Experimental and numerical study of a flood in an urban area. Specific analysis of the flows in the crossroads
Etude expérimentale et numérique de l'inondation d'une zone urbanisée : cas des écoulements dans les carrefours en croix
Résumé
This work deals with the modeling of a flood in an urban environment. Among the various types of urban flood events, it was decided to study specifically the severe surface flooding events which take place in highly urbanized areas. The numerical simulation of such events is usually performed using two dimensional shallow water equation models. However, the abilities of these equations to represent some physical flow processes are restricted, especially when supercritical flows collide in a crossroad. An experimental facility was set up in order to describe the flow structures that occur in a 90° junction of four open channels with supercritical upstream flows. The main flow types were identified, depending mostly on the characteristics and location of the hydraulic jumps that develop. Analytical models were set up in order to predict both the discharge distribution in the downstream branches of the junction and some flow structure characteristics. The fair agreement encountered between analytical models results and experimental measured data confirms that the main flow structures governing the flow pattern development were encountered. The 2D numerical code was then able to simulate the flow patterns observed experimentally. Nevertheless, some discrepancies remain when modeling some local flow characteristics. Eventually, the numerical code was applied to simulate a real severe flooding event: the October 3rd, 1988 flood in Nîmes, France. It was able to simulate the main characteristics of the flood such as the average water depth in each urban zone even though some local flow characteristics could not be accurately represented. It appeared that, in order to reduce the discrepancy between the computed water depths and the flood marks, special attention has to be paid when acquiring the topographical data and estimating the numerical parameter calibration values. Nevertheless, the level of accuracy of the simulation remains limited when comparing the computation results to the available observed information.
Ce travail s'inscrit dans la problématique de la modélisation d'inondations urbaines. Suite à l'établissement d'une typologie des événements d'inondation en ville, le choix des événements à étudier spécifiquement s'est porté sur les inondations violentes ayant lieu dans des zones fortement urbanisées. Afin de simuler de tels événements, l'utilisation de codes de calcul résolvant les équations de Barré de Saint Venant 2D est proposée dans la littérature. Néanmoins, ces équations présentent des limites quant à la représentation de certains processus physiques, en particulier rencontrés lors d'intersections d'écoulements rapides dans les jonctions de rues. Une étude expérimentale a été menée afin de mieux comprendre les processus d'écoulement qui se développent à l'intersection de deux écoulements torrentiels perpendiculaires dans une jonction en croix. Une typologie de ces écoulements a alors été proposée en fonction de la nature et localisation des ressauts hydrauliques dans et aux abords de la jonction. La mise en place de modèles analytiques permettant de prédire les caractéristiques des structures d'écoulement ainsi que la répartition des débits dans les branches aval confirme l'identification des processus principaux régissant les formes d'écoulement qui apparaissent à la jonction. Le code de calcul 2D s'est montré capable de modéliser les écoulements étudiés expérimentalement même si certaines caractéristiques de l'écoulement, telle la largeur des ressauts obliques, ne sont pas parfaitement représentées. L'application de ce code de calcul à la simulation d'un événement réel d'inondation urbaine violente (le 3 octobre 1988 à Nîmes) a permis de mettre en évidence les capacités du code à rendre compte de l'événement global ainsi que ses limites quant à la modélisation précise de certains écoulements locaux. Il est ainsi apparu que la réduction des différences entre les laisses de crue relevées sur le terrain et les hauteurs d'eau calculées par le modèle nécessitent une connaissance détaillée des caractéristiques topographiques du domaine et un calage de certains paramètres numériques. Même dans ce cas, un fort niveau d'incertitude demeure lorsqu'on compare les résultats d'une simulation aux observations disponibles sur un événement de crue donné.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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