Techniques de mesure de débit (tiré du document OCP d’octobre 1991)

,4 WORLD HEALTH ORGANIZATION AFRICAN REGION ORGANISATION MONDIALE DE LA SANTE REGION DE L'AFRIQUE TECHNIQUES DE MESURE DE DEBIT (TrRE IIU DOCUMENT OCp D'OCTOBRE 1991) PROGRAMMTI DE LUTTE CONTRE I,'ONCHOCERCOSE Service Hydrologie (Août 2001) 21. L'Importance du débit Le débit est un facteur important sans le succès des traitements en rivière. En effet, si on sous-estime le débit de la rivière, il y aura un sous-dosage de I'insecticide, et donc survie des larves de simulies. Si on surestime le débit, il y aura un gaspillage d'insecticide, et, dans le cas de I'Abate, un impact inutile sur les insectes non-cibles. Les deux méthodes principales de calcul du débit sont décrites ci-dessous. 2. L'échelle de crue 2.1. Lecture d'échelle de crue Sur les rivières où il existe une échelle de crue à proximité du point d'application d'insecticide, il est fortement recommandé aux techniciens de I'utiliser. Une échelle de crue est constituée d'une série de pieux métalliques verticaux sur lesquels sont fixées des plaques graduées (Annexe IIa). Chaque plaque mesure un mètre, et est divisée en unités de 1 centimètre. L'annexe IIb indique la façon de lire la hauteur d'eau sur les échelles de crue. Il peut arriver que le lit de la rivière se modifie et qu'à bas niveau d'eau il faille lire un élément situé au-dessous de la côte 0 mètre. Il faut alors lire une hauteur d'eau négative ; I'annexe IIc indique la procédure à suivre en ce cas. Une fois la hauteur d'eau lue, il faut trouver quel est le débit correspondant en utilisant le barème de l'échelle de crue, ou à défaut une courbe d'étalonnage. Un exemple de barème est fourni à I'annexe IId ; il s'agit d'un tableau qui donne pour chaque hauteur d'eau le débit correspondant en m3/s. Un exemple de courbe d'étalonnage est fourni à I'annexe IIe ; à partir de la courbe tracée on peut relier chaque hauteur d'eau (horizontalement) à un débit (verticalement). Il faut noter qu'à I'annexe IIe les faibles débits sont représentés plus précisément dans I'encart du haut. Ainsi, une hauteur de 1.70 m représente un débit de 20 -3/r. Si la hauteur d'eau lue se situe au-dessous de la plus faible valeur du barème ou de la courbe d'étalonnage, il est recommandé de procéder à une mesure directe du débit (voir plus bas). 2.2. Mesure directe du débit Le calcul du débit d'une rivière par mesure directe se fait à partir de trois paramètres : la largeur, la profondeur moyenne et la vitesse du courant. Il existe deux méthodes principales de mesure de la vitesse du courant, soit avec un flotteur ou avec un micro-moulinet. 2.2.1. Mesure de la vitesse du courant - Méthode du micro-moulinet Le micro-moulinet est un instrument spécialisé surtout utilisé par les hydrologues, si bien que nous n'entrerons pas dans les détails. Un exemple de ce type d'appareil est illustré à I'annexs IIIa. Grâce à une hélice couplée à un compteur, cet appareil permet de mesurer 3précisément la vitesse du courant en tout point du cours d'eau. les principaux inconvénients du micro-moulinet sont son coût élevé et sa fragilité. En outre, une mesure très précise du débit est souvent inutile et fastidieuse dans le contexte des traitements au sol. C'est pourquoi nous recommandons la méthode du flotteur décrite ci-dessous. - Méthode du flotteur La méthode du flotteur consiste à estimer la vitesse du courant grâce à un flotteur que I'on fait dériver au fil de I'eau. un pilulier partiellement rempli d'eau et muni d'un fil fait très bien office de flotteur. Il s'agit alors de mesurer le temps mis par ce flotteur pour parcourir une distance donnée. La technique usuelle consiste à se placer à une distance connue (par ex. 5 mètres) en amont d'un repère bien visible sur la berge. L'observateur lance alors le flotteur en amont ; lorsque le flotteur passe devant I'observateur, on lance le chronomètre, et on I'arrête lorsqu'il passe devant le repère situé à I'aval. il est recommandé de procéder à trois mesures successives. Cette technique est illustrée à I'annexe IIIb. On calcule d'abord la vitesse du courant en surface (Vr), en mètres par seconde (m/s). si on a fait trois mesures successives, le calcul est le suivant : Vs (m/s): distance x 3 temps 1+temps2+temps3 La vitesse du courant est plus rapide en surface, et on utilise donc un facteur de correction de 0.6 pour calculer la vitesse moyenne (Vr) à partir de la vitesse de surface (Vr) : V.: V. x 0.6 2.2.2. Mesure de la largeur et de la profondeur moyenne de la rivière La mesure de la largeur et de la profondeur moyenne de la rivière doit être faite au même endroit où I'on a fait la mesure de vitesse. On mesure la largeur de la rivière en tendanr une corde marquée en travers du cours d'eau, perpendiculairement au courant. Il faut ér-iter d'inclure dans la largeur les bords où I'on trouve une faible épaisseur d'eau sans courant significatif. En traversant le cours d'eau on notera le long de la jambe la profondeur moyenne. qui sera mesurée au retour sur la berge avec un mètre rigide (voir annexe IIIb). Pour simplifier et améliorer Ia précision de la mesure de débit, il est recommandé de choisir un point de Ia rivière qui est traversable à gué, et où l'écoulement est uniforme et le fond régulier. 2.2.3. Calcul du débit On calcule finalement le débit (Q, en m3/s; en multipliant la vitesse moyenne (V.) p.*r la Iargeur (l) et par la profondeur moyenne (P,) : Q: §,) x (1) x (P,) Un exemple de calcul est fourni à I'annexe IIIb. n(,) N § tü l§. ô { zz mx rn =o I o ma c) 2!{ 6z 0 m r- m o - mrr m o m c,v C T Différentes méthodes de iaugeages et limite d'application Mesures aux flotteurs Vous n'avez pas prévu le matériel pour jauger à cette côte à l'échellem soit la rivière est trop dangereuse pour utiliser des mozens classiques (trop grande vitesse dans la rivière, transport important de branches d'arbre, risque de perte de saumon et moulinet). Dans ce cas, on se contente de faire sur toute la largeur du cours d'eau des mesures en surface (mesures aux flotteurs) au niveau de toutes les verticales choisies. On déterminera Vm par I'application d'un coefficient k dont on y reviendra, ce coefficient relie vm à la vitesse moyenne superficielle que vous avezprl mesurer. T V n'est qu'une vitesse superficielle, on trouvera que Q : v.k.s -+ K: Vm Vms vitesse moyenne vitesse moyenne de surface K est généralement inférieur à 1, mais pour certaines rivières où l'écoulement en surface est gêné, ce K peut passer un peu au-dessus de 1 mais dépasse rarement 1,1 on admet que0,8<k<1,10. v L No Appelation Vitesse maximum Largeur maximum Profondeur maximum Observations 1 A gué V<lm/s 1m La perche toujours fixée au fond du lit de la rivière. 2 Sur passerelle 2 mls 2à3m La perche suspendue et le moulinet reste fixe une fois pour toute. 3 Sur bateau Jusqu'à 3 m/s Jusqu'à 300 m Jusqu'à l0 m de profondeur Pas plus de 3 personnes dans le bateau au moment d'une mesure 4 Cycle hydrographique 2 mls maxi. >300m Les conditions sont liées à la stabilité de I'embarcatrou. Cette méthode nécessite une bonne expérience des mesures. 5 1<v<6 m/s L<300 m Le téléphérique intervient quand il existe un danger pour les hydrologues, sur la rivière pour des raisons de vitesse trop forte. I I - - (rl o (D. (D- 3(D = CL(D t§ 3t§(D g- (D. 3 o =+ o-ô l= l§ N No 3 I Jo l§ 1§ 3 zz rnx m (, I =rn{ -oI m I m r m('){C7 m o m r - C{ mCv q m C 6oo 3 il (rl o 3 (D o 3 ll (D (D. o.3 CL(D o 3 T C r ûDm -c);Ë -a)m rî9 mmo- Ht hÈ Éil 61 c >Ilo fr< m' C zz mx m o N tr o- c. =(Dc (D n Z|a(D. aoo 6' J CI =.o o =o rO(Ds (D-' o- c, ôc (D tl I o 3 o(, ll I o 3 l§o il I / ô or cI o{ a 8)(, (( r rr LL I lr f§ (, (o |,.tt1 4Annexe IIb; Exemple de barème d'échelle de crue Rivère Baoulé à Madina Diassa hauteurs de 10 en 10 cm Exemple de lecture : 3.10 m: 70 m3/s Les valeurs intermédiaires doivent être interpolées. Ex 3.15 m :73 m3ls. Rivière Bougouriba à Diébougou hauteur en centimètres CENTIMETRES HÀUTEUR (m) DEBI'I 1m3/s; HAU'I'B,UR (m) DEBIT 1m3/s; HAUTEUR (m) DEBIT 1m3/s1 HAUTEUR (m) DEBI'I' (m3/s) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 l.l t.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 0.2 0.6 1.2 2.2 3.8 5.9 8.3 10.6 13. I 15.6 18.5 20.8 23.5 26.3 29.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 3.0 32 36 38 42 46 50 54 58 62 66 3.2 5.5 3.4 3.6 3.6 3.7 3.8 3.9 4.0 80 86 90 96 100 106 ll9 I l8 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 6.7 5.8 6.9 6.0 l16 120 t26 130 136 r42 t46 152 156 162 t66 112 176 t82 186 192 196 202 206 212 216 6.0 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8 6.9 7.0 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 7.7 7.8 7.9 8.0 I 222 226 232 238 242 248 252 258 264 268 272 278 284 290 294 298 302 308 3t4 318 CENTIMETRES 0 I 3 5 6 8 9 0.33s frwg,w 0.201 0.634 0.1r8 0.5'79 0.011 0.528 0.430 0.382 0 1 2 3 4 1 8 9 0.83 1.53 2.26 3.01 3.80 "4132. ,.:s# . .i& 5.47 6.35 1.26 8.20 0.90 1.60 2.33 3.09 3.88 :*XW ç 6.66 6.44 7.35 8.29 0.91 1.67 2.41 3.17 3.96 à+iffi 6.64 6.53 7.44 8.39 1.03 1.74 2.48 3.25 4.05 ffiffiffi 5.73 6.62 7.54 8.48 6.7 t 7.63 8.5 8 t.t7 1.89 2.63 3.41 4.21 5.04 5.91 6.80 7.72 8.68 1.24 1.96 2.7 | 3.48 4.29 s.13 s.99 6.89 7.82 8.11 1.38 2.11 2.86 3.64 4.46 5.3 0 6.t7 7.07 8.01 8.97 1.46 2.18 2.94 3.72 4.54 s.3 8 6.28 1 .17 8. l0 9.01 l0 ll t2 l5 16 t1 18 l9 20 9.2 10.2 tt.2 :rflEp- :s l 3.3 14.5 l 5.6 r 6.8 18.0 19.2 20.5 9.3 10.3 I 1.3 Wru'à) 13.4 t4.6 15.1 t6.9 t 8.l 19.4 20.6 9.4 10.4 I 1.4 rg-ffi13.6 I141 l I 5.8 17.0 18.2 19.5 lzo.a 9.5 10.5 I 1.5 reffi 13.7 14.8 16.0 t7 .l 18.4 19.6 20.9 9.6 r0.6 l r.6 :*ÿÆç.iA 13.8 14.9 l6.l I rz.r I rs.s lre.z lzr.o 9.7 10.1 lt.1 2Æqffiil l 3.9 9.8 10.8 I 1.8 sffi r4 0 I I 5.1 r 6.3 t].5 18.7 20.0 21.3 1 5.3 16.4 17.6 18.9 20.1 21.4 10.0 l 1.0 12.0 t3.l t4.2 15.4 l6.s t7 .7 19.0 20.2 2t.5 l0. t I l.l 12.1 t3.2 14.3 15 s 16.7 11.9 l9.l 20.4 21.7 Les dizaines de centimètres (décimètres) sont lues à gauche et les centimètres en haut des colonnes (0 à 9;. Exemples : -2 cm :0.139 -'/s 1échelle négative) 54 crn :4.96 m3/s 137 cm: 13.0 m3/s rr. ., t'l È]e §.+ j 1 5.0 16.2 11 .4 18.6 19.9 2t.l ANNEXE I le EXEMPLE DE COURBE D'ETALONNAGE D,UNE ECHELLE DE cRUE, _o(ns/s I _0(m5^) 50 40 30 20 + + 300 2o,0 ,gOrnt^ roo ro x(m) t, (_- _ _ +v I I I I I I I I I t 4 7 H en (m) o ANNEXE ll lo - SCHEMA D'UN MICRO-MOULINET Complcur d'impulslons Poignée Eleclrodes du compteur 40 Coblc Emcttar 30d'impulions Pcrchc aroduric(cn cm) 20 Moulinct Surfocc dc s---= -'-"- !-- _/.\_ -_-z- L------\- r- ------ - -->§> - s du couront Plrd dcperchc Ënd ô lo ddârc c- I ESURE DE LA V IT E DU CO U RANT UN FLOTTE R 2 II i. *efu, 5m re ANNEXE I I lb - MESURE DU DEBIT: METHODE DU FLOTTEUR [. Lancer du f lotteur à l'omont. 2. Ddport du chronomètre. 3. Arrêt du ch rono mètre. Colcul de lo vitesse de surfoce lO s) sur 5 mètres: 5m+5m*5m\/ - 12s+l4sr lOs (Vr) oprbs trois mesures de temps (12 s, l4 s, 15m = - = O.4?m/s36s Lorgeur (l) = 3 mètres Profondeur moyenne (P ) = O.5mètre DEBIT = (Vr) x (l) x =O.25 x 3 x O = 0.375 m3,/s DEB lT = O.375 m 3,/s Vitesse moyenne (Vm) = O.42mls x O.6 (focteur de correction) = O.?5m/s (Pm ) 5 ÏNU LARGEU R ((. ) PROFONDEUR MOYENNE (Pm ) rc i.i .ii J \+ .ÿ \