Analyse de séries temporelles de mesures de I'oxygène dissous et du pH sur la Loire au niveau du site nucléaire de Dampierre (Loiret) : 1. Compréhension des variations temporelles des teneurs en oxygène dissous et du pH en relation avec des données hydrométéorologiques

Analysis of data series measurements of dissolved oxygen and pH in the Loire River at Dampierre nuclear power plant: 1. Temporal patterns of dissolved oxygen and pH in relation to hydrometeorological data.

¹ Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement UMR 5564 (CNRS-INPG-ORSTOM-UJF), BP 53, 38 041 Grenoble cedex 9
² EDF – Division Technique Générale 21, avenue de I'Europe, BP 41, 38 040 Grenoble cedex 9

Résumé

Pour la surveillance hydroécologique des centrales nucléaires, des stations automatiques mesurent en continu quatre paramètres physico-chimiques : la température de I'eau, la teneur en oxygène dissous, le pH et la conductivité électrique. Ces stations produisent au pas de temps horaire, des mesures de qualité de I'eau en amont, en aval et au droit du rejet des centrales. Dans cette première partie nous présentons les variations temporelles de I'oxygène dissous et du pH dans le secteur eutrophisé de la Loire Moyenne sur une période de 5 années (1990-1994). 11 s'agit de mettre en évidence les fluctuations de ces deux variables suivant deux échelles de temps différentes, le cycle saisonnier et le cycle journalier, et d'expliquer l'influence de I'hydrométéorologie sur ces variations. L'oxygène dissous a été étudié à partir de sa valeur minimale journalière O_2min et de ses amplitudes journalières O_2max – O_2min. Le cycle annuel de la valeur minimale est relativement corrélé à la température de I'eau et présente un écart type interannuel faible et constant. Par contre, le cycle annuel des amplitudes journalières d'oxygène dissous est plus complexe, avec un écart type variable au cours de l'année en fonction du mois. II reflète à la fois les variations du régime hydraulique et celles de l'activité saisonnière des organismes photosynthétiques. Le pH est, comme I'oxygène dissous, fortement lié au développement phytoplanctonique. La moyenne et l'écart type des valeurs journalières interannuelles présentent les mêmes caractéristiques saisonnières que celles des amplitudes d'oxygène dissous. A une échelle plus fine, une relation entre les composantes horaires (heure du minimum et du maximum, amplitude du cycle journalier) et les variables hydrométéorologiques telles que le débit et le rayonnement solaire a pu être mise en évidence. Les analyses et résultats, développés dans cette première partie sont issus des travaux qui s'inscrivent dans une recherche beaucoup plus vaste de critique et validation de données. Cette dernière s'appuie sur la mise au point de modèles qui visent à reproduire les chroniques afin de contrôler la cohérence des séries de mesure. La méthodologie de critique des quatre paramètres physico-chimiques sera présentée dans la deuxième partie de cet article (à paraître).

Abstract

In the framework of regular hydroecological monitoring in the vicinity of nuclear power stations, four physical and chemical parameters are continuously and automatically recorded: water temperature, dissolved oxygen, pH and conductivity. Using a one-hour time step, the recorders measure water quality upstream, downstream and on a level with the releases from the plant. The first part of this paper presents temporal patterns of dissolved oxygen and pH in the eutrophic intermediate reach of the Loire River over a 5-year period (1990-1994). Fluctuations in these two variables are shown on two different time scales, seasonal and diurnal, in relation to hydrometeorological conditions. Dissolved oxygen was studied on the basis of the daily minimum DO_min and daily amplitude DO_max – DO_min. The annual cycle of the minimum value is relatively well correlated to water temperature, with a moderate and constant standard deviation from year to year. The annual cycle of daily amplitudes, however, is more complex, with a deviation that varies during the year, depending on the month. The cycle reflects both variations in hydraulic regime and variations in the seasonal level of phytoplankton photosynthesis. Like DO, pH is strongly linked to phytoplankton growth. Means and standard deviations of pH show the same seasonal characteristics as DO amplitudes. Taking a more limited time scale, a relationship was pointed up between time factors (hour of daily minimum and maximum, daily amplitude) and hydrometeorological variables such as discharge and solar radiation. The analyses and results given in this first publication are part of a much broader project to verify and validate data. The methodology includes fine-tuning of models designed to reproduce data series so as to verify consistency in the measurements. The second part of the paper will present the quality-control method used to check the four physical and chemical parameters.