Étude sur modele physique et numerique des evacuateurs de crue et des fosses d’erosion du barrage de Koman en Albanie

Physical and numerical modeling of the spillways and plunge pools of Koman Dam in Albania

¹ Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Station 18, CH-1015 Lausanne, Suisse
email : giovani.decesare@epfl.ch
² LCH, EPFL
email : milad.daneshvari@epfl.ch
³ LCH, EPFL
email : matteo.federspiel@epfl.ch
⁴ LCH, EPFL, maintenant chez Aecom, Montréal
email : mathias.malquarti@a3.epfl.ch
⁵ LCH, EPFL, maintenant au Laboratoire d’hydraulique environnementale (LHE), EPFL
email : gael.epely-chauvin@epfl.ch
⁶ LCH, EPFL
email : anton.schleiss@epfl.ch

Résumé

Le barrage de Koman, de 115 m de hauteur, est situé dans la partie nord de l’Albanie et fait partie des paliers hydroélectriques de la rivière Drin. L’aménagement dispose de deux évacuateurs de crue en tunnel avec des sauts de ski à leurs extrémités. Deux grandes fosses d’érosion se sont créées dans les alluvions avals. Le comportement hydraulique des deux évacuateurs et le processus d’affouillement ont été étudiés sur un modèle réduit et par modélisation numérique avec Flow-3D. L’écoulement dans les tunnels et sur les sauts de ski, ainsi que les trajectoires des jets et les zones d’impact ont pu être déterminés. L’évolution des fosses d’érosion et leurs étendues ont été étudiées. Les essais physiques ainsi que la modélisation numérique ont montré que, pour les deux évacuateurs, les sauts de ski ne peuvent guider les jets convenablement que jusqu’à 50 % de leur capacité nominale. Au-delà, les sauts de ski ne peuvent plus dévier l’écoulement conformément aux prévisions théoriques, et la longueur du jet diminue, approchant la zone d’impact du pied du barrage. Les résultats de la modélisation physique et numérique pour l’état actuel ont pu être corroborés par les observations in situ. Le modèle physique et la simulation numérique permettent de reproduire fidèlement la création d’une fosse d’érosion dans les alluvions due à l’impact du jet plongeant.

Abstract

The 115 m high Koman Dam is located in the northern part of Albania and is part of the Drin River hydroelectric cascade. The dam is equipped with two tunnel spillways with flip buckets at their downstream limits. Two large scour holes were created in the downstream alluvium. The hydraulic behavior of the two spillways and the formation of the scour holes were studied on a physical scale model and by numerical simulation with Flow-3D. The flow in the tunnels and over the ski jumps, as well as the jet trajectories and the impact zones could be determined. The evolution of scour holes and their extent were studied. The physical model tests as well as the numerical simulations showed that, for the spillways, the flip buckets can deflect the jets suitably only up to 50 % of the nominal capacity. Beyond that discharge, the flip buckets cannot guide the flow according to theory, and the jet length decreases, approaching the impact zone to the downstream dam toe. The results from the physical and numerical modeling for the current state could be validated against in situ observations. The physical model and the numerical simulation are able to reproduce accurately the plunge pool scour in an alluvial bed due to the plunging jet impact.