DNAEE - CGRH / CNPq QKKm tiiBf?m : Hidrologia da Bacia fîmazônica

Les débits de l’Amazone ti OBIDOS

Jacques CALLÈDE

Jean-Loup GUYOT

Valdemar Santos GUIMAMES

Eurides de OLIVEIRA

Marco Assis RIOS DA SILVA

Naziano PA NTO JA FILIZOLA

BRASiLIA

Septembre 1996

Les débits de l’Amazone à OBIDOS

Jacques CALLÈDE 8 Jean-Loup GUYOT ORSTOM, CP 09747, 70001-970 Brasilia (DF), Brésil

Valdemar Santos GUIMAtiES, Eurides de OLIVEIRA Marcos Assis RIOS DA SILVA, Naziano PANTOJA FILIZOLA DNAEE, SGAN 603, 70830-030, Brasilia (DF), Brésil

Résumé La station hydrometrique d’CBIDOS, sur l’Amazone, est la station la plus aval pour le con-

trble du débit de ce fleuve. L’étude détaillée de I’historique de cette station montre qu’il y a eu 2 séries d’observations

des hauteurs d’eau: 1928-1948 et 1988 jusqu’à aujourd’hui. Contrairement à ce qui avait été admis pour la Décennie Hydrologique, ces 2 séries n’ont pas leurs zéros calés au même niveau. L’ancienne échelle serait à 77 cm plus haut.

La dispersion des nombreux jaugeages ne permettrait pas de tracer une courbe d’étalon- nage. Mais si l’on élimine systématiquement ceux effectués par la méthode du “bateau mobile”, les 34 mesures restantes permettent de définir une relation hauteur-débit pratiquement univoque.

L’analyse statistique des débits résultant de la traduction des hauteurs indiquent un module annuel de 169 000 m3/s. Les étiages sont très soutenus: le plus faible observe (75 000 m3/s) est de même ordre de grandeur que la crue centenaire du fleuve Congo. La crue de 1953 (estimée à 394 000 m3/s) a une période de retour centenaire.

L’Amazone, avec ses 36 I/s/km2, est le fleuve le plus puissant du Monde. C’est aussi le plus régulier (K3 = 1,30). Ceci s’explique par l’immensité de son bassin versant (une zone excédentaire compensant une zone deficitaire) et par l’importance des debordements latéraux dans les lacs ou les “varzeas”, tout long de son cours, qui se comportent chaque année comme de véritables barrages-régu- lateurs soutenant les débits d’étiages et écrêtant les crues. Mais ces débits sont réellement “monstrueux”.

Resumo A estaçao hidrométrica de CBIDOS, no Amazonas, é a estaçZio mais a jusante para o con-

trole do débito fluvial desse rio. 0 estudo detalhado do historico dessa esta@o mostra que houve duas séries de observa-

çZio das alturas de agua : 1928-1948 e 1968 até hoje. Contrariamente a o que foi admitido para o Decênio Hidrol6gico, essas duas séries nao têm seus zeros abaixados ao mesmo nivel. A antiga escala seria 77 cm mais alta. 8.

A dispersao de varias mediç6es de carga nao permitiriam traçar uma curva-chave. Mas se eliminarmos sistematicamente aquelas efetuadas pelo método ‘barco em movimento”, as 34 medidas restantes permitem definir uma rela@o altura-débito praticamente sem equivocos.

A analise estatistica dos débitos que resulta da traduçao das alturas, indica um modula anual de 169 000 m3/s. As estiagens sao muito elevadas : a mais baixa observada (75 000 m3/s) esta na mesma ordem de tamanho que a enchente centenaria do rio Congo. A enchente de 1953 (estimada em 394 000 m3/s) tem um periodo de retomo centenario.

0 Amazonas, com seus 36 I/s/km2, é o rio mais potente do mundo. É também o mais re- gular (K3 = 1,30). Isto se explica pela imensidao de sua bacia vertente (uma zona excedente que com- pensa uma zona deficiente) e pela importância das cheias laterais nos lagos ou nas varzeas, ao longo de seu curso, que se comportam cada ano como verdadeiras barragens reguladoras sustentando os débitos de estiagem e moderam as enchentes. Mas esses débitos sao mesmo ” monstruosos “.

1

“Pour tout hydrologue, l’Amazone c’est comme le Mont Everest pour l’alpiniste: un sommet!” GJACCON, Hydrologue à I’ORSTOM

Cette étude paraîtra, pour certains, comme triviale et sans aucun intérêt scientifi- que. Certes, il n’y est pas question de modèle mathématique ni de télédétection. Le sujet ne traite que de bonne vieille hydrométrie classique, mais encore jamais appliquée rationnelle- ment à pareille station. L’importance des volumes de l’Amazone méritait cette publication. Les valeurs calculées peuvent être désormais considérées comme très proches de la réalité.

Tant par la longueur de son cours, la surface de son bassin versant et son débit, l’Amazone est le plus important des fleuves de notre planète. Le grand hydrologue Maurice PARDE parlait de ses “débits monstrueux” (Pardé, 1965)

Le bassin amazonien

La station hydrométrique de mesure des débits du fleuve la plus en aval est celle d’6BIDOS. A cette station, l’influence de la marée de l’océan Atlantique n’est plus très impor- tante et peut être considérée comme négligeable pour le moment (travaux de recherche en cours). Elle est quand même située à près de 700 km de l’océan.

C’est la station de référence des débits de l’Amazone.

2

Les coordonnées géographiques sont: 0156’ de latitude Sud

055”30’ de longitude Ouest Pour le moment, l’altitude n’est pas connue de façon précise: la ville serait à 45 m

environ et la plaine où coule le fleuve à une vingtaine de mètres.

La superficie du bassin versant est de 4.680.000 km2 (superficie globale du bassin: 6.100.000 km2)

II paraît logique de traiter avec le maximum de soins cette station qui mesure les plus gros débits au Monde.

Les diverses stations hydrométriques d’GBIDOS

Léaende 1 : Station du Port 2 : Liminigraphe et télétransmission ARGOS 3 : Station de la Section de jaugeage

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l-HISTORIQUE DE LA STATION

1.1 Les Stations hydrométriques successives

1.1.1 Ancienne échelle Ce n’est qu’en 1927 qu’une échelle limnimétrique a été installée par la Division

Hydrographique du Gouvernement brésilien (actuellement Direction de I’Hydrographie et de la Navigation) sur l’embarcadère du Port d’OBIDOS pour les besoins de la navigation. Elle a fonctionné jusqu’en juin 1953, date à laquelle l’embarcadère (et l’échelle) a été détruit par la crue exceptionnelle (la plus forte observée jusqu’à ce jours) de l’Amazone.

Les relevés, de bonne qualité, commencent le 11 Décembre 1927. Ils se poursui- vent sans aucune lacune journalière jusqu’au 30 Septembre 1947, puis de Mai à Juillet 1948.

II n’existe malheureusement aucun rattachement altimétrique de cette échelle.

1.1.2 Echelle “Oltman” A l’occasion des 3 jaugeages effectués en 1963 et 1964, E.Oltman a essayé de

reconstituer le zéro de l’ancienne station à l’aide d’une ancienne photographie sur laquelle fi- gurait l’échelle et le Marché municipal (encore existant en 1996). L’erreur à craindre est esti- mée, selon lui, à f 10 cm (Oltmanl964).

1.1.3 Echelle de 1967 Lors de la mesure de débit de mai 1967, une échelle provisoire, de 6,00 à 7,50 m,

a été installée, sans qu’il y soit fait de lecture systématique journalière des hauteurs d’eau. Un rattachement altimétrique est effectué sur 3,repères dont seul subsiste celui du Marché muni- cipal. L’hydrologue s’est efforcé de se caler au même niveau que celui de Oltman, donc de l’ancienne échelle (Veiga, 1968).

1.1.4 Echelle actuelle L’échelle actuelle a été installée sur le nouvel embarcadère, le 22 Février 1968.

Les relevés journaliers, de bonne qualité, sont sans aucune lacune jusqu’à aujourd’hui (seule manque l’année 1969).

Un rattachement altimétrique a été effectué sur au moins 3 repères. Un limnigraphe a été installé début 1982, plusieurs kilomètres en amont. Le zéro

de l’échelle “Limnigraphe” est calé à la même altitude que l’échelle Port. Du fait de la distance, les hauteurs limnigraphiques sont à diminuer de 11 cm. De plus le puits du limnigraphe est à sec quand le niveau de l’Amazone descend en dessous de 0,65 m (échelle Port). Ce limni- graphe est équipé, depuis 1985, d’une télétransmission via le satellite ARGOS.

Enfin en 1969, une batterie d’échelles limnimétrique a été implantée au droit de la section permanente de jaugeage, en rive droite, 2 kilomètres en aval du Port. Le zéro de cette échelle est théoriquement calé sur celui de l’échelle Port.

1.2 Altitude des zéros des échelles d’OBIDOS

1.2.1 Altitude du zéro de l’échelle actuelle (1968) Les nivellements successifs, depuis 1968, indiquent un zéro situé 8,144 m en

dessous d’un repère CPRM “RN4” situé dans l’enceinte du Port d’6BIDOS.

1.2.2 Altitude du zéro de l’échelle de 1967 Un très récent nivellement indique que le zéro de cette échelle serait 8 cm plus

haut. la seule conséquence est d’augmenter de 8 cm la cote du jaugeage de Mai 1967.

1.2.3 Altitude du zéro de l’échelle “Oltman”

Tout laisse à penser que ce zéro est à la même altitude que celui de l’ancienne échelle.

1.2.4 Altitude du zéro de l’ancienne échelle Tout aurait aussi laissé à penser, dans la littérature relative à OBIDOS, que le zéro

de l’échelle actuelle soit calé à la même altitude que celui de l’ancienne échelle. C’est avec pa- reille hypothèse que les débits de cette période ont été calculés à l’occasion de la Décennie hydrologique internationale (UNESCO, 1971) et malheureusement repris en compte par d’au- tres chercheurs et non des moindres (Rodier & Roche, 1984).

Hélas il n’en est rien. La meilleure preuve est que la crue de l’Amazone de 1954, la plus forte observée sur son bassin depuis au moins 1928, est à la cote 7,5 m sur l’ancienne échelle. Sur les niveaux observés de l’échelle actuelle, cette valeur a été dépassée 5 fois de 1970 à 1996.

Trois approches ont été utilisées pour définir le décalage. -la crue de 1953 En 1995, il a été possible de définir, par rapport au zéro de l’échelle actuelle, la

hauteur de la crue de 1953 en fonction du délaissé de ladite crue. Un nivellement, sur une in- dication du délaissé de crue relevée sur une photographie effectuée juste après la crue de 1953, donne une hauteur de 8,22 m. Avec une hauteur de 8,22 m, le décalage avec la hauteur de la crue sur l’ancienne échelle (7,s m d’après les observations de Oltman, valeur certai- nement exacte puisque ses travaux ont eu lieu 10 années plus tard que 1953) serait de 72 cm.

-les 3 jaugeages de 1963-64 En utilisant la courbe de tarage (voir plus loin), nous obtenons, pour les 3 jaugea-

ges Oltman:

Hauteur d’eau Débit Hauteur sur la Différence Sensibilité (*) ancienne éch. courbe de tarage

5mg mVs cm m3/s

-015 216 72 000 500 6m75

-0:10 +0,95 +0,40 0,583 0,101 4,76 65 000 5,26 +0,50 0,174

+ * Sensibilité: écart en m3/s pour une variation de niveau de 1 cm

-la différence entre les valeurs moyennes des hauteurs d’eau observées sur les 2 échelles

Nous avons 2 séries d’échantillons de hauteur d’eau: celle de 1927/1948 et celle commençant en 1968.

II n’a pas eu de grosse différence climatique notable entre les années d’observation de ces deux échantillons. La distribution de leurs valeurs moyennes annuelles suit ,en vertu du Théorème central limite (vu l’importance du bassin versant), une loi normale (loi de GAUSS). La différence entre la moyenne de chaque échantillon donnera la valeur du décalage.

Avec les hauteurs d’eau, l’échelle ancienne (18 ans d’observations) donne une moyenne interannuelle de la hauteur d’eau de 3,96 m.

L’échelle actuelle (25 ans d’observations) donne 4,79 m.

Le décalage serait de 83 cm.

Mais il est préférable de travailler en débits et non en hauteurs d’eau car, bien évi- dement, la relation hauteur-débit est loin d’être linéaire. Une approche, avec des décalages successifs différents, donne une valeur égale des débits moyens interannuels (169,7 milliers de m3/s sur la période 1968/1995) lorsque le décalage est 82 cm.

-Conclusion La différence de niveau avec la crue de 1953, déterminée par les délaissés indi-

qués en 1994, soit 41 ans plus tard (donc un peu suspects) est de 72 cm. La moyenne pondérée des écarts entre les 3 premiers jaugeages et la courbe de

tarage donne 78 cm. Le coefficient de pondération est la sensibilité. La méthode statistique donne 82 cm. II paraît logique d’adopter une valeur moyenne de 77 cm. L’ancienne échelle serait

probablement 77 cm au-dessus de l’échelle actuelle. Cette valeur est confirmée par la cote des débordements. D’après Oltman, ils ont

lieu quand la hauteur de l’Amazone est supérieure à 6,9 m à l’ancienne échelle (Oltman, 1965). La fiche technique de l’installation de la nouvelle station hydrométrique de 1968 donne la valeur 7,62(!) m comme limite inférieure des débordements, ce qui correspond bien à un décalage de 0,7 m.

En définitive, par rapport au repère CPRM “RN4” (8,144 m), les zéros des échelles successives sont:

-Ancienne échelle: 8,91 m -Echelle “Oltman”: 8,91 m -Echelle 1967: 8,23 m -Echelle actuelle: 8,14 m

Le repère de nivellement de 1967 (marche de l’escalier du Marché Municipal) est, toujours d’après le repère CPRM, à l’altitude 8,503 m.

Remarque II est fort probable que, en 1967, les hydrologues se soient efforcés d’aligner le zé-

ro de la hauteur d’eau sur l’échelle de 1927. Le décalage actuel s’explique: -par une imprécision dans la détermination du zéro de f’ancienne échelle à l’aide

des photographies. -par la très classique erreur de 1 mètre. Erreur à craindre sur le décalaqe Une erreur de 1 cm sur le décalage entraîne :

-une erreur de 0.22% sur la valeur du module annuel, -une erreur de 0,18% sur les étiages (hauteur d’eau de l’ordre de 1 m), -une erreur de 0.38% sur les hautes eaux (hauteur d’eau de l’ordre de 7 m), -une erreur de 0.47% sur les très hautes eaux (hauteur d’eau de l’ordre de 8 m).

Pour quelques centimètres, l’erreur est inférieure à la précision d’un bon jaugeage. Par contre traiter les débits de l’ancienne échelle comme si elle était avec le même zéro que l’échelle actuelle entraîne une erreur de 16,9%, ce qui est considérable.

2-l-A MESURE DES DEBITS A 6BtDOS

La station hydrométrique d’i)BIDOS, sur l’Amazone, mesure les plus forts débits au Monde. Aussi, depuis une quarantaine d’années, bon nombre d’hydrométristes se sont préoccupés à mesurer ces débits et ont tenté d’établir un étalonnage. Le problème n’est pas facile.

6

Bien que située à prés de 700 km de l’embouchure, QBIDOS est la station de me- sure la plus en aval. La faible pente du fleuve (IQUITOS, au Pérou, n’est qu’à 80 m d’altitude tout en se situant à 2 700 km de l’embouchure) fait que la marée de l’océan Atlantique re- monte très en amont. Même à QBIDOS, les enregistrements du limnigraphe indiquent une oscillation journalière due à la marée, en basses et moyennes eaux. Huit mesures de débit, réalisées lors du très sévère étiage de 1995, le 17 Novembre, semblent indiquer que cette in- fluence soit négligeable sur les débits.

La section de mesure, primitivement au droit d’CBIDOS, a été transférée 2 km en aval. A cet emplacement, la rive droite est très légèrement plus haute que la plaine d’inonda- tion en face d’OBIDOS, comme l’indique une borne-repère de nivellement à la cote 8,04 m. Pendant quelques kilomètres, l’Amazone coule dans un chenal sans aucun débordement possible excepté en hautes eaux exceptionnelles. La largeur n’est plus que de 2.300 m, alors qu’en aval et en amont elle peut atteindre 10 km et plus. La profondeur est supérieure à 50 m. La vitesse de l’eau dépasse 2 m/s, tant en surface qu’au fond. Un balisage permanent a été implanté fin 1969.

Ce chenal est dangereux pour la navigation. En 1988, Monsieur Ronald PINTO CARRETEIRO -Président Directeur de la Companhia de Navegaçao da Amazônia- indiquait que prés de 70 bateaux y avaient déjà sombré! II y a le vent, les vagues, les corps flottants et les autres bateaux. Aussi travailler avec un bateau ancré est une folie. Mais quelques capitai- nes ont tenté de faire, sans amélioration de la qualité de la mesure bien significative eu égard aux risques encourus (jaugeage no 16 -ancré- par rapport au no 17 -non ancré-, jaugeages no 18 et 19, no21 et 20).

2.1 Méthodes de mesure des débits de l’Amazone à QBIDOS

2.1.1 Méthode dite “des grands fleuves” La mesure s’effectue dans la section de jaugeage, verticale par verticale, avec de

2 à 6 points de mesure de la vitesse de l’eau par verticale. 10 verticales, au moins, sont ainsi traitées.

Le bateau n’est pas ancré et toute la difficulté consiste à le maintenir le mieux possible à la fois dans la section de jaugeage et à la distance choisie pour la verticale. “La plupart des bateaux utilisés par les hydmlogues, tel le “Gamboinha Ill”, n’ont pas de com- mande directe du moteur depuis le poste de pilotage. Seul existe un long fil mécanique qui va actionner une sonnette située près du moteur et de son pmposé, malisant un “chadbum” très simplifié (un signal = “ralenti”, deux signaux = “plus vite”, 3 signaux = “changement de marche’?. C’est dire toute la dextérité des pilotes qui am’vent, dans de telles conditions, à garder la position du bateau à quelques mètres ~II%” (Jaccon, 1987).

La détermination de la position s’effectue soit avec un sextant (ou un cercle hydro- graphique) depuis le bateau, soit avec 2 théodolites à la rive, où les observateurs communi- quent par radio avec le bateau. L’utilisation de géodimètres (genre WILD-DISTOMAT) com- mence a être employée: un seul opérateur, à la rive, suffit.

La mesure des vitesses sur la verticale et le calcul du débit sont classiques.

2.1.2 Méthode dite “CAMREX” La méthode est assimilable à celle des “grands fleuves” à la différence que la me-

sure des vitesses s’effectue par intégration verticale du champ des vitesses, tant à la descente qu’à la remontée du moulinet. C’est une méthode excellente, à la condition que le point de remonté soit très proche du point de départ.

Elle a été injustement décriée car, à l’exception d’un seul jaugeage, les résultats obtenus sont bons.

7

2.1.3 Méthode du “bateau mobile” Elle a été mise au point par G.F SMOOT vers 1967. C’est une mesure par intégration horizontale de la vitesse de surface. Le bateau se

déplace d’une rive à l’autre, avec un moulinet hydrométrique mesurant en continu la vitesse de l’eau à lm de profondeur.

Deux variantes ont été officialisées par I’AFNOR: -l’une consiste à mesurer l’angle pris par le moulinet hydrométrique par rapport à

l’axe de la section de jaugeage et à utiliser cet angle pour calculer les composantes de la vi- tesse de déplacement du bateau le long de la section, d’une part, et de la vitesse de l’eau, d’autre part,

-l’autre consiste à déterminer la position du bateau en un certain nombre de points sur la section de jaugeage (théodolites, sextant...)et à en déduire, par le calcul, les 2 compo- santes de vitesse.

Seule la première méthode a été utilisée à QBIDOS. Connaissant la vitesse moyenne de surface, le débit écoulé sera facilement calculé

si l’on connaît: -la section mouillée (déterminée généralement par un relevé à l’écho-sondeur), -le rapport existant entre la vitesse moyenne dans la section mouillée et la vitesse

moyenne de surface.

2.1.4 Appareillage de mesure par effet Doppler (ADCP) Cet appareillage est de création très récente (1991). C’est le fruit du développe-

ment, en parallèle, de matériels de mesures océanographiques. Quatre émetteurs-récepteurs ultrasonores effectuent des mesures de temps d’al-

ler-et-retour dans quatre directions différentes. La combinaison de ces mesures permet de connaître:

-la position du bateau -la profondeur de l’eau -la vitesse de l’eau à diverses profondeurs -la direction du vecteur de vitesse -l’affaiblissement du signal (ce qui correspond à la charge solide en suspension

dans I’eau)....et bien d’autres choses encore. Un micro-ordinateur portable est nécessaire. Tout comme pour la méthode du “bateau mobile”, l’équipement embarqué va d’une

rive à l’autre. Le système va calculer, au fur et à mesure, le débit écoulé depuis la rive de départ.

Tout revient à considérer la traversée comme une succession de verticales fictives où sont mesurées les vitesses à diverses profondeurs. A la rive d’arrivée, le débit total est affiché. Les positions successives du bateau et & corrections de traiectoires sont déterminées par le système. C’est vraiment époustouflant.

Ce matériel est parfaitement bien adapté à l’Amazone et aux grands fleuves brési- liens.

Les inconvénients sont: -un prix assez élevé (50 000 US$), -l’appareil ne fonctionne que pour une certaine plage de profondeurs. Un instru-

ment multi-profondeurs n’existe pas encore, -le matériel, bourré de plaques électroniques, n’est pas encore d’une fiabilité cer-

taine.

a

2.2 Résultat des mesures de débit de l’Amazone à CBIDOS

De 1963 à Juillet 1996, 122 mesures de débit ont été effectuées. Les principaux intervenants ont été: -les hydrologues de 1’U.S Geological Survey, qui ont réalisé 7 mesures de très

bonne qualité par la méthode “des grands fleuves”, ceux du Projet CAMREX (groupement scientifique englobant l’Université de Washington (USA), celle de Sao Paulo et l’Institut de Recherches Amazoniennes), avec 11 mesures effectuées suivant leur propre méthode,

-enfin les hydrologues du Departamento National de Aguas e Energia Elétrica (DNAEE) qui ont utilisé, tour à tour, la méthode des “grands fleuves”, celle du “bateau mobile” et enfin le système ADCP pour réaliser 103 mesures.

Sur ces 122 mesures, la grande majorité a été faite par la méthode du “bateau mobile” (66 mesures). La méthode des “grands fleuves” a été employée 16 fois, celle du Projet CAMREX 11 fois et le matériel ADCP, tout nouveau, 5 fois.

2.2.1 Distribution des jaugeages Fonction de la hauteur d’eau et du débit, la totalité des jaugeages se distribuent

d’une manière extrêmement “nuageuse” qui rend impossible tout tracé de la courbe de tarage avec un minimum de précision.

L’élimination de la totalité des jaugeages effectués suivant la méthode du “bateau mobile” donne alors une heureuse surprise. Mis à part 4 jaugeages, les 30 autres se distri- buent comme si la station était univoque. Les jaugeages incriminés sont:

-le jaugeage no 22 (h= 6,19 m Q= 222 000 ms/s), effectué par un excellent hydro- métriste de I’ORSTOM, qui a mesuré le débit 2 fois avec 2 méthodes différentes (grands fleu- ves et bateau mobile).

-le jaugeage no24 (h = 666 m, Q = 175 000 ms/s) de la CAMREX (pour lequel nous ignorons tout du détail des mesures), effectué à la crue, et bien en dessous des autres jaugeages.

% 0 15oooo-

lOOOW-

i

0

50000

l

-100 1

100 2cKl 300 400 500 600 700 800 900

Hauteur d’eau (cm)

Jaugeages à OBIDOS (totalité).

9

-le jaugeage n” 29, (h = 4,90 m, Q = 210 000 m3/s) qui se situe en période de dé- crue et avec une vitesse moyenne de l’eau (1,81 m/s) nettement supérieure aux autres vites- ses moyennes (environ 1,5 m/s) des jaugeages effectués pour une hauteur d’eau voisine. La superficie de la section mouillée ne présente pas d’anomalie.

-le jaugeage no34 (h = 6,85 m Q = 193 000 k), très récent, effectué avec I’ADCP. Le résultat est faible. L’écart à la courbe de tarage est de même ordre de grandeur que celui du jaugeage n”22.

Liste des jaugeages retenus

Numéro Date Hauteur Débit Organisme 1 16/07/1963 657 216.000 USGS 2 20/11/1963 27 72.500 USGS 2 09/06/1964 553 165.000 USGS 4 24/05/1967 684 227.075 USGS+Hy 5 06/02/1968 299 123.434 USGS 6 22111 Il969 99 84.740 USGS 7 22/04/1971 701 223.380 DNAE 6 05/09/1982 496 161.300 CAMX 9 13/12/1982 235 121.900 CAMX 10 12/04/1983 522 170.100 CAMX 11 15/07/1983 519 169.700 CAMX 12 15/11/1983 86 92.100 CAMX 13 04/03/1984 527 177.000 CAMX 14 31/07/1984 636 202.900 CAMX 15 2210811984 558 168.100 CAMX 16 10/05/1985 588 177.833 DNAE 17 14/05/1985 594 183.200 DNAE 16 09/09/1985 424 166.023 DNAE 19 12/09/1985 411 160.400 DNAE 20 06/12/1985 231 122.510 DNAE 21 09/12/1985 251 126.043 DNAE 22 15/07/1987 619 221.810 DNAE 23 12/12/1988 254 123.600 CAMX 24 07/05/1990 686 174.600 CAMX 25 09/09/1991 497 153.400 CAMX 26 28/06/1993 707 256.973 DNAE 27 26/10/1993 194 120.760 DNAE 26 21/06/1994 749 279.297 DNAE 29 23/09/1994 490 210.000 DNAE 30 24/03/1995 494 157.380 4DCP 31 05/07/1995 651 196.700 L\DCP 32 17/11 /1995 28 80.400 4DCP 33 17/1 1/1995 23 82.400 4DCP 34 18/07/1996 685 193.000 4DCP

2.2.2 Relation hauteur-débit En ne tenant pas compte des 4 jaugeages ci-dessous, la dispersion, entre une

courbe de tarage considérée comme univoque, et les points de jaugeage n’est que de 4,6% (CT = 3,8%). Cette dispersion peut être considérée comme acceptable. Par conséquent la relation hauteur-débit sera, dans un premier temps, univoque.

10

D’autant plus que l’utilisation de la méthode du “gradient limnimétrique” (Jaccon, 1966) avec des pas de temps successifs de 1, 2 , 5 et 10 jours, ne donne aucune améliora- tion dans la dispersion. La méthode “des stations à 2 échelles” n’est pas applicable car il existe des lacunes dans les relevés limnimétriques de SANTAREM (seconde échelle).

2.2.3 Extrapolation de la courbe de tarage L’extrapolation de la courbe vers le bas, pour les faibles débits, est quasi inexis-

tante puisque 2 jaugeages récents ont été effectués à la cote 0,23 m et 0,26 m pour un étiage absolu à -0,22 m

L’extrapolation des hautes eaux est plus importante: le plus fort jaugeage a été ef- fectué à la cote 7,49 m tandis que la plus forte crue est à 927 m. A l’extrapolation du débit du lit majeur doit s’ajouter celle du lit mineur à cause des débordements.

350 ooo -

3ooooo-

250 ooo -

o USGS = DNAEE A CAMREX Q ADCP

F2ooooo- 2 z D 15oooo-

lOOCKN-

100 200 300 400 500

Hauteur d’eau (cm)

600 700 800 900

Jaugeages retenus - Relation Hauteur-Débit

Débordements en période de crue Des débordements dans le lit majeur ont lieu quand la cote à la station limnimétri-

que est supérieure à 7,6 m (Oltman, 1965). Ce fait a été confirmé par les hydrologues qui ont effectué le jaugeage record à la cote 7,49 m: ils ont survolé CBIDOS et n’ont pas vu trace de débordements.

Jusqu’à présent aucun jaugeage du lit majeur n’a été effectué et c’est dommage. II faut dire (et l’expérience parle) que c’est un travail dur et fastidieux. Le lit majeur à OBIDOS mesure une trentaine de kilomètres de long (Oltman, 1965) et se déplacer en ligne droite, dans moins d’un mètre d’eau, n’est pas facile. Heureusement aujourd’hui les récepteurs por- tables GPS peuvent aider sérieusement à régler le positionnement des points de mesure.

En prenant pour base de calcul: -lit majeur de 30 km de largeur,

-vitesse de l’eau de l’ordre de 1 ,O m/s, le débit dans le lit majeur, pour une cote à CBIDOS de 93 m (avec une profondeur

moyenne de 0,7 m dans le lit majeur) serait de 21 000 /s.

11

Pour cette cote de 930 m, l’extrapolation logarithmique du lit mineur donne un débit de 376 000 m3/s. Nous admettrons un débit total de 400 000 m3/s pour cette cote. Les débordements représentent à peu près 5% du débit total, ce qui est peu.

Ceci dans l’hypothèse que la valeur de 21 000 m% soit proche de la réalité, tout comme les 376 000 m3/s d’ailleurs. Et en admettant que ces 21 000 ms/s reviennent effecti- vement dans l’Amazone en contournant la section de mesure.

II faut souligner ici la justesse de l’évaluation de Jean RODIER et Marcel ROCHE qui ont, en 1962, estimé cette crue à 370 000 m3/s (Rodier & Roche, 1964) alors qu’ils ne disposaient que des valeurs erronées des débits antérieurs à 1946 et que d’un seul jaugeage de très hautes eaux (223 000 m3/s). Mais ils avaient, pour eux, leur longue expérience en hy- drologie tropicale...

3-ETUDE STATISTIQUE DES DEBITS DE L’AMAZONE A OBIDOS

La traduction des hauteurs en débits n’a présenté aucune particularité, de même que les calculs classiques des débits mensuels et annuels. Bien sûr, il a été tenu compte des 77 cm de décalage dans les hauteurs d’eau entre les deux séries d’observation (1926/46 et depuis 1966).

Une corrélation hydro-pluviométrique serait intéressante mais il n’a pas été possi- ble de calculer, faute de temps, la pluviométrie moyenne de MANAUS à GBIDOS.

La variation lente et régulière des paramètres (modules, étiages et crues) font qu’ici toutes les lois statistiques classiques (Gauss, Galton, Pearson III, Gumbell, Goodrich) sont valables. Le plus difficile est de choisir la bonne distribution, ce qui n’est pas facile.

3.1 Débits moyens intermensuels

vation. Ces débits ont été calculés sur un échantillon variant de 46 à 46 années d’obser-

L’année hydrologique commence au 01 Novembre et se termine, bien sûr, le 31 Octobre de l’année suivante (voir justification du mois de début en 3.3).

Le régime est tout à fait régulier: une seule crue et un seul étiage. La symétrie en- tre montée des eaux et décrue est quasi parfaite.

Cette régularité va se retrouver dans toutes les autres caractéristiques du régime: modules, étiages et crues.

DEBITS MOYENS INTERMENSUELS Mois Débit en Nombre d’années

milliers de ms/s d’observation Novembre 107 46 Décembre 116 46 Janvier 133 46 Février 154 46 Mars 175 47 Avril 206 47 Mai 240 48 Juin 240 48 Juillet 213 48 Août 177 47 Septembre 143 47 Octobre 114 46

Module interannuel: 166 000 m3/s

12

Modules, étiages et crues (période 1926-1995)

qnnée 1928 1929 1930 1931 1932 1933 1934 1935 1936 1937 1938 1939 1940 1941 1942 1943 1944 1945 1946 1947 1948 1949 1950 1951 1952 1953

Modules

166.0 166.0 154.0 175.0 164.0 181.0 184.0 145.0 150.0 162.0 183.0 164.0 165.0 162.0 172.0 188.0 157.0 183.0

Fiii@i 100.0 93.2 107.0 95.6

101.0 90.4 129.0 89.3 90.3 89.3 101.0 126.0 119.0 91.8 98.4 93.8 105.0 94.5 99.9

Crues 284.0 276.0 243.0 230.0 260.0 256.0 292.0 299.0 212.0 212.0 257.0 281.0 213.0 231.0 236.0 260.0 309.0 244.0 283.0 213.0 288.0 356.0 368.0 283.0 317.0 394.0

Année 1967 1966 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1963 1964 1985 1966 1967 1966 1969 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996

179.0 179.0 172.0 191.0 196.0 194.0 166.0 175.0 169.0 135.0 147.0 lai.0 138.0 166.0 154.0 175.0 165.0 158.0 206.0 165.0 167.0 131.0 174.0 200.0 151.0

ftiage!

113.0

94.5 120.0 109.0 123.0 127.0 106.0 95.4 118.0 113.0 90.4 91.2 66.3 86.1 86.1 105.0 113.0 125.0 92.2 92.3 120.0 03.4 82.5 91.8 106.0 106.0 75.0

i(

t I irues 227.0 202.0 :210.0 229.0 286.0 264.0 250.0 283.0 307.0 327.0 269.0 257.0 267.0 176.0 191.0 302.0 179.0 259.0 190.0 244.0 231.0 228.0 346.0 235.0 248.0 180.0 262.0 296.0 219.0 122.0

(La cruecorrespond B l'année calendaire. L'étiage correspond au minimum de debit en fin de décrue. Le module est calculé sur la période commençant le 1 Novembre de l'année précédente et se terminant le 31 Octobre de l'année calendaire)

3.2 Etude des modules 43 modules ont été calculés puis analysés.

Le module le plus fort est de 206.000 ms/s Le module le plus faible est de 131 .OOO m% Module moyen: 169.000 m% Ecart-Type: o = 16.600 m% Coefficient de variation: 0,099

II aurait été bien surprenant que la distribution des modules ne suive pas une loi normale (loi de Gauss).

L’immensité du bassin versant fait que le débit moyen annuel est la résultante d’une myriade de phénomènes aléatoires: le Théorème central limite s’applique. La loi de dis- tribution est celle de Gauss.

13

C’est bien le cas ici car nous avons: -56% de l’échantillon compris entre (moyenne - 2/30) et (moyenne + 2/30) pour

théoriquement 50% -72% de l’échantillon compris entre (moyenne - CT) et (moyenne + CT) pour théori-

quement 66% -95% de l’échantillon compris entre (moyenne - 20) et (moyenne + 20) pour théo-

riquement 95% -100% de l’échantillon compris entre (moyenne - 30) et (moyenne + 3a) pour

théoriquement 99,7%

Distribution des Modules à OBIDOS

220

210

200

g 190 E g 180

2 170

E 160

3 150

l 140

130

120

110.....,....................

0 02 014 08 08 1

Fréquence de la Distribution

Voici les résultats de l’ajustement:

Module annuel (en milliers de m3/s)

Décennale Moyenne Décennale séche humide

147 169 191

Module interannuel: 169 000 m3/s Module spécifique interannuel: 36,l Ils/km2 Lame équivalente: 1 140 mm Avec une pluviométrie interannuelle moyenne à CBIDOS de 2 520 mm (Guyot et

a/.,1994), le déficit d’écoulement est de 1 360 mm, valeur bien proche de l’évaporation trans- piration potentielle sur le bassin amazonien. Les valeurs de cette évapotranspiration n’ont pas été disponibles pour cette étude mais, par comparaison, I’évapotranspiration potentielle est de 1 100 mm à BRAZZAVILLE (Riou, 1972) et de 1240 mm à BANGUI (Callède, 1992). Les écologistes peuvent dormir tranquille.

14

Ecart-Type: o = 16 999 m3/s Coefficient de variation: 0,101 X2 : 921, ce qui avec 5 degrés de liberté donne une fréquence au dépassement

supérieure à 0,100.

Coefficient K3: 1,30 Le coefficient K3 caractérise l’irrégularité interannuelle. C’est le rapport entre le

module annuel de l’année décennale humide par rapport à celui de l’année décennale sèche.

Ici un rapport K3 de 1,30 indique une grande régularité d’une année à l’autre.

3.3 Etude des étiaaes

L’échantillon est ici de 46 valeurs, des années incomplètes ayant pu être utilisées.

3.3.1 Date d’apparition des étiages L’étiage, sur ces 46 années, est apparu entre le 23 Septembre et le 24 Décembre. La distribution des jours d’apparition suit une loi normale. II en résulte: -jour d’apparition le plus probable: 8 Novembre, -une fois sur 2 l’étiage aura lieu entre le 27 Octobre et le 20 Novembre, -une fois sur 5 l’étiage aura lieu entre le 2 et le 13 Novembre, -une fois sur 10 l’étiage aura lieu entre le 5 et le 10 Novembre.

C’est pourquoi Novembre a été choisi pour débuter l’année hydrologique.

3.3.2 Distribution des débits d’étiage Les 46 valeurs indiquent que: L’étiage le plus soutenu est de 129.000 m3/s L’étiage le plus sévère est de 75.000 m3/s Etiage moyen: 102.000 m3/s Ecart-Type: (3 = 13.300 m3/s Coefficient de variation: 0,130

Par définition, la distribution est bornée coté minimum par le débit de valeur zéro. Elle est donc dissymétrique. Mais l’analyse statistique montre que l’échantillon accepte la to- talité des lois statistiques. II ne sera retenu que celles dont l’expérience a montré qu’elles sont les mieux appropriées à traiter des basses eaux, c’est à dire Galton et Pearson III.

l Débit d’étiage (millers de m/3/s) pouvant ne pas Lois de être atteint une année sur : I

2 5 10 20 50 GALTON 102 94.6 84.5 79.6 74.1

PEARSON III 101 94.0 85.2 81.3 75.9

Valeur adoptée 102 94 85 80 75 I

Ecart-Type: o = 13 500 m% Coefficient de variation : 0,132

15

Test du x2 : -Loi de Galton : XZ = If),62 avec 6 degrés de liberté d’où une’ probabilité

de dépassement de 0,095. -Loi de Pearson III : Xz = 9,21 avec 5 degrés de liberté d’où une’ pro-

babilité de dépassement supérieure à 0,100. Ces valeurs montrent, d’une part, la grande régularité des étiages d’une année à

l’autre et, d’autre part, que les débits d’étiages sont extrêmement bien soutenus: rappelons que la crue décennale du Congo à BRAZZAVILLE est inférieure à l’étiage cinquantenaire de l’Amazone à 6~1~0s.

Distribution des Etiages à OBIDOS

140

g 130 (loi de Galton)

E .g 120

$ 110

E 100

5 u) go

iii 60 z

70 0 02 0,4 04 03 1

Fréquence

3.4 Etude des crues Cette étude est assez délicate puisqu’elle traite des plus forts débits observés au

Monde. La crue de 1953 Cette crue est la plus forte observée à CBIDOS. La hauteur à l’échelle est évaluée à 8,27 m, avec une précision de l’ordre de f 5

cm. Une première détermination provient de la hauteur (estimée) du délaissé de la crue

sue l’ancienne échelle: 75 m (Oltman, 1968). Cette valeur est confirmée par la corrélation avec la station hydrométrique de SANTAREM, qui indique une hauteur de 7,59 m (voir ci- après) et par une autre (7,6 m) avec la station de TAPERINHA (30 km en aval de SANTAREM) aujourd’hui abandonnée (Oltman, 1968). Une seconde provient d’un nivellement effectué en 1994 et situant la hauteur de la crue à 8,22 m sur la nouvelle échelle. Ceci donne toute une série de hauteurs de la crue. La valeur adoptée correspond au délaissé de la crue observée par Oltman, majoré du décalage entre l’échelle ancienne et l’actuelle.

Pour cette hauteur, le débit serait de 394 000 m3/s.’ L’influence du décalage entre les 2 séries d’observations (1928/48 et 1968/actuel)

est importante: pour des hauteurs à l’échelle supérieure à 8 mètres, chaque centimètre repré- sente une variation de débit de 2 000 m3/s.

16

Extrapolation des valeurs des crues annuelles Située à 120 kmen d;oBmS, la station hydrométrique de SANTAREM est

bien observée pour les besoins de la navigation fluviale. Mais cette station, bien que très in- fluencée par l’Amazone (elle est située pratiquement au confluent Tapajos-Amazone), contrôle aussi le Rio Tapajos dont le “petit” bassin versant fait près de 500 000 km* !

La corrélation en période de crue (là où l’influence de l’Amazone est prépondé- rante) est excellente: le coefficient de corrélation est de 0.958. Les anomalies sont dues à I’in- fluence de la crue du Rio Tapajos.

II est constaté: -qu’en 1931 ,à l’installation de l’échelle limnimétrique le Service hydrographique

brésilien avait pris la précaution de caler les échelles d’GBIDOS et de SANTAREM à des ni- veaux tels de ces 2 échelles donnaient, en moyennes eaux, des valeurs pratiquement identi- ques. D’une façon pratique il faut, en période de crue, enlever 11 cm à la hauteur de la crue observée à SANTAREM pour avoir la hauteur à CBIDOS (ancienne échelle). C’est ainsi que sont reconstitués les niveaux des crues de 1949 (8,06 m), 1950 (8,13 m), 1951 (7,52 m) et 1952 (7,81 m) (valeurs ramenées à la nouvelle échelle). Pour la crue de 1953, la cote à I’an- tienne échelle d’GBIDOS serait de 7,59 m, mais l’influence du Rio Tapajos, durant cette crue exceptionnelle, est inconnue... .

-que, détruite elle-aussi par la crue de 1953, la nouvelle échelle n’a pas été recons- truite, (par un autre gestionnaire), avec la même préoccupation. II faut, actuellement, ajouter 1,,35 m à la hauteur de la crue observée à SANTAREM pour avoir la hauteur de la crue à OBIDOS. Les crues de 1967 (6,91 m) et 1969 (6,65 m) ont été reconstituées de cette façon.

3.4.1 Apparition des crues Sur 48 années d’observations, toutes les crues sont apparues entre le 03 Mai et le

17 Juin. La distribution des jours d’apparition suit une loi normale. II en résulte: -jour d’apparition le plus probable: 28 Mai, -une fois sur 2 le maximum de la crue aura lieu entre le 20 Mai et le 05 Juin, -une fois sur 5 le maximum de la crue aura lieu entre le 26 et le 30 Mai, -une fois sur 10 le maximum de la crue aura lieu entre le 27 et le 30 Mai.

3.4.2 Distribution des débits de crue L’étude a été réalisée sur un échantillon de 55 crues annuelles.

Ces 55 crues indiquent que: La crue la plus forte est de 394.000 ms/s La crue la plus faible est de 176.000 m3/s Crue moyenne: 259.000 m3/s Ecart-Type: o = 47.250 m3/s Coefficient de variation: 0,182

Là aussi toutes les lois statistiques s’appliquent, vu la régularité dans la variation des valeurs de l’échantillon. La loi nomiale donne une distribution tout à fait correcte !

Compte tenu de l’importance du bassin versant et surtout des débordements dans le lit majeur, la loi la meilleure serait, d’après l’expérience des anciens hydrologues, celle de Goodrich (appelée aussi loi de Weibull). Mais finalement, après avoir utilisé les lois de Galton, Gumbell et Pearson III, c’est cette dernière qui donne le meilleur ajustement (l’écart entre les diverses lois est insignifiant).

17

Les ajustements ont été menés en 2 étapes: -d’abord avec un échantillon réduit à 51 échantillons (les estimations des an-

nées 1949 à 1952 pouvant, dans un premier temps, être considérées comme suspectes à cause des très fortes crues de 1949 et de 1950).

-ensuite avec un échantillon de 55 valeurs englobant la période 1949-1952. La parfaite adaptation des crues de 1949 à 1952 ont conduit à travailler que sur

cet échantillon ‘de 55 valeu&.

I Débit de crue (millers de m131s) pouvant être I Lois de 1 atteint ou dépassé une année sur :

GOODRICH GALTON

GUMBELL PEARSON III 256

Valeur adoptée 1 258

5 -10 20 1 50 289 324 339 356 280 321 342 368 279 329 358 396 282 321 341 364

283 325 345 362

Ecart-Type: CT = 53 400 m3/s Coefficient de variation: 0,207 Test du x2 :

-Loi de Goodrich : x2 = Il,99 avec 7 degrés de liberté d’où une proba- bilité de dépassement supérieure à 0,100.

-Loi de Galton : X2 = Il ,99 avec 7 degrés de liberté d’où une probabilité de dépassement supérieure à 0,100.

-Loi de Gumbell : X2 = 13,34 avec 8 degrés de liberté d’où une proba- bilité de dépassement de 0,098.

-Loi de Pearson III : X2 = II ,99 avec 7 degrés de liberté d’où une pro-

Distribution des Crues à OBIDOS

babilité de dépassement supérieure à 0,100.

400

f 350 E

4 300 2 Q p s 250

a 2 200 0

150 0 0,l 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,6 0,9 1

Fréquence

18

Estimation de la crue centenaire Avec un échantillon de 55 valeurs, il est possible d’avoir une estimation de la crue

centenaire avec une assez bonne précision. Les diverses lois donnent des valeurs décennales comprises entre 378 000 et 416

000 m3/s.

Valeur adoptée pour la Crue centenaire: 390 000 m3/s

La crue de 1953 est centenaire.

Estimation de la crue millénaire L’excellente adaptation des lois statistiques à l’échantillon des crues observées ou

estimées autorise une estimation de la crue millénaire de l’ordre de

430 000 à 460 000 m3/s

Remarque: on retrouve, ici, la constatation faite déjà depuis une trentaine d’années par Y. Brunet-Moret, hydrologue et remarquable statisticien de I’ORSTOM: la différence de débit entre la crue annuelle et la crue décennale est b même qu’entre la décennale et la cen- tenaire et qu’entre la centenaire et la millénaire.

4XONCLUSION

Cette étude ne désirait que donner des chiffres à peu près exacts des débits de l’Amazone. Elle montre en plus la grande régularité de ce gigantesque fleuve.

Cette régularité n’est pas le fait du hasard. D’une part, sur les 4 millions de kilomètres carrés du bassin versant, une zone de

pluviométrie déficitaire va être compensée, un peu plus loin, par une zone excédentaire. II est peu probable que, sauf accident dans la Circulation météorologique générale à l’échelle mon- diale, la pluviométrie annuelle sur le bassin amazonien varie beaucoup d’une année à l’autre. Par conséquent le volume ruisselé ne variera pas beaucoup et c’est ce qui explique la régula- rité interannuelle des modules.

D’autre part, un survol aérien du bassin amazonien, en hautes eaux, montre tout un réseau impressionnant de lacs et de canaux (“iguarapés”) qui se remplissent lors de la crue et se vident à la décrue. II ne faut pas oublier les rivières qui coulent dans les 2 sens ni les plaines d’inondations (“varzeas”) dont l’étendue submergée est fonction de l’importance de la crue. C’est le même phénomène, en plus compliqué, que dans la cuvette tchadienne. Ces déversements sont très importants. Ils commencent, pour le Rio Negro (affluent de rive droq pratiquement depuis la frontière avec la Colombie. Pour le Rio Solimoes, ils commencent déjà au Pérou. Pour l’Amazone entière ils ne se termineront su’à l’embouchure. ---

Ceci explique pourquoi les étiages sont si peu importants: la vidange de ces zones alimentent en eau le fleuve. L’écrêtage de la crue dans les plaines d’inondation régularise le débit de la crue.

19

Avec ses 36,l l/s/kmz, l’Amazone n’en demeure pas moins te fleuve “millionnaire” (en superficie de bassin versant) le plus puissant du Monde.

Le tableau suivant permet la comparaison.

Fleuve

Congo Nil Niger Missouri Amour Léna Ob Volga Gange Mékong Yang-t.-Kian Danube Amazone

I

Caractéristiques de quelques fleuves

Assouan (1 SO) Gaya 1 .ooo Hermann 1.368 Komsomols. 1.730 Kusur 2.430 Salekhard 2.950 Volgograd 1.350 Farakka 951,2 Mukdahan 391

K3

1,31 1,62 1,75 2,4 1,61 1,32 1,48 1,5? 2,35 1,36

Mod. spé. Wkm2 11.5

Coef. varia

0,107 0,185 0,218 0,329 0,185 0,ll

0,151 0,175 0,313 0,12

Ceatal Izmai) 807 1,63 7,99 0,192 Obidos ( 4.680 0,109

1,15 1,66 5,76 6,77 4,23 6,21 11,8 21,3 17,6

II ne restera plus, pour compléter l’étude de cette station hydrométrique, qu’à es- sayer de compléter la chronologie des hauteurs d’eau manquantes et de voir, soit dans les ar- chives de la municipalité, soit dans celles des presbytères, s’il n’est pas possible d’obtenir quelques valeurs manquantes (et de bonne qualité) pour améliorer la séquence des étiages et celle des crues.

II ne faut perdre de vue que l’étalonnage doit être mieux précisé et qu’une étude sur la cause des dispersions des points de jaugeages aberrants (mais qui sont d’excellents jaugeages) doit être obligatoirement entreprise.

Quoi qu’il en soit, les valeurs annoncées peuvent être données avec une précision comprise dans la fourchette des 5 %.

Mais ces débits de l’Amazone sont réellement monstrueux...

5-BIBLIOGRAPHIE

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20

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