Optimisation des tours d’eau sur un réseau de canaux d’irrigation

Optimization of water distribution schedules for open-channel irrigation networks

• Auteur / Autrice : Sothea Hong
• Direction : Pierre-Olivier Malaterre, Gilles Belaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Eaux Continentales et Société
• Date : Soutenance le 11/07/2014
• Etablissement(s) : Montpellier, SupAgro
• Ecole(s) doctorale(s) : Systèmes Intégrés en Biologie, Agronomie, Géosciences, Hydrosciences, Environnement (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : UMR G-eau (Gestion de l'eau, acteurs et usages, Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Olivier Malaterre, Rudy R. Negenborn, Roger Moussa, Céline Hugodot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Teytaud, Ricardo Aliod

Mots clés

Mots clés libres

Canal à surface libre

Irrigation

Distribution d'eau

Planification des tours d'eau

Modernisation

Optimisation

Open-Channel

Irrigation

Water distribution

Irrigation scheduling

Modernization

Optimization

Résumé

La plupart des réseaux d'irrigation gravitaire traditionnels, encore majoritaires dans le monde, distribuent l'eau aux parcelles agricoles à travers un réseau de canaux à surface libre. La distribution de l'eau sur ce type de réseau suit en général le mode de distribution au tour d'eau (tour d'eau fixe, modulé, arrangé ou mixte) et nécessite de définir un planning de manœuvre des vannes et un calendrier d'arrosage. La performance de la distribution d'eau est généralement très faible, du fait de contraintes de l'infrastructure, de main d'œuvre et d'évolutions des demandes en eau.La thèse propose une méthode générique permettant d'optimiser les manœuvres des vannes et le calendrier d'arrosage, ainsi que des stratégies de modernisation basées sur la mise en place de vannes automatiques et réservoirs tampon.La méthode est basée sur la programmation linéaire en variables mixtes (MILP). La définition des contraintes et des objectifs s'appuie sur l'analyse de deux périmètres traditionnels du Sud de la France, ainsi que sur une description des principales caractéristiques hydrauliques des systèmes de transport d'eau. Les méthodes prennent en compte trois critères d'optimisation : l'adéquation, la main d'œuvre et l'efficience hydraulique, ces critères pouvant être pondérés pour tenir compte de priorités.La méthode développée est testée sur un réseau virtuel, puis appliquée à un système réel où les évolutions récentes ont profondément dégradé l'adéquation offre-demande. La méthode permet alors de réduire fortement les volumes d'eau prélevés en tête de réseau mais non utilisés par les usagers, tout en assurant une très bonne adéquation offre-demande.L'enjeu de la modernisation des réseaux traditionnels est abordé sur un réseau au tour d'eau fixe, fortement contraint par la charge de travail pour manœuvrer les ouvrages. On montre, sur un site réel, comment définir des priorités de mise en place de vannes automatiques. Dans d'autres cas, la modernisation peut se faire par la mise en place de réservoirs tampon dont l'emplacement et le volume peuvent être optimisés.

Most traditional gravity irrigation networks, still the majority in the world, deliver water to farm field (offtakes) through an open channel network. Water distribution on this type of network is generally based on irrigation schedule/delivery methods (fixed rotation, central system, arranged or mixed schedule) and requires two schedules: one for irrigation and another for gate operations. Water distribution performance of this system is low due to hydraulics infrastructures constraints, manpower and water demand evolution.The thesis proposes a generic method for optimizing gate operations and irrigation schedules, as well as modernization strategies based on the development of automated gates and buffer reservoirs.The method uses mixed integer linear programming (MILP). The definition of constraints and objectives is based on the analysis of two traditional irrigation networks of Southern France, as well as a description of the main characteristics of hydraulic systems for water delivery. Methods take into account three optimization criteria: adequacy, hydraulic efficiency and manpower. These criteria can be weighted for setting the priorities.The developed method is tested on a virtual network, and then applied to a real system where recent evolution have profoundly damaged the adequacy between supply and demand. We show that the method can greatly reduce the volume of water withdrawn by the network, and not used by users, for ensuring a good adequacy between supply and demand.The challenge of modernization is taken into account for an open channel network which is strongly constrained by manpower for gates operations. It is shown on a real network, how to set priorities for implementation of automatic gates. In other cases, the modernization may be achieved by the implementation of the buffer reservoir which location and volume can be optimized.