Évaluation d’un barrage selon laLoi sur la sécurité des barrages

Martin Ferland et Bruno Chouinard, ingénieursCentre d’expertise hydrique du Québec

28 février 2007

Plan de la présentation

1. Présentation du CEHQ

2. Cadre réglementaire concernant la réalisation d’une étude d’évaluation de la sécurité

3. Cas type : Barrage Stukely

• Présentation de l’étude• Plan de gestion des eaux retenues

• Plan de mesures d’urgence

• Mission› Gérer le régime hydrique du Québec avec une

préoccupation de :

▪ Sécurité

▪ Équité

▪ Développement durable

Le CEHQ exploite environ 750 barrages publics dont près de la moitié sont à « forte contenance »

Centre d’expertise hydrique du Québec

Organigramme

Direction de la gestion du domaine hydrique de l’État

• Gérer le lit des cours d’eau du domaine hydrique• Fournir l’expertise nécessaire à la régularisation des

terres inondées

Direction de l’expertise et gestion des barrages publics

• Gestion de barrages

• Régularisation de

bassins limitrophes du

Québec

› Saint-Laurent, Grands

Lacs et Outaouais

• Expertise (études, zones

inondables, prévisions

hydrologiques)

Direction de la maintenance des barrages

Direction de la surveillance des barrages et du réseau hydrométrique

Direction de la sécurité des barrages

• Répertoire des barrages

• Inspections et visites de

contrôle

• Application du cadre

légal concernant les

barrages

• Régime d’autorisation

Origine de la LSB

• Déluge du Saguenay en juillet 1996

• Commission scientifique et technique

sur la sécurité des barrages (Nicolet)

Recommandations :

� Mettre en place une loi sur la

sécurité

� Créer un répertoire des barrages

� Créer un organisme de contrôle

Objectifs de la LSB

� Accroître la sécurité des barrages

� Protéger les personnes et les biens contre les risques associés aux barrages

• Entrée en vigueur de la loi le 11 avril 2002

Catégorie administrative

2009 barrages

2352 barrages

996 barrages

5357 barrages au Québec

• Classement d’un barrage en fonction du risque qu’il représente

• Classement : A, B, C, D et (E), selon :

� Vulnérabilité

Paramètres constants : 1) hauteur du barrage; 2) type de barrage; 3) capacité de retenue; 4) type de fondation

Paramètres variables : 5) âge; 6) zonage sismique; 7) état;8) fiabilité des évacuateurs de crue

� Niveau des conséquences en cas de rupture

Minimal, faible, moyen, important, très important, considérable

Classement d’un barrage

Classement d’un barrage

www.cehq.gouv.qc.ca

Répertoire des barrages

Cadre réglementaireIngénieur

Propriétaire

Évaluation de la sécurité

(art. 48 Règlement)

Étude(art. 49 R)

Transmission à la Municipalité + notification à la DSB

PGER(art. 30 à 34 R)

PMU(art. 35 à 40 R)

Exposé des

correctifs +

calendrier

DSB -CEHQ

Approbation(art. 17 Loi)

Articles 48 et 49 du Règlement

Article 49 – structure de l’étude d’évaluation

Description…

• des systèmes d’auscultation, des travaux d’entretien et de réfection, des observations recueillies, des anomalies, etc.• des données, méthodes et hypothèses de calculs (synthèse des résultats)

Opinions et recommandations de l’ingénieur sur …• la fonctionnalité et la fiabilité des appareils d’évacuation

• l’adéquation du barrage avec les normes de sécurité et les règles de l’art• les correctifs de sécurité

• le niveau des conséquences

Article 48 – mandat de l’ingénieur

Vérification …

• de l’état et du comportement

• de la conception du barrage• des dispositifs de sécurité

Révision …• du classement du barrage

› Paramètres pour le calcul de la vulnérabilité

› Niveau des conséquences en cas de rupture

• du plan de gestion des eaux retenues

Niveau des conséquences

• Conséquences attribuables à la rupture du barrage à l’étude› Temps sec et crue (scénario de crue le plus critique)

• Conséquences en aval et en amont (ex. prise d’eau)

Caractérisation du territoireFaible ou minimal

Calculs hydrologiques et hydrauliques de base accompagnés d’une cartographie sommaire d’inondation

Moyen

Étude de rupture de barrage accompagnée des cartes d’inondation

Considérable, très important, important

Méthodologie (art. 18 R)Niveau des conséquences

Étude d’évaluation de la sécurité

Échéance pour la réalisation de la première étude

Fréquence pour les études

subséquentes

Niveau des conséquences

État : - acceptable - pauvre ou inconnu Fiabilité : -inadéquate ou inconnue

État : - très bon - bon Fiabilité : - adéquate - acceptable

Considérable ou très important 11 avril 2005 11 avril 2006 10 ans

Important ou moyen

11 avril 2007 11 avril 2008 10 ans

Faible 11 avril 2009 11 avril 2010 15 ans

Minimal 11 avril 2011 11 avril 2012 20 ans

Résistance aux séismesRésistance aux crues

Crue maximale probable (CMP)

Considérable

1:10 000 ans ou ½ CMP

Très Important

1:100 ans

1:1000 ans

Minimal ou Faible

Moyen ou Important

Crue de sécurité(probabilité de

récurrence)

Niveau de conséquences

Normes minimales de sécurité

Résistance aux crues

Barrage susceptible d’érosion (art 25 R) :

• Revanche de 1 m (distance entre la crête de l’ouvrage et le niveau atteint lors de la crue de sécurité)

• Peut être moindre sous certaines conditions et sujet à démonstration

• Ne s’applique pas si la crue de sécurité est la CMP

Cohérence en cascade (art 22 R) :

• Prendre en compte la capacité d’évacuation des barrages situés en amont jusqu’à concurrence de la crue décamillennale

Barrages concernés– Classes A à D

Contenu

– Description réseau hydrographique

– Niveau maximal d’exploitation et seuils d’inondation

– Mesures de gestion

– Stratégie de communication

– …

Plan de gestion des eaux

Barrages concernés– Niveau des conséquences ≥

«Moyen»

Contenu

– Situations susceptibles de causer

une rupture

– Procédure d’alerte

– Carte d’inondation / description

du territoire inondé

– …

Plan de mesures d’urgence

Questions ???

BARRAGE STUKELYBARRAGE STUKELY

Barrages sous la responsabilité du CEHQ

371 Forte contenance*

157 Faible contenance*

224 Petit barrage*

CEHQ 752752

* Tel que d* Tel que d ééfini dans la loi sur la sfini dans la loi sur la s éécuritcurit éé des barragesdes barrages www.cehq.gouv.qc.ca

Barrage Stukely

BARRAGE STUKELY

• No du barrage : X0002730

• Municipalité : Orford

• MRC : Memphrémagog

• Région administrative : Estrie

Caractéristiques du barrage

• Année de construction : 1950

• Année de modification : 1972

• Hauteur du barrage : 3,66 m

• Hauteur de retenue : 3,32 m

• Capacité de retenue : 12 815 200 m3

• Villégiature

BARRAGE STUKELY

Bassin versant� Région hydrographique 03

� Parc du Mont-Orford

� Superficie : 21,2 km2

� Boisé et montagneux

� Superficie des lacs et marécages : 18 %

Lac Stukely� Superficie : 3,86 km2

� Emmagasinement : 12 815 200 m3

� Niveau normal d’opération : 284,50 m

BARRAGE STUKELY

12 815 000 m3

3,7 m

Barrage Stukely

BARRAGE STUKELY

Étude d’évaluation de la sécurité• CEHQ

• Dépôt du rapport final à la DSB du CEHQ en avril 2005

Conclusion� Niveau des conséquences : Important

� Crue de sécurité : 1 : 1000 ans

� Classe du barrage : C

� Revanche hydraulique : 11 cm

Le barrage Stukely ne rencontre pas les critères

minimums de sécurité selon la LSB

BARRAGE STUKELY

Étude d’évaluation de la sécurité• Description générale

• Analyses hydrologique et hydraulique

• Étude d’onde de submersion

• Normes minimales de sécurité relatives aux crues

• Suivi de l’état du barrage

• État et comportement du barrage Stukely

• Recommandations proposées

BARRAGE STUKELY

Description générale• Hauteur du barrage : 3,66 m

• Hauteur de retenue : 3,32 m

• Capacité de retenue : 12 815 200 m3

• Structure en béton munie d’une vanne bascule d’une hauteur

de 0,97 m et d’une longueur de 7,63 m

• Ailes en remblai en rive gauche et droite respectivement d’une longueur de 75,0 m et 20,0 m

• Crête du barrage : 285,05 m

• NNO : 284,50 m

• Barrage géré en temps réel

BARRAGE STUKELY

Description générale

BARRAGE STUKELY

12 815 200 m3

Crue de sécurité

284,94 m

Description générale

BARRAGE STUKELY

Crête du barrage : 285,05 m

Niveau de la crue de sécurité 1 : 1000 ans :284,94 m

NNO : 284,50 m

Revanche0,11 m < 1,0 m

Description générale

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique� Les débits de la décharge du lac Stukely ne sont pas jaugés

� Les niveaux d’eau du lac sont enregistrés à la station 030268

� Deux méthodes retenues afin de déterminer les débits de crue• Transfert de bassin versant en utilisant deux stations

• Méthode régionale

� Validation des débits par une reconstitution des apports au lac Stukelyà partir des observations enregistrées à la station 030268

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique

---25,631,61000

11,921,721,7100

11,120,419,250

10,018,316,020

9,216,613,510

6,311,18,22

Selon la norme HP-40Zone II

Selon station 051006Selon station 040212

Débit instantané non laminé (m3/s)Superficie du bassin versant au barrage Stukely = 21,2 km2Récurrence

(année)

B.V. = 39,9 km2 B.V. = 58,8 km2

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydrauliqueBassin versant du barrage Stukely

21,2 km2

Bassin versant de la station 040212

Ruisseau Saint-Louis, rivière du Diable

39,9 km2

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique

� Reconstitution des apports au lac Stukely à partir des observations

enregistrées à la station 030268 (1991-2004)

� 1 : 2 ans � 5,2 m3/s

� 1 : 10 ans � 8,1 m3/s

� 1 : 20 ans � 9,0 m3/s

� Les débits ainsi obtenus sont inférieurs aux débits retenus

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique� Étude de laminage

� 1 : 100 ans

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique� Étude de laminage

� 1 : 1000 ans

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique� Étude de laminage

0,11 mètres0,28 mètresRevanche hydraulique

284,94 mètres284,77 mètresNiveau d’eau atteint

20,9917,20Débits maximums instantanés à la sortie du lac Stukely

31,5621,66Débits maximums instantanés à l’entrée du lac Stukely

5,355,2015

9,357,817

16,9111,803

25,8717,751

1 : 1000 ans1 : 100 ansJours

Période de retourDébits de crue journaliers m3/s

BARRAGE STUKELY

Analyses hydrologique et hydraulique� Débits par temps sec (débits moyens annuels) � 0,28 m3/s

� Débits aux affluents

17,912,30,16#2Ruisseau David, 4,80 km en aval du barrage Stukely (B.V. 12 km2)

34,323,60,30#1Rivière aux Herbages, 3,0 km en aval du barrage Stukely(B.V. 23 km2)

1 : 1000 ans1 : 100 ansTemps sec

RécurrencesLocalisation des affluents

Débits de crue des affluents (m3/s)

BARRAGE STUKELY

Étude d’onde de submersion� Caractérisation préliminaire de la zone susceptible d’être affectée

� La zone débute au barrage et longe la décharge du lac Stukely et la rivière aux Herbages jusqu’au lac Brompton situé à 8,50 km du barrage

� Le point d’atténuation est situé au barrage Bombardier situé à l’exutoire du lac Brompton

� Territoire habité en permanence comptant 10 résidences ou plus et moins de 1000 habitants (Important)

� Un pont sur une route d’accès aux ressources (Minimal)

� Quatre ponts sur des routes locales (Faible)

� Trois ponts sur une route régionale (route 220) (Important)

� Le barrage de l’Étang-de-l’Auberge-Jouvence X0002773 (Faible contenance)

� Le barrage Bombardier X0002597 (Faible)

Niveau des conséquences : Important ���� 1:1000 ans

BARRAGE STUKELYÉtude d’onde de submersion� Modèle FLDWAVE

� Modélisation des scénarios par temps sec et en crue de récurrence

1: 100 ans et 1:1000 ans

� 40 sections transversales

� Temps de formation de 0,1 heure (rupture d’un élément en béton)

� Géométrie de la brèche

� Largeur équivalente à 3 fois le hauteur du barrage

� Fond de la brèche correspondant au radier du barrage

� Possibilité d’une rupture en cascade en raison de la présence de deux barrages en aval

BARRAGE STUKELYÉtude d’onde de submersion� Possibilité d’une rupture en cascade en raison de la présence de deux

barrages en aval

� Barrage de l’Étang-de-l’Auberge-Jouvence situé à 0,56 km en aval

� Barrage Bombardier situé à 8,50 km en aval

� Rupture du barrage de l’Étang-de-l’Auberge-Jouvence

BARRAGE STUKELYÉtude d’onde de submersion� Présentation des résultats

� Cartographie des zones inondables

� Répertorier les infrastructures susceptibles d’être inondées

� Scénario le plus pessimiste � temps sec

� Territoire habité en permanence comptant 10 résidences ou plus et moins de 1000 habitants (155 bâtiments affectés)

� Un pont sur un chemin d’accès aux ressources

� Deux ponts sur des routes locales

� Un pont sur une route régionale

Le niveau des conséquences : important

BARRAGE STUKELYNormes minimales de sécurité relatives aux crues� Crue de sécurité

� Récurrence 1 : 1000 ans

� Niveau d’eau atteint en crue de sécurité : 284,94 m

� Revanche hydraulique actuelle : 0,11 m < 1,0 m

Le barrage Stukely ne rencontre pas les critères minimums de

sécurité selon la LSB

� Hauteur de vague (U.S. Army Engineering Research Center.1977.Shore protection manual – Volume 1)

---285,19Vent de 75 km/hH total : 0,69 m

285,37---Vent de 50 km/hH total : 0,43 m

Crue de sécurité1 : 1000 ans

Niveau d’eau : 284,94 m

Niveau normal d’opération(NNO)

Niveau d’eau : 284,50 m

Niveaux d’eau maximums(m)

Condition

BARRAGE STUKELYNormes minimales de sécurité relatives aux crues� Choix de la revanche hydraulique

� Le niveau des digues ne doit pas être < 285,37 m (hauteur de vagues)

� Le barrage Stukely doit être en mesure d’évacuer sans débordement une crue de récurrence supérieur à sa crue de sécurité � 1:10 000 ans

� Le niveau correspond à la crue 1:10 000 ans � 285,17 m

� Recommandation

� Le niveau minimum des digues devrait être à l’élévation : 285,65 m

� Ceci implique un rehaussement de l’ordre de 60 cm

� Le revanche hydraulique serait de 0,71 m < 1,0 m � Le Règlement stipule que la revanche peut être réévaluée à la baisse selon certaines conditions qui ont été prises en compte dans notre analyse

BARRAGE STUKELYÉtat et comportement du barrage Stukely

� Programme d’investigation� Étude géotechnique

� 5 forages et 2 puits d’exploration (à proximité des murs amont)

� Étude de stabilité� Digues – Ok

� Section de contrôle – non conformité quant à la résistance aux crues et aux séismes

� Fiabilité et fonctionnalité des appareils d’évacuation� Adéquat

� État, comportement, anomalies et autres observations� Digues en bon état

� Zone inondée au pied de la digue gauche (drainage à améliorer)

� Entretien à faire pour la vanne

� Détérioration des murs bajoyers avals (maçonnerie)

BARRAGE STUKELY

État, comportement, anomalies et autres observations

BARRAGE STUKELY

Recommandation de l’ÉÉS

� Travaux de mise aux normes

� Rehaussement des digues de 60 cm pour atteindre la cote 285,65 m

� Stabilisation de la section de contrôle

� Entretien et autres travaux connexes

� Démolition et reconstruction des murs en aval du barrage

� Resurfaçage de la vanne bascule et des plaques de glissement

� Création d’ouverture dans la vanne bascule pour le maintien des débits d’étiage

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

BARRAGE STUKELY

Travaux de mise aux normes

Avant Après

BARRAGE STUKELY

Plan de mesures d’urgence• Cartes sommaires d’inondation

• Description des zones inondées

• Liste des intervenants

• Schémas d’intervention

Sommaire du PMU� Résumé du PMU

� Transmis à certains organismes ainsi qu’aux Municipalités situées en aval� MSP

� MDDEP

� MTQ

BARRAGE STUKELY

Plan de gestion des eaux retenues• Localisation et caractéristiques du barrage

• Gestion du barrage Stukely

• Hydrologie et hydraulique

• Description du réseau hydrographique

• Estimation des débits de crues

• Capacité d’évacuation

• Courbe d’emmagasinement

• Crue de sécurité

• Exploitation des eaux du réservoir

• Conditions et contraintes d’exploitation

• Cote de débordement du lac

• Seuils d’inondation

• Stratégie de communication

• Conclusion

BARRAGE STUKELY

Sommaire du PG� Résumé du PG

� Transmis à la Municipalité où est situé le barrage

MerciMerci