Two-dimensional finite element river morphology model

Author: Vasquez Jose A   Millar Robert G   Steffler Peter M  

Publisher: NRC Research Press

ISSN: 1208-6029

Source: Canadian Journal of Civil Engineering, Vol.34, Iss.6, 2007-06, pp. : 752-760

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Abstract

We report the development and application of a river morphology model based on the two-dimensional depth-averaged hydrodynamic model River2D. This new movable bed version of River2D was applied to simulate the bed elevation changes in four experiments: bed aggradation due to sediment overload, bed degradation by sediment supply shut-off, knickpoint migration, and bar formation in a variable-width channel. Some conditions in these experiments involved quick changes in the upstream boundary conditions, rapidly varied flow, supercritical flow, hydraulic jumps, and secondary flows. The results of the model agreed well with measured data. Notable features of the model are the use of a flexible unstructured mesh based on triangular finite elements to provide higher spatial resolution in areas of interest and transcritical flow capabilities to simulate supercritical flow and hydraulic jumps over movable beds. Key words: numerical modeling, rivers, scour, sedimentation, two-dimensional, finite elements.Le présent article traite du développement et de l'application d'un modèle de morphologie des rivières basé sur le modèle River2D, lequel est hydrodynamique, bidimensionnel et à profondeur moyenne. Cette nouvelle version de River2D à lit mobile a été utilisée pour simuler les changements d'élévation du lit lors de quatre expériences : alluvionnement du lit en raison d'une surcharge en sédiments, la dégradation du lit par l'arrêt d'apport en sédiments, la migration de la rupture de pente et la formation de barres dans un canal de largeur variable. Certaines conditions de ces expériences impliquaient des changements rapides dans les conditions limites en amont, des débits variant rapidement, l'écoulement supercritique, les ressauts hydrauliques et les écoulements secondaires. Les résultats obtenus par ce modèle concordent bien aux données mesurées. Les caractéristiques principales du modèle sont l'utilisation d'une maille non structurée flexible basée sur des éléments finis triangulaires afin de fournir une résolution spatiale supérieure dans les zones d'intérêt, ainsi que les capacités d'écoulement trans-critique afin de simuler les écoulements supercritiques et les ressauts hydrauliques sur des lits mobiles. Mots-clés : modélisation numérique, rivières, affouillement, sédimentation, bidimensionnel, éléments finis. [Traduit par la Rédaction]

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