Modelling flash flood propagation in urban areas using a two-dimensional numerical model
Modélisation de la propagation de crues éclair en zones urbaines en utilisant un modèle numérique bidimensionnel
Résumé
This paper reports on the numerical modelling of flash flood propagation in urban areas after an excessive rain event or dam/dyke break wave. A two-dimensional (2-D) depth-averaged shallow-water model is used, with a refined grid of quadrilaterals and triangles for representing the urban area topography. The 2-D shallow-water equations are solved using the explicit second-order scheme that is adapted from MUSCL approach. Four applications are reported here to demonstrate the potential benefits and limits of 2-D modelling: (i) laboratory experimental dam-break wave in presence of an isolated building; (ii) flash flood over a physical model of the urbanized Toce river valley in Italy; (iii) extreme flood in October 1988 in the dense city of Nîmes (France); and (iv) dam-break flood in October 1982 in the town of Sumacárcel (Spain). Computed flow depths and velocities compare favourably with recorded data although for the experimental study on dam-break wave some discrepancies are observed around buildings, where the flow is strongly 3-D in character. The numerical simulations show that the flow depths and flood wave celerity are significantly affected by the presence of buildings in comparison with the original floodplain. Further, this study confirms the importance of topography and roughness coefficient for flood propagation simulation.
Cet article relate la modélisation numérique de la propagation de crues éclair en zone urbaine suite à de fortes pluies ou une onde de rupture de barrage. Les équations de Saint Venant bidimensionnelles sont résolues sur un maillage de quadrilatères et triangles représentant la topographie de la zone urbaine. Le schéma numérique est du second ordre du type MUSCL. Quatre applications sont décrites : une expérience en laboratoire d'onde de rupture de barrage autour d'un bâtiment isolé ; crue éclair d'un modèle physique de la vallée du Toce en Italie ; crue éclair d'octobre 1988 à Nîmes (France) ; onde de rupture de barrage dans la ville de Sumacarcel (Espagne) en octobre 1982. Les hauteurs d'eau et vitesses calculées sont en accord avec les données relevées bien que l'expérience de l'onde de rupture de barrage montre des différences autour des bâtiments où l'écoulement est fortement 3D. La modélisation numérique montre que les hauteurs d'eau et vitesses sont fortement modifiées par la présence de bâtiments. En outre, cette étude confirme l'importance de la topographie du terrain naturel et des coefficients de frottement.
