Etude d'inondabilité

Etude d'inondabilité

​N'ayant que peu de données sur la géométrie des rivières, et finalement peu de temps pour apprendre l'utilisation du nouveau logiciel (tel que Télémac), nous avons choisi d'effectuer notre étude d'inondabilité avec HEC RAS, logiciel n'utilisant que la 1D et les équations de Saint Venant, malgré le fait que nous ayons deux confluences. Cette approche permettra d'avoir un premier avis. Afin de pousser cette étude d'inondabilité, des données de géométrie des rivières seraient nécessaires.

HEC RAS et HEC Géo-RAS

HEC RAS et HEC Géo-RAS

HEC RAS

Hydrologic Engineering Centers River Analysis System est un logiciel créé par la US Army Corps of Engineers. Il est destiné à simuler l'écoulement dans les cours d'eau ainsi que les plaines d'inondations. Ce logiciel ne peut modéliser qu'en une seule dimension, selon le modèle de Saint Venant et ne prend donc pas en compte les variations hydrauliques dues au changement de forme des sections transversales.

Afin d'utiliser HEC RAS, il suffit de l'informer d'une géométrie de rivière, puis de positionner différentes stations le long de ces mêmes rivières. Les connaissances nécéssaires pour la géométrie sont les largeurs du lit mineur et du lit majeur et la profondeur de la rivière, à chaque station. Il suffit de positionner deux stations de part et d'autre d'une rivière et d'utiliser la fonction interpolation afin de construire les autres.

Les autres données nécéssaires pour faire tourner le logiciel sont les coefficients de Manning, pour les berges et la rivière en elle même.

Il suffit alors de rentrer la distribution de débit en régime instationnaire ou bien les débits de référence en régime stationnaire.

La dernière étape consiste à simuler la plaine d'inondation. Pour cela, un fichier "Terrain" est nécéssaire, avec comme données les altitudes de la zone. Nous utiliserons donc le MNT converti fourni par M. Jacques Chorda. 

 

HEC Géo-RAS

Cet outil va nous permettre de définir la géométrie de la rivière sur ArcGis.

Intégré à ArcGis, il suffit de définir une base d'altitudes (fichier grid ou tin) pour pouvoir l'utiliser. Il permet différentes manipulations telles que:

  • Créer les rivières. Pour cela, il est possible d'utiliser en fond une couche déjà existante,
  • Créer les berges gauches et droites,
  • Créer les voies de passage de l'eau gauches et droites,
  • Créer les ponts,
  • Créer les zones d'eaux stagnantes,
  • Créer des obstacles,
  • Créer les digues,
  • Créer les lignes pour la simulation.

Pour cela, il suffit d'aller dans l'éditeur de ArcGis, sélectionner l'outil lignes et de tracer, d'après un fond de photos aériennes ou autre.

Il suffit ensuite de convertir cette géométrie au bon format et de l'importer dans HEC RAS.

 

Résultats

Résultats

Dans un premier temps, nous avons créé la géométrie dans ArcGis. N'ayant pas de photos aériennes exactes (en effet, beaucoup d'arbres sont situés sur les berges et les images de Google Maps ne permettent pas d'identifier les obstacles), nous avons utilisé notre MNT à 25 mètres de résolution. 

Nous avons alors tracé les lignes de nos cinq rivières, les berges potentielles et le chemin de l'eau. Nous avons ensuite tracé les lignes de simulation. Les rivières sont donc le Sègre, l'Angoust, Estahuja, la première confluence et la seconde. Les lignes vertes représentent les stations situées le long de notre rivière. Il est important de raffiner le maillage près de la zone qui nous intéresse afin que la modélisation prenne en compte cette partie du terrain.

Voilà ce que nous obtenons:

Import de la géométrie dans HEC RAS

Au niveau des pentes, nous avons pu obtenir un document du contrat rivière, spécifiant une pente et une largeur de rivière de 4,5% et 5 à 8 mètres au niveau du Sègre à Saillagouse, de 2,3% et 6 à 10 mètres au niveau de la confluence avec l'Angoust et de 1,3% et 8 à 15 mètres vers l'enclave Espagnole.

Nous avons donc pris une pente moyenne de 4% pour l'Angoust et Estahuja ainsi qu'une largeur de rivière de 5 mètres. Nous avons utilisées les données disponibles pour les autres confluences. Les chiffres représentés donnent donc l'altitude de la station. Avant d'aboutir à cette géométrie, plusieurs autres géométries ont été testées, avec plus ou moins de succès, surtout au niveau de la zone de modélisation.

Nous avons ensuite utilisé la table suivante pour les coefficients de Manning:

                                         

Coefficients de Manning, source

Sachant que l'état des cours d'eau est qualifié de moyen à bon, nous avons choisi un coefficient de Manning de 0,030. Pour les plaines, ayant noté la présence de beaucoup d'arbres (60% de forêts), nous avons choisi un coefficient de 0,15.

L'avantage d'utiliser ArcGis est que nous n'avons pas à rentrer les largeurs du lit mineur et majeur directement sur HEC RAS (géométrie de la rivière aux différentes stations), les dimensions sont calculées directement avec les tracés, grâce au MNT.

Nous avons ensuite décidé de travailler en stationnaire. Cela est une grosse approximation, supposant que le débit des rivières est constant. Nous choisissons alors 4 événements: les débits décennaux, cinquantennaux, centennaux et millenaux pour chaque rivière (voir débits de référence).

Voici enfin le plan d'inondation que nous obtenons:

 

Plan d'inondation

Selon les débits de référence, le plan d'inondation ne varie que de quelques mètres. Dans tous les cas, nous voyons que les zones P1 et P2 sont toutes deux inondées. HEC RAS a du mal à simuler l'écoulement dans la zone de P0: nous nous trouvons près de deux confluences et le modèle 1D ne permet pas bien le simuler.

Cherchant à améliorer notre simulation, nous avons essayé de simuler notre crue sur 5 heures, en régime non stationnaire. Nous avons donc créé une crue, de type dirac, de  débits moyens égaux aux débits décennaux pour chaque rivière.

             

Nous voyons que le résultat reste similaire à ce que nous avions précédemment.

 

Critique du modèle

Comme nous pouvions nous y attendre, les trois zones sont inondables, ceci dit notre calcul reste très basique et nous n'avons pas pu améliorer certains points par manque de temps et d'expérience. Nous aurions aimé utiliser un modèle 2D surtout dans notre cas présent avec deux confluences situées proches l'une de l'autre. De plus, pour prendre en compte les effets 2D de turbulence de rivière générant des vortex pouvant influer sur les débits de crue, un modèle 2D aurait été le bienvenu. D'un autre côté, la bathymétrie du milieu était manquante sachant que la géométrie de la rivière est très importante pour créer un modèle 2D. Aussi, par manque de données de crue, nous n'avons pas été capable de faire une simulation instationnaire complète, la simulation stationnaire semblant trop surestimer l'inondation.

Les débits de crue semblant être surestimés pour Estahuja et l'Angoust, nous pouvons préférer la position P1, qui sera potentiellement moins inondable que P2.