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Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur l’Oise amont

Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur l’Oise amont. K. El Wassifi , A . Ouahsine , H. Smaoui , R . Khiri and P . Sergent. JST-CETMEF 3-5/12/2012. E-mail: kelwassi@etu.utc.fr. Plan de l’exposé. 1. Problématique.

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Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur l’Oise amont

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Presentation Transcript

  1. Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur l’Oise amont K. ElWassifi, A. Ouahsine, H. Smaoui, R. Khiri and P. Sergent JST-CETMEF 3-5/12/2012 E-mail: kelwassi@etu.utc.fr

  2. Plan de l’exposé 1. Problématique 2. Présentation des modèles mathématiques 3. Résolution et validation 4. Identification des paramètres physiques 5. Application au cas réel: bassin versant d’Hirson 6. Perspectives

  3. Problématique Inondations Motivations Mettre en place un code numérique 2D/1D pour déterminer les contours des zones inondées

  4. St. Venant Equations Entrées: re(x,y,t) So(x,y) no(x,y) Entrées: qo (x,y,t) Sc(x,y) nc(x,y qruissellement Sortie Couplage 2D 1D Qcanal

  5. Approximations 2D pour le ruissellement • Onde Cinématique : considère uniquement l’égalité entre la • force de gravité et le frottement . Cas des forte pentes. • Onde Diffusive : considère en plus des termes de gravité et de • frottement, le terme de pression. Cas des faibles pentes. Relation Empirique : Manning-Strickler

  6. OC OD • OC • EDP de 1er ordre, 1 seule condition à l’amont est nécessaire. • Ne peut pas la reproduction des effects d’une condition limiteavale. • OD • Nécessite 1 condition aux limitessuppléntaire en raison de la dérivéeseconde. • permet la mise en oeuvre d’un effect de remous.

  7. Approximations 1D pour le rivière • Onde Cinématique : Evolution du débit est suffisamment lente , écoulement soit uniforme. Canal rectangulaire • Onde Diffusive : Modélisation du flux en canal à pente douce. Relation Empirique : Manning-Strickler

  8. OC OD • OC • Applicable pour les coursd’eau de grandepente. • Seule la force de gravitéagitsurl’écoulement le long de la rivière. • OD • Modélise des régimes transitoireslents, avec des petites vitessesd’écoulement. • L'eau peut se déplacer à travers les zones plates qui ont une pente du lit • nulles.

  9. Conditions Initiales et aux limites

  10. Résolution Numérique des équations Méthode =Eléments finis triangulaires Schéma =Implicite (q-schéma) Non-linéarité = Newton-Raphson /Appr.Successive Solveur = GMRES-Préconditioné Formulation par éléments finis

  11. Validation des Modèles Numériques 1D/2D

  12. Cas 1: Validation du ruisselement 2D • Pentes spatialement variable et Taux de pluie variable Données: Pluie (re) = 0 m/s en 0 s et en 12000 s Pluie (re) = 1 m/s à 6000 s Pente (S) = f(x,y) Onde Cinématique

  13. Discrétisation spatiale Discrétisation temporelle

  14. Cas 2: Validation du couplage 1D / 2D Données: dt = 1 min, ɵ = 1, Tolérance 10-10 Ruissellement : 100 m*100 m mailles Canal : 20 m*100 m mailles A l’exutoire de la plaine A l’exutoire du canal

  15. Identification des paramètres physiques (re, I, n)

  16. Procédure d’optimisation

  17. Identification de la rugosité dans le cas 2D: (n) • Valeur de départ : n0= 0.01 • À déterminer : qc (n) • Fonction coût : • Contraintes : • Programme d’optimisation: SQP, BFGS, Règle d’or, Simplexe Récapitulatif des résultats

  18. Etude sur le bassin versant d’Hirson : Cas Réel

  19. Bassin versant d’HIRSON • Superficie de 315Km2 Situation géographique Données utilisées Topographie • Une digitalisation des cartes au 1/25.000ème sur le secteur du bassin versant de l’Oise en amont d’Hirson

  20. Caractéristiques du Bassin Versant d’Hirson Qgis/GRASS

  21. Extraction du réseau hydrologique • La carte d'accumulation évalue le nombre de cellules drainées dans chaque cellule. • Les principaux cours d'eau sont déterminés en utilisant le logarithme des accumulations. • La valeur seuil du cours d'eau utilisée est « Six ».

  22. Pluvio : • Les données pluviométriques de la saison 2009-2010 sur le bassin d'Hirson des 4 stations. Evénement du 14/11/2010 Interpolation spatiale par les polygones de Thiessen Interpolation temporelle linéaire.

  23. Rugosité : • Rugosité: Le bassin versant d’Hirson est peu imperméables.

  24. 2309 nœuds 4493 éléments Maillage Oise Y (m) Maillages plus resserrés au niveau des rivières Exutoire Gland X (m)

  25. Représentation de la rivière par le modèle filaire 72 nœuds dans le canal 1 50 nœuds dans le canal 2 Pn : points de maillage Dn-1: la distance horizontale cumulée au point n (Coordonnées)

  26. Interpolation spatiale des pentes Méthode des surfaces pondérées • Vert: pentes dans une grille rectangulaire générées par GRASS • Rouge: pentes aux nœuds des maillages éléments finis

  27. Validation d’optimisation dans d’Hirson Q2 Bathymétrie des 2 rivières: laforme et la profondeurde l’Oise et du Gland au niveau d’Hirson !!! Q1 Q • Profondeur constante de 1 m. • Largeur égale à 10 m. • Profil des 2 rivières proche d’un canal rectangulaire.

  28. Algorithme de la simulation T= 1: dt : Tmax

  29. Expériences jumelles et validation des algorithmes d’optimisation

  30. Exemple 1 Valeurs de référence: Q1= 100 Q2= 50 Identification des conditions d’entrées : Q1 et Q2 (m3/s) Validation des algorithmes: SQP BFGS Simplex CMA-ES

  31. Principe d’optimisation Où Qmin= 25 m3/s et Qmax= 155 m3/s sont la borne inférieure et supérieure de Q pour SQP. QobsDischarge synthétique avec Q1= 100 m3/s et Q2= 50 m3/s. Qcomp Les discharge calculées. Qinit= 25 m3/s.

  32. 2309 nœuds et 4493 éléments • 72 nœuds pour le canal 1 • 50 nœuds pour le canal 2 Résultats d’optimisation

  33. Récapitulatif des résultats

  34. Perspectives

  35. Perspectives • Identifier les vrais débits à l’entrée à partir des pluies des événement s extréme. • Identification des pluies provocant des inondations ainsi que leurs conteurs . • Intégration des données récentes réalisées par CETMEF.

  36. Merci de votre attention

  37. References [1] . P.S. Eagleson. DynamicHydrology. McGraw-Hill, New York, 1970. [2] . P. Di Giammarco et al. A conservative finite elements approach to overland flow: the control volume finite element formulation. J. Hydrol, V. 175, pp. 267--291, 1996. [3] . G. Gottardi and M.Venutelli. An accurate time integrationmethod for simplifiedoverland flow models. Adv Water Resour, V. 31, pp. 173-180 (2008). [5] . H. Hansen. The CMA Evolution Strategy: A ComparingReview: Towards a new evolutionary computation. Adv in estimation of distribution algorithms, springer, pp.75-102, 2006. [9] . F.H. Jaber and R.M.Mohtar. Stability and accuracy of two-dimensionalkinematicwaveoverland flow modeling. Adv Water Resour, Vol.26, pp.1189-1198, 2003.

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