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Comment calculer l'impact et l'étendue des dommages d'une éventuelle rupture de barrage à stériles avec ArcGIS ?

Comment calculer l'impact et l'étendue des dommages d'une éventuelle rupture de barrage à stériles avec ArcGIS ?


J'aimerais être en mesure de délimiter une zone approximative d'une brèche potentielle dans un barrage à stériles aux fins d'un plan d'intervention d'urgence. Le barrage et l'étang de Tailins n'ont pas encore été construits.

Les données que j'ai : LiDAR DEM (résolution 1m) et DEM provincial (résolution 20m), dessins 3D du barrage à résidus proposé, l'élévation maximale de la surface du futur bassin de résidus.

Ce que je peux faire avec les données existantes : modéliser le dessin 3D dans la surface LiDAR existante pour produire une surface DEM/TIN « après » et obtenir un volume relativement précis des résidus à tout moment.

Ce que je voudrais : simuler une brèche à n'importe quel point aléatoire le long du barrage et calculer la limite approximative de l'étendue potentielle du déversement en aval.

Mes outils : ArcGIS Desktop Standard, Spatial Analyst, 3D Analyst, AutoCAD 2015 Map 3D (Expérience limitée), QGIS (Expérience limitée)

Je n'ai pas accès à la fonctionnalité ArcInfo, donc certaines fonctionnalités d'Arc Hydro ne me sont pas disponibles.


Vous aurez besoin d'un certain nombre d'étapes et de données supplémentaires avant de pouvoir répondre à cette question avec un niveau de détail approprié pour une question aussi importante. Il ne s'agit pas seulement d'une question d'intervention d'urgence, comme cela peut paraître à première vue, mais d'inondation rapide qui peut entraîner un danger important dans une vaste zone.

Remarque : je suis gestionnaire du risque inondation de profession ; mes réponses sont principalement liées à la pratique britannique, et en particulier à la pratique dans mon cabinet. En général, ma recommandation serait de demander des conseils professionnels dans votre propre pays, où les normes et les conseils peuvent être différents.

En général, il existe trois (ou peut-être plus) approches possibles pour répondre à cette question, qui concerne un écoulement hydraulique variant dans le temps et dans l'espace :

  • Analyse 1D, à l'aide de logiciels tels que Flood Modeller Free/Pro ou HEC-RAS ;
  • Analyse 2D, à l'aide de logiciels tels que MIKE ou HEC-geoRAS (comme l'a suggéré Fernando);
  • Analyse 3D, en utilisant un logiciel CFD comme OpenFOAM.

La nomenclature est légèrement trompeuse : l'analyse 1D utilise une série de coupes 2D pour acheminer le flux de l'amont vers l'aval, de manière variable dans le temps (et s'apparente donc plus à la 3D) ; L'analyse 2D utilise un modèle au sol (par exemple, LiDAR ou TIN de canal fluvial) pour faire de même, et varie également dans le temps ; et CFD varie souvent (mais pas toujours) dans le temps.

Je dissuaderais quiconque de faire une analyse 3D comme première passe ; c'est difficile, prend du temps et nécessite un niveau d'expertise et de vérification qui peut être difficile à obtenir.

L'analyse 2D a sa place, mais peut devenir coûteuse en temps de calcul si vous couvrez une vaste zone, comme vous le feriez dans des modèles de rupture de barrage comme celui-ci. Cela peut rendre les temps de simulation et le stockage des résultats excessivement longs. De plus, les licences logicielles peuvent être très coûteuses.

Ma recommandation personnelle, au moins dans un premier temps, serait d'entreprendre une analyse 1D. Ce n'est pas tout à fait simple et nécessite une petite formation (qui peut être auto-guidée) et des données supplémentaires :

  • Coupes de rivière à des distances appropriées, généralement par levé topographique ;
  • Photographies ou autres estimations de la rugosité du canal ;
  • Données de débit de la rivière, à des fins de vérification.

Vous devez également savoir comment schématiser votre barrage en termes de modélisation 1D et comment simuler une rupture de barrage dans le logiciel de votre choix. Ce n'est pas tout à fait mon domaine d'expertise, donc je ne suis pas le mieux placé pour donner des conseils à ce sujet.

Tout va bien, vos résultats apparaîtront sous la forme d'un profil longitudinal le long de la rivière des niveaux d'eau maximum tout au long d'un scénario de rupture de barrage.

Vous pouvez désormais transposer ces niveaux d'eau maximaux sur votre MNT, en vous guidant sur la localisation de vos sections de rivière. Il y aura une certaine interpolation entre les sections transversales, ce qui est bien ; fixer d'abord un niveau d'eau maximal à un endroit et suivre les contours jusqu'à la section suivante ; puis faites de même à la section suivante et travaillez à l'envers ; enfin, prenez une ligne moyenne entre eux (je m'attends à ce qu'il y ait un moyen programmatique de le faire, mais je ne le connais pas d'emblée). En fait, Flood Modeller Pro (et peut-être son cousin gratuit) dispose de quelques outils pour vous aider dans cet exercice de « cartographie des inondations 1D ».

Cela vous donnera un tracé spatial des étendues maximales d'inondation - mais, soyez prévenu. Ceci ne sera qu'indicatif, car en réalité les niveaux prédits par le modèle 1D ne tiendront pas compte de la perte de débit dans le domaine spatial, et donc surestimeront les niveaux d'eau. Votre exercice de cartographie des crues peut également indiquer des zones « mouillées » où, en pratique, le routage des écoulements de surface éviterait ces zones.

Cela dit, en tant qu'exercice de haut niveau pour éclairer les interventions d'urgence, ce serait une bonne première passe.

Je pense qu'il vaut la peine de répéter qu'en pratique, il est vraiment important de demander des conseils professionnels sur la façon dont cet exercice doit être entrepris, et peut-être d'employer un consultant pour le réaliser en votre nom. Ne pas prévoir l'écoulement d'eau à grande profondeur, à grande vitesse et donc à haut risque d'un barrage en rupture est une affaire sérieuse, et ne devrait pas être tenté par ceux qui ne sont pas familiarisés avec la gestion des risques d'inondation.


Je le ferai avec Hec Ras et Hec geoRas


Voir la vidéo: ArcGIS Buffer