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Les jaugeages des grands fleuves par ADCP

Principe de l'ADCP

 

Pour améliorer la qualité de la mesure hydrologique, notamment aux stations hydrométriques influencées par un contrôle hydraulique aval, le programme HYBAM a acquis en 1994, un courantomètre à l'effet Doppler - ADCP, de 300 KHz. Cet équipement utilise la variation de fréquence entre le signal émis, et le signal renvoyé par les particules en suspension, pour calculer la vitesse de l'eau et sa direction (RDI, 1989). Le calcul est effectué automatiquement en temps réel par le logiciel TRANSECT, installé sur un ordinateur portable. Quand l'ADCP est installé correctement dans une embarcation traditionnelle amazonienne, le logiciel calcule la vitesse et le débit unitaire dans des cellules de taille variable, durant le déplacement de l'embarcation d'une berge à l'autre. Lors de la mesure, la vitesse du bateau ne peut excéder 5 nœuds, soit environ 10 km.h-1. A l'arrivée, la valeur cumulée des débits unitaires correspond au débit de la section jaugée. La taille de chaque cellule dépend de la configuration utilisée (hauteur de cellule), de la programmation de l'émission du signal ADCP (nombre de pings par minutes), ainsi que de la vitesse de déplacement du bateau (largeur de cellule). Dans une section de plus de 2 km de large comme Óbidos, l'intervalle entre 2 pings est généralement de 1 à 3 secondes, ce qui génère à cette section de 600 à 1800 verticales. Enfin, chacune de ces verticales est découpée en cellules de 1 à 2 m de haut. Le positionnement de chaque verticale se fait par rapport à l'écho du fond, qui est considéré comme stable. Ainsi, le débit peut être mesuré, quelle que soit la trajectoire du bateau, le sens du courant, et la géométrie de la section. Un module de visualisation permet l'accompagnement en temps réel de l'opération de jaugeage par ADCP, avec la génération de graphiques comme la trajectoire du bateau (figure 3), ou le profil des vitesses dans la section jaugée (figure 4).

Figure 1: ADCP de 300 KHz sur embarcation amazonienne. Figure 2 : Jaugeage par ADCP sur un bateau amazonien, Rio Negro, Brésil.

Protocole opérationnel

 

A partir des observations et travaux menés in situ sur la reproductibilité des mesures de débit au cours des premières missions de terrain du Programme HYBAM en Amazonie brésilienne (Guyot et al., 1994, 1995), un protocole opérationnel a été mis au point. Ce protocole recommande d'effectuer 4 jaugeages successifs d'une même section, afin d'obtenir une valeur de débit représentative, mais aussi d'évaluer la dérive éventuelle du référentiel de fond lors des crues (Guimarães et al., 1997 ; Callède et al., 2000 ; Filizola et al., sous presse). Les coordonnées du point de départ et du point d'arrivée de chaque jaugeage sont déterminés par GPS. La distance à la berge est estimée, généralement en utilisant un clinomètre. L'ADCP, qui a été utilisé dans toutes les missions de terrain du programme HYBAM pour la mesure des débits, a permis la constitution d'une banque de données sur les paramètres hydrodynamiques de nombreuses sections jaugées. Ces informations ont été rassemblées dans la banque de données géoréférencée du programme HYBAM.

Figure 3 : Jaugeage ADCP : trajectoire du bateau et distribution des vecteurs vitesses en surface
Rio Amazonas à Obidos, Brésil, 16/12/2003.
Figure 4 : Jaugeage ADCP : profil en travers, et distribution des vitesses dans la section
Rio Amazonas à Obidos, Brésil, 16/12/2003.

Références

 

Callède J., Kosuth P., Guyot J.L., Guimarães V. 2000. Discharge determination by acoustic doppler current profilers (ADCP) : a moving bottom error correction method and its application on the river Amazon at Obidos. Hydrological Sciences Journal, 45(6) : 911-924.

Filizola N. 2003. Transfert sédimentaire actuel par les fleuves amazoniens. Thèse de doctorat, Université P. Sabatier, Toulouse. 292 p.

Filizola N., Guimarães V., Guyot J.L. (submitted). Water discharge measurements at the Amazon river with the acoustic doppler current profiler. Hydrological Processes.

Guimarães V., Guyot J.L., Filizola N., Oliveira E. 1997. O uso do ADCP (correntômetro de perfilagem acústico por efeito Doppler) para medição de vazão e estimativa do fluxo de sedimentos nos grandes rios da bacia amazônica, 545-552. In XII Simpósio Brasileiro de Recursos Hídricos, Anais 1, ABRH, Vítoria, Nov. de 1997.

Guyot J.L., Conceição S., Guimarães V., dos Santos J.B., Longuinhos R. 1995. Medição de vazão com ADCP - Primeiros resultados na bacia Amazônica. A Água em Revista, 3(4) : 26-30. CPRM, Rio de Janeiro.

Guyot J.L., Guimarães V., Santos J.B., Longuinhos R., Conceição S. da. 1994. Primeira campanha de medições de vazão com ADCP no Rio Amazonas. Publ. HiBAm, Brasília, 29 p.