Flow in compound channel with abrupt floodplain contraction
R. Morel, Y. Zech, D. Bousmar, N. Rivière, S. Proust, A. Paquier (2006)

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Résumé

Flooding rivers usually present transition reaches where the floodplain width can significantly vary. The present study focuses on an abrupt floodplain contraction (mean angle 22°) in order to determine whether one-dimensional (1D) models, developed for straight and slightly converging geometry, are equally valid for such a geometry. Experiments on a contraction model were carried out in an asymmetric compound channel flume. Severe mass and momentum transfers from the floodplain towards the main channel were observed, giving rise to a noteworthy transverse slope of the water surface and different head loss gradients in the two subsections. Three 1D models and one 2D simulation were compared to experimental measurements. Each 1D model incorporates a specific approach for the modeling of the momentum exchange at the interface boundary between the main channel and the floodplain. The increase of the lateral mass transfer generates moderate errors on the water level values but significant errors on the discharge distribution. Erroneous results arise because of incorrect estimations of both momentum exchange due to lateral mass transfers and boundary conditions which are imposed by the tested 1D models. / Sur le terrain, les écoulements débordants dits en lit composé sont amenés à traverser des biefs de transition, dont la variation de largeur peut être significative. Une des configurations rencontrées est celle de la contraction brusque des plaines d'inondation. De nouvelles expériences de laboratoires ont été menées dans un canal composé à section assymétrique. Dus à la présence de transferts de masse et de quantité de mouvement relativement marqués entre la plaine d'inondation et le lit mineur, plusieurs phénomènes spécifiques ont été observés parmi lesquels, une inclinaison transversale de la surface libre lorsqu'on s'approche du col du convergent, ainsi qu'une juxtaposition d'un régime supercritique dans la plaine d'inondation et d'un régime subcritique dans le lit mineur. Une évolution différente des charges 1D par lit a aussi été identifiée. Dans ce contexte et d'un point de vue pratique, il nous est apparu fondamental d'évaluer dans quelle mesure les modèles 1D classiques s'éloignaient, le cas échéant, des phénomènes observés et, si les lois établies en canaux composés légèrement non-prismatiques étaient encore valables. Trois modèles 1D, traitant de différentes façons l'échange de quantité de mouvement à l'interface lit mineur/lit majeur, sont testés au regard des données expérimentales. Une modélisation 2D permet de mettre en évidence les phénomènes négligés par les modéles 1D et leurs hypothèses classiques.

Mots clés : chenal, messe, main, simulation, échange, lit, inondation, modélisation, contraction, lire italienne, ecoulement, plaine d'inondation, ecoulement en lit compose, open channels, nonuniform flow, floods, experimental data, numerical models, mass tranfer