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mercredi, 08 mars 2006 17:46

POGR

Écrit par  Lamagat J.P.
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Titre du projet : Programme d’Optimisation de Gestion des Réservoirs

Responsable du projet : Jean-Pierre Lamagat

 

 

Organismes partenaires : OMVS, Météo-France

Téléphone : 00 221 849 35 25   Type de projet : convention financée par le FAC
Fax : 00 221 832 43 07   Pays, région : Mali, Mauritanie, Sénégal, bassin du fleuve Sénégal
E-mail : Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser.   Date de début : 1997
Site web  : http://www.g-eau.net - http://www.omvs.org   Date de fin  : 2007
 

Description du projet :

Implanté sur le fleuve Sénégal, le barrage de Manantali est destiné à satisfaire des besoins en eau multiples et à produire de l’énergie, dans un contexte de faible ressource en eau. Sa gestion doit minimiser les impacts sur l’environnement et les activités humaines traditionnelles.

De 1997 à 2002, l’unité DIVHA de l’IRD a développé une méthodologie analytique visant à optimiser la gestion de cet ouvrage. L’utilisation de la modélisation par analyse des temps de propagation des ondes de crue dans le lit mineur du fleuve ainsi que pour la mise eau du lit majeur, croisée avec la télédétection et les résultats des enquêtes agronomiques, a permis d’élaborer des scénarios de gestion répondant aux objectifs d’atténuation des impacts de la gestion sur les paramètres environnementaux tout en réalisant des économies de ressources en eau  très importantes.

En raison de la période réduite de la saison des pluies, les gestionnaires de l‘ouvrage doivent définir mi-août un objectif de soutien de crue pour septembre-octobre, qui doit être assez élevé pour la pratique des cultures traditionnelles de décrue et le maintien de l’équilibre écologique de la vallée, sans entraîner toutefois une perte excessive de production d’énergie hydoélectrique jusqu’à la prochaine mousson. Dans un tel contexte, la prévision saisonnière des précipitations pour les prochains mois de septembre et octobre est une information vitale pour l’aide à la décision. L'IRD, Météo-France et l'OMVS ont développé un modèle de prévision du volume naturel de crue de septembre-octobre, basé sur les prévisions saisonnières de pluie produites début août par le modèle ARPEGE Climat. Les bénéfices potentiels d'une telle application sont importants en matière sociale, environnementale et économique.
 


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  Manantali (Photo JP Lamagat, IRD)

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  Diama (Photo JP Lamagat, IRD)

 Mots-clefs : Ressource en eau, Gestion, Modèle, Barrages


REGIME HYDROLOGIQUE NATUREL

Le Sénégal est un fleuve d'Afrique de l'ouest de 1800 km de long, dont le bassin versant peuplé d'environ 2 millions d'habitants recouvre sur 340000 km2 une partie de la Guinée, du Mali, de la Mauritanie et du Sénégal.

Le site :

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Son régime naturel à forte variabilité interannuelle est caractérisé par une période de crue s'étalant de juillet à octobre suivie d'un tarissement progressif aboutissant certaines années à un quasi arrêt de l'écoulement vers les mois de mai ou juin.

La majeure partie de l'écoulement du Sénégal provient de son bassin amont drainé par le Bafing (entre 40 et 60% des apports), le Bakoye et la Falémé qui prennent leur source dans le massif bien arrosé du Fouta Djallon (2000 mm/an). A partir de Bakel situé à 794 km de l'embouchure, le fleuve qui ne reçoit plus que des apports sporadiques s'écoule dans une vallée très plate

 

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(pente moyenne de ligne d'eau en étiage : 0,001 %), où la crue amortie peut inonder le lit majeur sur plusieurs centaines de milliers d'hectares. Observé depuis un siècle à plusieurs stations hydrométriques, le Sénégal montre une baisse notable de son hydraulicité naturelle depuis le début des années 70, comme plusieurs autres cours d'eau d'Afrique de l'ouest. Une légère reprise se manifeste toutefois vers la fin des années 90.

GRANDS AMENAGEMENTS HYDRAULIQUES

Dans le but de favoriser le développement de la région, les états du Mali, de la Mauritanie et du Sénégal ont créé l'Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS), organisme chargé de promouvoir une gestion intégrée de la ressource en eau sur le bassin. Sous l'impulsion de l'OMVS, deux grands barrages ont à ce jour été réalisés : Diama et Manantali.

BARRAGE DE DIAMA 

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Implanté tout près de l'embouchure du fleuve, ce barrage mis en service en 1986 a pour but d'empêcher la remontée des eaux salées pendant l'étiage. Associé à un endiguement du fleuve , il permet en outre de maintenir le plan d'eau amont à plus de 2 mètres au dessus du niveau de la mer, hors période de crue. Ceci favorise le développement d'une agriculture par irrigation gravitaire dans le delta, et la disponibilité permanente d'eau douce pour l'alimentation des lacs de R'kiz et de Guiers.

 

BARRAGE DE MANANTALI

 

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Cet ouvrage mis en service en 1987 crée sur la rivière Bafing un réservoir de 12 km3 et une chute d'environ 50 mètres. Ses objectifs sont les suivants :
• Production de 800 gwh d'énergie électrique par an en moyenne (205 Mw de puissance installée, début de production en 2002) 

• Soutien des débits d'étiage. Le but est à la fois d'allonger la période de navigabilité du fleuve et de fournir les débits nécessaires aux cultures irriguées de la vallée, dont les superficies aménagées à ce jour s'élèvent à plus de 125000 hectares (en partie à réhabiliter), pour un potentiel aménageable estimé à plus de 300000 ha.

• Laminage des fortes crues, pour la protection des populations et des infrastructures.

• Soutien des débits de crue. Le but est de réaliser une inondation suffisante du lit majeur dans la vallée pour sécuriser les activités traditionnelles de cultures de décrue, de pêche et d'élevage, ainsi que pour le maintien de l'équilibre écologique. En régime naturel, les superficies de cultures de décrue se situent selon l'importance de la crue entre 140000 et moins de 10000 hectares. Une valeur minimale de 50000 hectares doit être visée avec la crue soutenue.


Sur financement de la Coopération Française (FAC), l'OMVS a fait appel à l'IRD pour mener un Programme d'Optimisation de Gestion des Réservoirs (POGR), qui s'est déroulé sur la période 1997-2002. Le but de cette étude consistait à définir un mode de gestion des barrage de Diama et Manantali permettant d'atteindre au mieux leurs différents objectifs, tout en minimisant les impacts environnementaux.


PROBLEMES CONCERNANT LA GESTION DU BARRAGE DE DIAMA

Le barrage de Diama est soumis à une contrainte de gestion dictée par le constructeur, qui vise à garantir la sécurité de l'ouvrage en évitant tout risque de déstabilisation par excès d'énergie dissipée dans l'écoulement.

Cette contrainte s'énonce très simplement de la façon suivante : le produit du débit traversant l'ouvrage par la chute provoquée par celui-ci doit toujours être maintenu en deçà de 1000 m4/s. Cela rend nécessaire un ''effacement'' partiel du barrage par ouverture de ses vannes lors du passage de la crue, ce qui entraîne un abaissement sensible du niveau amont.

Cet abaissement, contraire à l'un des objectifs de gestion de Diama, est très défavorable à l'irrigation gravitaire des cultures. La principale question à résoudre est alors la suivante :
" Comment abaisser le niveau amont le moins bas possible et le moins longtemps possible tout en respectant scrupuleusement la contrainte de sécurité ? La phase la plus délicate concerne l'abaissement du niveau en début de crue. Trop précoce, il pénalise inutilement l'agriculture. Trop tardif, il peut conduire à une impasse de gestion consistant à choisir entre un risque de déstabilisation de l'ouvrage et la submersion des endiguements de l'amont.

PROBLEMES CONCERNANT LA GESTION DU BARRAGE DE MANANTALI

Parmi les objectifs de gestion du barrage de Manantali, certains se révèlent concurrentiels du fait qu'ils nécessitent des lâchers d'eau à des moments différents et avec des débits différents. Le soutien de crue en particulier pose problème, car il peut entraîner un déstockage important et des débits lâchés excédant largement la capacité des turbines.
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Le déstockage diminue la chute disponible et donc la puissance productible qui lui est proportionnelle. Il grève également la réserve disponible pour effectuer le soutien d'étiage à venir. Quant aux débits lâchés non turbinés, ils sont irrémédiablement perdus pour la production d'énergie à Manantali.
 

Or le soutien de crue ne peut être négligé, du fait de son impact très positif pour l'environnement et les pratiques agricoles traditionnelles, lors des années de faible hydraulicité. Les principales questions à résoudre sont alors les suivantes :

• " Comment envisager un soutien de crue ayant à la fois un impact positif suffisant sur l'environnement et les cultures de décrue, et un impact négatif minimal sur la production d'énergie et le soutien d'étiage ? Quelles doivent être la forme et la date de l'hydrogramme objectif de crue ? Quelle est la relation entre la forme de l'hydrogramme de crue, la superficie inondée du lit majeur et celle des cultures traditionnelles de décrue ?

• " Quelles sont les possibilités de soutien de crue, de soutien d'étiage et de production d'énergie envisageables avec le barrage de Manantali ? Dans quelles gammes se répartissent les résultats selon les règles de gestion envisagées ?

 PERSPECTIVES

Un projet d’assistance et de complément de formation faisant suite au POGR a débuté en 2003, sur financement de la Banque Mondiale. Il s’agit de mettre en place à l’OMVS une cellule permanente d’environ 5 agents chargée des problèmes de gestion d’ouvrage. Le but est de rendre cette cellule parfaitement opérationnelle et autonome sur l’ensemble des outils d’aide à la gestion développés par l’IRD. Force est de constater qu’à l’issue du POGR, cette autonomie est quasiment acquise à l’OMVS en ce qui concerne la gestion opérationnelle des ouvrages, mais insuffisante en matière de gestion tactique ou stratégique.

Les volets suivants sont prévus dans le projet :

• Continuer le développement des logiciels de gestion et de simulation de la ressource en eau du bassin et assurer la formation permanente y afférant. La convivialité du logiciel SIMULSEN sera améliorée.

• Conseiller le Haut Commissariat de l’OMVS pour l’établissement des plans pluri annuels d’aménagement.

• Apporter un appui à l’élaboration des documents préparatoires aux réunions de la Commission Permanente des Eaux. 

 


 

TRAVAUX DE TERRAIN, MESURES, ENQUETES

OBSERVATION DU REMPLISSAGE DE 10 PLAINES DE DEBORDEMENT DU LIT MAJEUR

Durant les crues de 1997 à 1999, dix plaines d'inondation (6 au Sénégal, 4 en Mauritanie) ont été suivies par relevé limnimétrique journalier pour comprendre la mécanique de leur remplissage et de leur vidange lors du passage de la crue dans la vallée. 

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Ces mesures ont été utilisées pour modéliser la relation entre forme de l'hydrogramme de crue, superficie de l'inondation et superficie cultivée en décrue.

RESEAU RADIO

Un réseau de 10 postes radio BLU a été installé pour permettre un suivi bi-quotidien à partir de Manantali, Bamako et Dakar, de la situation hydrologique aux stations de Fadougou et Gourbassy sur la Falémé, Diangola et Oualia sur le Bakoye, Makana et Daka saidou sur le Bafing, Kayes et Bakel sur le Sénégal. Ce réseau de communication est doublé sur certaines stations de limnigraphes télétransmetteurs utilisant le système satellitaire Argos. Les données recueillies sont utilisées dans la gestion en temps réel de Manantali, en particulier pour le calcul des débits lâchés nécessaires aux soutiens de crue ou d'étiage, dont les objectifs sont définis au niveau de Bakel.

JAUGEAGES, BATHYMETRIE

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Deux profileurs doppler de courant (ADCP) ont permis d'effectuer un nombre impressionnant de jaugeages sur les principales stations du bassin du Sénégal, en vue de préciser leurs étalonnages. 

Cette technique moderne constitue une avancée remarquable dans la mesure des débits des cours d'eau, tant du point de vue de la rapidité de mesure que de la précision des résultats.

 

L'étalonnage des stations fortement non bi-univoques comme celles de la vallée du Sénégal peut désormais être effectué très précisément, chose quasiment impossible auparavant.

Les mesures effectuées ont permis d'étalonner les vannes du barrage de Diama, et de vérifier celui des vannes de demi-fond de Manantali. Les étalonnages révisés pour de nombreuses stations hydrométriques ont été utilisés pour préciser les chroniques de débits observés, et mettre à jour certains modèles de propagation de débit.

INSTALLATIONS D'APPAREILS DE MESURE

Un certain nombre d'appareils enregistreurs de niveaux (Thalimède) ont été installés sur des ouvrages de prise situés dans le delta dans le but de quantifier les débits prélevés.

STATISTIQUES AGRICOLES

Les statistiques agricoles concernant l'agriculture irriguée et l'agriculture de décrue dans la vallée ont été consultées auprès des services mauritaniens et sénégalais (SONADER, SAED,….). Après homogénéisation, les données recueillies ont permis de préciser les besoins en eau réels de l'agriculture irriguée, et de constituer une chronique des superficies cultivées annuellement en décrue depuis 1947. Ces données ont été utilisées pour modéliser la relation entre forme de l'hydrogramme de crue, superficie de l'inondation et superficie cultivée en décrue.

PHOTOS SATELLITAIRES

L'inondation du lit majeur entre Matam et Dagana a pu être analysée par clichés satellitaires pour les crues de 1986, 1987, 1988, 1992, 1997, 1998 et 1999 (Landsat - 21 octobre 1999, amont de Matam, 42076 hectares). Selon l'origine (Spot ou Landsat), entre 2 et 6 scènes sont utilisées pour couvrir la région. la vectorisation manuelle des partie en eau permet de connaître la superficie inondée à la date du cliché, à la fois sur l'ensemble du lit majeur et sur les cuvettes suivies au sol.


MODELISATIONS CONCERNANT LE BARRAGE DE DIAMA

La recherche de règles optimales de gestion pour le barrage de Diama a nécessité une modélisation du fonctionnement hydraulique de cet ouvrage équipé de vannes secteur, à l'aval duquel le niveau de plan d'eau est très fortement influencé par la marée. Les modélisations suivantes ont été effectuées, sur la base des mesures de débit faites par ADCP et des relevés pluriquotidiens de réglage des vannes et des niveaux amont et aval disponibles sur la période 1986-1999 :

• Etalonnage des vannes, déterminé pour les différents régimes d'écoulement : vannes noyées ou effacées ; régime établi ou transitoire.

• Relation entre débit lâché et cote aval. L'influence de la marée est prise en compte sous forme d'un écart statistique autour de la relation moyenne.

• Relation entre cote amont et cote aval en fonction du réglage des vannes, en régime d'écoulement établi.

• Relations donnant le débit lâché et la puissance dissipée au droit du barrage, en fonction du niveau amont et du réglage des vannes, avec prise en compte statistique de l'influence de la marée.

• Détermination des plages de réglage des vannes permettant de respecter la contrainte de sécurité relative à la dissipation de puissance en régime d'écoulement établi. Ces plages sont calculées en fonction du niveau amont, de la valeur limite de puissance dissipée envisagée, et de la fréquence admise pour le dépassement de cette limite.

• Calcul de la puissance dissipée lors du régime transitoire d'écoulement succédant aux modifications de réglage des vannes.

• Modélisation montrant l'impossibilité d'utiliser le barrage de Diama pour protéger la ville de Saint-Louis contre les inondations.

MODELE DE PROPAGATION DE DEBIT - ADAPTATION AU REGIME ARTIFICIEL

Le modèle de JP Lamagat permet de décrire correctement la propagation des débits à la fois sur le haut bassin entre Manantali et Bakel, sur le lit mineur dans la moyenne vallée entre Bakel et Podor, et sur le lit majeur entre les stations du cours principal et les plaines de débordement. Entre deux stations données, le principe de ce modèle consiste à déterminer deux fonctions du débit (resp. de la cote) amont donnant l'une le temps de propagation et l'autre le débit (resp. la cote) aval. Ces fonctions calées sur les données observées aux deux stations rendent compte à la fois de l'amortissement de l'onde et de l'effet moyen des apports ou pertes intermédiaires reliés de façon implicite aux données de la station amont.

• Sur le bassin amont, les temps de propagation entre Manantali et Bakel décroissent avec le débit et varient entre 3 et 7 jours. Deux modèles adaptés au régime artificiel sont calés en débit entre Manantali, Oualia et Kayes d'une part, et entre Kayes, Gourbassi et Bakel d'autre part. Dans ces modèles, le différentiel de débit entre amont et aval est relié aux débits naturels de l'amont, eux-mêmes évalués par modèle de propagation à partir des stations du cours supérieur du Bafing. Deux modèles annexes sont également utilisés sur les cours supérieur du Bakoye et de la Falémé pour prévoir les débits à Gourbassy et Oualia.

• Dans le lit mineur de la moyenne vallée, le temps de propagation entre Bakel et Podor augmente avec la cote et varie entre 8 et 35 jours. Le modèle donne les cotes à Podor en fonction des cotes de Bakel considérées en moyenne mobile sur 30 jours.

• Sur chacune des 10 cuvettes observées, un modèle de transfert identique au modèle de propagation du lit mineur permet de prévoir le niveau à partir du limnigramme observé à Podor, Salde ou Matam.

FORME OPTIMALE DE L'HYDROGRAMME OBJECTIF DE CRUE

Cette modélisation fait l'objet d'une thèse (L. Ould Lebatt) qui doit être soutenue courant 2003. Elle exploite les données suivantes :

• Cotes observées aux stations du lit mineur de la moyenne vallée

• Cotes observées sur les 10 cuvettes tests

• Superficies inondées de l'ensemble du bief Matam Dagana et des 10 plaines tests, calculées par photos satellitaires

• Superficies annuelles des cultures de décrue obtenues à partir des statistiques agricoles homogénéisées.

Les principaux résultats obtenus sont les suivants:

• Modèle de propagation réalisant le transfert des cotes entre stations du lit mineur de la moyenne vallée du Sénégal, et entre stations du lit mineur et plaines d'inondation.

Relation entre superficie maximale inondée sur le lit majeur entre Matam et Dagana, et superficie des cultures de décrue. L'augmentation de la superficie cultivée en fonction de la superficie inondée devient faible quand cette dernière dépasse 100000 ha.

Relation entre superficie des cultures de décrue et cote caractéristique de crue sur N jours à Bakel, pour N compris entre 6 et 60 jours.

Définition de limnigrammes (et d'hydrogrammes) de crue optimaux à Bakel en fonction de la superficie souhaitée pour les cultures de décrue.

DATE OPTIMALE DU SOUTIEN DE CRUE

Pour une forme donnée d'hydrogramme objectif de crue à Bakel, à quelle date faut-il réaliser ce dernier pour minimiser les volumes lâchés non turbinés ? S'il est facile de répondre à cette question a posteriori au vu des débits écoulés dans l'année, il en va tout autrement pour la gestion en temps réel du barrage de Manantali.
Une première piste explorée visait à faire coïncider le soutien de crue avec une pointe de crue des affluents naturels Bakoye et Falémé. Compte tenu de la durée de l'hydrogramme objectif de crue et du délai de propagation entre Manantali et Bakel, cette solution nécessitait une prévision des débits sur le Bakoye et la Falémé à un horizon d'au moins une semaine. Aucun modèle hydropluviométrique n'ayant pu être mis au point à partir des données disponibles pour faire une telle prévision, cette solution a été abandonnée.
La solution retenue consiste à faire le soutien de crue à une date fixe, déterminée de façon à entraîner un ''cout'' moyen minimal en volume non turbiné à partir du barrage.

L'analyse effectuée montre qu'il faut positionner le début du palier maximal de l'objectif de crue au 28 août. Par rapport à la solution optimale déterminée chaque année a posteriori, le coût d'un tel soutien de crue à date fixe n'excède jamais 500 millions de m3 non turbinés supplémentaires.

GAMME DES POSSIBILITES DE MANANTALI

Pour aider au choix d'une stratégie de gestion du barrage de Manantali, une vaste gamme de scénarios de gestion a été simulée sur la période 1970-2000 à l'aide du logiciel SIMULSEN.

Ces scénarios envisagent les options suivantes :

• Laminage des crues pour limiter le débit à Bakel en dessous de 4500 m3/s de façon quasi-garantie.

• Soutien d'étiage permettant de satisfaire de façon quasi-garantie les besoins en eau de l'agriculture irriguée envisagés égaux, doublés ou triplés par rapport aux besoins actuels.

• Objectif de production de puissance croissant selon le niveau du plan d'eau dans la retenue.

• Soutien de crue à date fixe, visant un hydrogramme objectif optimal associé à différentes superficies de cultures de décrue, effectué à la condition de disposer d'une certaine réserve dans la retenue au 20 août.
Suivant les options retenues pour l'objectif de soutien d'étiage, l'objectif de superficie de cultures de décrue et le seuil de réserve conditionnant le soutien de crue, ce sont en tout 216 scénarios différents qui sont simulés. Les résultats obtenus montrent que la superficie moyenne de cultures de décrue décroît linéairement en fonction de l'énergie moyenne produite par année, et décroît d'autant plus que le soutien d'étiage est élevé.

Lu 5726 fois Dernière modification le mercredi, 12 décembre 2012 13:48

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