Numerical simulation of drifting snow: erosion and deposition models
Modélisation numérique du transport de la neige par le vent : modèles d'érosion et de dépôt
Résumé
Earlier works on numerical modelling are analysed. Anderson and Haff (1991) proposed a model using the " splash function " which was defined for cohesionless sand. The Uematsu and others (1989,1991) and Liston and others (1993,1994) approaches are based on fluid-mechanics conservation laws where the snow is transported and diffused by the air flow. These models consider the saltation layer as a boundary condition. For the flow, and for the suspension, we adopt the same model as that of Uematsu and Liston ; for the mass exchange between the flow and snow surface, we have developped an erosion-deposition model were the mass exchange is defined in relation to flow turbulence, threshold velocity and snow concentration. Our snow-erosion model was calibrated using Takeuchi's (1980) field measurements. The deposition model was tested by comparing numerical results with wind-tunnel ones, for sawdust-accumulation windward and leeward of a solid snow fence with a bottom gap. The numerical results obtained are close to the experimental data. The main results of the various sensitivity experiments are : the leeward accumulation is very sensitive to the ratio (u*/u*t) (it appears for u*/u*t and disappears for u*/u*t > 1,2), the global accumulation produced by the fence increases as u*/u*t decreases and the back reaction of particles on turbulence extends slightly the windward accumulation.
Des ouvrages précédents sur la modélisation numérique sont analysés. Anderson and Haff (1991) ont proposé un modèle utilisant la "fonction splash" qui a été définie pour le sable non cohérent. Les méthodes de Uematsu et al (1989, 1991) et les méthodes de Liston et al (1993, 1994) sont basées sur les lois de conservation de la mécanique des fluides où la neige est transportée et diffusées par le débit d'air. Ces modèles considèrent que la couche de saltation est une condition limite. Pour l'écoulement et pour la suspension, nous adoptons le même modèle que celui de Uematsu et de Liston. Pour l'échange massique entre l'écoulement et la surface de neige, nous avons développé un modèle d'érosion-dépôt où l'échange massique est défini par rapport à la turbulence de l'écoulement, la vitesse du seuil et la concentration en neige. Notre modèle de neige-érosion a été calibré à l'aide des mesures pratiques de Takeuchi (1980). Le modèle de dépôt a été testé en comparant les résultats numériques avec ceux des souffleries pour l'accumulation de sciure de bois au vent et sous le vent d'une barrière de neige compacte avec une fente dans le fond. Les résultats numériques obtenus sont proches des données expérimentales. Les principaux résultats des expériences de sensibilité différentes sont les suivants : l'accumulation sous le vent est très sensible au rapport (u*/u*t) (elle apparaît pour u*/u*t et disparaît pour u*/u*t > 1,2), l'accumulation globale produite par la barrière augmente tandis que u*/u*t baisse et que la rétro-réaction des particules en cas de turbulence entraîne une légère extension de l'accumulation au vent.