Modélisation macroscopique des inondations fluviales et urbaines : Prise en compte des écoulements directionnels et des échanges lit majeur - lit mineur

par Pascal Finaud-Guyot

Thèse de doctorat en Mécanique. Génie mécanique. Génie civil

Sous la direction de Carole Delenne et de Vincent Guinot.

Soutenue en 2009

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    Les approches 1D sont valides pour la modélisation des écoulements en rivière tant qu'ils peuvent être négligés dans la plaine d'inondation. Quand ces approximations sont invalides, il est fait appel aux modèles 1D à casiers ou aux modèles 2D. Dans le premier cas, les transferts de quantité de mouvement sont toutefois négligés. Pour la modélisation 2D des écoulements en rivière, un maillage précis du lit mineur doit être réalisé pour une prise en compte correcte de sa topographie. Le maillage est donc composé de mailles de petite taille et le pas de temps de calcul doit donc être réduit pour garantir la stabilité du schéma numérique. Une méthode alternative consiste à coupler les modèles 1D et 2D. Ces modèles 1D-2D ne sont généralement pas complètement satisfaisant dans la mesure où seuls les transferts de masse entre les modèles sont pris en compte. Dans le logiciel proposé SW12D, le couplage est réalisé en incluant le modèle 1D dans le 2D et en prenant en compte les transferts de masse et de quantité de mouvement. Ce formalisme permet une réduction considérable du nombre de mailles, en comparaison à un maillage 2D classique, et par conséquent de la durée de simulation. Des tests numériques ainsi que des exemples sur topographie réelle ont été réalisés avec un modèle 2D classique et SW12D. L'approche proposée représente correctement les pertes de charge dues à la sinuosité de l'écoulement ainsi que les court-circuits de méandre. Par ailleurs, les résultats sont suffisamment précis pour des applications d'ingénierie courante et obtenus avec un temps de calcul réduit. Cela constitue une amélioration significative par rapport aux modèles 1D et 2D

  • Titre traduit

    Macroscopic flood modelling : Taking into account directional flows and main channel - floodplain transfer


  • Résumé

    One-dimensional approaches prove to be efficient in river flow modelling as long as overbank flow can be neglected. When such approximation cannot be made, one-dimensional cell-based or two-dimensional models are used. However, in the first case, the momentum transfer, essential to a correct representation of phenomena such as meander shortcuts, is neglected. For 2D river flow modelling, a precise meshing of the river bed is required to correctly take the topography into account. The mesh close to the river bed is therefore composed of small cells and the simulation timestep has to be reduced to insure the numerical scheme stability. An alternative approach consists in coupling 1D and 2D models. Existing 1D-2D models prove not to be satisfactory in the general case, since only mass transfer are taken into account, neglecting momentum transfer. In the proposed approach, the coupling is performed by including a 1D model into the 2D model and providing a full transfer of both mass and momentum. This formalism allows for drastic reduction in the number of cells in comparison with a 2D meshing, and thus a substantial reduction of computation time. Numerical test cases as well as real-world application examples have been carried out for both a classical 2D and the proposed 1D-2D approaches. The proposed approach correctly represents the head loss due to channel bends as well as meandering shortcuts phenomena and provides good enough results for engineering applications with a reduced computational time. This is therefore a substantial improvement compared to both classical 1D and 2D models

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Informations

  • Détails : 1 vol. (207 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 160-164. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2009.MON-142
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