2 prise égale à la hauteur de la prise$barrage on a V = Q / ( . h). 6n fixant b on détermine la vitesse de telle manière à 7tre proche de 9.A m0s. $
L,(%$%r &% &éssa=l$%r
6lle est fonction du débit solide. 3insi ce paramètre peut 7tre calculé en fonction du volume à décanter. 3vec une hauteur de dépRt 5d la longueur minimale de l'ouvrage sera de L 6 = V s / ( 7 H ) Gs 5d b
Golume du solide à décanter hauteur des dépRts admise largeur de l'ouvrage.
La largeur est déterminée de telle manière que la vitesse varie en général entre 9.+ et 9.A m0s. En peut aussi déterminer cette longueur en fonction du temps d'écoulement de l'eau à l'intérieur du déssableur
T = L / V Ge Ne
vitesse comprise entre 9.+ et 9.A m0s, temps d'écoulement.
III.3# Li-i)$%r &$ &é=i) La limitation du débit se fait au mo"en d'une série de masques créant des pertes de charges singulières et des déversoirs latéraux.
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3 un débit inférieur au débit nominal le premier masque se comporte comme un orifice partiellement no"é tandis que les autres sont comme des singularités
•
8&ii 6&i9: :#$;
La formule de calcul du débit est
Q = L ( h3 " h2 ) √2 g h 2 + (2/3) √2 g ( h 2 3/2 " h1 3/2 ) 8 coefficient d'écoulement / 9.I9, h- J h! doit 7tre supérieur ou égale à 9.9+, h* J h! hauteur de la prise. •
Si(%lari)é
La perte de charge à travers une singularité est donnée par
coefficient de perte de charge / 9.-, vitesse dans le canal, vitesse au droit de la singularité.
6n général G! est très négligeable devant G - ainsi
La charge totale à dissiper par les masques au droit du limiteur du débit est donnée par
perte de charge à travers la prise$cannal, perte de charge à travers le masque
1our réduire le nombre de masque on associe au limiteur de débit un évacuateur composé d'un déversoir latéral et d'un chenal d'écoulement vers l'oued. Le débit déversé est calculé par le formule d'6ngels
Q = 0.>1> ( h / ) 1/? L h √ 2 g h L l h
largeur du déversoir, largeur du limiteur de débit charge d'eau sur le déversoir.
IV# >ass$ &$ &éra'$-$() En fait recours à ces passes de dégravement si la hauteur et la vitesse d'eau de l'oued sont importantes ou en cas de brièveté des crues en cas d'important phénomène de transport solide.
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Leur rRle est d'évacuer par charriage des matériaux transportés par les crues pour qu'ils n'obturent pas la prise et pour emp7cher leur transit vers le canal t7te morte. Qénéralement elles sont calées plus bas que le radier de la prise$barrage de 9.+9 m souvent arasé au niveau plus bas du lit mineur. Leur longueur et leur pente sont de telle faon à rattraper la cote des parafouilles du bassin de dissipation du profil sous$4acent. Le radier aval est souvent plus bas qua celui prolongeant le seuil. Les protections éventuelles par enrochement (gabions) sera plus long que celui au pied du seuil. 6lles sont moins utiles quand la prise est bien placée à l'extrados d'un coude mais elles sont indispensables si la rivière est très large avec des étiages très faibles ou le mauvais emplacement de la prise. L'angle de la prise avec la passe de dégravement varie de 9 à P9 . L'écoulement à travers ces organes de chasse est donné par la formule
Q = L H 3/2 √2 g 5 L 8
charge d'eau sur la passe, largeur de la passe. coefficient d'écoulement pris égal à 9.;+.
Qénéralement le débit à transiter par les passes est le double que celui de la prise pour pouvoir maintenir un chenal préférentiel des eaux vers la prise.
