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Fonds Documentaire IRD I I ~ - H Encadrait : M. F. LEBDI institution de la Rech

Fonds Documentaire IRD I I ~ - H Encadrait : M. F. LEBDI institution de la Recherche et de l'Enseignement Supérieur Agricoles : M. P. LE GOULVEN Institut de Recherche pour le Développement (anciennement Orstom) fl Prof-.. mpomble : M. J. DUCHESNE Ecole Nationale Supérieure Agronomique de Rennes OPTIMISATION DE LA GESTION D'UN BARRAGE COLLINAIRE EN ZONE SEMI-ARIDE + _PROJET MERGUSJE . . . . . . , . -*'?1 . . 7" ., .'.&,>" .*:- t ; . ; : .. . _ > _ 1 . . ,* ; ~ : , : , ; : c : . ~ . > ; ; . * ; : : s 5 www.allislam.net E.N.S. A. R . Ecole Nationale Supkrieure Agronomique de Rennes I.R.D. Institut de Recherche pour le Développement 1.R.E. S.A. Institution de la Recherche et de l'Enseignement Supérieur Agricoles MEMOIRE DE FIN D'ETUDES D. A. A. Physiques des Surfaces Natui.elles et Génie Hydrologique (E.N S. A. R.) OPTIMISATION DE LA GESTION D'UN BARRAGE COLLINAIRE EN ZONE SEMI-ARIDE - - - - - --- -- -- - - - - - -- ----- PROJET MERGUSIE ----- Fonds Documentaire I R D Cote : A* 34 Ex : t j C 'le Réalisé par : Fabien PABIOT Ecole Nationale Supérieure Agroriomique de Montpellier Encadrant : M. F. LEBDI Iiistitiition de la Recherche et de l'Enseignement Supérieur Agricoles Co-encadrant : M. P. LE GOULVEN Institut de Recherche pour le Développernent (ancienneinent Orstori~) Professeur responsable : M. .I. DUCHESNE Ecole 'Natioiiale Supérieure Agionomiquc. de Rennes Octobre 1999 www.allislam.net Avant Propos - Ce mémoire termine mes études d'ingénieurs agroriomes option "physiques des surfaces naturelles et génie liydrologique". I,e projet est basé sur une convention entre l'Institution de Recherche et d'Enseignement Supérieur Agricoles (IRESA-'Turiisie) et llEcole Nationale Supérieure Agronomique de Rennes (ENSAK-France). Tl s'intègre dans le Programme National Mobilisateur mergusie conduit par le Ministère de l'agriculture tunisien et I'Tnstitut de Recherche pour le Développement (RD ancieiinement Orstoin). Je remercie réellement toilv ceux qui ont pariicipé de près ou de loiri à l'élaboratioii de ce document et en particulier: - Fethi LEBDI (IRESA) pour son encadrement et ses conseils précieux, - Patrick Le G0ULVE.N (IRD), pour ses qualités scientifiilues mais aussi humaiiles, - Roger CALVEZ (ZRD) pour sa disponibilité et ses performances sur la collecte des données. - Noamène BEN HAMOUDA pour son aide précieuse sur le terrain. Sans oublier ceux qui ont rendu mon séjour plus agréable : Luc, David, Amel, King, Niang, Saïd, Jalel, Rabi, Vincent, ... etc www.allislam.net Les usages de I'eau en Tunisie ne cessent de croître tandis que la ressource reste limitde. Le Progranime National Mobilisateur mergusie coordonné par le Ministère de l'Agricrilture tunisien et l'Institut de Recherche pour le Développement a pour objectif d'étudier la dynamique entre ressources et usages de l'eau dans le centre du pays au niveau de l'oued Merguell il. Dans le cadre de ce projet, l'étude de ia gestion des eaux de surface à travers des ouvrages de retenue est au préalable indispensable. "Le contexte de la gestion des ressources en eail est par nature aléatoire, les phénoniènes Iiydrologiques étant ainsi. L e paramètre priniordiaf est ICI variabilité des apports d'eau et non l'apport moyen. Le réservoir est appelé à jouer aussi bien le rôle d'organe de stockage que de régulateur en absorbrlnt la variabilité des apports. S r ' le réservoir est construit et sa capacité furée, il y a.forcément selon les rè&s de gestion adoptées, divers niveaux de performance selon les déficits ou défaillance.^ darrs lu satisflction des besoins et7 cozl (LEBL.1 F.. 1996)". L'approximation des niveaux optirnuias de gestion serz bien rneilleür<: eii tenant compte des incertitudes et notamment celle de l'aléa hydrolopiqiie. C'est l'objet des mgthodes d'optimisation en avenir incertain. Parallélement, il est tout A fait indispensable d'appréhender Ics usages de I'eau et de formuler convenablement les différentes demandes cortesporidant A cris usages 3Tm de mettre en piace les consignes de gestion de la ressource cil eau. Pour rkpondre A ces attentes, la programmation dyniimique stoctiastique a été clioisie coninje outil d'aide ii la décision de gestion (l'un barrage collinaire "El Morra" sur le I7assiri versant de I'oüed Merguellil. Cet algorittune d'optimiraticn permet de tenir comptc de la variabilité des apports d'une longue série d'observations A iravers leun probabilités d'occurrence. Cette méthode permet de définir des lâchers optimums destinés ii l'usage selon le niveau d'eau dans le rkservoir et l'instant de decision sur la période de gestion. Ces règles correspondent a l'optimum d'une fonction mathématique traduisant les objectifs de gestion, et non l'optimum de faits réels. Différentes rkgles de gestions optimisées sont alors établies selon différents poids que l'on attribue aux objectifs. Le choix de la régle optimisée répondant le plus ii nos attentes est fait par simulation. Des indices descripteurs de la simulation permettent de juger de la performance du système. Daris notre cas d'étude, deux objectifs de gestion ont été choisis: la satisfaction de la demande agricole et la garantie d'un stock d'eau dans le barrage. Plusieurs règles ont étées optimisées en fonction des poids de ces cleu objectifs. La règle de gestion optimisée retenue doit être considérée comme une aide a la dbcision et non un "\jerdicLw A appliquer tel quel. bar,age collinaire, retenue, gestiari, optimisation, sitniilation, programrnation bilan hydrologique, hydrusyst2me -- - - - - - - p - - . - - . - . . . . . . - - - - - . . . ~ ~ ~ .- . ~ . ~ ~ www.allislam.net V m i r h V m a x Vi Vf Vobjectif Vecs VP Vev Vd Vin fi Vvi vu L : pénalité ou poids de gestion variant entre O et 1 . : volume d'eau apporté au barrage : coût de transition : volume d'eau demandé par les usagers : volume d'eau maximal demandé par les usagers sur la période de gestion : valeur de la fonctiori de Bellman-h4assé.( ; t f(V) = fonction du volume) : hauteur d'eau dans la retenue : nombre de classes d'apports : temps de la période de gestion : probabilité de transition entre un apport i et im apport j : probabilité d'occurrence d'uri apport I : volume d'eau dans la relcnuc : volume d'eau minimum : volume d'eau n~mimum : volume d'eau à I'iristimt initial : volume d'eau à l'instant final : volume d'eau dans la retenue que l'on souhaite avoir (-= Vcsnsigne=Vconsg) : volume apporté par ruissellement : volume apporté par écoulement souterrain : volume apporté par la pluie tombant sur la retenue : volume évaporé : volume déversé : volume infiltré : volume vidangé : volume destiné aux usagers : volime lâché h l'aval du barrage ( --: Vu+Vvi ) www.allislam.net PARTIE IL: L1HYDROSYS'i'EME "EL MORRA" ......................................................... 1 : FONCTIONNEMENT ACTUEL DU BARRAGE 12 1 . CARACTERISTIQUES DU BARRAGE ...................................................................................... 12 2 . PRESENTATION DES I'ERMES DU BILAN ............................................................................... 14 3 . RECONSTITUT~ON DES APPORTS ......................................................................................... 15 4 . RECONST~TUTION DES FLUX EVAPORATIFS ......................................................................... 17 5 . RECONSTITUT~ON DES VIDANGES - PRELEVEMENTS ........................................................... 18 6 . CALCUL DES INFILTRATIONS: ....................................................................................... 19 7 . CALCUL DES ECOULEMENTS RETARDES .............................................................................. 20 7.1. relation Ecoulements souterrains - Ruissellement sur 6 jours ................................... 20 7.2. répartition du volme d'écoulements retardés sur 6 jours ......................................... 21 8- RECAPITULATIFS DE TOUS LES TERMES DL[ BILAN ET CHOIX D'UN PAS DE TEMPS COHERENT ............................................................................................................................................... 22 8.1. Critique du bilan journalier ......................................................................................... 22 8.7. LJes termes du bilan décadaire .................................................................................... 22 II : LE SYSTEME RESSOURCE: LE BASSIN VERSANT El' SES APPORTS ........... 24 1 . LES DONNEES DU SYSTEME RESSOURCE ........................................................................... 24 2 . CORRELATION AVEC LES STATIONS P L . UVIOMETRIQUES LES PLUS PROCHES ....................... 26 3 . RECONSTITUT~ON DES APPORTS A L'AIDE DU MODELE FLUIE-DEBIT GR3 (LOGICIEL EMILE) ............................................................................................................................................ 28 3.1. Bases théoriques d i 4 fonctionnenzent de GR3 ............................................................. 28 3.2. Calage du modèle ...................................................................................................... -30 ............................................................................ 3.3. Génération de débits sur 24 années 33 III : LE SYSTEME D'UTILISATION : LE PERIMETRE IRRIGUE ET SES ........................................................ USAGERS 36 ............................................................................ 1 . LE CONTEXTE ACTUEL DE L'IRRIGATION 36 .............................................................................................. Z.I. Institutionnel de gestion 36 ............................................................ 1.2. Une agriculture irriguée très peu développée 37 2 . 1 , E PROJET D'IRRIGATION ................................................................................................. 42 ................................................................................................ 2.1. possibilités techniques 42 2.2. motivation des irriguants potentiels ........................................................................... 43 www.allislam.net PARTIE II: GESTION DU BAIIRAGF: COLLINAIRF EL MORRA" .............................................. I : ETAT DE L'ART SUR LA GES'I'ION DE BARRAGE 47 1 . LES PRINClPES DE GESTION ................................................................................................ 4'7 1.1. Caractéri.stiques ck. la gestion .................................................................................. 47 1.2. Ln geslion par modélisation: S J ~ tènre dj;nanzique déterministe et stochastique ....... 52 2-LES PRINCIPES D'OPTIMISATION ET ALGORITHMES CORRESPONDANTS ................................ 55 2.1. Optimisation par programmulion 1inéclir.c ................................................................. 55 ........................... 2.2. Optimisation par programma/ ion dyilamig ue siochastiq ue (P DS): 56 ............. 2.3. Simulation : Analyse dcs règres optimiskes par des indices de performunce 60 11 : ELABORATION D'UN MODELE DE GESTION OPTIMISEE ............................... 61 1 . INTRODUCTION: LES PRINCIPES DE GESTION APPLICABLES A El. MORKA ............................ 61 2.1. Discrétisation des srock el des uppurts ..................................................................... 63 2.2. Détermination uploads/Management/ optimisation-de-la-gestion-d-x27-un-barrage.pdf