Stage-discharge prediction for rivers in flood applying a depth-averaged model

摘要

La prévision de la relation hauteur-débit pour des rivères en crue est décrite par un modèle en éléments finis d'écoulement turbulent en moyenne sur la profondeur, calibré en utilisant trois coefficients hydrauliques régissant le frottement local du lit, la viscosité turbulente latérale et les écoulements secondaires moyens sur la profondeur. Les distributions transversales résultantes de la vitesse moyenne sont ensuite intégrées pour obtenir la relation hauteur-débit. L'étalonnage du modèle implique des hypothèses simplificatrices pour certains coefficients afin d'obtenir la vitesse moyenne et le cisaillement de frontière corrects, dans la section de canal et avec la hauteur. Les comparaisons avec quelques données cxpérjmentales du service des crues Britannique, pour des canaux avec des sections trapézoïdales et composées, aident à développer la technique de calibrage pour des écoulements en lit mineur et majeur. Des expériences numériques avec la m╚hode de cohérence pour un fleuve hypothétique sont utilisées pour étendre l'étalonnage du modèle aux rivières ayant une rugosité homogène et hétérogène. Les applications du modèle aux écoulements dans un certain nombre de rivières naturelles de vallée et de montagne servent à tester les hypothèses et les résultats obtenus en vraie grandeur.%The prediction of the stage-discharge relationship for rivers in flood is described by a finite element model of depth-averaged turbulent flow, calibrated using three hydraulic coefficients governing local bed friction, lateral eddy viscosity and depth-averaged secondary flow. The resulting lateral distributions of depth-averaged velocity are subsequently integrated to yield the stage-discharge relationship. The calibration of the model involves the establishment of simplifying hypotheses for certain coefficients in order to give the correct depth-mean velocity and boundary shear, both across the channel and with stage. Comparisons against some experimental data from the UK Flood Channel Facility, for channels with trapezoidal and compound cross-sections, help develop the calibration philosophy for both inbank and overbank flows. Numerical experiments with the coherence method for a hypothetical river are used to extend the model calibration to rivers with homogeneous and heterogeneous roughness. Applications of the model to simulating the flow in a number of natural valley and mountain rivers serve to test hypotheses and results obtained at a real scale.