Numerical Modeling of Channelization Impacts on Hydrodynamic and Floods:Case of Okanagan River

«La linéarisation des rivières est une pratique courante d’aménagement des cours d’eau qui consiste à retirer artificiellement les courbes naturelles d’une rivière, ce qui entraîne une diminution de sa sinuosité. Bien que ces activités anthropiques aient offert certains avantages, une inquiétude croissante émerge quant aux impacts potentiellement négatifs sur l’hydrodynamique, la géomorphologie et l’environnement des systèmes fluviaux. Cependant, notre compréhension du lien entre le redressement des rivières et ces conséquences, ainsi que la quantification précise de ces impacts, reste limitée. Cela souligne la nécessité de recherches approfondies sur les effets du redressement des rivières. Cette recherche étudie et quantifie numériquement l’impact du redressement des rivières sur l’hydrodynamique des flux et les conditions d’inondation. Elle repose sur un modèle hydrodynamique bidimensionnel (2D) à profondeur moyenne appliqué à divers scénarios de flux avec et sans linéarisation de la rivière. L’étude de cas concerne le cours d’eau redressé de la zone Oliver de la rivière Okanagan en Colombie-Britannique, qui a été soumise à des inondations fréquentes ces dernières années. La méthodologie utilisée dans cette recherche met l’accent sur les conséquences directes des inondations dans les sections redressées, afin de répondre à la question de la causalité entre les récents événements d’inondation extrême et la linéarisation de la rivière. L’aspect hydrodynamique de la recherche implique la simulation des caractéristiques du flux, notamment les changements de l’étendue des plaines inondables et les risques d’inondation. En quantifiant les réponses du comportement de la rivière à la linéarisation, les résultats confirment les impacts négatifs de la linéarisation à long terme sur les aspects hydrodynamiques, les modèles de flux et l’étendue des plaines inondables. Le modèle pré-linéarisation a montré une plus grande stabilité, avec moins de variations prononcées de la vitesse et des niveaux d’eau comparativement au modèle post-linéarisation sous les mêmes conditions hydrologiques, pour les sections en amont et en aval du cours d’eau de la zone Oliver. Bien que l’efficacité de la linéarisation des rivières pour le contrôle des inondations ait été confirmée par un avantage temporaire et localisé au milieu du cours d’eau redressé près de la zone urbaine. Cette analyse souligne les défis hydrodynamiques et de risque d’inondation posés par la linéarisation des rivières, mettant en évidence l’importance d’une évaluation minutieuse des processus d’ingénierie fluviale.»

Abstract

«Channelization is a common river engineering practice that involves artificially removing the natural meandering bends of a river, resulting in a decrease in sinuosity. Although these anthropogenic activities have offered certain benefits, there is a growing concern about the potential negative impacts on hydrodynamics, geomorphology, and the environment of river systems. However, our understanding of the connection between river straightening and these consequences, as well as the precise quantification of these impacts. This underscores the need for comprehensive research on the impacts of river straightening. This research numerically studies and quantifies the impact of river straightening on the flow hydrodynamics and flooding condition. It is based on a two-dimensional (2D) depth-average hydrodynamic model applied to flow various scenarios with and without river channelization. The case study is the channelized Oliver stream of the Okanagan River in British Columbia which has been subject to frequent floods recent years. The methodology applied in this research emphasizes direct flood consequences in straightened sections and further downstream to answer the question of causality between recent extreme flood events and river channelization. The Hydrodynamic aspect of the research involves the simulation of flow characteristics including changes in floodplain, flood extent, and flood risk. By quantifying the responses of river behavior to channelized river, the results confirme the negative impacts of channelization on long-term to hydrodynamic aspects, flow patterns and floodplain extends. The pre-channelization model demonstrated greater stability, with less pronounced variations in velocity and water levels compared to the post-channelization model under the same hydrological conditions, for both upstream and dowstream locations of the Oliver stream. While, a temporary and localized benefit of channelization was clear in the middle of the stream near urban area for water levels confirming the effectiveness of channelization for flood control. This analysis underscores the hydrodynamic and flood risk challenges posed by channelization, emphasizing the importance of careful evaluation in river engineering processes.»