Test d'HEC RAS couplé 1D/2D

Préambule

Cet article est un rapide retour d'expérience sur une modélisation couplée 1D/2D faite avec la dernière version d'HEC RAS 2D (5.0.3) dans l'optique par exemple de cartographier les zones inondables.

Il présente succinctement la construction d'un modèle représentant le lit mineur et le lit majeur d'un cours d'eau, les simulations et les résultats produits par HEC RAS.

Avertissement : ce cas est fictif et ne représente en aucune manière les zones inondables réelles et officielles. Il ne détaille pas non plus pas à pas toutes les étapes de réalisation.

Bonne lecture.

Préparation du modèle

Mise en place

Données requises :

• données topographiques : profils en travers, Modèle Numérique de Terrain. Ici nous utilisons un raster de résolution 5 m, au format .asc.
• données d'occupation des sols pour la définition des coefficients de rugosité, ici la base de données CORINE LANDCOVER
• données hydrologiques : hydrogrammes de débit en entrée, niveaux de référence en sortie du modèle

La plus grande partie de la préparation du modèle est réalisée à l'aide du logiciel QGIS et de son plugin RIVERGIS, qui permet le pré-traitement de modèles HEC RAS. La seule difficulté de ce plugin est qu'il nécessite une base de données Postgis pour le stockage des tables du modèle, avant son export vers HEC RAS. L'aide du plugin explique très bien comment installer si nécessaire une base Postgis en local.

Une fois connecté à la base Postgis, RiverGIs permet de créer un nouveau schéma spécifique qui va accueillir les données. Il permet ensuite d'importer dans ce schéma les éventuelles tables existantes, dans notre exemple la table d'occupation des sols qui sera importée dans la table Postgis LanduseAreas. La majorité des éléments géométriques composant un modèle HEC RAS (biefs, lignes de profils en travers, berges, ouvrages, casiers de stockage, etc... peut être importée par ce biais dans la base de données, dans notre exemple nous allons les dessiner.

Création des géométries dans RiverGis

Ici le modèle construit est très simple, avec un bief principal, connecté à la plaine inondable 2D en rive gauche et droite. Nous avons digitalisé via le SIG, en éditant les couches créées par RIVERGIS, les points de conditions aux limites amont et aval, les profils en travers, les biefs, les lignes de berges ainsi que les connexions 1D/2D, représentées par des LateralStructures.

Voici un aperçu des éléments dessinés, tels que représentés dans Qgis/RiverGis :

Les profils en travers ainsi que les LateralStructures récupèrent l'information d'altitude directement depuis le MNT via les fonctions du plugin, qui permet également le calcul du positionnement des profils en travers et des LateralStructures vis-à-vis du bief (stationning, idem pour le positionnement des Bank Station (positionnement des hauts de berge), si des lignes de berge ont été dessinées.

Les éléments de représentation des zones inondables, casiers ou zones 2D, sont également dessinées via l'outil, qui permet également la pré-visualisation des points de calcul du maillage bidimensionnel :

Le plugin est très complet et permet de réaliser la majorité des opérations de construction de la géométrie d'un modèle HEC RAS. Une fois cette construction finalisée, il permet la création d'un fichier d'import (fichier .sdf) pour transférer le modèle dans HEC RAS et finaliser la configuration. A noter que les éléments bidimensionnels ne suivent pas à ce stade, il est nécessaire de les exporter séparement.

Finalisation de la géométrie dans HEC RAS

Une fois le fichier .sdf importé dans HEC RAS, on retrouve l'ensemble des éléments construits via le SIG dans l'éditeur de géométries.

Quelques élements à savoir pour la partie 2D :

• on définit un espacement horizontal et vertical des points de calcul, les cellules sont ensuite dessinées autour de ces points ;
• on définit un coefficient de rugosité par défaut pour chaque zone, qui peut ensuite être remplacé par des coefficients définis par une couche d'occupation des sols. L'import de ces données peut etre fait via RIverGis ou Rasmapper ;
• la connexion 1D/2D se fait via les LateralStructures, à l'aide d'une loi de seuil ou via une equation classique.

Finalisation du modèle

Une fois la géométrie terminée, il ne reste qu'a définir un hydrogramme à injecter en amont du modèle, une condition à appliquer à l'aval (soit un niveau d'eau imposé, soit une condition d'écoulement dite "normale", fonction de la pente du fond du lit), et à définir les paramètres de simulation pour un calcul en transitoire. 

Résultats et retour d'expérience

Le modèle construit pour l'occasion présentait environ 25 000 mailles, les temps de calcul sont restés très raisonnables et le logiciel n'a pas montré d'instabilités. Il faut bien entendu bien selectionner le pas de temps de calcul, en adéquation avec la taille des mailles de calcul et les vitesses maximales qu'on peut rencontrer dans les zones en eau, afin d'éviter des résultats incorrects.

Rasmapper (intégré à HEC RAS), permet différentes visualisations des résultats relativement poussées, ainsi que l'export des résultats en hauteurs, vitesses, durées, via différents formats SIG, permettant la mise en forme des données via un SIG pour des rendus cartographiques plus élaborés. L'excellent plugin Crayfish permet également le post-traitement des résultats issus d'HEC RAS.

 HEC RAS propose avec cette version une solution intéressante et robuste pour réaliser des études de zones inondables, des tests effectués avec des modèles de 400 à 500 000 mailles ont tourné également sans problèmes.

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