Environmental Fluid Mechanics/Mécanique des fluides environnementaux

188 Pages·2022·5.647 MB·English/French

by  Committee on Hydraulics for Dams

ENVIRONMENTAL FLUID
MECHANICS
MÉCANIQUE DES FLUIDES
ENVIRONNEMENTAUX
INTERNATIONAL COMMISSION ON LARGE DAMS
COMMISSION INTERNATIONALE DES GRANDS BARRAGES
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1
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Vue sur site de l’aération en exploitation pour 150 m³/s (EDF)
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Original text in English
French translation by the Comité Marocain des Grands Barrages
Layout by Nathalie Schauner
Texte original en anglais
Traduction en français par le Comité Marocain des Barrages
Mise en page par Nathalie Schauner
ISBN: 978-1-138-49122-9 (Pbk)
ISBN: 978-1-351-03362-6 (eBook)
DOI: 10.1201/9781351033626
2

COMMITTEE ON HYDRAULICS FOR DAMS
COMITÉ DE L’HYDRAULIQUE DES BARRAGES
Members of Sub-Committee on Environmental Hydraulics
Membres du Sous-Commité sur l’Hydraulique Environnementale
President / Président
Belgium / Belgique André LEJEUNE
Germany / Allemagne Hans-Burkhard HORLACHER, Prof.
Dr.- Ing
Venezuela Nemesio CASTILLEJO
Egypt / Egypte SAAD, Prof. Dr.-Ing.,
Sweden / Suede Karl RYTTERS
Australia / Australie R. J. (Bob) WARK, MEngSc. CPEng
United States / Etats Unis Dr. James E. LINDELL
Portugal Carlos Matias RAMOS
India / Inde Siba PRASAD Sen, M. E.
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SOMMAIRE CONTENTS
TABLEAUX & FIGURES TABLES & FIGURES
AVANT-PROPOS FOREWORD
1. INTRODUCTION 1. INTRODUCTION
2. QUALITE DE L’EAU DE RESERVOIR 2. RESERVOIR WATER QUALITY
3. GESTION DE L’IMPACT DES 3. MANAGEMENT OF THE IMPACT OF
PROCESSUS HYDRAULIQUES HYDRAULIC PROCESSES
4. IMPACTS EN AVAL DES GRANDS 4. DOWNSTREAM IMPACTS OF LARGE
BARRAGES DAMS
5
TABLE DES MATIÈRES
TABLEAUX & FIGURES .................................................................................................................14
AVANT PROPOS ...................................................................................................................... 18
1. INTRODUCTION .................................................................................................................. 20
1.1. CONTEXTE ................................................................................................................. 20
1.2. IMPACTS EN AMONT ................................................................................................. 22
1.2.1. La qualité de l’eau ............................................................................................. 22
1.2.2. La sédimentation ............................................................................................... 24
1.3. IMPACTS EN AVAL ...................................................................................................... 26
1.3.1. Le régime d’écoulement ..................................................................................... 26
1.3.2. Les vannes de vidange de fond ........................................................................ 26
1.3.3. La dégradation et l’alluvionnement des cours d’eau en aval ............................ 28
1.3.4. La dégradation des zones côtières ................................................................... 28
1.3.5. La température de l’eau .................................................................................... 30
1.3.6. La migration des poissons ........................................................................... 30
2. QUALITE DE L’EAU DE RESERVOIR ................................................................................. 34
2.1. INTRODUCTION ......................................................................................................... 34
2.2. CARACTERISTIQUES GENERALES DES RESERVOIRS ........................................ 36
2.2.1. La morphologie et l’hydrodynamique ............................................................... 36
2.2.2. La stratification thermique ................................................................................. 38
2.3. POLLUANTS ET CONTRAINTES SUR LES RESERVOIRS ...................................... 40
2.4. PROCESSUS DETERMINANT LA QUALITE DE L’EAU,
L’EUTROPHISATION ET L’OXYGENATION ............................................................... 44
2.4.1. Introduction ......................................................................................................... 44
2.4.2. Concepts généraux ........................................................................................... 44
2.4.3. Les symptômes et les effets de l’eutrophisation ............................................... 48
2.4.4. Le développement de plantes aquatiques ........................................................ 48
6
TABLE OF CONTENTS
TABLES & FIGURES ......................................................................................................................15
FOREWORD ............................................................................................................................. 19
1. INTRODUCTION .................................................................................................................. 21
1.1. BACKGROUND ........................................................................................................... 21
1.2. UPSTREAM IMPACTS ................................................................................................ 23
1.2.1. Water Quality ...................................................................................................... 23
1.2.2. Sedimentation ................................................................................................... 25
1.3. DOWNSTREAM .......................................................................................................... 27
1.3.1. Flow Regime ....................................................................................................... 27
1.3.2. Bottom Outlets .................................................................................................. 27
1.3.3. Degradation and aggradation in downstream river reaches ............................. 29
1.3.4. Degradation in Coastal Areas ........................................................................... 29
1.3.5. Water Temperature ........................................................................................... 31
1.3.6. Fish Migration ................................................................................................... 31
2. RESERVOIR WATER QUALITY ........................................................................................... 35
2.1. INTRODUCTION ......................................................................................................... 35
2.2. GENERAL CHARACTERISTICS OF RESERVOIRS .................................................. 37
2.2.1. Morphology and Hydrodynamics ........................................................................ 37
2.2.2. Thermal stratification .......................................................................................... 39
2.3. POLLUTANTS AND STRESSORS ON RESERVOIRS ............................................... 41
2.4. WATER QUALITY PROCESSES - EUTROPHICATION
AND OXYGENATION .................................................................................................. 45
2.4.1. Introduction ......................................................................................................... 45
2.4.2. General Concepts ............................................................................................. 45
2.4.3. Eutrophication Symptoms and Effects .............................................................. 49
2.4.4. Growth of Aquatic Plants ................................................................................... 49
7
2.4.5. L’anoxie ........................................................................................................... 48
2.4.6. Les changements des espèces ...................................................................... 48
2.4.7. L’hypereutrophie ............................................................................................. 50
2.4.8. L’amélioration du recyclage interne des nutriments ....................................... 50
2.4.9. Les concentrations élevées de nitrates .......................................................... 50
2.4.10. L’incidence accrue des maladies liées à l’eau ................................................ 50
2.4.11. L’augmentation de la production de poissons ................................................ 50
2.4.12. Le recyclage des nutriments ................................................................................52
2.4.13. L’évaluation de l’état trophique ....................................................................... 52
2.5. PARAMETRES DE LA QUALITE DE L’EAU ................................................................ 54
2.5.1. Le comportement dans les réservoirs ................................................................. 54
2.5.2. L’oxygène .......................................................................................................... 56
2.6. DYNAMIQUE DES ELEMENTS NUTRITIFS .............................................................. 60
2.6.1. L’azote ................................................................................................................ 60
2.6.2. Le phosphore .................................................................................................... 64
2.7. SYNTHESE DES MODELES DE LA QUALITE DE L’EAU DE RESERVOIR .............. 64
2.8. STABILITE DES LACS ................................................................................................ 68
2.8.1. Les nombres de Wedderburn et le Lake number ............................................... 68
2.8.2. Le suivi et le contrôle ........................................................................................ 70
2.8.3. L’acquisition des données en temps réel, la modélisation et le contrôle .......... 74
2.9. MODELISATION DE LA QUALITE DE L’EAU ............................................................. 74
2.9.1. Les modèles de température unidimensionnelle ................................................ 74
2.9.2. Les modèles unidimensionnels de la qualité de l’eau ....................................... 76
2.9.3. Les modèles multicouches ................................................................................ 78
2.9.4. Les modèles bidimensionnels ou tridimensionnels de la qualité de l’eau ......... 78
2.9.5. Les modèles d’eutrophisation ........................................................................... 80
2.9.6. Les modèles spéciaux ...................................................................................... 82
8
2.4.5. Anoxia ............................................................................................................. 49
2.4.6. Species Changes ............................................................................................ 49
2.4.7. Hypereutrophy ................................................................................................ 51
2.4.8. Enhanced Internal Recycling of Nutrients ...................................................... 51
2.4.9. Elevated Nitrate Concentrations ..................................................................... 51
2.4.10. Increased Incidence of Water-related Diseases ............................................. 51
2.4.11. Increased Fish Yields ...................................................................................... 51
2.4.12. Nutrient Recycling .......................................................................................... 53
2.4.13. Assessment of Trophic Status ........................................................................ 53
2.5. WATER QUALITY PARAMETERS .............................................................................. 55
2.5.1. Behaviour in Reservoirs ...................................................................................... 55
2.5.2. Oxygen .............................................................................................................. 57
2.6. METALIMNETIC OXYGEN MAXIMUM ....................................................................... 61
2.6.1. Nitrogen ............................................................................................................ 61
2.6.2. Phosphorous ..................................................................................................... 65
2.7. OVERVIEW OF WATER QUALITY MODELS OF RESERVOIR ................................. 65
2.8. LAKE STABILITY ......................................................................................................... 69
2.8.1. The Wedderburn and Lake Numbers ................................................................. 69
2.8.2. Monitoring and Control ...................................................................................... 71
2.8.3. Real-Time Data Acquisition, Modeling and Control .......................................... 75
2.9. WATER QUALITY MODELS ........................................................................................ 75
2.9.1. One-dimensional Temperature Models ............................................................... 75
2.9.2. One-dimensional Water Quality Models ........................................................... 77
2.9.3. Multi-layer Models ............................................................................................. 79
2.9.4. Two and Three-dimensional Water Quality Models .......................................... 79
2.9.5. Eutrophication Models ...................................................................................... 81
2.9.6. Special Models .................................................................................................. 83
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