Modelación numérica (2D y 3D) de la hidrodinámica en el entorno de la confluencia Ebro-Segre
Modélisation numérique (2D et 3D) de l'hydrodynamique à la confluence Èbre-Sègre
Résumé
La dynamique de mélange à la confluence des rivières Sègre et Èbre, situées à de la queue du réservoir de Riba-roja (NE Espagne), dépend des différentes caractéristiques des deux rivières (température, débit, concentration de matières en suspension). Ce cas d'étude a été utilisé pour comparer les performances des deux modèles numériques qui comprennent des modules d'échange de chaleur entre l'eau et l'atmosphère: Iber (2D, moyenné verticalement) et FreeFlow.
Alors que l'Èbre est très régulée par le barrage de Mequinenza en amont de la confluence, la rivière Segre est moins affectée par la régulation. En conséquence, les deux rivières ont des modèles de température et de transport de sédiments en suspension très différents tout au long de l'année, avec des différences de température pouvant atteindre 10 °C, et les processus de mélange à la confluence déterminent le comportement de la stratification dans le barrage de Riba-roja.
Iber (Bladé et al., 2014) est un modèle bidimensionnel moyenné sur la dimension verticale pour la simulation d'écoulement à surface libre dans les rivières et les estuaires, développé par le GEAMA (Universidad de La Corogne) et l'Institut Flumen (UPC-CIMNE). Iber comprend un module hydrodynamique, un module de turbulence et un module de transport des sédiments. Actuellement un nouveau module de qualité de l'eau est en développement.
Le modèle FreeFlow (Cea et al., 2009) est un modèle hydrodynamique en trois dimensions en volumes finis, conçu pour calculer les débits environnementaux. Le modèle résout les équations RANS. Le code est encore en développement mais il a déjà été testé et validé dans plusieurs cas démontrant la précision dans la prédiction des vitesses et dans la représentation des structures de flux en 3D. Récemment on a mis en place un module pour la simulation de la température de l'eau de surface, ce qui permet le calcul du bilan thermique de la surface en fonction des variables météorologiques.
Le 31 mars et le 11 octobre 2011 l'Institut Cartographique de Catalogne (ICC) a fait un vol au-dessus de la confluence de l'Èbre-Sègre afin d'obtenir des images thermiques de la zone à travers du capteur hyperspectral TASI (Prats et al., 2013). Également, des mesures in situ de température de surface ont été prises avec un thermomètre et un radiomètre.
Les débits du 31 Mars étaient 493 m3/s dans l'Èbre, et 91 m3/s dans le Segre. La température de l'eau du fleuve Èbre était de 11 °C, tandis que la température de l'eau dans la rivière Sègre était de 15 °C. Les données de terrain ont montré que les eaux plus chaudes de la Sègre avaient tendance à flotter et rester au-dessus de l'eau de l'Èbre. Le modèle Iber prédit un écoulement parallèle de deux rivières en aval de la confluence et elles se mélangent progressivement en aval. Le comportement hydrodynamique simulé par FreeFlow est plus proche du comportement observé, avec l'eau de la rivière Sègre circulant sur l'eau de l'Èbre.
Pour le cas du 11 Octobre les débits étaient de 397 m3/s dans l'Èbre, et 16 m3/s dans le Segre. L'eau de la Sègre (température en dessous de 20 °C) était plus froide que l'eau de l'Èbre (21-25 °C). La simulation de FreeFlow prédit avec précision le point d'enfoncement, tandis que Iber prédit le contacte 300 m en aval et a montré un flux de surface plus froide sur la rive gauche.
Jusqu'à présent, le travail de modélisation a impliqué la vérification du comportement hydrodynamique global prévu et la capacité des modèles pour prédire la dynamique thermique de la confluence. Les données de terrain montrent que la nature de l'hydrodynamique de la confluence est nettement 3D. Ainsi, le modèle Iber, qui est un modèle d'une seule couche moyenné sur la verticale, ne peut pas reproduire avec précision les processus de mélange observés. En revanche, le comportement hydrodynamique simulé par FreeFlow est plus similaire au comportement observé.
Origine : Fichiers éditeurs autorisés sur une archive ouverte
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