Modélisation numérique du transport des sédiments en suspension dans une rivière en aménagement: Cas de la Rivière-aux-Sables au Québec

Les travaux d'aménagement dans une rivière restent une source potentielle pour l'accroissement de la charge sédimentaire en suspension. De ce fait, les impacts sur la qualité de l'eau ainsi que sur la dynamique des écoulements peuvent être importants. Une meilleure caractérisation des interactions entre l'hydrodynamique et la présence des sédiments en suspension revêt une importance capitale pour apporter une solution adaptée aux risques dus à ces impacts. Un modèle numérique qui applique le concept convection-diffusion dans les écoulements avec transport des sédiments permet de reproduire de façon satisfaisante l'évolution de la charge sédimentaire en suspension. La dérivation d'une courbe qui donne la relation entre le débit liquide et le débit solide en mode prévisionnel présente un intérêt économique pour l'aménageur. La simulation numérique de l'évolution de la concentration des sédiments en suspension dans la Rivière-aux-Sables est nécessaire pour comprendre les mécanismes de propagation des sédiments et de proposer une relation entre le débit liquide et le débit solide en amont, pour garantir un seuil de concentration des sédiments en suspension acceptable en aval du tronçon à l'étude. La validation du modèle de la Rivière-aux-Sables en régime permanent, obtenue par une étude comparative entre les résultats de la simulation à l'aide des modèles numériques HEC-RAS 4.1 et SRH 1-D 2.6, montre que la différence entre les profils de la ligne d'eau est très minime et qu'elle s'accroit avec l'augmentation du débit. Les caractéristiques hydrauliques et géométriques en régime permanent représentent les conditions initiales de la rivière et permettent de faire la simulation de l'écoulement en régime non permanent couplé au transport des sédiments en suspension. La calibration des paramètres du modèle numérique SRH 1-D 2.6 pour simuler l'évolution de la concentration des sédiments en suspension donne des résultats qui se rapprochent aux données d'observation sur la Rivière-aux-Sables. L'exploitation du modèle hydro-sédimentaire de la rivière issu de la calibration est effectuée en faisant une étude d'optimisation sur le débit liquide à faire transiter dans la rivière suivant les charges sédimentaires susceptibles d'être relâchées à l'amont. La relation entre le débit liquide à faire transiter dans la Rivière-aux-Sables et la quantité de sédiment à relâchée en amont afin de garantir un seuil permis pour la concentration des sédiments en suspension en aval est déterminée.

Abstract

Development works in a river remain a potential source for increasing the suspended sediment load. Because of this, the impacts on water quality as well as on the flow dynamics may be important. Better characterization of interactions between hydrodynamics and the presence of suspended sediments is crucial to provide a solution tailored to the risks to theses impacts. A numerical model that applies the concept of convection-diffusion in flows with sediment transport allows to reproduce satisfactorily the evolution of suspended sediment load. The derivation of the relationship between water discharge and sediment load in predictive mode, is of economic interest to the developer. Numerical simulation of the evolution of the concentration of suspended sediment in «Rivière-aux-Sables» is necessary to understand the propagation mechanisms of sediment and suggest a relationship between water discharge and sediment discharge upstream, to ensure an acceptable threshold for the concentration of suspended sediment downstream of the section under consideration. Model validation of «Rivière-aux-Sables» in steady scheme, obtained by a comparison between the simulation results using numerical models HEC-RAS 4.1 and SRH 1-D, shows that the difference between the profiles water line is very small and it increases with the increase in flow. The hydraulic and geometric characteristics in steady represent the initial conditions of the river and allow the simulation of the unsteady flow coupled to the transport of suspended sediment. The calibration parameters of the numerical model SRH 1-D to simulate the evolution of the concentration of suspended sediment, gives results that are closer to observational data on «Rivière-aux-Sables». The exploitation of the hydro-sedimentary model of the river resulting from the calibration is performed by an optimization study on water discharge to pass the river following the sediment loads likely to be released upstream. The relationship between the liquid flow to transit in the «Rivière-aux-Sables» and the amount of sediment to released upstream to ensure the permitted threshold for the concentration of sediment downstream is determined.