Expertise sur l’hydrologie du Rhin sur les biefs de Gambsheim et Iffezheim - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport (Rapport De Recherche) Année : 2020

Gutachten zur Hydrologie des Rheins in den Stauhaltungen Gambsheim und Iffezheim

Expertise on the hydrology of the Rhine on the reaches of Gambsheim and Iffezheim

Expertise sur l’hydrologie du Rhin sur les biefs de Gambsheim et Iffezheim

Résumé

Dieser Bericht ist die Antwort auf die Anforderung eines Gutachtens durch die DREAL Grand-Est in Bezug auf das Niveau des Schutzes der Rheinseitendämme gegen Hochwasser, in den Stauhaltungen Gambsheim und Iffezheim. Die Analyse wurde ausgehend von zwei langen hydrometrischen Reihen durchgeführt, Basel (1808-2017) und Maxau (1815-2018), die uns von den Betreibern (BAFU und WSV) zur Verfügung gestellt wurden. Eine kritische Bearbeitung der Daten hat es ermöglicht, die zu verwendenden Reihen der Jahreshöchstwerte der Hochwasser zu validieren und die Homogenität der beiden Reihen zu kontrollieren. Die Unsicherheiten für die Hochwasserabflüsse wurden mit Hilfe des BaRatin-Modells evaluiert, das eine hydraulische a priori-Annahme für die Wasserstands-Abfluss-Beziehung mit den verfügbaren Messdaten abgleicht. Die Unsicherheiten bewegen sich in der Größenordnung ±5-7% für die jüngsten Abflüsse und steigen bis auf ±45-48% für die ältesten Abflusswerte. Die Analyse der Verteilung der Hochwasser wurde mit Hilfe des Hbay-Modells durchgeführt, das die Bearbeitung einer gemischten Stichprobe von Daten ermöglicht (kontinuierliche Reihe und Sammlung von historischen Hochwassern), sowie die Berücksichtigung der Unsicherheiten für die Hochwasserabflüsse und eventuell noch die Aufstellung einer a priori-Hypothese zu den Parametern der Verteilung (vgl. regionalen Ansatz). Die mit einer GEV-Verteilung erhaltenen Ergebnisse zeigen, dass es sinnvoll wäre, die Hochwasserabflüsse des 19. Jahrhunderts auszuwerten, auch wenn nicht so viel darüber bekannt ist, wie über die jüngeren Abflüsse. Die in den Stauhaltungen Gambsheim und Iffezheim einzuhaltenden Referenzabflüsse entsprechen einer Jährlichkeit von 20-50 Jahren mit einem Freibord von 1,2 m zur Dammkrone und von mehr als 10.000 Jahren mit einem Freibord von 0,2 m. Nimmt man eine zusätzliche Sicherheitsmarge, mit einer prädiktiven Verteilung, verlagern sich die Jährlichkeiten zu 15-35 Jahren für den Freibord von 1,2 m, und zu 5000 Jahren für die Stauhaltung oberhalb von Gambsheim und zu über 10.000 Jahren für die Stauhaltung unterhalb von Gambsheim und die Stauhaltung Iffezheim für den Freibord von 0,2 m. Die in Maxau erhaltenen Ergebnisse sind kohärent mit denen der IWG-Untersuchung (2010), auch wenn sich zwei gegensätzliche Effekte kompensieren mussten: Verwendung einer LogNormal-Verteilung, die die empirische Verteilung in Maxau überschätzt, und die Entscheidung, die Hochwasser des 19. Jahrhunderts nicht auszuwerten, mit einer Schätzung in Maxau für den Zeitraum 1903-2008, die niedriger ist als die für die Jahre 1815-2018. Die Ergebnisse der Untersuchung von EDF (2002) in Basel scheinen zu hoch geschätzt, mit den Hochwasserquantilen Q100 und Q1000 deutlich über der empirischen Verteilung für 1808-2017, und einem Wert Q1000 in Basel über dem für Maxau geschätzten Wert. Der Ursprung dieser Überschätzung liegt zum Teil in der Entscheidung, die Abflachung der Hochwasser, die nach der Juragewässerkorrektion ab 1890 in der Schweiz erfolgt ist, nicht zu berücksichtigen und die niedrigeren Werte der Hochwasser vor 1890 nicht zu korrigieren, um auf einen identischen Bezugszustand zu kommen.
This report aims at answering a request for expertise of the DREAL Grand-Est on the level of protection of the Rhine dykes against floods, on the reaches of Gambsheim and Iffezheim. The analysis was based on two long hydrometric series, Basel (1808-2017) and Maxau (1815-2018), provided by the managers (respectively OFEV and WSV). A data review allowed to validate the series of maximum annual flood values to be used, and to check the homogeneity of the two series. The uncertainties on the flood flows were evaluated using the BaRatin model, which crosses an a priori hydraulic expertise on the rating curve with the available gaging data. Uncertainties are in the order of ±5-7% for recent flows, and increase to ±45-48% for older flows. The analysis of the flood distribution was performed using the HBay model, which allows to process a mixed sample of data (continuous series and collection of historical floods), to take into account the uncertainties on the flood flows, and to possibly make an a priori assumption on the parameters of the distribution (see regional approach). The results obtained with a GEV distribution show the interest to exploit the flood flows of the XIXth century, even if they are less well known than the more recent flows. The design flows to be respected on the Gambsheim and Iffezheim reaches correspond to a return period of 20-50 years for a 1.2 m freeboard from the dam crest, and more than 10,000 years for a 0.2 m freeboard. By taking an additional safety margin, with a predictive distribution, the return periods are respectively 15-35 years for the 1.2 m freeboard, 5000 years on the upstream Gambsheim reach and are higher than 10,000 years for the downstream Gambsheim reach and the Iffezheim reach for the 0.2 m freeboard. The results obtained at Maxau are consistent with those of the IWG study (2010), even if two opposite effects had to compensate each other: use of a LogNormal distribution which overestimates the empirical distribution at Maxau, and choice not to exploit the floods of the 19th century with an estimate at Maxau for the period 1903-2008 lower than that of 1815-2018. The results of the EDF study (2002) in Basel seem to be overestimated, with flood quantiles Q100 and Q1000 clearly higher than the empirical distribution 1808-2017, and a Q1000 value in Basel higher than the one estimated in Maxau. The origin of this overestimation is partly due to the choice not to take into account the flood lamination after the Jura correction works in Switzerland, from 1890 onwards, and not to correct downwards the floods prior to 1890 in order to reason on an identical reference state.
Ce rapport vise à répondre à une demande d’expertise de la DREAL Grand-Est sur le niveau de protection des digues du Rhin contre les crues, sur les biefs de Gambsheim et Iffezheim. L’analyse a été réalisée à partir de deux longues séries hydrométriques, Bâle (1808-2017) et Maxau (1815-2018), communiquées par les gestionnaires (respectivement OFEV et WSV). Un travail de critique des données a permis de valider les séries de valeurs maximales annuelles de crue à utiliser, et de contrôler l’homogénéité des deux séries. Les incertitudes sur les débits de crue ont été évaluées à l’aide du modèle BaRatin, qui croise une expertise hydraulique a priori sur la relation hauteur-débit avec les données de jaugeage disponibles. Les incertitudes sont de l’ordre de ±5-7% pour les débits récents, et augmentent jusqu’à ±45-48% pour les débits les plus anciens. L’analyse de la distribution des crues a été réalisée à l’aide du modèle HBay, qui permet de traiter un échantillon mixte de données (série continue et collection de crues historiques), de prendre en compte les incertitudes sur les débits de crue, et de faire éventuellement une hypothèse a priori sur les paramètres de la distribution (cf. approche régionale). Les résultats obtenus avec une loi GEV montrent l’intérêt d’exploiter les débits de crue du XIXe siècle, même s’ils sont moins bien connus que les débits plus récents. Les débits de référence à respecter sur les biefs de Gambsheim et Iffezheim correspondent à une période de retour de 20-50 ans pour une revanche de 1.2 m par rapport à la crête de digue, et supérieure à 10 000 ans pour une revanche de 0.2 m. En prenant une marge de sécurité supplémentaire, avec une distribution prédictive, les périodes de retour passent respectivement à 15-35 ans pour la revanche de 1.2 m, 5000 ans sur le bief amont de Gambsheim et sont supérieures à 10 000 ans pour le bief aval de Gambsheim et le bief d’Iffezheim pour la revanche de 0.2 m. Les résultats obtenus à Maxau sont cohérents avec ceux de l’étude IWG (2010), même si deux effets opposés ont dû se compenser : utilisation d’une loi LogNormale qui surestime la distribution empirique à Maxau, et choix de ne pas exploiter les crues du XIXe siècle avec une estimation à Maxau sur la période 1903-2008 inférieure à celle de 1815-2018. Les résultats de l’étude EDF (2002) à Bâle semblent surestimés, avec des quantiles de crue Q100 et Q1000 nettement supérieurs à la distribution empirique 1808-2017, et une valeur Q1000 à Bâle supérieure à celle estimée à Maxau. L’origine de cette surestimation provient pour partie du choix fait de ne pas prendre en compte le laminage des crues postérieur aux travaux de correction du Jura en Suisse, à partir de 1890, et de ne pas corriger à la baisse les crues antérieures à 1890 pour raisonner sur un état de référence identique.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03295501 , version 1 (22-07-2021)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03295501 , version 1

Citer

Michel Lang. Expertise sur l’hydrologie du Rhin sur les biefs de Gambsheim et Iffezheim. [Rapport de recherche] INRAE. 2020. ⟨hal-03295501⟩

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