Adaptive meshing methodology based on topometric data for dambreak inundation assessments

Moslemi, Mahdi (2019). Adaptive meshing methodology based on topometric data for dambreak inundation assessments. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Flood maps are the final products of dam failure studies that are required by dam safety regulations. A flood limit, which represents the maximum envelope reached by flood waves, is generally the result of a dam-break scenario simulated by a hydraulic numerical model. However, the numerical model uses only a limited portion of the available bathymetry data to build the terrain model (2D mesh plus topometric elevation at nodes). This is particularly so in the cases where the topo-metric data recorded by LIDAR was estimated in several million points. But the hydraulic numerical models rarely exceed hundreds of thousands of nodes, in particular because of the computer constraints and time associated with the operation of these models. The production of the final flood map requires consistency between projected levels and elevations for all points on the map. This verification may be tedious for a large area with several small secondary valleys of tributary streams that have not been represented by the original hydraulic numerical model. The aim of this work is to propose an automatic remeshing strategy that uses the envelope of the maximum dimensions reached by the original model coupled with the available LIDAR data to produce an improved mesh that can accurately capture the wet/dry fronts and the overflows of the secondary valleys. This model helps us to consider the maximum slope inside each element on the basis of the real data, instead of controlling the slope for not having negative depth or controlling the velocity. The algorithm is based on a few basic steps: (i) find the elements cut by the envelope of the wet/dry interfaces; (ii) project the topometric points onto the cut elements; (iii) if these points are very close to the interface, if they are found in a valley, or if they are more elevated than the corresponding cut elements, then these points will be added to the previous nodes and included in a subsequent triangulation step; and (iv) re-run the simulation on the new mesh. This algorithm has been implemented and validated in the study of a dambreak flow with a complex river topography on the Eastmain River and the Romaine-Puyjalon River.

Titre traduit

Méthodologie de maillage adaptatif basée sur des données topométriques pour les évaluations d’inondation de rupture de barrage

Résumé traduit

Les cartes d'inondation constituent le produit final des études de rupture de barrage exigées par le Règlement pour la Sécurité des Barrages (RSB). La limite d'inondation qui représente l'enveloppe maximale du terrain atteint par l'onde de crue provient généralement du résultat d'un scénario de rupture simulé par un modèle numérique hydraulique. Toutefois, un modèle numérique n'utilise qu'une portion limitée des données topométriques disponibles pour bâtir le modèle de terrain (maillage 2D plus élévation topométrique aux noeuds). Notamment dans les cas où la donnée topométrique a été relevée par le Lidar, cette donnée s'évalue en plusieurs millions de points. Les modèles numériques hydrauliques les plus étendus excèdent rarement des centaines de milliers de noeuds notamment en raison des contraintes informatiques et de temps associés à l'exploitation de ces modèles. La production de la carte d’inondation finale nécessite d’assurer la cohérence entre les niveaux projetés et les élévations pour tous les points de la carte. Cette vérification peut être pénible en raison de la grandeur du domaine ou d’apparition de plusieurs petites vallées secondaires de cours d’eau tributaires qui n’ont pas été représentées par le modèle numérique hydraulique original. Le présent travail propose une stratégie automatique de remaillage qui utilise l’enveloppe des dimensions maximales atteintes par le modèle original couplé avec les données LIDAR disponibles pour produire un maillage amélioré qui réussira à capturer avec une grande précision les fronts humide ou sec et les débordements dans les vallées secondaires. Ce modèle permet de considérer la pente maximale à l’intérieure de chaque élément basé sur des données réelles, au lieu de contrôler la pente pour ne pas avoir de profondeur négative ou pour controller la vitesse. Par ailleurs, l’algorithme est basé sur quelques étapes présentées comme suit : (i) trouver les éléments coupés par l'enveloppe des interfaces humides et sèches, (ii) projeter les points topo-métriques sur les éléments coupés, (iii) si ces points sont très proches de l'interface, s'ils se trouvent dans une vallée ou s'ils sont plus élevés que les éléments coupés correspondants, alors ces points sont ajoutés aux noeuds précédents pour qu’ils soient inclus dans l’étape suivante de triangulation, (iv) finalement, relancer la simulation sur un nouveau maillage. Cet algorithme a été implanté et validé dans un écoulement de rupture de barrage avec une topographie complexe pour les rivières Eastmain et Romaine-Puyjalon au Québec.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 129-134).
Mots-clés libres:	flux de rupture de barrage, cartographie d'inondation, raffinement automatique de maillage, écoulements d'eau peu profonde, transitions états mouillés-secs
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Soulaïmani, Azzeddine
Codirecteur:	Codirecteur Tchamen, Georges W.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	08 avr. 2019 20:39
Dernière modification:	13 août 2019 20:42
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2266

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