Etude Hydraulique De La Loire Entre Feurs Et Le Barrage De Villerest
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DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE SEA - HYDRAULIQUE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET LE BARRAGE DE VILLEREST MODELISATION ET CARTOGRAPHIE RAPPORT DECEMBRE 2007 N° 4.11.0746 R2 DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE SOMMAIRE LISTE DES PLANS ET FIGURES .............................................................................. C OBJET DE L’ETUDE...............................................................................................I SYNTHESE ET CONCLUSIONS ...............................................................................II 1. DESCRIPTION DU MODELE ...........................................................................1 1.1. L’OUTIL DE MODELISATION........................................................................ 1 1.1.1. ECOULEMENT 1D.......................................................................................................2 1.1.2. ECOULEMENT DANS LE LIT MAJEUR .....................................................................2 1.2. LES DONNEES TOPOGRAPHIQUES............................................................ 2 1.3. LE MODELE DE LA LOIRE............................................................................ 3 2. REGLAGE DU MODELE.................................................................................4 2.1. PRINCIPE ....................................................................................................... 4 2.2. PARAMETRES DE REGLAGE....................................................................... 4 2.3. DONNEES DE REGLAGE.............................................................................. 4 2.4. CALCULS DE REGLAGE............................................................................... 5 2.4.1. SIMULATION DE LA CRUE DE NOVEMBRE 1996....................................................5 2.4.2. SIMULATION DE LA CRUE DE DECEMBRE 2003....................................................6 2.5. RESULTATS DU REGLAGE.......................................................................... 7 2.5.1. PROFIL EN LONG .......................................................................................................7 2.5.2. CRITIQUE DES LAISSES............................................................................................9 2.5.3. COURBE DE TARAGE..............................................................................................10 2.6. SENSIBILITE ................................................................................................ 11 3. EXPLOITATION DU MODELE........................................................................12 3.1. LES CONDITIONS AVAL ............................................................................. 12 3.1.1. CONDITIONS SUR LES DEBITS ..............................................................................12 3.1.2. CONDITIONS SUR LES NIVEAUX............................................................................12 3.2. CRUE DE REFERENCE ............................................................................... 14 3.2.1. SANS APPORT DES AFFLUENTS...........................................................................14 3.2.2. AVEC APPORTS DES AFFLUENTS.........................................................................15 3.2.3. LIGNES D’EAU OBTENUES .....................................................................................16 3.3. CRUES CARACTERISTIQUES .................................................................... 17 4. LA CARTOGRAPHIE ..................................................................................18 4.1. CARTE INFORMATIVE DES PHENOMENES NATURELS ......................... 18 4.2. CARTE DES HAUTEURS D’EAU................................................................. 18 4.3. CARTOGRAPHIE DES VITESSES D’ECOULEMENT ................................. 19 4.4. CARTOGRAPHIE REGLEMENTAIRE DES ZONES INONDABLES ........... 19 SOGREAH – JCC – 4.11.0746 R2 – DECEMBRE 2007 PAGE A DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE ANNEXE A --- TABLEAU DES NIVEAUX D’ECOULEMENT .........................................20 ANNEXE B --- TABLEAU DES DEBITS D’ECOULEMENT ...........................................21 ANNEXE C --- TABLEAU DES VITESSES D’ECOULEMENT........................................22 ANNEXE D --- PLANS ET FIGURES ......................................................................23 oOo SOGREAH – JCC – 4.11.0746 R2 – DECEMBRE 2007 PAGE B DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE LISTE DES PLANS ET FIGURES Plan n°1 Disposition des points de calcul. Figure 2 Hydrogrammes calculés de la crue de novembre 1996. Figure 3 Hydrogrammes calculés de la crue de décembre 2003. Plans 4.a à 4.e Cartes des limites des zones inondables. Plans 5a à 5e. Cartes des hauteurs d’eau pour la crue de référence. Plans 6a à 6e. Cartes des vitesses d’eau pour la crue de référence. Plans 7a à 7e. Cartes des aléas d’eau pour la crue de référence. SOGREAH – JCC – 4.11.0746 R2 – DECEMBRE 2007 PAGE C DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE OBJET DE L’ETUDE La Direction Départementale de l’Equipement de la Loire a commandé à Sogreah une étude de caractérisation de l’aléa inondation sur le fleuve Loire entre Feurs et Villerest. Cette étude comporte plusieurs phases distinctes : • Phase 1 Recueil et analyse des données, • Phase 2 Topographie complémentaire, • Phase 3 Analyse hydrologique, • Phase 4 Etude hydraulique, • Phase 5 Cartographie. Le présent rapport concerne l’étude hydraulique et la cartographie (phases 4 et 5). oOo SOGREAH – JCC – 4.11.0746 R2 – DECEMBRE 2007 PAGE I DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE SYNTHESE ET CONCLUSIONS Cette étude hydraulique a pour objectif la construction et l’exploitation d’un modèle numérique d’écoulement entre Feurs et le barrage de Villerest. Ce modèle sera ensuite utilisé pour la cartographie des zones inondables dans le cadre de PPRI (Plans de Prévention des Risques Inondations). Le débit à prendre en compte est le débit de la plus forte crue connue soit 4900 m3/s. Le modèle a été créé en utilisant le logiciel CARIMA, logiciel développé par SOGREAH. Il s’agit d’une modélisation monododimensionnelle maillée (casiers). Il est possible de réaliser les calculs en régime transitoire aussi bien qu’en régime permanent. De plus, CARIMA permet d’utiliser des automates afin de modéliser le fonctionnement de certains organes hydrauliques (vannes, barrages,…). Le modèle, composé de 226 points de calculs et de 164 liaisons entre points, s’étend sur un total de 46.5 Km de linéaire de la Loire. Les conditions limites considérées sont les suivantes : – Limite amont : 2 Km en amont du pont de Feurs – Limite aval : le barrage de Villerest. REGLAGE DU MODELE Le modèle a été calé sur les crues du 13/11/1996 et du 03/12/2003 (les deux dernières crues importantes ayant touché ce secteur. Pour chacune de ces crues, nous disposons de 10 laisses. Les paramètres de calage sont les suivants : les coefficients de rugosité du lit mineur et de la plaine d’inondation, certains coefficients empiriques des lois de fonctionnement des ouvrages, la distance de frottement entre les points de calculs du lit majeur. Il a été effectué un test de sensibilité du modèle par rapport aux coefficients de rugosité utilisés, de façon à cerner la précision des résultats. SOGREAH – JCC – 4.11.0746 R2 – DECEMBRE 2007 PAGE II DIRECTION DEPARTEMENTALE DE L’EQUIPEMENT DE LA LOIRE ETUDE HYDRAULIQUE DE LA LOIRE ENTRE FEURS ET VILLEREST ETUDE HYDRAULIQUE EXPLOITATION DU MODELE Dans le cadre d’un PPRI, la réglementation impose de se baser sur la crue centennale ou la plus forte crue connue si elle est supérieure. Dans notre cas la plus forte crue connue est celle de 1846 avec 4900 m3/s (rappelons que Q100 = 3700 m3/s). Pour modéliser cette crue, nous avons exploité le modèle en régime transitoire et en régime permanent de façon à comparer les résultats. La différence entre les deux modes de calcul réside dans la prise en compte ou non des phénomènes d’amortissement de l’onde de crue. Le modèle a montré que les calculs en régime permanent conduisent aux mêmes résultats en termes de niveau lorsque les débits sont les mêmes que ceux obtenus en régime transitoire (s’il n’y a pas d’amortissement). En limite aval du modèle, la condition de débit sortant de la retenue (Qs) est établie en fonction du débit entrant (Qe) et du niveau dans la retenue : Qs = Qe jusqu’à 2900 m3/s avec une cote initiale au droit du barrage de 316 NGF, Qs = 2900 m3/s pour Qe > 2900 m3/s tant que la cote reste inférieure à 324 NGF, Qs = Qe dés que Z=324 NGF. De façon à permettre l’analyse de l’influence du niveau aval sur la courbe de remous en amont du barrage, il a été décidé d’effectuer les calculs pour les débits caractéristiques de crue (T=10, 30, 50 et 100 ans) en régime permanent avec trois conditions différentes de niveau aval : T Q Zmin Zmoy Zmax 10 1550 316 316 316 30 2600 316 318.3 320.6 50 3050 316 319.1 322.2 100 3700 316 320 324 CARTOGRAPHIE Différentes données et résultats ont été cartographié. Ainsi, il a été réalisé : une carte informative des zones inondées pour les différentes crues caractéristiques, une carte