Loriane Périer Guy Doré Chris Burn Effets du débit et de la température de l’eau sur le régime thermique autour des ponceaux Loriane Périer Guy Doré Chris Burn Québec, 6 Novembre 2014

Objectifs du projet Améliorer les connaissances relatives à l’effet de la mise en place de ponceaux sur pergélisol Développer un modèle thermique d’un remblai avec un ponceau Identifier les facteurs clefs pour un drainage optimal Increase the understanding of design and challenges related to the construction and management of transportation infrastructure Document thermal regime around culverts as function of water flow and water temperature Objectifs 2/15

Méthodologie Instrumentation et suivi de deux ponceaux sur l’Alaska Highway, Yukon Développement d’une relation empirique permettant de déterminer la température de l’eau dans le ponceau Évaluation de l’impact de la variation de la température de l’eau et du débit sur les températures du sol à l’aide du modèle thermique 2D (Temp W) Literature review about the effect of water flow, method used to combined heat transfer between water and soil, methods to design water crossing in permafrost environment Monitoring of 3 culverts : 2 on Alaska Highway in Yukon including the one of Beaver Creek test site, 1 on Highway 3 in North-West Territory near Yellowknife Méthodologie 3/15

Mesure du débit et des températures Amont A l’intérieur du ponceaux At beaver creek, the culvert mesure 50 m long and have a diametre about 1,2 m . We will install 3 probes to one third of the upstream inlet and one third of the downstream outlet. One probes under water flow, one on the top and the last on the side. Instrumentation 4/15

Tc (ponceaux) en fonction de Tw (déversoir) et Q Modèle empirique Tc (ponceaux) en fonction de Tw (déversoir) et Q Literature review about the effect of water flow, method used to combined heat transfer between water and soil, methods to design water crossing in permafrost environment Monitoring of 3 culverts : 2 on Alaska Highway in Yukon including the one of Beaver Creek test site, 1 on Highway 3 in North-West Territory near Yellowknife Modèle 5/15

Modèle empirique Tc = 0.314Tw + 0.05logQ + 4.595 R² = 0.82 Modèle 6/15

Modèle 2-D (Temp-W) Simulation avec ponceaux 0.5 m Dry fill Terrain Tc (Mai à Octobre 2013) Hiver Tc = 0°C T air : station météo sur le site 3.7 m wet fill Dry fill 1 m Peat 9.5m Silt Modèle 9/15

Développement d’un modèle 2-D (Temp-W) Régime sous le ponceau Sous l’entrée Modèle 10/15

Simulation Tc = 0.314Tw + 0.05logQ + 4.595 ± 10% du débit ± 10 % de la température de l’eau à l’entrée avec / sans isolation Tc = 0.314Tw + 0.05logQ + 4.595 Modèle 11/15

Instrumentation additionnelle (2013) Mesure température (automne 2013) Capteurs de débit aux deux ponceaux (15 mai au 15 septembre) Données couvrant une période plus large Prochainement : Données hiver 2014 seront inclus dans le modèle Modèles seront améliorés Instrumentation 12/15

Conclusion Relation empirique : estime la température de l’eau dans le ponceau Modèle thermique 2-D calibré avec les données disponibles (courte période, 1 ponceau, données d’été seulement) Observations : Augmentation de la profondeur de dégel avec un ponceau Modèle sous estime la profondeur de dégel sous le ponceau Sensibilité : au débit est légère à la température de l’eau est élevée est plus importante sans isolation Conclusion 14/15

Thanks to our partners and collaborators Merci à nos partenaires et collaborateurs

Photos

Photos

Instrumentation 2e ponceau At beaver creek, the culvert mesure 50 m long and have a diametre about 1,2 m . We will install 3 probes to one third of the upstream inlet and one third of the downstream outlet. One probes under water flow, one on the top and the last on the side.