Kariba dam on Zambezi river: stabilizing the natural plunge pool

Le barrage de Kariba sur le Zambèze : stabilisation de la fosse naturelle de dissipation

¹ Project Director and Project Engineer, Tractebel Engineering / Coyne et Bellier, France, 5, rue du 19 mars 1962, 92622, Gennevilliers Cedex, France
email : christine.noret@gdfsuez.com
² CEO and Technical Director, Zambezi River Authority, Zambia-Zimbabwe Kariba House - Stand N°32 Cha Cha Cha Road, PO Box 30233, Lusaka, Zambia
email : dzmazvidza@yahoo.com

Abstract

The paper presents the outstanding case history of the development of a deep scour hole downstream of Kariba arch Dam on Zambezi River, since its commissioning in 1959 for hydropower generation, and the reshaping project under development, designed as a remedial measure to stabilize the plunge pool evolution.

The history of spilling through its gated spillway 9 000 m3/s capacity is summarized and the consequent deepening of a scour hole in the competent rocks of river bed, under the spillway impact zone, extending now about 80m below mean tail water level is depicted.

The reshaping project development has been validated through an original progressive optimization methodology involving in various steps both civil engineering design and up to date hydraulic modelling, both physical and numerical. The reasonably feasible design of these exceptional civil works, while keeping in operation the dam and both powerhouses totalizing 1350 MW, is then described.

Résumé

Le papier présente le cas exceptionnel de la fosse d’érosion du barrage de Kariba sur le fleuve Zambèze, son développement depuis sa mise en service en 1959, et le projet de son remodelage actuellement étudié pour pallier et stabiliser son évolution.

Les déversements successifs par l’évacuateur vanné de 9 000 m3/s de capacité ont en effet créé, puis peu à peu approfondi la fosse de réception des jets sous l’impact des puissantes masses d’eau dans le lit du fleuve. Leur étude a permis de caractériser l’historique de cet approfondissement qui atteint maintenant environ 80 m au-dessous du niveau d’eau, et a mis en évidence la nécessité de mettre en oeuvre un plan de stabilisation de la fosse naturelle de dissipation.

Le développement du projet de remodelage a été validé par une méthodologie progressive originale d’optimisation impliquant en différentes étapes à la fois des études de conception en génie civil et une modélisation hydraulique de pointe, couplant modèles physique et numérique.

La conception et les procédés de réalisation de ces travaux civils exceptionnels envisagés sont décrits ainsi que les contraintes à respecter pour leur exécution ; les plus exigeantes d’entre elles étant le maintien en exploitation des deux centrales de 1350 MW et la mise en sécurité de l’ouvrage en cas de nouvel évènement hydrologique majeur.