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Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur lOise amont K. El Wassifi, A. Ouahsine, H. Smaoui, R. Khiri and P. Sergent

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Présentation au sujet: "Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur lOise amont K. El Wassifi, A. Ouahsine, H. Smaoui, R. Khiri and P. Sergent"— Transcription de la présentation:

1 Modélisation des inondations sur le bassin – versant de Hirson sur lOise amont K. El Wassifi, A. Ouahsine, H. Smaoui, R. Khiri and P. Sergent JST-CETMEF 3-5/12/2012

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

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

4 Q canal Couplage 2D 1D St. Venant Equations Entrées: r e (x,y,t) S o (x,y) n o (x,y) Sortie q ruissellement Entrées: qo (x,y,t) S c (x,y) n c (x,y

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

6 6 OD OD OC OC OC EDP de 1 er ordre, 1 seule condition à lamont est nécessaire. Ne peut pas la reproduction des effects dune condition limite avale. OD Nécessite 1 condition aux limites suppléntaire en raison de la dérivée seconde. permet la mise en oeuvre dun effect de remous.

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

8 8 OD OD OC OC OC Applicable pour les cours deau de grande pente. Seule la force de gravité agit sur lécoulement le long de la rivière. OD Modélise des régimes transitoires lents, avec des petites vitesses découlement. L'eau peut se déplacer à travers les zones plates qui ont une pente du lit nulles.

9 Conditions Initiales et aux limites 9

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

11 Validation des Modèles Numériques 1D/2D

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

13 Discrétisation spatiale Discrétisation temporelle Discrétisation temporelle

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

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

16 Procédure doptimisation

17 17 Récapitulatif des résultats Valeur de départ : n 0 = 0.01 À déterminer : q c (n) Fonction coût : Contraintes : Programme doptimisation: SQP, BFGS, Règle dor, Simplexe Identification de la rugosité dans le cas 2D: (n)

18 18 Etude sur le bassin versant dHirson : Cas Réel

19 19 Bassin versant dHIRSON Superficie de 315 Km 2 TopographieTopographie Une digitalisation des cartes au 1/ ème sur le secteur du bassin versant de lOise en amont dHirson Situation géographique Données utilisées

20 Caractéristiques du Bassin Versant dHirson Qgis/GRASS Qgis/GRASS

21 21 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 ». Extraction du réseau hydrologiqueExtraction du réseau hydrologique

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

23 23 Rugosité: Le bassin versant dHirson est peu imperméables. Rugosité : CETMEF – Novembre 2007

24 nœuds 4493 éléments Maillag lage Maillages plus resserrés au niveau des rivières Gland Oise Exutoire X (m) Y (m)

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

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

27 27 Bathymétrie des 2 rivières: la forme et la profondeur de lOise et du Gland au niveau dHirson !!! - Profondeur constante de 1 m. - Largeur égale à 10 m. - Profil des 2 rivières proche dun canal rectangulaire. Validation doptimisation dans dHirson Validation doptimisation dans dHirson Q2 Q1 Q

28 28 Algorithme de la simulation T= 1: dt : T max

29 Expériences jumelles et validation des algorithmes doptimisation

30 Identification des conditions dentrées : Q 1 et Q 2 (m 3 /s) Identification des conditions dentrées : Q 1 et Q 2 (m 3 /s) Valeurs de référence: Q 1 = 100 Q 2 = 50 Exemple 1 Validation des algorithmes: SQP BFGS Simplex CMA-ES

31 OùOù i.Q min = 25 m 3 /s et Q max = 155 m 3 /s sont la borne inférieure et supérieure de Q pour SQP. ii.Q obs Discharge synthétique avec Q 1 = 100 m 3 /s et Q 2 = 50 m 3 /s. iii.Q comp Les discharge calculées. iv.Q init = 25 m 3 /s. Principe doptimisation

32 Résultats doptimisation Résultats doptimisation 2309 nœuds et 4493 éléments 72 nœuds pour le canal 1 50 nœuds pour le canal 2

33 Récapitulatif des résultats

34 34 Perspectives

35 35 PerspectivesPerspectives Identifier les vrais débits à lentrée 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 36 Merci de votre attention

37 References [1]. P.S. Eagleson. Dynamic Hydrology. McGraw-Hill, New York, [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 , [3]. G. Gottardi and M.Venutelli. An accurate time integration method for simplified overland flow models. Adv Water Resour, V. 31, pp (2008). [5]. H. Hansen. The CMA Evolution Strategy: A Comparing Review: Towards a new evolutionary computation. Adv in estimation of distribution algorithms, springer, pp , [9]. F.H. Jaber and R.M.Mohtar. Stability and accuracy of two-dimensional kinematic wave overland flow modeling. Adv Water Resour, Vol.26, pp , 2003.


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