FR3105402A1 - Automatic gauging of a watercourse - Google Patents
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Abstract
Procédé de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur, mis en œuvre dans une station d’injection de traceur et une station de mesure de hauteur d’eau et de concentration du traceur, comportant : - Mesure (E6) de la hauteur d’eau, Et, si la hauteur d’eau mesurée est hors d’une plage prédéterminée autour d’une hauteur d’eau précédemment mesurée (E7) : - Injection du traceur (E10) selon un volume de traceur, - Mesure (E11) de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur, tant qu’une durée de mesure prédéterminée n’est pas écoulée ou que les concentrations de traceur mesurées ne sont pas dans une plage prédéterminée autour d’un bruit de fond (E12), Et lorsque ces deux conditions sont vérifiées, - Détermination (E14) d’un nouveau volume de traceur à injecter en fonction des concentrations de traceur mesurées. Figure pour l’abrégé : figure 2Process for automatic gauging of a watercourse by injection of a tracer, implemented in a tracer injection station and a station for measuring the water level and the concentration of the tracer, comprising: - Measurement ( E6) of the water height, And, if the measured water height is outside a predetermined range around a previously measured water height (E7): - Injection of the tracer (E10) according to a volume of tracer, - Measurement (E11) of the water level and the tracer concentration, as long as a predetermined measurement time has not elapsed or the measured tracer concentrations are not within a predetermined range around a background noise (E12), And when these two conditions are verified, - Determination (E14) of a new volume of tracer to be injected as a function of the tracer concentrations measured. Figure for the abstract: figure 2
Description
La présente invention concerne de manière générale la surveillance environnementale et la caractérisation de débit de cours d’eau. Elle concerne plus précisément la réalisation automatique de mesures de débits, notamment pour la détermination d’une courbe de tarage d’une section d’un cours d’eau.The present invention generally relates to environmental monitoring and streamflow characterization. It concerns more specifically the automatic realization of flow measurements, in particular for the determination of a rating curve of a section of a watercourse.
État de l’art antérieurState of the prior art
La procédure pour réaliser une courbe de tarage d’un cours d’eau est connue. Il s’agit de réaliser, pour différents états hydrologiques (hauteurs d’eau dans le cours d’eau), des mesures de débit afin d’établir une relation entre la hauteur de l’eau et le débit.The procedure for producing a rating curve for a watercourse is known. This involves carrying out, for different hydrological states (water heights in the watercourse), flow measurements in order to establish a relationship between the water level and the flow.
Le débit peut être mesuré par différentes méthodes.Flow can be measured by different methods.
On peut citer par exemple la méthode par intégration des champs de vitesse qui nécessite un écoulement laminaire, c’est-à-dire sans turbulence. Elle est parfois complexe à mettre en œuvre, en fonction de l’endroit et de la météo et nécessite des paramètres de réglage.One can cite for example the method by integration of the velocity fields which requires a laminar flow, that is to say without turbulence. It is sometimes complex to implement, depending on the location and the weather, and requires adjustment parameters.
Cette méthode présente des incertitudes sur la mesure des débits faibles. Inversement, pendant les périodes de crue, il s’avère dangereux voire impossible d’acquérir les données correspondantes aux hauteurs d’eau maximales.This method presents uncertainties on the measurement of low flows. Conversely, during periods of flooding, it is dangerous or even impossible to acquire the data corresponding to the maximum water levels.
Il existe aussi la méthode par dilution de traceur, avec conductimètre ou fluorimètre.There is also the method by dilution of tracer, with conductivity meter or fluorometer.
Cette méthode est plutôt utilisée en régime turbulent, qui est le régime le plus fréquemment rencontré dans les cours d’eau naturels. Elle nécessite un bon brassage et donc une distance suffisante entre le point d’injection et le point de mesure du traceur pour bien mélanger le traceur. Les volumes de traceurs injectés ne sont pas optimisés et peuvent avoir un impact environnemental, notamment visuel pour les traceurs fluorescentsThis method is rather used in a turbulent regime, which is the regime most frequently encountered in natural watercourses. It requires good mixing and therefore a sufficient distance between the injection point and the measuring point of the tracer to mix the tracer well. The volumes of tracers injected are not optimized and may have an environmental impact, particularly visual for fluorescent tracers
Ces deux méthodes présentent un certain nombre d’inconvénients. Elles requièrent une présence humaine régulière due à la nécessité de répéter les mesures pour avoir toutes les hauteurs d’eau possibles. Afin d’acquérir l’ensemble des mesures de débit correspondant au plus grand nombre possible de hauteurs d’eau, ces mesures doivent s’étaler sur un ou plusieurs cycles hydrologiques.Both of these methods have a number of drawbacks. They require a regular human presence due to the need to repeat the measurements to have all the possible water heights. In order to acquire all the flow measurements corresponding to the greatest possible number of water levels, these measurements must be spread over one or more hydrological cycles.
Il existe donc un besoin d’amélioration des méthodes de débit de cours d’eau.There is therefore a need for improvement in stream flow methods.
L’invention vise à résoudre les problèmes de la technique antérieure en fournissant un procédé de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur dans le cours d’eau, mis en œuvre dans un système comportant une station d’injection de traceur au niveau d’un premier point du cours d’eau et une station de mesure de hauteur d’eau et de concentration du traceur au niveau d’un second point du cours d’eau, le second point étant situé en aval du premier point, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte l’étape de :
- Commande d’une première mesure de la hauteur d’eau au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,The invention aims to solve the problems of the prior art by providing a method for automatically gauging a stream by injecting a tracer into the stream, implemented in a system comprising a station of injection of tracer at the level of a first point of the stream and a station for measuring the height of water and concentration of the tracer at the level of a second point of the stream, the second point being located downstream from the first point, the method being characterized in that it comprises the step of:
- Order of a first measurement of the water level at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
Et en ce qu’il comporte les étapes suivantes, si la valeur de la hauteur d’eau mesurée n’est pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur de hauteur d’eau précédemment mesurée et mémorisée :
- Commande d’une injection du traceur au niveau du premier point du cours d’eau par la station d’injection, selon un volume de traceur,
- Commande d’une seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commande d’une réitération de la seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur, tant qu’une durée de mesure prédéterminée n’est pas écoulée ou que les valeurs de concentration de traceur mesurées ne sont pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond,And in that it includes the following steps, if the measured water height value is not within a predetermined range around a previously measured and stored water height value:
- Control of an injection of the tracer at the level of the first point of the watercourse by the injection station, according to a volume of tracer,
- Control of a second measurement of the water level and the concentration of tracer at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Command of a reiteration of the second measurement of the water height and the tracer concentration, as long as a predetermined measurement duration has not elapsed or the measured tracer concentration values are not within a predetermined range around a predetermined background noise value,
Et lorsque la durée de mesure prédéterminée est écoulée et que les dernières valeurs de concentration de traceur mesurées sont dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond,
- Détermination d’une nouvelle valeur de volume de traceur à injecter en fonction des valeurs de concentration de traceur mesurées.And when the predetermined measurement time has elapsed and the last measured tracer concentration values are within a predetermined range around a predetermined background noise value,
- Determination of a new tracer volume value to be injected as a function of the tracer concentration values measured.
L’invention permet de faire des calculs de débit avec une injection de traceur dont le volume est adapté à la hauteur d’eau et donc au débit, lui-même dépendant de l’évolution du régime hydrologique.The invention makes it possible to perform flow calculations with an injection of tracer whose volume is adapted to the water height and therefore to the flow, itself dependent on the evolution of the hydrological regime.
L’invention permet d’obtenir toutes les mesures de débit avec toutes les hauteurs d’eau possibles plus rapidement que selon les méthodes connues.The invention makes it possible to obtain all the flow measurements with all the possible water heights more quickly than using known methods.
L’invention permet d’améliorer la gamme de hauteur de mesure et en particulier d’obtenir les points extrêmes minimal et maximal pour lesquels il faut être présent le jour exact où ils surviennent.The invention makes it possible to improve the range of measurement heights and in particular to obtain the minimum and maximum extreme points for which it is necessary to be present on the exact day on which they occur.
L’invention permet d’améliorer la rentabilité de l’opération. Il suffit de recourir à une seule personne ponctuellement pour l’installation et la maintenance éventuelle au lieu de plusieurs et ce de manière répétée pendant par exemple deux ans.The invention makes it possible to improve the profitability of the operation. It is enough to call on a single person from time to time for installation and possible maintenance instead of several and this repeatedly for, for example, two years.
L’invention permet d’améliorer la sécurité en réduisant le nombre d’interventions humaines et en évitant les conditions d’intervention difficiles et accidentogènes, par exemple en fonction du climat, du lieu, d’un accès complexe, ou d’une période de crue.The invention makes it possible to improve safety by reducing the number of human interventions and by avoiding difficult and accident-prone intervention conditions, for example depending on the climate, the location, complex access, or a period of flood.
L’invention permet d’améliorer la précision des mesures par la maîtrise des incertitudes par la possibilité de multiplier les jaugeages.The invention makes it possible to improve the precision of the measurements by controlling the uncertainties through the possibility of multiplying the gaugings.
L’invention permet notamment de réaliser des courbes de tarage dans un cours d’eau par un séquencement automatique et intelligent de jaugeage des débits et niveaux d’eau sans modification ni altération du cours d’eau.The invention makes it possible in particular to produce rating curves in a watercourse by an automatic and intelligent sequencing of flow rates and water levels without modification or alteration of the watercourse.
En outre, les courbes de tarage sont sujettes à des modifications ultérieures en fonction de l’évolution du cours d’eau: modification du débit à hauteur équivalente, hauteur maximale dépassée, modification du lit de la rivière.In addition, the rating curves are subject to subsequent modifications depending on the evolution of the river: modification of the flow at equivalent height, maximum height exceeded, modification of the river bed.
L’invention permet de contrôler et réviser de manière simplifiée et plus régulière les courbes de tarage, conformément aux bonnes pratiques dans le domaine.The invention makes it possible to check and revise the rating curves in a simplified and more regular manner, in accordance with good practices in the field.
En particulier il est par exemple possible de refaire une fois par an une campagne de mesures et/ou de disposer d’une installation à demeure.In particular, it is for example possible to redo a measurement campaign once a year and/or to have a permanent installation.
Selon une caractéristique préférée, le procédé de jaugeage automatique d’un cours d’eau comporte la commande de la réitération de la première mesure de la hauteur d’eau selon une première fréquence prédéterminée, tant que la valeur de la hauteur d’eau mesurée est dans une plage prédéterminée autour d’une valeur de hauteur d’eau précédemment mesurée et mémorisée.According to a preferred feature, the method for automatic gauging of a watercourse comprises controlling the reiteration of the first measurement of the water level according to a first predetermined frequency, as long as the value of the water level measured is within a predetermined range around a previously measured and stored water height value.
Selon une caractéristique préférée, le procédé de jaugeage automatique d’un cours d’eau, comporte la commande de la réitération de la seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur selon une seconde fréquence prédéterminée supérieure à la première fréquence prédéterminée.According to a preferred characteristic, the method for automatic gauging of a watercourse comprises controlling the reiteration of the second measurement of the water height and of the tracer concentration according to a second predetermined frequency greater than the first frequency predetermined.
Selon une caractéristique préférée, le procédé de jaugeage automatique d’un cours d’eau comporte en outre, lorsque la durée de mesure prédéterminée est écoulée et que les dernières valeurs de concentration mesurées sont dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond, les étapes de :
- Détermination si les valeurs de concentration mesurées sont dans une plage utile,
- Commande de retour à l’injection du traceur si les valeurs de concentration mesurées ne sont pas dans la plage utile,
- Détermination du débit du cours d’eau et d’un point de la courbe de tarage et commande de retour à la première mesure de la hauteur d’eau si les valeurs de concentration mesurées sont dans la plage utile.According to a preferred characteristic, the method for automatic gauging of a watercourse further comprises, when the predetermined measurement duration has elapsed and the last concentration values measured are in a predetermined range around a predetermined noise value background, the steps of:
- Determination if the measured concentration values are within a useful range,
- Command to return to tracer injection if the measured concentration values are not within the useful range,
- Determination of the flow of the watercourse and of a point on the rating curve and command to return to the first measurement of the water level if the measured concentration values are within the useful range.
L’invention concerne aussi une centrale d’acquisition pour un système de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur dans le cours d’eau comportant une station d’injection de traceur au niveau d’un premier point du cours d’eau et une station de mesure de hauteur d’eau et de concentration du traceur au niveau d’un second point du cours d’eau, le second point étant situé en aval du premier point, la centrale d’acquisition étant caractérisée en ce qu’elle est apte à :
- Commander une première mesure de la hauteur d’eau au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,The invention also relates to an acquisition unit for an automatic gauging system of a watercourse by injecting a tracer into the watercourse comprising a tracer injection station at a first point of the watercourse and a station for measuring the height of water and the concentration of the tracer at the level of a second point of the watercourse, the second point being located downstream of the first point, the acquisition center being characterized in that it is capable of:
- Order a first measurement of the water level at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
Et si la valeur de la hauteur d’eau mesurée n’est pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur de hauteur d’eau précédemment mesurée et mémorisée :
- Commander une injection du traceur au niveau du premier point du cours d’eau par la station d’injection, selon un volume de traceur,
- Commander une seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commander une réitération de la seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur, tant qu’une durée de mesure prédéterminée n’est pas écoulée ou que les valeurs de concentration de traceur mesurées ne sont pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond,And if the measured water height value is not within a predetermined range around a previously measured and stored water height value:
- Order an injection of the tracer at the level of the first point of the watercourse by the injection station, according to a volume of tracer,
- Order a second measurement of the water level and the tracer concentration at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Order a reiteration of the second measurement of the water level and the tracer concentration, as long as a predetermined measurement time has not elapsed or the measured tracer concentration values are not within a predetermined range around a predetermined background noise value,
Et lorsque la durée de mesure prédéterminée est écoulée et que les dernières valeurs de concentration de traceur mesurées sont dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond,
- Déterminer une nouvelle valeur de volume de traceur à injecter en fonction des valeurs de concentration de traceur mesurées.And when the predetermined measurement time has elapsed and the last measured tracer concentration values are within a predetermined range around a predetermined background noise value,
- Determine a new tracer volume value to inject based on the measured tracer concentration values.
L’invention concerne encore un système de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur dans le cours d’eau, comportant une station d’injection de traceur au niveau d’un premier point du cours d’eau et une station de mesure de hauteur d’eau et de concentration du traceur au niveau d’un second point du cours d’eau, le second point étant situé en aval du premier point caractérisé en ce qu’il comporte une centrale d’acquisition telle que précédemment présentée.The invention also relates to a system for automatic gauging of a watercourse by injecting a tracer into the watercourse, comprising a tracer injection station at the level of a first point of the watercourse and a station for measuring the water level and the concentration of the tracer at the level of a second point of the watercourse, the second point being located downstream of the first point, characterized in that it comprises an acquisition center as previously presented.
La centrale d’acquisition et le système présentent des avantages analogues à ceux précédemment présentés.The data logger and the system have advantages similar to those previously presented.
Dans un mode particulier de réalisation, les étapes du procédé selon l’invention sont mises en œuvre par des instructions de programme d’ordinateur.In a particular embodiment, the steps of the method according to the invention are implemented by computer program instructions.
En conséquence, l’invention vise aussi un programme d’ordinateur sur un support d’informations, ce programme étant susceptible d’être mis en œuvre dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus.Consequently, the invention also relates to a computer program on an information medium, this program being capable of being implemented in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of the steps of a process as described above.
Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n’importe quelle autre forme souhaitable.This program may use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in partially compiled form, or in any other desirable form.
L’invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur, et comportant des instructions de programme d'ordinateur adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé tel que décrit ci-dessus.The invention also relates to an information medium readable by a computer, and comprising computer program instructions adapted to the implementation of the steps of a method as described above.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette ou un disque dur.The information carrier can be any entity or device capable of storing the program. For example, the medium may comprise a storage medium, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a hard disk.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.On the other hand, the information medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which can be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means. The program according to the invention can in particular be downloaded from an Internet-type network.
Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé selon l’invention.Alternatively, the information carrier may be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the method according to the invention.
D’autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préféré donné à titre d’exemple non limitatif, décrit en référence aux figures dans lesquelles:Other characteristics and advantages will appear on reading the following description of a preferred embodiment given by way of non-limiting example, described with reference to the figures in which:
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d’une figure à l’autre.Identical, similar or equivalent parts of the different figures bear the same reference numerals so as to facilitate passage from one figure to another.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.The different parts shown in the figures are not necessarily shown on a uniform scale, to make the figures more readable.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n’étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.The different possibilities (variants and embodiments) must be understood as not mutually exclusive and can be combined with each other.
EE xposéexposed dd étaillédetailed dd ee mm odesodes dd ee rr éalisationachievement pp articuliersparticular
Selon un mode de réalisation préféré, représenté à lafigure 1, le système de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur dans un cours d’eau comporte deux sous-systèmes. Le premier sous-système est une station dite amont 1 et le second sous-système est une station dite aval 2. Les stations amont et aval sont destinées à être installées en deux points différents du cours d’eau, la station aval étant en aval de la station amont.According to a preferred embodiment, represented in FIG. 1 , the system for automatic gauging of a watercourse by injecting a tracer into a watercourse comprises two subsystems. The first subsystem is a so-called upstream station 1 and the second subsystem is a so-called downstream station 2. The upstream and downstream stations are intended to be installed at two different points of the watercourse, the downstream station being downstream from the upper station.
La station amont 1 a pour fonction principale d’injecter un traceur, par exemple fluorescent, coloré ou salé, dans le cours d’eau. Dans la suite, on considère plus particulièrement un traceur fluorescent à titre d’exemple. La station amont 1 comporte un réservoir 11 destiné à contenir le traceur. Le réservoir 11 est relié à une pompe doseuse 12 elle-même reliée à un système d’injection 13.The main function of the upstream station 1 is to inject a tracer, for example fluorescent, colored or salty, into the watercourse. In the following, a fluorescent tracer is more particularly considered as an example. The upstream station 1 comprises a reservoir 11 intended to contain the tracer. Reservoir 11 is connected to a metering pump 12 itself connected to an injection system 13.
La station amont 1 comporte aussi une centrale d’acquisition 14, par exemple de type Campbell, qui pilote notamment l’injection de traceur et les mesures exposées dans la suite. La centrale d’acquisition 14 comporte classiquement une mémoire et un processeur de traitement aptes à réaliser les traitements détaillés dans la suite.The upstream station 1 also includes an acquisition unit 14, for example of the Campbell type, which controls in particular the injection of tracer and the measurements described below. The acquisition unit 14 conventionally comprises a memory and a processing processor capable of carrying out the processing detailed below.
La station amont 1 comporte encore un premier module de communication 15, par exemple un modem radio, pour communiquer avec la station aval 2. Elle comporte aussi un deuxième module de communication 16, par exemple un modem GSM, pour la télégestion du matériel à distance.The upstream station 1 further comprises a first communication module 15, for example a radio modem, to communicate with the downstream station 2. It also comprises a second communication module 16, for example a GSM modem, for remote management of the equipment .
La station amont 1 comporte enfin une source d’alimentation 17, par exemple une batterie, pour alimenter en énergie les composants précédents.The upstream station 1 finally comprises a power source 17, for example a battery, to supply energy to the preceding components.
La centrale d’acquisition 14 est reliée à la pompe doseuse 12 et au système d’injection 13 pour les piloter. Elle est également reliée aux modules de communication 15 et 16 pour échanger des données avec la station aval et avec un poste de supervision distant.The acquisition unit 14 is connected to the metering pump 12 and to the injection system 13 to control them. It is also connected to the communication modules 15 and 16 to exchange data with the downstream station and with a remote supervision station.
La station aval 2 a pour fonction principale de mesurer la hauteur d’eau et la concentration de traceur au point de mesure aval du cours d’eau.The main function of downstream station 2 is to measure the water level and the tracer concentration at the downstream measurement point of the watercourse.
La station aval 2 comporte un capteur de traceur 21, par exemple un fluorimètre ou un conductimètre. Elle comporte aussi un capteur de niveau d’eau 22.The downstream station 2 includes a tracer sensor 21, for example a fluorimeter or a conductivity meter. It also includes a water level sensor 22.
La station aval 2 comporte encore un module de communication 23, par exemple un modem radio, pour communiquer avec le module de communication 15 de la station amont 1. Le module de communication 23 est relié au capteur de traceur 21 et au capteur de niveau 22.The downstream station 2 further comprises a communication module 23, for example a radio modem, to communicate with the communication module 15 of the upstream station 1. The communication module 23 is connected to the plotter sensor 21 and to the level sensor 22 .
La station aval 2 comporte enfin une source d’alimentation 24, par exemple une batterie, pour alimenter en énergie les composants précédents.The downstream station 2 finally comprises a power source 24, for example a battery, to supply energy to the preceding components.
Selon des variantes de réalisation, la centrale d’acquisition 14 peut être disposée au niveau de la station aval 2 ou en un lieu différent à la fois de la station amont et de la station aval. Les modules de communication sont alors adaptés.According to variant embodiments, the acquisition unit 14 can be arranged at the level of the downstream station 2 or in a place different from both the upstream station and the downstream station. The communication modules are then adapted.
Le fonctionnement du système de jaugeage automatique d’un cours d’eau par injection d’un traceur dans le cours d’eau est décrit en référence à lafigure 2, sous la forme d’un procédé qui comporte des étapes E1 à E14 et qui est mis en œuvre dans le système décrit à la figure précédente.The operation of the automatic gauging system of a watercourse by injecting a tracer into the watercourse is described with reference to FIG. 2 , in the form of a method which comprises steps E1 to E14 and which is implemented in the system described in the previous figure.
Le procédé comporte une première phase d’initialisation qui comporte les étapes E1 à E3. A l’étape E1, les deux stations précédemment décrites sont installées, respectivement en un point amont et un point aval d’un cours d’eau. La distance entre les points amont et aval doit être suffisante pour garantir un bon mélange du traceur dans l’eau. Le point aval est le point où sont effectuées les mesures.The method comprises a first initialization phase which comprises steps E1 to E3. In step E1, the two stations described above are installed, respectively at an upstream point and a downstream point of a watercourse. The distance between the upstream and downstream points must be sufficient to guarantee good mixing of the tracer in the water. The downstream point is the point where the measurements are made.
L’étape E1 est suivie de l’étape E2 à laquelle des paramètres de fonctionnement sont définis par un opérateur:
- Cmèreest la concentration de la solution mère de traceur,
- RatioTrest la masse de traceur à injecter par unité de débit, prédéfini par l’opérateur,
- Qinitest le débit initial estimé par l’opérateur,
- Ttrest le temps de transfert maximal entre l’injection et la détection de traceur, estimé par l’opérateur,
- DVest un coefficient multiplicateur de volume de traceur, dont la valeur est supérieure à un.Step E1 is followed by step E2 in which operating parameters are defined by an operator:
- C stock is the concentration of the tracer stock solution,
- Ratio Tr is the mass of tracer to be injected per flow unit, predefined by the operator,
- Q init is the initial flow estimated by the operator,
- T tr is the maximum transfer time between injection and tracer detection, estimated by the operator,
- D V is a tracer volume multiplier coefficient, the value of which is greater than one.
La masse de traceur à injecter RatioTrvaut par exemple 1 g de traceur pour un débit de 1 m3/s.The mass of tracer to be injected, Ratio Tr, is for example 1 g of tracer for a flow rate of 1 m 3 /s.
Le temps de transfert maximal est par exemple de 30 minutes par défaut.The maximum transfer time is for example 30 minutes by default.
L’étape E2 est suivie de l’étape E3 à laquelle un volume de traceur à injecter Vinjest calculé selon la formule:
Vinj= (RatioTr *Qinit)/Cmère Step E2 is followed by step E3 in which a volume of tracer to be injected V inj is calculated according to the formula:
V inj = (Ratio Tr * Q init )/C mother
La phase d’initialisation est effectuée une fois pour toute. Elle est suivie de la phase d’exploitation qui comporte les étapes E4 à E14. Au cours de la phase d’exploitation, la centrale d’acquisition 14 commande le fonctionnement des stations amont et aval, reçoit les données de mesure et effectue les traitements sur ces données, comme exposé dans la suite. Les étapes E4 à E14 sont donc effectuées par la centrale d’acquisition 14.The initialization phase is performed once and for all. It is followed by the operation phase which includes steps E4 to E14. During the operating phase, the acquisition unit 14 controls the operation of the upstream and downstream stations, receives the measurement data and performs the processing on this data, as explained below. Steps E4 to E14 are therefore carried out by the acquisition unit 14.
L’étape E4 est la définition d’un mode de fonctionnement du système. Deux modes de fonctionnement sont possibles: le mode de surveillance et le mode de mesure. A l’étape E4, le mode de fonctionnement est le mode de surveillance.Step E4 is the definition of a system operating mode. Two modes of operation are possible: monitoring mode and measurement mode. In step E4, the operating mode is the monitoring mode.
L’étape E4 est suivie de l’étape E5 qui est un test pour déterminer quel est le mode de fonctionnement du système. Lors du premier passage par cette étape, le mode est le mode de surveillance.Step E4 is followed by step E5 which is a test to determine what the operating mode of the system is. During the first passage through this step, the mode is the monitoring mode.
Lorsque le résultat du test de l’étape E5 est le mode de surveillance, le procédé passe par la branche de surveillance qui comporte les étapes E6 à E9. L’étape E5 est alors suivie de l’étape E6 à laquelle la centrale d’acquisition 14 commande la station aval 2 pour que soient mesurées la hauteur d’eau et la concentration en traceur au point de mesure. Les valeurs mesurées sont transmises à la centrale d’acquisition 14. Les mesures de l’étape E6 effectuées à chaque passage successif par cette étape sont effectuées selon une première fréquence prédéterminée, qui équivaut par exemple à une mesure toutes les 10 minutes.When the result of the test of step E5 is the monitoring mode, the method goes through the monitoring branch which comprises steps E6 to E9. Step E5 is then followed by step E6 in which the acquisition unit 14 controls the downstream station 2 so that the water height and the tracer concentration at the measurement point are measured. The measured values are transmitted to the acquisition unit 14. The measurements of step E6 carried out at each successive passage through this step are carried out according to a first predetermined frequency, which is equivalent for example to one measurement every 10 minutes.
L’étape E6 est suivie de l’étape E7 qui est un test pour déterminer si la valeur mesurée H de hauteur d’eau est dans une plage prédéterminée autour d’une valeur précédemment mesurée et mémorisée.Step E6 is followed by step E7 which is a test to determine whether the measured water height value H is within a predetermined range around a previously measured and stored value.
Lorsque la réponse à l’étape E7 est positive, cela signifie que la valeur courante de hauteur d’eau est proche d’une valeur pour laquelle les traitements du mode de mesure qui seront décrits dans la suite ont déjà été effectués. Ces traitements ne sont alors pas effectués pour la valeur courante de hauteur d’eau et l’étape E7 est alors suivie de l’étape E5 précédemment décrite.When the response to step E7 is positive, this means that the current water level value is close to a value for which the measurement mode processing which will be described below has already been carried out. These processing operations are then not performed for the current water level value and step E7 is then followed by step E5 previously described.
Lorsque la réponse à l’étape E7 est négative, cela signifie que la valeur courante de hauteur d’eau est une valeur pour laquelle les traitements du mode de mesure n’ont pas déjà été effectués. L’étape E7 est alors suivie de l’étape E8 à laquelle la valeur mesurée de hauteur d’eau H et la valeur mesurée de concentration en traceur C sont mémorisées dans une table de surveillance TS.When the response to step E7 is negative, this means that the current water level value is a value for which the measurement mode processing has not already been performed. Step E7 is then followed by step E8 in which the measured water height value H and the measured tracer concentration value C are stored in a monitoring table TS.
L’étape E8 est suivie de l’étape E9 à laquelle le mode de fonctionnement passe au mode de mesure. L’étape E9 est suivie de l’étape E5 précédemment décrite.Step E8 is followed by step E9 at which the operating mode changes to measurement mode. Step E9 is followed by step E5 previously described.
Lorsque le résultat du test de l’étape E5 est le mode de mesure, le procédé passe par la branche de mesure qui comporte les étapes E10 à E14. L’étape E5 est alors suivie de l’étape E10 à laquelle:
- Un bruit de fond de concentration BFC est défini. Le bruit de fond est égal à une valeur de concentration en traceur représentant une fluorescence naturelle.
- La station d’injection 1 est commandée pour injecter le volume Vinjde traceur dans le cours d’eau.
- Une valeur de temps est initialisée à une valeur t0 représentant l’instant de début des mesures.When the result of the test of step E5 is the measurement mode, the method passes through the measurement branch which comprises steps E10 to E14. Step E5 is then followed by step E10 in which:
- A BFC concentration background noise is defined. The background noise is equal to a tracer concentration value representing a natural fluorescence.
- The injection station 1 is controlled to inject the volume V inj of tracer into the watercourse.
- A time value is initialized to a value t0 representing the start time of the measurements.
L’étape E10 est suivie de l’étape E11 à laquelle la station aval 2 est commandée pour mesurer la hauteur d’eau et la concentration en traceur au point de mesure. Les valeurs mesurées sont transmises à la centrale d’acquisition 14. Les mesures de l’étape E11 effectuées à chaque passage successif par cette étape sont effectuées selon une seconde fréquence prédéterminée, qui équivaut par exemple à une mesure toutes les 5 secondes.Step E10 is followed by step E11 at which the downstream station 2 is ordered to measure the water level and the tracer concentration at the measurement point. The measured values are transmitted to the acquisition unit 14. The measurements of step E11 taken on each successive passage through this step are taken according to a second predetermined frequency, which is equivalent for example to one measurement every 5 seconds.
L’étape E11 est suivie de l’étape E12 qui est un test pour déterminer si le mode de mesure doit être abandonné ou non. Le mode de mesure est abandonné lorsque deux conditions sont simultanément satisfaites:
- une durée de mesure prédéterminée est écoulée et
- la moyenne des dernières valeurs de concentration mesurées, par exemple les dix dernières valeurs, est dans une plage prédéterminée autour de la valeur prédéterminée de bruit de fond BFC.Step E11 is followed by step E12 which is a test to determine whether the measurement mode should be abandoned or not. The measurement mode is aborted when two conditions are simultaneously satisfied:
- a predetermined measurement time has elapsed and
- the average of the last measured concentration values, for example the last ten values, is in a predetermined range around the predetermined background noise value BFC.
La durée de mesure est mesurée à partir de l’instant t0 défini à l’étape E10. La durée de mesure prédéterminée est égale au temps de transferts maximal entre l’injection et la détection de traceur Ttrqui a été défini à l’étape E2. Ainsi on assure que le traceur a effectivement parcouru le trajet entre le point d’injection et le point de mesure.The measurement duration is measured from the time t0 defined in step E10. The predetermined measurement duration is equal to the maximum transfer time between the injection and the detection of tracer T tr which was defined in step E2. This ensures that the tracer has actually traveled the path between the injection point and the measurement point.
Le fait que la moyenne des dernières valeurs de concentration mesurées est dans une plage prédéterminée autour de la valeur prédéterminée de bruit de fond BFC, par exemple BFC +/- 5%, exprime que ces dernières valeurs de concentration mesurées ne sont pas des valeurs suffisamment différentes du bruit de fond et donc ne permettent pas de calculer un débit.The fact that the average of the last measured concentration values is in a predetermined range around the predetermined BFC background noise value, for example BFC +/- 5%, expresses that these last measured concentration values are not values sufficiently different from the background noise and therefore do not make it possible to calculate a bit rate.
Tant que les deux conditions de l’étape E12 ne sont pas satisfaites, l’étape E12 est suivie de l’étape E13 à laquelle la valeur mesurée de hauteur d’eau H et la valeur mesurée de concentration en traceur C sont mémorisées dans une table de mesure TM.As long as the two conditions of step E12 are not satisfied, step E12 is followed by step E13 at which the measured water height value H and the measured tracer concentration value C are stored in a measuring table TM.
L’étape E13 est suivie de l’étape E11 pour réaliser une mesure supplémentaire de hauteur d’eau et de concentration en traceur.Step E13 is followed by step E11 to perform an additional measurement of water height and tracer concentration.
Lorsque les deux conditions de l’étape E12 sont satisfaites, l’étape E12 est suivie de l’étape E14 qui est la fin de la série de mesures en cours et la classification des résultats en différentes catégories.When the two conditions of step E12 are satisfied, step E12 is followed by step E14 which is the end of the series of measurements in progress and the classification of the results into different categories.
La première catégorie est le cas où il y a moins d’un nombre prédéterminé de valeurs de mesure de concentration en traceur au-dessus du bruit de fond BFC. Ce nombre prédéterminé est déterminé expérimentalement.The first category is the case where there are less than a predetermined number of tracer concentration measurement values above the BFC background. This predetermined number is determined experimentally.
Dans ce cas, il n’y a pas suffisamment de mesures significatives. Le volume de traceur à injecter est multiplié par le coefficient DVpour l’augmenter. Le volume augmenté de traceur sera injecté lors du prochain passage par l’étape E10. Le mode de fonctionnement reste le mode de mesure.In this case, there are not enough meaningful measurements. The volume of tracer to be injected is multiplied by the coefficient D V to increase it. The increased volume of tracer will be injected during the next passage through step E10. The operating mode remains the measurement mode.
La deuxième catégorie est le cas où la valeur mesurée maximale de concentration Cmaxest supérieure au bruit de fond BFC et inférieure à une concentration en traceur maximale prédéterminée par exemple égale à une limite de saturation Lsatdu capteur de traceur 21. Les valeurs de concentration mesurées sont alors dans une plage utile dont les bornes sont définies par le bruit de fond BFC et la limite de saturation Lsat.The second category is the case where the maximum measured concentration value C max is greater than the background noise BFC and less than a predetermined maximum tracer concentration, for example equal to a saturation limit L sat of the tracer sensor 21. The values of concentrations measured are then within a useful range whose limits are defined by the background noise BFC and the saturation limit L sat .
Dans ce cas, la valeur du débit est calculée et enregistrée. Pour cela, le ratio entre la masse de traceur injecté et la concentration moyenne du traceur au-dessus du bruit de fond est tout d’abord calculé, puis le résultat est divisé par le temps de passage du traceur, ce qui produit la valeur de débit. La hauteur d’eau mesurée correspond donc à cette valeur de débit, ce qui fournit un point de la courbe de tarage. L’ensemble des couples de valeurs (débit, hauteur d’eau) constitue la base d’établissement de la courbe de tarage.In this case, the flow rate value is calculated and saved. For this, the ratio between the mass of tracer injected and the average concentration of the tracer above the background noise is first calculated, then the result is divided by the passage time of the tracer, which produces the value of debit. The water height measured therefore corresponds to this flow rate value, which provides a point on the rating curve. All the pairs of values (flow rate, water height) constitute the basis for establishing the rating curve.
Le volume de traceur à injecter pour cette hauteur d’eau est modifié:
Vinj= (Vinj *Cvisi)/Cmax
Où Cvisiest une concentration en traceur minimale prédéterminée, par exemple pour que le traceur soit visible. Cette modification a pour but d’optimiser la quantité de traceur injecté en diminuant le volume de traceur à injecter, de manière à tendre à rendre la concentration en traceur inférieure au seuil de visibilité Cvisi.The volume of tracer to inject for this height of water is modified:
V inj = (V inj * C visi )/C max
Where C visi is a predetermined minimum tracer concentration, for example for the tracer to be visible. The purpose of this modification is to optimize the quantity of tracer injected by reducing the volume of tracer to be injected, so as to tend to make the concentration of tracer lower than the visibility threshold C visi .
Le volume modifié de traceur sera injecté lors du prochain passage par l’étape E10.The modified volume of tracer will be injected during the next passage through step E10.
Le mode de fonctionnement passe au mode de surveillance.The operating mode changes to monitoring mode.
La troisième catégorie est le cas où la valeur mesurée maximale de concentration Cmaxest supérieure ou égale à une concentration en traceur maximale prédéterminée, par exemple égale à la limite de saturation Lsatdu capteur de traceur 21. La concentration maximale en traceur est donc trop importante.The third category is the case where the maximum measured concentration value C max is greater than or equal to a predetermined maximum tracer concentration, for example equal to the saturation limit L sat of the tracer sensor 21. The maximum tracer concentration is therefore too important.
Dans ce cas, le volume de traceur à injecter est modifié pour le diminuer:
Vinj= (Vinj *Cvisi)/(Cmax *DV)In this case, the volume of tracer to be injected is modified to reduce it:
V inj = (V inj * C visi )/(C max * D V )
Le volume modifié de traceur sera injecté lors du prochain passage par l’étape E10.The modified volume of tracer will be injected during the next passage through step E10.
Le mode de fonctionnement reste le mode de mesure.The operating mode remains the measurement mode.
L’étape E14 est suivie de l’étape E5 précédemment décrite.Step E14 is followed by step E5 previously described.
Lafigure 3représente la centrale d’acquisition 14, selon un mode de réalisation de l’invention. FIG. 3 represents the acquisition unit 14, according to one embodiment of the invention.
La centrale d’acquisition 14 a la structure générale d’un ordinateur. Elle comporte notamment un processeur 100 exécutant un programme d’ordinateur mettant en œuvre le procédé selon l’invention, une mémoire 101, une interface d’entrée 102 et une interface de sortie 103.The acquisition unit 14 has the general structure of a computer. It comprises in particular a processor 100 executing a computer program implementing the method according to the invention, a memory 101, an input interface 102 and an output interface 103.
Ces différents éléments sont classiquement reliés par un bus 105.These different elements are conventionally connected by a bus 105.
Le processeur 100 exécute les traitements précédemment exposés. Ces traitements sont réalisés sous la forme d’instructions de code du programme d’ordinateur qui sont mémorisées par la mémoire 101 avant d’être exécutées par le processeur 100.The processor 100 executes the processing operations explained above. These processing operations are carried out in the form of computer program code instructions which are stored by the memory 101 before being executed by the processor 100.
Ainsi, la centrale d’acquisition 14 comporte une unité de commande de la station amont 1 pour commander l’injection de traceur. La centrale d’acquisition 14 comporte aussi une unité de commande de la station aval 2 pour commander les mesures de hauteur d’eau et de concentration en traceur. La centrale d’acquisition 14 comporte encore une unité de calcul pour effectuer les calculs précédemment exposés.Thus, the acquisition unit 14 comprises a control unit of the upstream station 1 to control the injection of tracer. The acquisition unit 14 also includes a control unit for the downstream station 2 to control the measurements of water height and tracer concentration. The acquisition unit 14 also includes a calculation unit for carrying out the calculations explained above.
La mémoire 101 mémorise en outre les valeurs de hauteur d’eau et de concentration en traceur mesurées ainsi que les valeurs de débit calculées.The memory 101 also stores the measured water height and tracer concentration values as well as the calculated flow rate values.
L’interface d’entrée 102 est reliée aux modules de communication 15 et 16.Input interface 102 is connected to communication modules 15 and 16.
L’interface de sortie 103 est reliée aux modules de communication 15 et 16, à la pompe doseuse 12 et au système d’injection 13.The output interface 103 is linked to the communication modules 15 and 16, to the metering pump 12 and to the injection system 13.
Claims (8)
- Commande d’une première mesure (E6) de la hauteur d’eau au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commande d’une injection du traceur (E10) au niveau du premier point du cours d’eau par la station d’injection, selon un volume de traceur,
- Commande d’une seconde mesure (E11) de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commande d’une réitération de la seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur, tant qu’une durée de mesure prédéterminée n’est pas écoulée ou que les valeurs de concentration de traceur mesurées ne sont pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond (E12),
- Détermination (E14) d’une nouvelle valeur de volume de traceur à injecter en fonction des valeurs de concentration de traceur mesurées.
- Order of a first measurement (E6) of the water level at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Control of an injection of the tracer (E10) at the level of the first point of the watercourse by the injection station, according to a volume of tracer,
- Order of a second measurement (E11) of the water level and the concentration of tracer at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Command of a reiteration of the second measurement of the water height and the tracer concentration, as long as a predetermined measurement time has not elapsed or the measured tracer concentration values are not within a range predetermined around a predetermined background noise value (E12),
- Determination (E14) of a new tracer volume value to be injected as a function of the measured tracer concentration values.
- Détermination si les valeurs de concentration mesurées sont dans une plage utile,
- Commande de retour à l’injection du traceur si les valeurs de concentration mesurées ne sont pas dans la plage utile,
- Détermination du débit du cours d’eau et d’un point de la courbe de tarage et commande de retour à la première mesure de la hauteur d’eau si les valeurs de concentration mesurées sont dans la plage utile.
- Determination if the measured concentration values are within a useful range,
- Return command to tracer injection if the measured concentration values are not within the useful range,
- Determination of the stream flow and a point on the rating curve and command to return to the first water level measurement if the measured concentration values are within the useful range.
- Commander une première mesure de la hauteur d’eau au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commander une injection du traceur au niveau du premier point du cours d’eau par la station d’injection, selon un volume de traceur,
- Commander une seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur au niveau du second point du cours d’eau par la station de mesure,
- Commander une réitération de la seconde mesure de la hauteur d’eau et de la concentration de traceur, tant qu’une durée de mesure prédéterminée n’est pas écoulée ou que les valeurs de concentration de traceur mesurées ne sont pas dans une plage prédéterminée autour d’une valeur prédéterminée de bruit de fond,
- Déterminer une nouvelle valeur de volume de traceur à injecter en fonction des valeurs de concentration de traceur mesurées.
- Order a first measurement of the water level at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Order an injection of the tracer at the level of the first point of the watercourse by the injection station, according to a volume of tracer,
- Order a second measurement of the water level and the tracer concentration at the level of the second point of the watercourse by the measuring station,
- Order a reiteration of the second measurement of the water height and the tracer concentration, as long as a predetermined measurement time has not elapsed or the measured tracer concentration values are not within a predetermined range around a predetermined background noise value,
- Determine a new tracer volume value to inject based on the measured tracer concentration values.
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