[A statistical approach using Pearson correlation to assess the stability of the rock mass surrounding the intake tunnel of the Zongo II hydroelectric project]
Keywords:
Penstock, Geology, Geotechnics, Geomechanics, Geophysics, Permeability, Pearson correlationAbstract
Underground hydroelectric facilities constitute strategic infrastructure whose stability depends heavily on the geological, geotechnical, geophysical, and hydrodynamic characteristics of the surrounding rock mass. This study focuses on the intake tunnel of the Zongo II hydroelectric project, located in the Inkisi basin in Kongo Central, Democratic Republic of Congo. It aims to analyze the relationships between the fracturing of feldspathic sandstones and their mechanical, geophysical, and hydrodynamic properties in order to assess the stability of the structure and the risks of groundwater infiltration. The methodology adopted is based on an integrated approach combining geological and structural investigations, laboratory geotechnical tests, geophysical measurements using seismic refraction, and Lugeon hydraulic tests carried out in several boreholes. Forty-two measurement stations were distributed along the tunnel to ensure spatial representativeness of the data. The relationships between geomechanical, geophysical, and hydrodynamic parameters were statistically analyzed using Pearson's correlation coefficient in the Python Anaconda environment. The results show that the rock mass is generally compact, resistant, and has low permeability. Strong positive correlations between RMR, Q-system, RQD, UCS, and Vp indicate good geomechanical quality and high rock compactness. Conversely, negative correlations with hydrodynamic parameters indicate that fractured zones promote water infiltration and reduce local stability. This study concludes that integrating geotechnical, geophysical, and hydrodynamic approaches is an effective tool for improving the safety, durability, and management of underground hydroelectric facilities.
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References
Akingboye, A. S., Bery, A. A., Aminu, M. B., Dick, M. D., Bala, G. A., & Ale, T. O. (2024). Caractérisation surface–sous-sol via une modélisation géophysique-géotechnique interfacée et une modélisation de régression optimisée. Modélisation des systèmes terrestres et de l’environnement, 10(4), 5121–5143.
Arandjelović, D. (1966). Méthodes géophysiques utilisées pour résoudre certains problèmes géologiques rencontrés lors de la construction de la centrale hydroélectrique de Trebišnjiga (en Yougoslavie). Prospection géophysique, 14(1), 80.
Buljan, R., & Prelogović, E. (1997). L’importance de l’évaluation des relations structurelles et géologiques dans la construction de la centrale hydroélectrique souterraine d’Ombla. Rudarsko-geološko-naftni zbornik, 9(1), 17–22.
Caballero, Y., et al. (2004). Modélisation des écoulements dans une vallée de haute montagne équipée de centrales hydroélectriques : Vallée du Rio Zongo, Cordillère Real, Bolivie. Hydrological Processes, 18(5), 939–957.
Deyneko, S., Vyzhva, S., & Bernevek, A. (2017). Informatisation des méthodes géophysiques de forage dans le choix de l’emplacement des principales structures de la centrale hydroélectrique. Géophysique, 25.
Ekanem, K. R., George, N. J., Ekanem, A. M., Udosen, N. I., & Thomas, J. E. (2025). Modélisation hydrogéophysique prédictive des conditions souterraines utilisant des données géoélectriques le long d’un chenal d’eau dans l’État d’Akwa Ibom, dans le sud du Nigeria. Researchers Journal of Science and Technology, 5(4), 92–120.
El Osta, M., Masoud, M., & Badran, O. (2021). Estimation des paramètres hydrauliques de l’aquifère basée sur des méthodes hydrogéophysiques dans le delta du Nil occidental, en Égypte. Environmental Earth Sciences, 80(9), 344.
Elias, M. (2002). Gisements de latérite de nickel : Aperçu géologique, ressources et exploitation. CODES Special Publication, 4, 205–220.
Eyinla, D. S., Oladunjoye, M. A., Olayinka, A. I., & Bate, B. B. (2021). Physique des roches et application géomécanique dans l’interprétation des tendances des propriétés rocheuses pour la détection de surpression. Journal of Petroleum Exploration and Production, 11(1), 75–95.
Fang, H., Chen, L., Dlakavu, N., & Shen, Z. (2008). Outil de modélisation et de simulation de base pour l’analyse des transitoires hydrauliques dans les centrales hydroélectriques. IEEE Transactions on Energy Conversion, 23(3), 834–841.
Feng, X. T., Zhou, Y. Y., & Jiang, Q. (2019). Contributions de la mécanique des roches aux récents développements hydroélectriques en Chine. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 11(3), 511–526.
Frankstein, A., Gregorio, A. P., Darrian, D. W. A., & Sugiyono. (2020). Méthode géophysique intégrée, test d’intrusion standard et télédétection pour interpréter, corréler et analyser les causes des glissements de terrain causés par fuite de canalisations d’irrigation : Étude de cas de la centrale hydroélectrique CBLP. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 479(1), 012042. IOP Publishing.
Gelisli, K., & Ersoy, H. (2017). Enquête sur les glissements de terrain utilisant des méthodes géophysiques : Une étude de cas dans le nord-est de la Turquie. Avancées en biologie et sciences de la Terre, 2(1).
Gogoaşe Nistoran, D. E., Ionescu, C. S., Braşoveanu, L., Armaş, I., Opriş, I., & Costinaş, S. (2018). Modéliser les changements hydrodynamiques induits par les centrales hydroélectriques à cours d’eau le long de la rivière Prahova en Roumanie. Journal of Energy Engineering, 144(2), 04017078.
Guo, S., Zhang, Y., Iraji, A., Gharavi, H., & Deifalla, A. F. (2023). Évaluation des propriétés géomécaniques de la roche et estimation des vitesses d’onde. Acta Geophysica, 71(2), 649–670.
Holub, P., & Dumitrescu, T. (1994). Détection des cavités à l’aide de mesures électriques et du géoradar dans une galerie d’amenée d’eau. Journal of Applied Geophysics, 31(1–4), 185–195.
Imran, S., & Rahul, K. (2016). Investigations géotechniques pour localiser une centrale souterraine dans des roches calcaires, Himachal Pradesh, Inde. In Recent advances in rock engineering (RARE 2016) (pp. 141–148). Atlantis Press.
Jembere, D., & Yihdego, Y. (2016). Évaluation de la masse rocheuse en ingénierie pour une centrale hydroélectrique polyvalente : Cas de Genale Dawa (GD-3), Éthiopie. Génie géotechnique et géologique, 34(5), 1593–1612.
Kiraga, M. (2021). Centrales hydroélectriques et processus morphodynamiques fluviaux. Journal of Ecological Engineering, 22(7), 163–178.
Lyubimova, T., Parshakova, Y., Lepikhin, A., Lyakhin, Y., & Tiunov, A. (2020). L’effet du débit d’eau instable à travers les barrages des centrales hydroélectriques sur les régimes hydrodynamiques des bassins supérieurs des réseaux d’eau. Water, 12(5), 1336.
Majewski, R. S., Valenta, J., Tábořík, P., Weger, J., Kučera, A., Patočka, Z., & Čermák, J. (2022). Imagerie géophysique des zones d’absorption et de conduction des racines d’arbres en conditions de champ : Une comparaison des méthodes géoélectriques courantes. Plant and Soil, 481(1), 447–473.
Naithani, A. K., Bhatt, A. K., & Krishna Murthy, K. S. (2009). Investigations géologiques et géotechniques du projet hydroélectrique Loharinag-Pala, Garhwal Himalaya, Uttarakhand. Journal de la Société géologique de l’Inde, 73(6), 821–836.
Naji, A. M., Emad, M. Z., Rehman, H., & Yoo, H. (2019). Hétérogénéité géologique et géomécanique dans les tunnels hydroélectriques profonds : Étude de cas d’une rupture de roche. Tunnelling and Underground Space Technology, 84, 507–521.
Nkodia, H. M. D. V. (2017). Style tectonique et structural de la formation de l’Inkisi à Brazzaville, République du Congo.
Nzita, A. M., Mizengi, L. M., Ndiwulu, G. W., Ngoma, G. D., Umba-di-Mbudi, C. N. Z., Ngimbi, R. M., & Phuati, E. P. (2024). Analyse statistique du vieillissement des composants électriques dans le groupe 6 de la centrale hydroélectrique Inga 2 après des arrêts brusques. Recherche computationnelle et expérimentale sur les matériaux et les énergies renouvelables, 7(2), 78–92.
Nzita, A. M., Nkanka, B. N., Ngoma, G. D., & Umba-di-Mbudi, C. N. Z. (2025). Optimisation des prévisions énergétiques à Boma : Étude des algorithmes PSO et Leap-Nemo (2023–2053). Revue Congolaise des Sciences et Technologies, 4(4), 801–809.
Nzita, A. M., Nkanka, B. N., Ngoma, G. D., & Umba-di-Mbudi, C. N. Z. (2025). Optimisation des prévisions énergétiques chez Boma pour 2023 à 2053 en utilisant les techniques d’apprentissage automatique de l’algorithme PSO. Recherche computationnelle et expérimentale en matériaux et énergies renouvelables, 8(1), 104–125.
Nzita, A. M., Phuati, E. P., Ngimbi, R. M., Ngoma, G. D., & Mavungu, N. M. (2024). Investigation of lateral vibrations in turbine-generator unit 5 of the Inga 2 hydroelectric power plant. IgMin Research, 2(4), 255–260. https://doi.org/10.61927/igmin173
Onyelowe, K. C., Ebid, A. M., Hanandeh, S., & Kamchoom, V. (2025). Évaluation du comportement des pentes pour la prédiction géophysique des écoulements avec des combinaisons avancées d’apprentissage automatique. Scientific Reports, 15(1), 6531.
Pasculli, A., Calista, M., & Sciarra, N. (2018). Variabilité des états locaux de contrainte résultant de l’application des méthodes de Monte Carlo et des différences finies à l’étude de stabilité d’une pente sélectionnée. Engineering Geology, 245, 370–389.
Pinheiro, M., Emery, X., Miranda, T., Lamas, L., & Espada, M. (2021). Utilisation de scénarios géotechniques pour l’analyse de structures souterraines : Une étude de cas dans un complexe hydroélectrique du nord du Portugal. Tunnelling and Underground Space Technology, 111, 103855.
Pujades, E., Jurado, A., Orban, P., & Dassargues, A. (2019). Évaluation paramétrique des changements hydrochimiques liés au stockage hydroélectrique par pompage souterrain. Science of the Total Environment, 659, 599–611.
Remelli, S., Petrella, E., Chelli, A., Conti, F. D., Lozano Fondón, C., Celico, F., … Menta, C. (2019). Caractérisation hydrodynamique et de la biodiversité des sols lors d’un glissement de terrain actif. Water, 11(9), 1882.
Rezaei, S., Shooshpasha, I., & Rezaei, H. (2018). Corrélation empirique entre les paramètres géotechniques et géophysiques dans une zone de glissement de terrain : Étude de cas du glissement de terrain de Naigeschal. Revue de recherche en sciences de la Terre, 22(3), 195–204.
Stewart, M. T. (1999). Des investigations géophysiques. In L’intrusion d’eau de mer dans les aquifères côtiers : Concepts, méthodes et pratiques (pp. 9–50). Springer.
Sun, S. Q., Huang, R. Q., Pei, X. J., & Zhao, S. J. (2016). Classification géologique en ingénierie des plans structurels pour les projets hydroélectriques dans les basaltes d’Emeishan. Journal of Mountain Science, 13(2), 330–341.
Takahashi, T. (2004). ISRM suggested methods for land geophysics in rock engineering. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 41(6), 885–914.
Takahashi, T., Takeuchi, T., & Sassa, K. (2006). L’ISRM a suggéré des méthodes pour la géophysique des forages en génie des roches. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 43(3), 337–368.
Vyzhva, S., Onyshchuk, V., Onyshchuk, I., & Reva, M. (2017). Investigation des structures géologiques souterraines utilisant des méthodes géophysiques sur le territoire de la centrale hydroélectrique (HPP). In 16e Conférence internationale sur les aspects théoriques et appliqués de la géoinformatique (Vol. 2017, No. 1, pp. 1–6). Association européenne des géoscientifiques et ingénieurs.
Wang, A. M., Li, X. G., Huang, Z. Q., Huang, X. C., Wang, Z. F., Wu, Q., … Lu, X. J. (2015). Étude en laboratoire sur les caractéristiques géologiques techniques et le mécanisme de formation des roches altérées de la centrale de pompage-pompe de Tianchi du Henanchi, en Chine. Environmental Earth Sciences, 74(6), 5063–5075.
Yakovliev, Y., Rogozhin, O., Stefanyshyn, D., Kreta, D., Anpilova, Y., & Myrontsov, M. (2024). Risques environnementaux et géologiques après l’explosion de la centrale hydroélectrique de Kakhovka et options de réhabilitation. In Systems, decision and control in energy VI: Volume II: Power engineering and environmental safety (pp. 537–557). Springer Nature Switzerland.
Yanis, M., Marwan, M., Paembonan, A. Y., Yudhyantoro, Y., Rusydy, I., Idris, S., & Asrillah, A. (2022). Approches géophysiques et géotechniques dans le développement de modèles sous-marins pour la fondation de centrales à gaz. Indian Geotechnical Journal, 52(1), 237–247.
Ye, Y., Cheng, C., Chen, J., Liu, X., Li, X., Chen, G., … Li, P. (2026). Quantification et prédiction de l’hétérogénéité dans les réservoirs clastiques marins grâce à l’apprentissage automatique : Méthodologie et applications. Natural Resources Research, 35(2), 1039–1059.
Yousefpour, N., Liu, Z., & Zhao, C. (2025). Méthodes d’apprentissage automatique pour la caractérisation géotechnique des sites et l’évaluation de l’érosion. Transportation Research Record, 2679(1), 632–655.
Zhou, J. W., Shi, C., & Xu, F. G. (2013). Caractéristiques géotechniques et analyse de stabilité de la pente des agrégats rocheux-sol à la centrale hydroélectrique de Gushui, sud-ouest de la Chine. The Scientific World Journal, 2013, 540636.
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