Comment les barrages et les réservoirs imitent les inondations : le barrage des trois gorges comme repère mondial

Les inondations demeurent l'un des risques naturels les plus destructeurs de la Terre, causant des dommages de plusieurs milliards de dollars et déplaçant des millions de personnes chaque année. Face aux précipitations de plus en plus intenses dues aux changements climatiques, le rôle des infrastructures conçues pour atténuer les risques d'inondation n'a jamais été aussi critique. Parmi les outils les plus puissants de l'arsenal de lutte contre les inondations, on peut citer les barrages et les réservoirs.Ces structures, lorsqu'elles sont conçues et exploitées de façon stratégique, peuvent absorber le choc des précipitations extrêmes, stocker les eaux de ruissellement excédentaires et libérer l'eau de manière contrôlée, qui protège les collectivités en aval.

La science de l'atténuation des inondations : comment fonctionnent les barrages et les réservoirs

Pour comprendre comment les barrages réduisent les inondations, il est essentiel de saisir d'abord la dynamique naturelle d'une rivière pendant un événement d'inondation. Dans des conditions normales, un chenal fluvial peut transporter un certain volume d'eau. Lorsque la pluie ou la fonte de neige excessive dépasse cette capacité, l'eau s'écoule sur les berges, inondant la plaine d'inondation adjacente. Les barrages interrompent ce processus en créant une barrière artificielle qui emprisonne l'eau dans un réservoir en amont.

La clé de l'atténuation efficace des inondations réside dans le concept de capacité de stockage des crues . Les barrages sont généralement conçus avec un bassin de contrôle des crues, un volume du réservoir qui est maintenu vide ou partiellement vide pendant les saisons non inondables. Lorsqu'un événement de tempête survient, l'arrivée de la rivière remplit ce bassin, réduisant ainsi le débit maximal qui pourrait se faire sentir en aval. L'eau stockée est ensuite libérée graduellement au cours des jours ou des semaines, permettant à la rivière de revenir à des niveaux normaux sans causer de dommages.

En maintenant les eaux de crue, ils permettent aux prévisionnistes et aux gestionnaires des urgences de émettre des avertissements, d'évacuer les zones vulnérables et de déployer des défenses temporaires. Dans les grands systèmes fluviaux où les tempêtes se développent au fil des jours, un barrage peut raser des heures cruciales ou même des jours après l'arrivée de la crête de crue, donnant aux collectivités en aval une fenêtre vitale à préparer. L'efficacité de cette approche dépend du réservoir et de la taille du barrage et de la taille du barrage et de la capacité hydraulique, ainsi que de la précision du système de prévision qui guide les rejets.

Il est important de noter que tous les barrages ne sont pas construits principalement pour la lutte contre les inondations. Beaucoup de ces barrages servent à des fonctions polyvalentes, y compris la production d'énergie hydroélectrique, l'irrigation, l'approvisionnement en eau et la navigation. Cependant, lorsque la lutte contre les inondations est un objectif principal, le barrage doit être exploité avec une courbe de règles d'inondation [ qui définit les niveaux cibles des réservoirs tout au long de l'année.

Le barrage des trois gorges : une pièce maîtresse pour la lutte contre les inondations

Aperçu et échelle du projet

Situé sur le fleuve Yangtze dans la province de Hubei, en Chine centrale, le barrage des Trois Gorges est un barrage gravitant en béton qui s'étend sur 2 335 mètres et mesure 181 mètres de haut. La construction a commencé en 1994 et a été achevée en 2012, le projet étant devenu pleinement opérationnel en 2012. Le réservoir du barrage et du bassin de la rivière, qui s'étend sur plus de 600 kilomètres (370 milles) en amont, a une capacité de stockage totale d'environ 39,3 milliards de mètres cubes (31,9 millions d'acres-pieds), dont 22,15 milliards de mètres cubes est spécifiquement désigné pour la lutte contre les inondations.

Le barrage des Trois Gorges a été conçu non seulement comme une source d'énergie propre, mais comme le centre d'une stratégie globale pour dompter le fleuve Yangtze, qui a une longue et mortelle histoire d'inondations. L'inondation de 1931 Yangtze, par exemple, a tué 145 000 personnes et inondé des millions d'hectares de terres agricoles. L'inondation de 1954 a fait plus de 30 000 morts et a déplacé 18 millions de personnes.

Caractéristiques de la conception de la lutte contre les inondations

La capacité de contrôle des inondations du barrage et du no 8217 est intégrée à sa structure physique et à ses systèmes opérationnels.

  • Spillway and Sluice Gates: Le barrage comporte 23 portes d'écluses de fond et 22 portes d'écluses de surface, capables de décharger jusqu'à 116 000 mètres cubes par seconde (4,1 millions de pieds cubes par seconde) au total. Cette énorme capacité de décharge permet aux opérateurs de libérer rapidement l'eau lorsque le réservoir approche de niveaux dangereux.
  • Zonnage du réservoir: Le réservoir est divisé en zones opérationnelles. La zone de contrôle des inondations, entre les altitudes 145 mètres et 175 mètres, est réservée pour stocker les eaux d'inondation. Pendant la saison des inondations (juin à septembre), le réservoir est maintenu à 145 mètres ou moins pour maximiser le stockage disponible.
  • Surveillance et prévision en temps réel: Un réseau sophistiqué de pluviomètres, de capteurs de niveau de rivière et de radars météorologiques alimente les données dans un système de prévision intégré. Les exploitants de barrages peuvent ajuster les rejets en fonction des prévisions de précipitations et de fonte des neiges, souvent des jours à l'avance.
  • Gestion des sédiments: Comme l'accumulation de sédiments réduit la capacité du réservoir au fil du temps, le barrage utilise un “stocker le clair, libérer la boue” stratégie pendant les inondations, ce qui implique de libérer de l'eau avec des charges élevées de sédiments à travers les portes de l'écluse pour rincer les sédiments en aval, en préservant le volume de stockage des inondations.

Stratégies opérationnelles de gestion des inondations

Le cahier de jeu opérationnel pour la lutte contre les inondations à Trois Gorges est à la fois proactif et réactif. Avant le début de la saison des inondations, le réservoir est délibérément descendu au niveau de 145 mètres. Il est connu sous le nom de pré-décharge et constitue l'action préparatoire la plus importante. Lorsqu'un événement de forte pluviométrie est prévu, les exploitants peuvent commencer à libérer de l'eau supplémentaire pour créer encore plus d'espace de stockage, une pratique appelée pré-décharge.

Cette flexibilité opérationnelle s'est avérée efficace dans de multiples inondations depuis que le barrage est devenu pleinement opérationnel. Par exemple, pendant la saison des crues de Yangtze 2020, qui a vu certaines des plus fortes précipitations depuis des décennies, le barrage des Trois Gorges a réussi à réduire le débit maximum entrant dans la région du Yangtze moyen de plus de 30%, empêchant ce qui aurait pu être une crue catastrophique dans des villes telles que Wuhan et Nanjing.

Mesurer l'impact : comment le barrage des trois gorges a réduit le risque d'inondation

Protection des collectivités en aval

Les principaux bénéficiaires du barrage des Trois Gorges et du barrage 8217;s la fonction de contrôle des inondations sont les dizaines de millions de personnes vivant le long du fleuve Yangtze moyen et inférieur. Des villes comme Wuhan, Nanjing[, Shanghai, et des dizaines de petits centres urbains et zones agricoles ont connu une réduction mesurable du risque d'inondation depuis l'entrée en service du barrage.

Avant le barrage, le système de contrôle des inondations de Yangtze’ comptait beaucoup sur les digues terriennes, qui étaient sujettes à l'échec lors des inondations extrêmes.En réduisant les débits de pointe, le barrage des Trois Gorges a allégé la pression sur ces digues, leur donnant une marge de sécurité plus élevée et en réduisant les coûts d'entretien.

Avantages économiques et agricoles

Une étude publiée en 2019 dans la revue Natural Hazards a estimé que le barrage réduisait les pertes annuelles prévues dans le bassin de Yangtze d'environ 2,5 milliards de dollars. Ce chiffre explique les dommages directs aux infrastructures, aux cultures et aux bâtiments, ainsi que les pertes indirectes, comme les perturbations commerciales et les coûts d'intervention d'urgence.

En plus de la lutte contre les inondations, le barrage produit environ 100 milliards de kilowattheures d'électricité par année, qui alimente les industries et les habitations de l'est et du centre de la Chine. Cette hydroélectricité remplace la production de charbon, réduisant les émissions de gaz à effet de serre d'environ 100 millions de tonnes par année.

Limites et défis

Malgré ses succès, le barrage des Trois Gorges n'est pas une panacée pour tous les risques d'inondation.

  • Sédimentation: La rivière Yangtze transporte des charges massives de sédiments du bassin supérieur. Depuis que le barrage a commencé à empiéter sur l'eau, les sédiments se sont accumulés dans le réservoir, réduisant progressivement la capacité de stockage des inondations. Bien que le “entrepose le clair, relâche la boue” la stratégie a ralenti ce processus, la modélisation à long terme suggère que l'accumulation de sédiments pourrait réduire le stockage des inondations de 10 à 20 pour cent au cours des 50 prochaines années sans gestion active.
  • Inondations en amont : Le réservoir lui-même a inondé de vastes zones en amont, y compris la ville de Chongqing et de nombreuses villes et villages. Bien que non a “food” au sens traditionnel, l'inondation permanente des terres en amont a déplacé plus de 1,3 million de personnes et des sites du patrimoine culturel submergé.
  • Extreme Events Beyond Design Capacity: Le barrage a été conçu pour gérer un événement d'inondation d'un an sur 1 000, mais le changement climatique augmente l'intensité des précipitations extrêmes. Une tempête qui dépasse le barrage’s capacité de conception pourrait encore surcharger son stockage d'inondation, particulièrement si le réservoir est déjà presque pleine capacité en raison des précipitations antérieures.
  • Sous-sol du cours d'eau :[ En piégant des sédiments qui, autrement, réapprovisionneraient le delta en aval, le barrage a contribué à la subsidence du delta de Yangtze près de Shanghai, ce qui peut exacerber le risque d'inondation locale résultant des ondes de tempête et de l'élévation du niveau de la mer.

Ces défis soulignent que le barrage des Trois Gorges doit être considéré comme un élément d'une stratégie globale de gestion des inondations, et non comme une solution autonome.

Au-delà des trois gorges : comment les barrages contribuent à l'atténuation des inondations dans le monde

Aux États-Unis, le barrage de Hoover sur le fleuve Colorado permet de contrôler les inondations du bassin inférieur, tandis que le Tennessee Valley Authority (TVA) exploite un système de 49 barrages qui ont réduit considérablement les inondations dans la vallée du fleuve Tennessee. En Égypte, le barrage de Aswan High Dam a empêché les inondations annuelles du Nil qui ont façonné historiquement l'agriculture et les schémas de peuplement, stockant l'eau excédentaire pour l'irrigation pendant les années sèches. Au Brésil et au Paraguay, le barrage de Itapu inclut la lutte contre les inondations comme objectif secondaire, complétant son rôle principal dans la production d'hydroélectricité.

Ces barrages partagent la capacité de stocker de l'eau pendant les périodes humides et de la libérer pendant les périodes sèches[, ce qui atténue la variabilité naturelle des débits de la rivière. Toutefois, l'efficacité de tout barrage pour la lutte contre les inondations dépend de plusieurs facteurs : le rapport entre le stockage du réservoir et l'arrivée annuelle, le barrage et #8217; la capacité de rejet, la qualité du système de prévision et les règles opérationnelles qui régissent les rejets.

De plus en plus, les ingénieurs et les gestionnaires de l'eau se dirigent vers l'exploitation intégrée du réservoir[, où plusieurs barrages sur la même rivière sont coordonnés pour atténuer les inondations dans tout le bassin. En Chine, le bassin du Yangtze est géré par une cascade de barrages en amont de Trois Gorges, y compris les Xiluodu[ et Xiangjiaba, qui peuvent être exploités de concert pour assurer un stockage supplémentaire des inondations.

Pour une exploration plus approfondie de la façon dont les barrages s'intègrent à d'autres mesures de lutte contre les inondations, la Commission géologique des États-Unis fournit des ressources globales sur la science et la gestion des inondations : USGS Floods and Floodplains. De même, l'Organisation météorologique mondiale offre des conseils sur les systèmes de prévision des inondations et d'alerte rapide qui sont essentiels pour une exploitation efficace des barrages : Organisation météorologique mondiale.

L'avenir de la lutte contre les inondations : équilibrer les barrages avec les solutions fondées sur la nature

Le rôle des barrages dans un climat en évolution

Le changement climatique modifie déjà la fréquence et l'intensité des précipitations extrêmes. L'air chaud contient plus d'humidité, ce qui entraîne des précipitations plus fortes pendant les tempêtes.Dans de nombreuses régions du monde, on demande aux barrages existants de gérer les entrées qui dépassent leurs hypothèses de conception. Le barrage des Trois Gorges, par exemple, a connu plusieurs inondations depuis 2010 qui ont été classées sous le numéro 8220; une fois au cours d'un siècle et le numéro 8221; ou plus rare, soulevant des questions sur la capacité de contrôle des inondations qui restera adéquate au cours des prochaines décennies.

Pour s'adapter, les exploitants de barrages utilisent de plus en plus des règles d'exploitation dynamiques[ qui régulent les niveaux des réservoirs en fonction des prévisions climatiques saisonnières plutôt que des moyennes historiques.Par exemple, si une prévision saisonnière prédit des précipitations supérieures à la moyenne, le réservoir peut être tiré plus fortement avant la saison des inondations, même si cela signifie sacrifier une certaine production d'énergie hydroélectrique.Cette approche est connue sous le nom exploitation de réservoirs éclairés par le climat[ et est en cours d'essai dans plusieurs bassins fluviaux du monde entier.

Stratégies complémentaires : terres humides, reboisement et restauration des plaines inondables

Bien que les barrages soient des outils puissants, ils sont plus efficaces lorsqu'ils sont combinés avec des solutions basées sur la nature qui fonctionnent avec des processus naturels plutôt que contre eux. La restauration des terres humides dans les plaines inondables peut absorber et ralentir les eaux de crue, réduisant le débit maximal qui atteint un barrage. Le reboisement[ des pentes de collines augmente l'infiltration et réduit le ruissellement de surface, allégeant le fardeau sur les réservoirs. La reconnection des plaines flottantes permet aux rivières de s'étendre naturellement pendant les débits élevés, abaissant les stades d'inondation et réduisant la pression sur les lévages.

Dans le bassin de Yangtze, le gouvernement chinois a reconnu l'importance de ces mesures complémentaires et a investi dans des projets de restauration des zones humides le long de la rivière, en particulier dans les régions du lac Dongting et du lac Poyang, qui servent de bassins naturels de stockage des inondations en aval du barrage des Trois Gorges. Ces lacs avaient diminué en raison de la remise en état et de la sédimentation, mais les efforts de restauration contribuent maintenant à la récupération de leur capacité de tamponnage des inondations.

Exploitation et modernisation durables des barrages existants

Pour les milliers de barrages existants dans le monde, le défi consiste non seulement à construire de nouvelles structures, mais aussi à exploiter et moderniser ceux existants pour une maîtrise optimale des inondations, notamment en améliorant les déversoirs pour gérer les inondations plus importantes, en installant des systèmes modernes de surveillance et de contrôle et en révisant les règles d'exploitation pour tenir compte des projections climatiques actuelles.

L'avenir de la lutte contre les inondations nécessitera probablement une approche hybride : utilisation stratégique de grands barrages pour le stockage régional des inondations, combinée à des solutions distribuées basées sur la nature au niveau local, et soutenue par des systèmes avancés de prévision et d'alerte rapide.Le barrage des trois gorges continuera d'être un pilier central de la protection contre les inondations dans le bassin de Yangtze, mais sa viabilité à long terme dépend de la gestion de la sédimentation, de l'adaptation au changement climatique et de l'intégration à un plus large portefeuille de mesures de réduction des risques d'inondation.

Conclusion

Les barrages et les réservoirs sont parmi les outils les plus efficaces que l'humanité a développés pour atténuer les inondations, et le barrage des Trois Gorges en Chine est l'exemple le plus ambitieux de cette technologie en action. En stockant l'excès d'eau pendant les tempêtes et en la libérant de manière contrôlée, le barrage a réduit le risque d'inondation pour des dizaines de millions de personnes, protégé des milliards de dollars en actifs économiques, et démontré le potentiel de gestion intégrée des ressources en eau.

Les événements météorologiques extrêmes devenant plus fréquents, les leçons tirées du barrage des Trois Gorges éclaireront les stratégies de lutte contre les inondations dans le monde entier. Aucun barrage ne peut éliminer tous les risques d'inondation, mais un système bien conçu et bien exploité de barrages, combiné à des zones humides saines, à des plaines inondables restaurées et à des prévisions solides, peut réduire de façon significative les dégâts causés par les inondations.