Mesure de débit en rivière par station radar hauteur / vitesse selon la méthode de la vitesse témoin

Streamflow monitoring at stage / velocity radar stations using the index velocity method

¹ Irstea UR HHLY, 5 rue de la Doua 69100 Villeurbanne, France
fabien.thollet@irstea.fr
² Laboratoire d'Etude des Transferts en Hydrologie et Environnement, Université Grenoble-Alpes/CNRS, IRD, Grenoble, France
guillaume.nord@ujf-Grenoble.fr
³ CNR 4 rue de Chalon sur Saône - 69007 Lyon, France
r.leboursicaud@cnr.tm.fr
⁴ DRIEE Ile-de-France - SPRN/PHPC/Unité Hydrologie Réseau Mesure 10 rue Crillon 75194 Paris Cedex 04
elise.jacob@developpement-durable.gouv.fr

Résumé

Depuis quelques années, des stations radar hauteur-vitesse ont été mises en service en France. Ce type de station fournit une mesure de hauteur d'eau et de vitesse de surface en un point fixe de la section. Le débit est calculé comme le produit de la surface mouillée et de la vitesse débitante. La surface mouillée est obtenue via une relation hauteur-surface S(h) établie à partir d'un profil bathymétrique ; et la vitesse débitante est calculée via une relation entre la vitesse mesurée par radar (V_i) et la vitesse moyenne dans la section (V_moy), établie à partir de jaugeages. Il s'agit de la "méthode de la vitesse témoin" ou " index velocity method ".

Comme nous le verrons au travers d'exemples sur différentes stations, la méthode présente des avantages par rapport aux courbes de tarage hauteur-débit :

- les extrapolations en crue sont mieux documentées, la vitesse évoluant plus faiblement que le débit avec la hauteur et la relation hauteur-surface étant connue par ailleurs.

- la gestion des détarages est plus facile car la relation V_moy(V_i) évolue peu et la relation S(h) est facile à recaler avec un seul levé bathymétrique.

- l'évolution de la relation V_i(h), mesurée en temps réel, permet de détecter les anomalies, signes de détarages potentiels de la station.

L'utilisation plus large de la méthode et le développement des instruments de mesure permettra à l'avenir de mieux évaluer l'incertitude liée au calcul du débit. Des perspectives pour l'analyse bayésienne des stations vitesse témoin sont discutées.

Abstract

In recent years, stage / velocity radar stations have been installed in France. This type of stations provides measurements of water level and surface velocity at a fixed point of the cross-section. Discharge is calculated as the product of the wetted area and cross-sectional average velocity; respectively obtained using a stage-area scale S(h) established from a bathymetry profile, and a relation between the index velocity measured by the radar (V_i) and the cross-sectional average velocity (V_mean), established with gaugings. This is the "index velocity method ".

As discussed through various examples, the index velocity method has advantages over traditional stage-discharge rating curves:

- Flood extrapolations are better known: velocity varies more slowly than water discharge with stage and the stage-area relation can be predicted.

- Managing bed evolution is easier because the V_mean(V_i) relation changes little and the S(h) relation is easy to reset with a bathymetry survey.

- Monitoring the V_i(h) measured relation in real time allows detecting rating changes of the station.

The wider use of the method and the development of measurement instruments will allow the future assessment of the uncertainty related to the calculation of water discharge. Perspectives for the bayesian analysis of index velocity ratings are discussed.