A New One-Dimensional Numerical Model for the Hydraulics of Sediments in Rivers

Un modle numrique unidimensionnel est dvelopp pour simuler l'volution morphodynamique des rivires.Ce modle, UMHYSER-1D (Unsteady Model for the HYdraulics of SEdiments in Rivers 1D), est un modle hydromorphodynamique unidimensionnel capable de reprsenter les profils de la surface d'eau dans une rivire ou un rseau de chenaux, avec diffrents rgimes d'coulement en prenant compte du transport de sdiments, cohsifs ou non cohsifs.UMHYSER-1D simule des coulement permanent ou non, avec ou sans transport de sdiments.Il a t dvelopp en plusieurs tapes.Dans la premire tape, une bonne partie du code du modle quasi-permanent MHYSER (Modle de l'HYdraulique des Sdiments en Rivires) a t adopt.Il s'agit de la lecture des donnes d'entre, comme la lecture des section transversales et leurs caractristiques hydrauliques, et le module de rsolution des quations de continuit et d'nergie, pour la ligne d'eau, et d'Exner, pour le transport solide, adopte pour des simulations long terme.En effet, dans ce cas, les termes non permanents de l'quation de continuit du transport des sdiments sont ignors.De plus, une mthode de transport des sdiments hors quilibre est utilise.Cette premire tape quoique facile, est trs importante puisqu'elle permet de valider surtout la phase d'coulement permanent et le prtraitement de UMHYSER-1D.Sa validation a t faite en comparant les solutions avec des cas de la littrature.La deuxime tape consiste rsoudre les quations de la phase liquide en rgime non permanent.En effet, l'approche dcouple a t adopte.Pour les coulements non permanents, les quations de Saint Venant sont rsolues en utilisant le schma numrique NewC.Ce choix droge au choix classique, schma de Preissmann, adopt par la plupart des modles disponibles.Ensuite, l'ajout vi de structures hydrauliques et de conditions aux limites internes (courbes de tarages, dversoirs, ponts et vannes) a t fait.La validation ce stade est surtout numrique, par comparaison des rsultats ceux du modle SRH-1D qui utilise le mme schma numrique.L'tape suivante est la rsolution de l'quation de transport des sdiments.Il s'agit d'une quation de convection-diffusion, avec un terme source rsultant de l'rosion/dpt de sdiments, adapte d'une formulation originale d'un modle bidimensionnel, SRH-2D.La rsolution numrique de cette quation de convection-diffusion 1D, valable surtout pour des simulations court terme, fait appel la mthode des pas fractionnaires.D'abord, l'quation sans le terme source est rsolue avec une mthode volumes finis implicite, puis l'quation avec le terme source est rsolue pour obtenir la concentration au pas de temps suivant.Des quations de transport de sdiments non cohsifs et des processus physiques de sdiments cohsifs sont implments pour calculer le dpt/rosion des sdiments en utilisant l'quation de conservation de masse de la phase solide.Pour la validation de cette tape, un recourt au modle SRH-1D a t fait.La quatrime tape du dveloppement de UMHYSER-1D consiste en la prise en compte de la simulation du pavage des rivires et de leurs ajustements horizontal/latral.Le pavage est pris en compte en utilisant le concept de la couche active, qui permet une rosion slective.De plus, UMHYSER-1D tient compte empiriquement des ajustements de la gomtrie du lit en utilisant une relation entre la largeur d'rosion et le dbit, un angle de repos pour la stabilit des berges et trois thories de minimisation.En validant cette tape utilisant une exprience de laboratoire, UMHYSER-1D montre des capacits prometteuses quant son utilisation petite chelle, celle du laboratoire.vii UMHYSER-1D se veut un outil destin l'ingnieur hydraulicien.En effet, son application, dans cette thse, au cas extrme du dluge du Saguenay 1996, a donn des rsultats prsentant une anomalie qui ne pouvait pas tre explique physiquement.En effet, les diffrences entre les rsultats des simulations et les observations releves sur le site prsentent des diffrences acceptables sauf sur quatre kilomtres o la diffrence atteignait vingt mtres.Ceci a forc la validation des donnes de la rivire Ha !Ha !pour dcouvrir que les sections transversales publies depuis 2007 ne sont pas toutes bonnes, pire encore, l'une des sections aprs dluge n'est pas situe dans le lit de la rivire initiale mais plutt est situe dans le nouveau chenal cr aprs que la rivire a dbord.De plus, l'application de UMHYSER-1D l'valuation de l'impact des sdiments en suspension, sur la rivire Aux Sables, montre bien que ce modle peut bien rpondre aux besoins des ingnieurs praticiens.Enfin, UMHYSER-1D se veut aussi un laboratoire numrique destin aux chercheurs en hydraulique fluviale.Par exemple, tester une nouvelle quation de transport solide pour un tronon de rivire de plusieurs kilomtres de longueur, tester les limites d'un nouveau schma numrique ou comparer la performance de deux schmas de discrtisation sont des exemples d'utilisation de ce modle.La structure du code de UMHYSER-1D, adoptant les concepts de sous-programmes, modules, ''subroutines'' et ''functions'', permet de tester d'autres rsultats de recherches thorique ou exprimentale en les incorporant dans le code du modle.

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