Calculs hydrauliques

Les informations ci-dessous correspondent aux étapes dans l’onglet “Hydraulics” de qCEPHEE.

Le logiciel propose des calculs hydrauliques simples afin de pouvoir coupler la transformation de la bathymétrie avec son influence sur l’écoulement. L’objectif est de pouvoir corriger la bathymétrie obtenue par LIDAR avec des profils de bathymétrie équivalent qui prennent en compte la partie immergée des sections.

Type de calcul

Il est possible de faire 2 types de calculs :

un calcul uniquement par section : on active alors la cas Hydraulic curve A-D-W computation.

Il correspond à une utilisation géométrique des données par sections. Pour chaque cote de surface d’eau du fond (+1cm) jusqu’à la valeur maximale (Hmax*) par pas de hauteur **Dz, on calcule l’aire mouillée, le périmètre mouillé. On ajoute également un calcul hydraulique du débit dans le cas d’une hauteur normale. Les paramètres de ce calcul sont du type “Normal” décrit dans les parties suivantes.

un calcul longitudinal par tronçon : on active alors la cas create water extent.

Le type de calcul se fait à partir du menu déroulant water elevation. Selon le type, un paramètre peut être nécessaire, il est à renseignenr dans la case Water elevation at outlet.

Loi de frottement

Plusieurs lois de frottement sont disponibles. Elles sont sélectionnées par menu déroulant Friction law. Par défaut le coeffcient de frottement associé est celui indiqué dasn la case suivante. Il peut être modifié par l’utilisateur. Il est possible de spatialiser le coefficient de frottement. Pour cela , il faut cocher la case ** Use friction map** et indiquer la couche des données. Cette couche doit être une couche de polygone avec comme premier attribut la valeur du coefficient. Si Deux couches couvrent le même point alors la valeur minimale est utilisée.

Débit d’entrée

Pour les calculs hydrauliques, il est nécessaire d’attribuer un débit à chaque section. L’approche la plus simplifiée consiste à fournir un débit à l’exutoire (Outlet discharge)qui peut être redistribué en fonction des options suivantes:

Constant : Toutes les sections ont le même débit équivalent à celui de l’exutoire.
Per reach : un débit identique est attribué à toutes les sections du même tronçon. La valeur du débit est attribuée de façon proportionnelle à la surface du bassin versant amont afin de garantir l’additivité des débits. Pour connaitre l’aire d’un sous bassin amont, on regarde la valeur maximale de l’aire drainée cumulée dans le voisingae de l’avant dernière section d’un tronçon. La taille du voisinage est paramètre par param[‘C’][‘windows_size’] modifiable uniquement hors interface.
Accumulated area : on attribue les débits en fonction de l’aire drainée cumulée amont au voisinage de chaque section.

Bien que sensible à la résolution du calcul de l’aire drainée, les méthodes basées sur le calculs hydrologiques permettent de rester cohérents entre les sections très à l’amont et très à l’aval.

Lorsque l’option per reach est activée, un fichier discharge.shp est crée dans le répertorie de travail. Il est utilisé pour chaque calcul Per reach, il permet de modifier manuellement la valeur du débit dans un tronçon particulier à l’aide de l’attribut Q imposed.

Discrétisation latérale

le paramètre Lateral step donne la largeur d’une sous sections sur laquelle les grandeurs hydrauliques sont supposées uniformes. Autour d’un point central de la secion, la largeur est égale à ce paramètre mais peut être ajusté sur les berges en fonction le largeur au miroir réelle. Ce paramètre sert aussi à définir la résolution du champs 2D de sorite pour les résultats. Un parzamètre plus grand la largeur au mirori ne pose pas de problème. Il n’y alors qu’une seula valeur par section.

Paramètre de calculs

Les paramètres nécessaires à chaque calcul (ainsi que leur objectif sont décrits ci dessous):

Constant depth : il s’agit d’imoser une profondeur constante à chaque section. cela sert à lisser les données d’un MNT LIDAR et en extraire rapidement les cote d’eau et de berges identifiés lors du passage LIDAR. Ce mode est ainsi adapaté aux étapes de creusement de lit mineur expliqué plus loin. Le paramètre à fournir est uniquement la profondeur constante (mètre).
Normal Depth : pour chaque section on calcule la hauteur normale pour une pente lissée et un débit fourni par l’utilisateur avec les paramètres suivants:
- outlet discharge : débit à l’exutoire (m3/s)
- Discharge distribution method : Calcul de la répartition des débits par tronçons (voir ci-dessus)
- Friction law : paramétrisation du frottement (voir ci-dessus)
1D : un calcul de ligne d’eau permanent. les paramètres à fournir sont:
- outlet discharge : débit à l’exutoire (m3/s)
- Discharge distribution method : Calcul de la répartition des débits par tronçons (voir ci-dessus)
- Friction law : paramétrisation du frottement (voir ci-dessus)
- water elevation at oulet : cote del’eau à l’exutoire (mètre).
Obs : Pour chaque section la cote de la surface libre est lue à partir de fichier résultats. Pour l’instant le format est celui utilisé dans la branche fishstick d’opentelemac relative à l’assimilation de données par filtre de kalman d’ensemble. L’interface pour entrer les valeurs observées n’est pas encore opérationnelles (utiliser CEPHEE en ligne de commande).

Résultats

L’utilisation de QGIS permet un post traitement des résultats de calcul. Les rasters de cote, vitesse et hauteur d’eau sont directement créés dans le répertoires de calcul et affichés dans QGIS. Leur nom contient le type de calcul ainsi que les paramètres associés. De façon similaire à Telemac 2D la couche WSE contient le fond s’il n’y a pas d’eau. on peut utiliser cette couche pour obtenir des hauteurs d’eau sur des MNT différents de celui du calcul ou entre section. Pour cela il faut utiliser la calculatrice de raster de QGIS avec une simple différence entre la couche WSE et le MNT.

Les résultats de calculs transversaux sont aussi sauvés sous la forme d’un fichier .csv dans le répertoire de travail. Il n’y a alors que les valeures moyennes par sections.

Les résultats de courbes hydrauliques sont aussi exportés automatiquement sous la forme d’une tableur ou d’un format csv (selon les librairies installées) dans le répertoire de travail (hydraulic_curve.xls).

Enfin les lignes correspondant aux berges sont aussi exportées au format .shp. Il s’agit d’une multiligne où chaque entités est une berges lignes rive droite et rive gauche de chaque tronçon.