Inter-laboratory comparison of discharge measurements with Acoustic Doppler Current Profilers, Chauvan field experiments, 8, 9 and 10th November 2016, Preliminary report

Quantifying the uncertainty of discharge measurements (or 'gaugings') is a challenge in the hydrometric community. A useful tool to empirically estimate the uncertainty of a gauging method is the field inter-laboratory experiment (Le Coz et al., 2016). Previous inter-laboratory experiments conducted in France (in 2009, 2010 and 2012) showed that the expanded uncertainty of an ADCP gauging (considering an average discharge over six successive transects) is typically around 5% (with a probability level of 95%), under optimum measurement conditions (straight reach, uniform and smooth streambed cross-section, homogeneous flow, etc.). In practice, the selected cross-section does not always match all quality requirements which may result in larger uncertainty. However, the uncertainty due to site selection is very difficult to estimate with predictive equations. From 8 to 10 November 2016, 50 laboratories or teams (from 8 different countries) with 50 ADCPs, simultaneously conducted more than 600 ADCP discharge measurements in steady flow conditions (around 14 m3=s released by a dam), during three half-days, over 500 m along the Taurion River at Saint-Priest-de-Taurion, France. 26 cross-sections with various shapes and flow conditions, and more or less favourable conditions, were distributed along the river. A specific experiment procedure, which consisted of circulating every team over half of the cross-sections, was implemented in order to quantify the impact of site selection on the discharge measurement uncertainty. Beyond the description of the experiments, uncertainty estimates are presented. The overall expanded uncertainty is estimated to be around 6% at 95% level of confidence for a measurement performed with 6 transects in the given measurement conditions of the experiments. However, the uncertainty of the discharge measurements varies among the cross-sections. These variations are well correlated to the expert judgment on the cross-section quality made by each team. First results seems to highlight a relation between uncertainty computed for each cross-section and criteria such as the shallowness of the flow, the unmeasured discharge ratio. Further investigations are necessary to identify the criteria related to error sources that are possibly meaningful for categorizing measurement conditions and site selection. Moreover, comparison between experimental uncertainty and analytical methods (such as computations recently proposed by QRev, Quant, Oursin or QMSys software) is planned to be done. / Du 8 au 10 novembre 2016, le Groupe Doppler Hydrométrie a organisé sur le Taurion, à l'aval du barrage-usine de Chauvan, une campagne d'essais interlaboratoires de mesures de débit par profileur hydro-acoustique ADCP. En plus de permettre aux équipes participantes de confronter leurs outils et leurs pratiques, les essais interlaboratoires visent à contribuer collectivement à l'amélioration de la maîtrise de ces mesures et de leurs incertitudes. En l'absence de mesure de référence en termes de débit, les intercomparaisons constituent en effet un moyen utile pour quantifier l'incertitude de la technique de mesure dans des conditions de mesure données (Blanquart, 2013; Dramais et al., 2013; Le Coz et al., 2016). Cette 5ème campagne interlaboratoire du Groupe Doppler Hydrométrie (après celles de la Vézère en 2009, de Génissiat en 2010 et 2012 ainsi que celle du canal de la Gentille en 2011) a rassemblé 50 participants (ou équipes de mesure) français et étrangers issus d'organismes publics ou privés, permettant la réalisation de plus de 600 mesures de débit réparties sur 3 demi-journées en profitant de débits stables délivrés par le barrage-usine de Chauvan, de l'ordre de 14 m3=s. Les essais interlaboratoires de Chauvan se distinguent par leur dimension et par l'originalité du protocole d'essai mis en oeuvre. Alors que les campagnes précédentes ont eu lieu sur des sites de mesure plutôt favorables, caractérisés par des géométries de section en travers relativement simples, des sections de mesure plus variées et complexes ont cette fois été choisies (faibles profondeurs, écoulements parfois perturbés par des obstacles). Ainsi des permutations ont été réalisées par 48 participants parmi les 24 sections de mesure présentant des conditions de déploiement plus ou moins favorables pour les ADCP. En parallèle, le débit a été mesuré en continu par deux ADCP (StreamPro et Q-Liner) sur des sections de mesure fixes et les hauteurs d'eau ont été enregistrées par trois capteurs limnimétriques (deux sondes piézométriques relatives (Paratronic) disposées sur deux sections de mesure et un radar (VEGA) au niveau de la station hydrométrique EDF-DTG). Le suivi limnimétrique a permis de confirmer la stabilité du débit du cours d'eau (variations inférieures à 1 cm) au cours des trois sessions de mesure. Les résultats de débit des ADCP sont peu dispersés (écarts-types de l'ordre de 0,400 m3=s) et la valeur de débit moyenne (référence construite) est proche des valeurs fournies par les mesures indépendantes à moins de 5% près (jaugeages par ADCP en continu aux deux sections fixes, jaugeage par la méthode globale de dilution et débit associé à la courbe de tarage selon la méthode de tracé conventionnelle, selon la méthode GesDyn ou selon la méthode BaRatin). Les premiers résultats montrent que la dispersion des valeurs de débit semble nettement corrélée à la qualité des sections de mesure évaluée in situ par les équipes de mesure ainsi qu'au ratio du débit mesuré. Les essais interlaboratoires conduisent à une évaluation d'incertitude de l'ordre de 6% (au niveau de confiance de 95 %, soit un facteur d'élargissement k=2) pour un jaugeage par ADCP comportant 6 transects de mesure (dans les conditions de l'essai). Le nombre important de participants rassemblés permet une évaluation précise de cette incertitude de mesure bien que l'estimation de l'incertitude liée au biais de la technique de mesure reste problématique. Cette estimation reste néanmoins à affiner après homogénéisation des traitements des mesures à l'aide du logiciel QRev (Mueller, 2016). La permutation des équipes au sein des différentes sections de mesure permettra la conduite d'une étude statistique visant à isoler l'incertitude liée à la section de mesure. Les résultats préliminaires tendent à montrer l'utilité de mesurer le débit sur plusieurs sections de mesure afin de réduire l'incertitude sur l'estimation du débit. Enfin nous prévoyons de comparer les estimations d'incertitude par propagation des incertitudes telles que proposées par les logiciels Oursin (CNR), QRev (USGS), RiverFlowUA (South Florida Water management District), QMSys ou encore QUANT (Water Survey of Canada) aux résultats d'incertitude issus de ces essais interlaboratoires.

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