Article de recherche / Research article

Synergies entre la production hydroélectrique et la protection contre les crues : cas d'étude de la Sihl en Suisse

Synergies between hydroelectric generation by pumped-storage and flood protection: the Sihl-river case-study in Switzerland

¹ BG Ingénieurs Conseils, Lausanne, Suisse
² Anciennement École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH), Lausanne, Suisse, maintenant chez Stucky Internationale, Renens, Suisse
³ École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratoire de Constructions Hydrauliques (LCH), Lausanne, Suisse
⁴ Hydrique Ingénieurs, Lausanne, Suisse

^* Correspondance : pedro.manso@epfl.ch

Reçu : 12 Juin 2017
Accepté : 13 Juin 2019

Résumé

Située à la confluence de deux cours d'eau – la Limmat et la Sihl – la ville de Zurich a toujours dû faire face aux crues. Suite aux crues de 2005, un projet de dérivation de la Sihl vers le lac de Zurich en amont de la ville a été lancé. En alternative à un premier projet de galerie de décharge de la Sihl, qui ne contribue qu'à la protection contre les crues, la dérivation de débits par l'aménagement hydroélectrique de pompage-turbinage existant sur le bassin versant présente l'avantage d'une synergie novatrice entre deux objectifs : la protection contre les crues, d'une part, et le réaménagement d'une infrastructure de production d'énergie renouvelable avec augmentation de la puissance installée, d'autre part. Le concept consiste à gérer le niveau du lac d'accumulation de l'aménagement situé sur la Sihl à l'amont de Zurich en tenant compte des prévisions météorologiques afin de laminer les crues tout en produisant de l'énergie hydraulique. La réalisation d'abaissements anticipés du plan d'eau à l'annonce de crues doit néanmoins respecter le règlement de contrôle des niveaux du lac de la Sihl, situé sur un bassin versant très peuplé. La performance de cette solution est fortement liée à la fiabilité des prévisions météorologiques et hydrométriques. Pour augmenter l'effet protecteur de l'aménagement, une augmentation de la puissance équipée de l'aménagement doit être envisagée. Cet article présente une étude hydrologique du bassin versant avec l'accent sur l'analyse des crues, dans l'objectif de déterminer la contribution de différents débits d'équipement de la centrale d'Etzelwerk à la protection de la ville de Zurich lors de crues de périodes de retour de 300 à 500 ans. Le modèle de simulation Routing System du bassin versant est établi et calé sur 32 années complètes, comportant des événements de crue importants. Ensuite, des cas de charge de précipitations de périodes de retour 100, 300 et 1000 ans sont générés comme entrées pour la simulation d'événements de crue. En fin de compte, un débit d'équipement de 147 m³/s, soit quatre fois la capacité actuelle, est finalement retenu comme le débit minimal qui remplirait les exigences de protection contre les crues à Zurich, ce qui correspond à une puissance installée de 600 MW.

Abstract

Located at the confluence of two rivers, the Limmat and the Sihl, the city of Zurich has always faced the risks posed by flood events. Following the 2005 flood event, a tunnel project was launched to partly divert flood water from the Sihl to Lake Zurich upstream of the city centre. As an alternative to such a diversion tunnel, the diversion of excess flood water through the 80-year-old existing Etzelwerk pumped-storage scheme would present the advantage of a synergy between two objectives: enhanced flood protection on the one hand and the rehabilitation of renewable energy production infrastructure with an increase in installed capacity on the other. The concept consists in managing the water levels of the upstream reservoir on the Sihl upstream of Zurich, as function of meteorological and river flow forecasts. Flood routing and flood peak attenuation are obtained through the preventive drawdown of the upper reservoir, whilst producing hydropower. Reservoir drawdown must however respect stringent rules of water level variation, given its location in a densely populated catchment. The performance of the concept is highly dependent on the reliability of the weather and river flow forecasts. The main consequence is an increase in the rated discharge and installed capacity at the Etzelwerk powerplant, justified by its contribution to flood protection. The paper presents the hydrological and hydraulic flood routing studies carried out to assess the performance of different powerhouse discharges in protecting Zurich from floods with return periods between 300 and 500 years. A Routing System model of the watershed was prepared and calibrated over a period of 32 years including major flood events of recent years. Using rainfall load cases of 100, 300 and 1000 years return period, different flood events were produced and routed through the system considering different powerhouse equipment discharge. As a result, a discharge of 147 m³/s (four times more than the present discharge), was identified as the minimum discharge fulfilling the required reduction of the flood risk level in Zurich, leading to an installed capacity for the Etzelwerk scheme of 600 MW.