Etude critique du transport solide et ses conséquences sur les cours d'eau naturels

This work presents a critical study of the mobile bed modelling. A one dimensional numerical model for simulating flows in natural channels is developed. This model solves the conservative 1D form of shallow water equations, called the de Saint-Venant system. The differential system, expressed in terms of discharge (Q) and water depth (h), is closed with an empirical relationship giving the friction factor. Preissmann's finite difference scheme, which is widely used in fluvial hydraulics, is employed to solve the flow governing equations. The model is verified by many tests; its results are compared to flume measurements, or to references. Moreover, the model is applied to simulate the propagation of floods from three rivers and one Algerian wadi. The results are acceptable; the mean error in estimating the attenuation of flood peaks is about 30%. The improvement of the friction term in Rubarbe, is also presented, this improvement aims to implement seven friction formulas in the code, which allows considering the bed configuration regimes. The modified Rubarbe is used to study the effect of the friction and the sediment transport terms in 1D model. This latter study shows that taking into account the bed configuration regime improves the predictions of the friction and the sediment discharge, and therefore, the results provided using 1D models. A section of wadi Bousaâda (at 250 km southern from Algiers) is simulated by Rubarbe for the period from 1984 to 2004. Several runs using various couples of flow resistance and sediment transport capacity formulas are carried out for this reach 6000 m long. The resulting geometry is variable according to the couple of formulas. The comparison to the actual final geometry shows the ability of 1D models to be calibrated to simulate a real and long event.Ce travail présente une étude critique de la modélisation des cours d'eau naturel à fond mobile. Un modèle 1D est développé en se basant sur les équations 1D de Saint-Venant résolu par un schéma aux différences finies de Preissmann. Le modèle a été vérifié sur un ensemble de tests élémentaires, en comparant ses résultats aux mesures en laboratoires ou à des références. Le modèle a été également utilisé dans l'étude de la propagation des crues pour estimer l'atténuation de leurs pics. Les crues de trois rivières et un oued algérien ont été simulées. Les résultats obtenus sont jugés satisfaisants. Les atténuations des pics des crues ont été estimées avec une erreur moyenne de l'ordre de 30%. Une amélioration du terme de frottement, dans le code commercial Rubarbe développé au Cemagref de Lyon (France), est aussi présentée. Cette amélioration consiste à lui implémenter sept formules de frottement qui tiennent compte des différentes configurations des fonds des cours d'eau. Rubarbe ainsi modifié, est utilisé pour étudier l'effet du frottement et du transport solide dans les modèles 1D, en utilisant des expériences en laboratoires et un cas de terrain. Cette étude montre que la considération des formes de fond peut améliorer les prévisions du frottement et du transport solide, et, par conséquent, les résultats des modèles 1D. Un tronçon de 6000 m de long de l'oued Bousaâda (situé à 250 km d'Alger) est simulé pour une période de 20 ans entre 1984 et 2004. Cette simulation est répétée avec plusieurs couples de formules (loi de frottement, loi de transport solide). La géométrie obtenue est variable selon le couple de formules utilisées. La comparaison avec la géométrie finale réelle montre qu'ainsi les modèles 1D peuvent être calés pour simuler des évolutions morphologiques de longue durée

LA PERTE DE CHARGE DANS LES CANAUX A FOND MOBILE EXAMEN DE L’EFFET DES FORMES DU FOND

Le calcul des écoulements dans les canaux à fond mobile est effectué souvent par des formules de type Strickler qui ignore le frottement dû aux formes des fonds. Depuis les travaux d’Einstein et Barbarossa (1952), de multiple formules et approches ont été proposées pour tenir compte du frottement des formes des fonds. Dans ce travail, nous avons utilisé les données de 2790 expériences de laboratoire pour expliciter l’effet des formes des lits sur la résistance à l’écoulement, en comparant les profondeursd’eau calculées par les deux formules de Strickler et de Karim (1995) (qui tiennentcompte des différentes formes des lits) aux profondeurs mesurées. Les résultats obtenus par la formule de Strickler sont meilleurs sur les fonds plats, elle explique 71% des données avec des erreurs inférieuresà 20% ; quant à la formule de Karim (1995) ce pourcentage est de l’ordre de 65%. Sur les fonds avec formes c’est plutôt le contraire, la formule de Karim (1995) explique 74% des données avec des erreurs inférieures à 20% par contre la formule de Strickler n’explique que 56% de ces mêmes données. En fait, en l’absence d’une formule universelle, la prise en charge du frottement dû aux formes des lits est incontournable  The open channel flow is often calculated by a typical formula (as Strickler formula) that ignores the friction due to the bedforms, since the works of Einstein and Barbarossa (1952), several formulas and approaches have been proposedto express this friction. In this article we used 2790 flume data to show the effect of the bedforms on flow resistance, in this way, we compare the flow depths calculated by the formulas of Strickler and Karim (1995) (taking into accoun t bedfroms) to themeasured flow depths. In the flat beds, the results obtained by Strickler formula are the best, it explains 71% of data with errorsless than 20%, for Karim (1995) formula this percentage is just 65%. For bed with bedforms, it is rather the contrary; the formula of Karim (1995) explained 74% of the data with error less than 20%, against Strickler's form ula which explains only 56% of the same data. In fact, in the absence of a universalflow resistance formula, the bedforms friction consideration is unavoidabl

Variabilité de l'érosion hydrique dans le bassin du Hodna: cas du sous-bassin versant de l'oued elham

Le bassin versant du Hodna d’une superficie de 26 000 km² est le cinquième grand bassin de l’Algérie, Il est situé à 150 km à vol d’oiseau au sud de la côte méditerranéenne (Golf de Bejaïa). La situation du bassin du Hodna entre deux séries de montagnes au nord et au sud, organise le bassin autour d’une cuvette fermée presque plate à 400 m d’altitude dite Chott El Hodna (1 150 km²). Cette cuvette reçoit les apports liquides et solides des 17 oueds du Hodna dont l’Oued El ham est le plus grand drainant un sous bassin d’une superficie de 5604 km². Le climat de ce dernier est typiquement semi-aride, caractérisé par des précipitations irrégulières et agressives. Sa précipitation moyenne annuelle est de l’ordre de 185 mm associée à une forte variabilité (coefficient de variation interannuelle Cv = 40% pendant 38 années hydrologiques 1968-2006). Les apports liquides et solides de l’oued El ham sont mesurés par une station hydrométrique (appelée Rocad Sud) placée à l’exutoire du bassin. Dans cette étude, nous utilisons 1293 enregistrements instantanés de débits liquides et concentrations des sédiments en suspension, ce nombre de données couvre une période de 20 années hydrologiques 1968-1989. Oued El ham, transporte annuellement en moyenne 94 Millions de m3 d’eau (avec CV =1.2) et 2.97 millions de tonnes de sédiments (avec Cv =1.0), soit une charge spécifique des sédiments de l’ordre de 530 T/km²/an. La comparaison des résultats obtenus à d’autres bassins algériens montre que l’érosion hydrique dans ce bassin est parmi les plus importantes en Algérie, avec une variabilité interannuelle de l’ordre de 100%. Les apports de l’oued El ham sont déversés dans le chott Hodna (1150 km²), durant la période de cette étude de 21 ans, l’apport solide de l’oued El ham a contribué à l’élévation de la cote terrain du chott de 20 cm en moyenne. Ce qui menace les villages situés dans cette zone (Chelal, Baneou, Maarif…). L’analyse des données à l’échelle saisonnière montre que la plus grande partie de l’érosion hydrique (soit 31.72%) est observée en automne. A l’échelle mensuelle la variabilité est de l’ordre de 80%, durant la période de l’étude plus de la moitié du transport solide est observée en trois mois septembre (18.40%), avril (17.81%) et juin (18.82%). En fait, les crues de début d’automne et de fin de printemps sont responsables de la grande partie de l’érosion

Variabilité de l'érosion hydrique dans le bassin du Hodna: cas du sous-bassin versant de l'oued elham

Le bassin versant du Hodna d’une superficie de 26 000 km² est le cinquième grand bassin de l’Algérie, Il est situé à 150 km à vol d’oiseau au sud de la côte méditerranéenne (Golf de Bejaïa). La situation du bassin du Hodna entre deux séries de montagnes au nord et au sud, organise le bassin autour d’une cuvette fermée presque plate à 400 m d’altitude dite Chott El Hodna (1 150 km²). Cette cuvette reçoit les apports liquides et solides des 17 oueds du Hodna dont l’Oued El ham est le plus grand drainant un sous bassin d’une superficie de 5604 km². Le climat de ce dernier est typiquement semi-aride, caractérisé par des précipitations irrégulières et agressives. Sa précipitation moyenne annuelle est de l’ordre de 185 mm associée à une forte variabilité (coefficient de variation interannuelle Cv = 40% pendant 38 années hydrologiques 1968-2006). Les apports liquides et solides de l’oued El ham sont mesurés par une station hydrométrique (appelée Rocad Sud) placée à l’exutoire du bassin. Dans cette étude, nous utilisons 1293 enregistrements instantanés de débits liquides et concentrations des sédiments en suspension, ce nombre de données couvre une période de 20 années hydrologiques 1968-1989. Oued El ham, transporte annuellement en moyenne 94 Millions de m3 d’eau (avec CV =1.2) et 2.97 millions de tonnes de sédiments (avec Cv =1.0), soit une charge spécifique des sédiments de l’ordre de 530 T/km²/an. La comparaison des résultats obtenus à d’autres bassins algériens montre que l’érosion hydrique dans ce bassin est parmi les plus importantes en Algérie, avec une variabilité interannuelle de l’ordre de 100%. Les apports de l’oued El ham sont déversés dans le chott Hodna (1150 km²), durant la période de cette étude de 21 ans, l’apport solide de l’oued El ham a contribué à l’élévation de la cote terrain du chott de 20 cm en moyenne. Ce qui menace les villages situés dans cette zone (Chelal, Baneou, Maarif…). L’analyse des données à l’échelle saisonnière montre que la plus grande partie de l’érosion hydrique (soit 31.72%) est observée en automne. A l’échelle mensuelle la variabilité est de l’ordre de 80%, durant la période de l’étude plus de la moitié du transport solide est observée en trois mois septembre (18.40%), avril (17.81%) et juin (18.82%). En fait, les crues de début d’automne et de fin de printemps sont responsables de la grande partie de l’érosion

Modélisation hydrosédimentaire de la basse plaine de l'Agly

National audienceLa basse plaine de l'Agly est constituée par les alluvions apportés par le fleuve au fil des siècles. L'endiguement du fleuve dans sa partie la plus aval dans la seconde moitié du vingtième siècle a réduit l'apport massif de sédiments au lit majeur. Malgré la présence d'un barrage à l'amont, des volumes importants de sédiments sont encore apportés et doivent transiter jusqu'à la mer. Pour comprendre l'importance relative des différents processus en oeuvre dans la basse plaine et la répartition des sédiments entre les différentes zones de dépôt potentiels, une modélisation numérique du transport de sédiments a été effectuée. Deux événements de crue sont examinés : la crue de 1992 et la crue de 1999 pendant laquelle les endiguements se sont rompus. En alternative à l'utilisation d'un modèle hydrosédimentaire bidimensionnel adapté à la simulation de dépôts sur la plaine alluviale, un modèle couplé 1D/2D est proposé : la modélisation unidimensionnelle du lit endigué peut être une alternative efficace (elle évite un maillage fin du lit mineur) si elle réussit à transcrire l'évolution dissymétrique de la géométrie du lit dans les courbes, la modélisation bidimensionnelle restant indispensable pour simuler l'étalement des sédiments déposés sur le lit majeur. La comparaison entre les deux types de modélisation pour différentes valeurs des paramètres sédimentaires permet à la fois d'évaluer l'intérêt de cette modélisation couplée et d'identifier l'importance des crues rares dans l'évolution du lit prévisible à long terme

« Pluies de projet de bassin » : un outil pour et des arguments contre...

International audienceLe code ARFAN (Areal RainFall Analyses) est développé pour l'analyse de chroniques de pluie ponctuelles à pas de temps fixe. Il estime des chroniques de bassin avec la méthode des polygones de Thiessen, recalculés à chaque fois qu'un pluviomètre entre ou sort d'une période de lacune. Il calcule des moyennes glissantes sur des chroniques ponctuelles ou de bassin, et les échantillonne par les méthodes des maximums annuels et sup-seuil afin d'obtenir des courbes Intensité-durée-Fréquence. Pour l'analyse sup-seuil, l'interface interactive facilite l'inspection des événements sélectionnés, pour identifier des événements à rejeter. Sur ces événements, centrés et normés, une forme « moyenne » est également calculée. Ainsi, le code fournit des éléments utiles pour construire des « pluies de projet probabilisées », objets largement utilisés en ingénierie comme entrée d'un modèle de calcul des écoulements, réputé donner en sortie la zone inondable pour la période de retour étudiée. Le code, ouvert, peut être adapté pour comparer des méthodes et inclure d'autres traitements selon les besoins. Paradoxalement, notre objectif est surtout de comparer les approches « par événement » aux approches par simulation continue, bien plus pertinentes car prenant en compte la variabilité spatiale et temporelle des phénomènes d'inondations, qui sont déterminants en particulier pour le dimensionnement d'ouvrages de prévention des inondations