Consolidation effects on morphodynamics modelling: application to the Gironde estuary

Effets de la consolidation sur la modélisation morphodynamique : application à l’estuaire de la Gironde

¹ Laboratoire d’Hydraulique Saint-Venant (Université Paris-Est, laboratoire commun EDF/R&D; – CETMEF – Ecole des Ponts ParisTech). 6, quai Watier 78401 Chatou Cedex
email : catherine.villaret@edf.fr
² EDF/R&D;/LNHE. 6, quai Watier, 78401 Chatou Cedex
³ CETMEF/DRIM. 2 boulevard Gambetta, BP 60039, 60321 Compiègne Cedex

Abstract

This paper presents some on-going developments made jointly at Saint-Venant Laboratory for Hydraulics, in order to improve the numerical schemes, physical processes and accuracy of a 2D morphodynamic sand transport model. The final objective is to build an operational tool which can be applied by end users in complex estuarine environments. The 2D morphodynamic model (Sisyphe) of the finite element Telemac system has been applied to simulate the medium-term bed evolution in the central (40 km long) portion of the Gironde estuary, in the presence of sand-mud mixture and highly dynamical tidal forcing. Here, the main issue is to predict the sand bank migration and associated deposition rate around the outflow of the Blayais nuclear power plant. Up to now, the transport of non-cohesive particles has been treated separately from the cohesive material. Major effort has been conducted to optimise the numerical methods in order to reduce the computational time. The present 2D approach allows to predict the 10 year bed evolution within a couple of days. The influence of skin friction has been highlighted and the accuracy of numerical predictions can be improved by implementing a rippled bed rouhness predictor. However, the bank migration is overall underestimated, which probably comes from the neglected cohesive sediment properties. Further improvements are still in process to include cohesive sediment transport processes. Three different 1D vertical consolidation models have been developed using either finite elements, finite differences or a simple heuristic approach. Intercomparison of these 3 models shows that the second approach gives the best agreement with experimental data and needs to be integrated in Sisyphe.

Résumé

Ce papier présente des développements en cours au Laboratoire Hydraulique Saint-Venant pour améliorer la représentation des processus physiques et la précision d’un modèle morphodynamique 2D. Le code Sisyphe du système de modélisation Telemac est ici utilisé pour représenter les évolutions morphodynamiques à moyen terme dans un environnement estuarien complexe, en présence de sable et de vase. L’objectif principal est ici de construire un outil opérationnel permettant de prédire la migration des bancs de sable et de tester des solutions pour limiter l’ensablement des rejets de la centrale nucléaire du Blayais, située sur l’estuaire de la Gironde, dans sa partie centrale. Des efforts importants ont été réalisés afin d’optimiser les méthodes numériques et de réduire ainsi les temps de calcul.. L’influence du frottement de peau a été mise en évidence et la précision a été améliorée en incorporant l’influence des rides. Toutefois, les évolutions des bancs restent malgré tout sous-estimées, probablement à cause des effets cohésifs qui ont été négligés.. Trois modèles 1D verticaux de tassement ont été implémentés, en utilisant différentes méthodes (éléments finis, différences finies ou une simple approche heuristique). La comparaison entre ces trois modèles montre que la seconde méthode est en meilleure corrélation avec les mesures expérimentales et cette approche sera donc retenue pour être incorporée dans le modèle 2D. Des développements préliminaires sont par ailleurs proposés pour prendre en considération le transport des sédiments mixtes (sablo-vaseux).