Intercomparaison ADCP sur le Rhône à l'aval du barrage de Génissiat (12-15/10/2010)

On October 12-15, 2010, Groupe Doppler1 organized an intercomparison test of discharge measurements by Acoustic Current Doppler Profiler (ADCP) on the Rhône River downstream of the Génissiat dam. This intercomparison involved 6 ADCP models from 2 competing manufacturers (Teledyne RDI and Sontek), with operating frequencies ranging from 600 to 3000 kHz. Discharge measurements were simultaneously performed by two groups of boats, each deploying 2 ADCPs with different frequencies. Six boats (12 ADCP) were deployed at Génissiat (site GE), just downstream of the dam, on deep and uneven sections. Seven boats (14 ADCP) were deployed at Pyrimont (site PY), located roughly 3.5 km downstream of the dam, along a straight and uniform reach. On October 13 and 14, 2010, 6 stable discharge stages were measured (~100 m3/s, 200 m3/s, 300 m3/s and 400 m3/s, the 200 m3/s and 300m3/s stages were measured twice), corresponding to velocity ranges of up to ~2.5m/s. A 1D hydraulic model, in agreement with the measurements, indicates a 1.5 hour time lag between the dam and the downstream site PY to ensure the propagation and stabilisation of discharge stages of less than 1%. The discharges measured by the different instruments on both sites were all compared with each other and against independent measurements: ultrasound transit-time systems (US) in dam conduits and gauging stations with simple rating curves at Bognes (CNR) and Surjoux (DREAL RA). Implementation errors on the conduit US system were highlighted by the intercomparison. They were corrected independently of the ADCP measurements, with a final uncertainty estimated as less than 3%. A period of about 10 minutes of ADCP measurement (2-5 transects) is enough to converge to within 2% of the group average. Twice this period, i.e. ~20 minutes, is necessary to converge to within 1%. Overall, mean ADCP discharges were consistent (differences less than 5%). Greater systematic deviations of around 10% were observed on some cross-sections of the the GE upstream site. They were due to less propitious local conditions rather than to instruments, mountings and personnel. For each discharge stage, the difference between the US discharge and the mean discharge for all the instruments of each site was ~2%. An estimation of the measurement uncertainty of the ADCP method, under the measurement conditions of the intercomparison, was conducted according to standard methods for interlaboratory tests. Considering all 26 ADCPs of the GE and PY sites, the uncertainty on measurements (k=2, 95% confidence level) of mean discharges over discharge stages was less than 2%. The uncertainty of discharge differences between discharge stages was from 2 to 3%. The uncertainty of an individual ADCP discharge (mean of 4 successive transects) varied according to site and the discharges considered: 4-6% at PY, 8-12% at GE. The intercomparison measurements and the 1D model also highlighted hysteresis in the stage-discharge relation at Pyrimont station, due to transient flow effects during transitions between stable discharge stages. The intercomparison was appreciated by all the participants who were able to take advantage of the friendly atmosphere to exchange technical information with other hydrometric engineers who are sometimes located in geographically distant places (Hydro-Québec). The technical exchanges were often considered too fast due to the length of the measurement periods (more than 5 000 ADCP transects were performed). The feedback on the organization, on the propagation and stabilisation of discharges and on the hydraulic conditions at measurement sections will help to optimize the planning of the next intercomparison at this site, scheduled in 2012. / Du 12 au 15 octobre 2010, le Groupe Doppler1 a organisé une intercomparaison de mesure de débit par Profileur de Courant Acoustique Doppler (ADCP) sur le Rhône à l'aval du barrage de Génissiat. Cette intercomparaison ADCP a impliqué 6 modèles d'ADCP commercialisés par 2 constructeurs concurrents (Teledyne RDI et Sontek) et de fréquence nominale comprise entre 600 et 3000 kHz.\nLes mesures de débit ont été effectuées simultanément par deux groupes de bateaux embarquant chacun 2 ADCP de fréquences distinctes. Six bateaux (12 ADCP) ont été déployés sur le site Génissiat (GE), en aval immédiat du barrage avec des fonds profonds et accidentés. Sept bateaux (14 ADCP) ont été déployés sur le site de Pyrimont (PY), localisé environ 3,5 km en aval du barrage, sur un tronçon rectiligne et uniforme. Les journées des 13 et 14 octobre 2010 ont permis de mesurer 6 paliers de débit (environ 100 m3/s, 200 m3/s, 300 m3/s et 400 m3/s, les gammes de 200 m3/s et 300m3/s ayant été doublées), correspondant à des gammes de vitesse allant jusqu'à 2,5m/s environ. Une modélisation hydraulique 1D, en accord avec les mesures, indique un délai de 1h30 entre le barrage et le site aval PY pour assurer la propagation et la stabilisation des paliers de débit à moins de 1%.\nLes débits fournis par les différents appareils sur les deux sites ont été comparés entre eux, ainsi qu'à des mesures indépendantes: système ultrasons à temps de transit (US) dans les conduites de l'usine de Génissiat et stations hydrométriques à courbe de tarage simple de Bognes (CNR) et de Surjoux (DREAL RA). Des erreurs de paramétrage sur le système US en conduite, mises en évidence suite à cette intercomparaison, ont été corrigées indépendamment des mesures ADCP, avec une incertitude finale estimée inférieure à 3%. Une dizaine de minutes de mesure ADCP (2 à 5 transects) suffit pour converger à moins de 2% de la moyenne du groupe. Deux fois plus de temps, soit une vingtaine de minutes, est nécessaire pour passer en-dessous de 1%. De manière générale, les débits moyens obtenus par ADCP sont en bon accord entre eux (écarts inférieurs à 5%). Des écarts systématiques plus importants de l'ordre de 10% ont été observés pour certaines sections du site amont GE. Ils sont dus à des conditions de mesure locales moins favorables, et non aux instruments, montages et équipes. Pour chaque palier, l'écart entre le débit US et le débit moyen sur l'ensemble des appareils de chaque site est d'environ 2%. Une estimation de l'incertitude de mesure de la méthode ADCP dans les conditions de mesure de l'intercomparaison a été réalisée à partir des méthodes normalisées d'essais interlaboratoires. En considérant l'ensemble des 26 ADCP des sites de GE et PY, l'incertitude élargie (k=2, niveau de confiance 95%) des débits moyens par palier est inférieure à 2%. L'incertitude des différences de débit entre paliers est comprise entre 2% et 3%. L'incertitude d'un débit ADCP individuel (moyenne de 4 transects consécutifs) est variable selon les sites et le débit considéré: 4-6% à PY, 8-12% à GE. Les mesures de l'intercomparaison et le modèle 1D ont également permis de mettre en évidence l'hystérésis de la relation hauteur-débit de la station de Pyrimont, due aux effets transitoires lors des transitions entre paliers de débit stable. \nL'intercomparaison a été appréciée par l'ensemble des participants, qui ont pu également bénéficier d'échanges techniques avec d'autres hydromètres parfois éloignés géographiquement (Hydro-Québec), dans une ambiance conviviale. Les échanges techniques ont souvent été jugés trop courts à cause des longues plages de mesure (près de 5000 traversées ADCP ont été réalisées au total). Le retour d'expérience (logistique, propagation et stabilisation des débits, hydraulicité des sections de mesure) permettra d'optimiser le planning de la future intercomparaison sur ce site, envisagée en 2012.

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