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

Abstract

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