Effet de la rugosité du fond d'un réservoir rectangulaire à faible profondeur sur le champ d'écoulement

Bed roughness effect on flow field in rectangular shallow reservoir

¹ Université Constantine 1, Faculté des Sciences de la Technologie, Département de Génie-Civil, Campus Ahmed Hamani, route d'Ain El Bey, Constantine 25000, Laboratoire de Recherche des sciences de l'eau, Ecole Nationale Polytechnique Alger, Algérie
E-mail: latifa.choufi@epfl.ch, lchoufi@yahoo.fr
² Laboratoire de Recherche des Sciences de l'Eau, Ecole Nationale Polytechnique d'Alger, 10 Avenue Hassani Badi El Harrach, Alger, Algérie
E-mail: kettab@yahoo.fr
³ Laboratoire de Constructions Hydrauliques, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, EPFL-ENAC-LCH, Station 18, CH-1015 Lausanne, Suisse
E-mail: anton.schleiss@epfl.ch

Résumé

La sédimentation de la charge en suspension dans les réservoirs est un phénomène assez complexe à gérer. Des solutions existent pour maitriser ou réduire l'alluvionnement mais elles ne sont généralement pas faciles à expliquer, surtout dans les retenues traversées par l'écoulement. Dans ce contexte, une étude expérimentale a été réalisée dans le but d'examiner l'effet de la rugosité du fond du réservoir peu profond sur le mode d'écoulement. Les essais ont été effectués dans un bassin de largeur B = 4 m, de longueur L = 6 m et de profondeur h = 0.2 m. Les profils des vitesses longitudinales ont été mesurés par des capteurs UVP (Ultrasonic Velocimetry Profiler). Une mesure par Large Scale Particle Image Velocimetry LSPIV a été également utilisée pour définir les champs de vitesses en surface par interprétation d'images vidéo zénithales. Sur fond lisse, les écoulements dans le réservoir se développent de manière asymétrique en dépit des conditions géométriques initialement symétriques. Avec l'ajout d'une rugosité au fond du bassin, les conditions d'écoulement se stabilisent et présentent un champ de vitesses symétrique.

Les résultats obtenus ont montré que le régime d'écoulement est très sensible aux conditions de bords qui influencent significativement le champ des vitesses de surface dans un réservoir peu profond. L'augmentation de la rugosité du lit accroit le frottement et l'épaisseur de la couche limite, avec pour conséquence de rétablir la symétrie d'écoulement.

Abstract

The sedimentation by suspended sediments in the reservoir is a complex phenomenon operates. Actually, some solutions exist to control or to reduce reservoir sedimentation but, generally, they are not very easy to implement especially in reservoir crossed by the flow. In this context, an experimental study was studied in order to examine the bottom roughness effect in a shallow reservoir. The tests were carried out in rectangular reservoir of width B = 4 m, length L = 6 m and depth h = 0.2 m. The velocity profiles were measured by UVP (Ultrasonic Velocity Profiler). LSPIV (Large Scale Particle Image Velocimetry) was also used to define the field velocity on the surface by interpretating of zenith video images. On the smooth bottom, asymmetrical flow is developed in the reservoir in spite of boundary conditions and geometrical perfectly symmetrical. With the addition a roughness surface at the bottom of reservoir; conditions flow are stabilized and presented a symmetrical recirculating. Experiment has showed the flow is very sensitive to geometrical conditions which significantly influence the velocity field in the basin.

The increase in bottom roughness, the friction forces and turbulent thickness of boundary conditions layer with for consequence restoring in the symmetric flow.