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1. 1113 13e Universit d avant garde 4 2 2 Donn es photogramme triques de la Ville de Qu bec Le mod le d l vation de la Ville est le plus r cent disponible et 1l incorpore tous les changements de relief survenus en lien avec les nouveaux ouvrages de g nie civil et aussi avec l extraction dans les sabli res adjacentes La limite des sabli res CSL LOMA sert de p rim tre de fermeture de la plaine de d bordement bois humide la hauteur de la rue des Trois Saults et son altitude effective en 2012 n cessite une v rification importante cause des risques g omorphiquues identifi s dans les tudes pr c dentes Leclerc et al 1998 Heniche ef al 1999 Par contre le semis de points r gulier du mod le de la Ville est obtenu par interpolation entre des 1solignes il s accompagne donc de cotes d l vation plus impr cises entre les lignes de niveau alors que tous les points cot s du LIDAR sont des donn es obtenues directement C est pourquoi le jeu de donn es LIDAR a t employ prioritairement peu pr s partout sauf dans les endroits ayant subi des transformations topographiques significatives ex pont multifonctionnel 4 3 Traitements particuliers 4 3 1 Profil des anabranches Les anabranches bras secondaires de la plaine alluviale nord jouent on le verra plus loin un r le important dans la propagation des crues majeures dans le secteur Les arpenteurs g om tres de G niearp inc la firme ma
2. la fronti re aval au rapide du Rigolet ainsi qu au pont multifonctionnel Certains relev s ont aussi t effectu s ailleurs que sur des propri t s priv s par les auteurs du rapport ex pont multifonctionnel limnigraphe automatique du poste de pompage des lets En pratique il suffit pour le mod lisateur d effectuer des sorties terrain avec pour objectif de 1 Recruter des observateurs volontaires et entreprendre une d marche d information sensibilisation sur la d marche entreprise 2 Enregistrer le niveau maximum atteint lors d une crue actuelle ou pr c dente l aide d une marque ind l bile sur un objet fixe de pr f rence vertical situ pr s du plan d eau La marque peut affleurer l eau mais il est pr f rable de l implanter plus haut afin qu elle soit toujours visible lors des crues Dans les deux cas la marque devient un rep re g od sique semi permanent Le niveau d eau est obtenu par la diff rence entre la marque de niveau et celle du rep re 3 Relever le rep re activit qui peut s effectuer plus tard l aide d une station totale ou d un GPS centim trique c est la technique retenue ici 4 Enregistrer via les observateurs ou directement les crues subs quentes par une mesure en valeur relative par rapport aux rep res d j implant s de nouveaux rep res peuvent aussi s ajouter 5 Couvrir une gamme suffisamment tendue d v nements de crue pour am
3. tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e Recommandation 1l est recommand de mobiliser les r sultats de mod le pour bonifier dans la mesure du possible le plan de mesures d urgence pr tabli PPT entre autres en tenant compte des vuln rabilit s sp cifiques du secteur et d utiliser pour ce faire la cartographie incr mentale de la submersion par les crues r ponse adapt e la magnitude du risque Recommandation 1l est aussi recommand d examiner les moyens cartographiques ou algorithmes de mod lisation disponibles pour comprendre et mieux prendre en compte les al as d emb cle lesquels dominent le patron des risques d inondation sur la Montmorency 9 5 Sur la morphologie particuli re anastomos e de la rivi re Nous avons pu d montrer l importance primordiale des diff rentes plaines alluviales pr sentes sur le site pour le transfert s curitaire des crues Nous avons aussi pu d montrer qu partir de valeurs de d bit relativement faibles les anabranches bras secondaires s activent rapidement et contribuent tr s significativement au passage des crues Cette r alit avait t nettement sous estim e dans les tudes ant rieures de sorte qu on avait tendance surestimer les risques de crue l eau libre Par contre cette nouvelle perception n apporte pas que de bonnes nouvelles puisqu il a aussi t constat Fortin 2012 OBV CM que le processus de d riva
4. 1999 les conclusions tir es alors doivent tre prise en compte et revalid es si n cessaire Dans le cas pr sent nous retenons que la couverture spatiale des mod les ant rieurs n tait pas suffisante en aval et lat ralement pour capter et analyser rigoureusement le comportement hydraulique du cours d eau dans le secteur des lets pour des d bits sup rieurs 600 m s Les mod les ant rieurs ne se rendaient pas non plus l Ouvrage A sauf celui de Doyon 2000 dont nous n avons toutefois conserv que la topographie du lit mineur Ce mod le de recherche visait beaucoup plus le transport de la glace algorithme lagrangien que l analyse hydrodynamique comme telle M thodologie Page 9 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS E tude hydrodynamique 812 13e Universit d avant garde Caract risations compl mentaires Topographie niveaux d eau de calibration validation nn Donn es existantes Analyse pr liminaire Bibliographie enjeux Topographie MNE Mod les existants Mod lisation num rique d l vation MNE Mod lisation hydrodynamique Calibration du MNE l tiage sensibilit au frottement Mod lisation hydrodynamique Calibration du frottement Validation espace de solution Mod lisation hydrodynamique Hydrologie Crues de r f rence Crues de r f rence analyse de sensibilit
5. Interpr tation Recommandations Figure 3 Sommaire de la m thodologie de mod lisation hydrodynamique appliqu e Nous retenons aussi des tudes ant rieures l incertitude reli e la position de la limite aval sur laquelle est impos e une condition limite en niveau d eau une donn e importante qui d termine les r sulats obtenus dans le secteur aval du mod le Le nouveau mod le est dot d extension additionnelle vers les Trois Saults l o le niveau d eau est v ritablement contr l Le mod le 2012 tient compte de cette exigence nous le verrons plus loin M thodologie Page 10 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Les conclusions des tudes pr c dentes soulevaient aussi la possibilit de crues g omorphiques catastrophiques susceptibles de d tourner par avulsion le cours principal de la rivi re vers les sabli res adjacentes CSL LOMA en raison de modifications importantes du relief dans le p rim tre de fermeture de la plaine inondable bois humide au sud du domaine Une mise jour de cette probl matique est donc requise condition de disposer de donn es suffisantes pour analyser correctement l al a Une port e tendue du mod le vers les Trois Saults permettra nous l esp rons de lever d finitivement les doutes qui subsistent cet gard Avec
6. eau ou en berges Or les risques naturels li s aux crues printani res aux crues subites estivales ainsi qu aux emb cles de glace hivernaux ou printaniers sont fr quents dans ce secteur o de nombreux l ments vuln rables r sidentiels ou publics sont expos s la submersion C est pourquoi il a paru indiqu de conduire une tude hydrodynamique compl te du secteur l aide des donn es topographiques et hydrographiques les plus r centes 1 1 Contributions pr c dentes et raison d tre de la pr sente tude Plusieurs tudes ant rieures ont permis de d velopper graduellement les connaissances sur ce cours d eau notamment sur la configuration du r seau hydrographique l hydrodynamique les inondations l eau libre et l occurrence des emb cles dans ce secteur Ainsi on peut d abord citer Boucher et Picard 1994 qui ont permis l aide du mod le unidimensionnel HEC RAS USACE 2012 version du moment d tablir la premi re valeur des cotes de crue de p riode de retour 20 ans grands courants et 100 ans faibles courants pour la plupart des secteurs riverains urbanis s de la rivi re Ces donn es ont servi tablir les zones inondables du secteur Elles ont toutefois t r vis es par la suite avec les tudes plus r centes de l INRS Contexte et objectifs Page 1 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE t
7. par le US Army Corps of Engineers USACE 2012 La grande complexit de la topographie d un cours d eau peut toutefois n cessiter l utilisation d un mod le num rique bidimensionnel 2D afin de mieux d terminer la r partition des d bits entre diff rents embranchements et r duire ainsi l incertitude des r sultats C est la cas ici L approche 2D s av re toutefois plus exigeante en termes de pr paration des donn es requises en intrant et en termes de m thodes de calculs mais elle s av re efficace du fait qu elle permet de mieux prendre en compte les particularit s locales de la topographie des structures de g nie civil ponts barrages et des r sistances l coulement Ce type de mod lisation est aussi tout particuli rement indiqu pour les cours d eau parsem s d les o il est difficile d tablir a priori le partage des d bits dans les diff rents chenaux Cette approche a donc t retenue pour le secteur Canteloup des lets Trois Saults qui comprend justement de nombreux chenaux secondaires l hydrologie ind termin e Le simulateur hydrodynamique bidimensionnel H2D2 Secretan et Dub 2009 Secretan 2009 qui a succ d HYDROSIM Secretan ef al 2001 Heniche ef al 1999a 2001 2002 b n ficie d une troite int gration dans un environnement SIG Syst me d information g ographique facilitant la mod lisation num rique de terrain MNT avec le logiciel MODELEUR
8. ATA N Y SJ N K D IS af Z NAY NENTS Vaf AS TA TEE CS P V4 Tax ga 2 RJ A 5 SEE y ININ Y EAN NEA S IIS ENEAN TY T C gt e ATEUA 12 ATANAN KM A q SAN ATATA epassan J VAS GE LA F K yY A OSIA y aF RATES EAN D AVAYAS AVAN A ARTE TEA TATAA t SE v ATA a AVAT aTa F A P es LPS PTT APE va 4 T Mar T LA y a TAN TL VAT w wa A Jan LA ta Dr y K AY LA CZ r T ATAN EAZ SSA A ati ATAN R Y A v lt TA ce A ta na Le gt lt D AA 5 Q TEIS SE ATAT P jr UTAR TYG ENEN AY AI A 4 e ca YAY ar EUR gt 1 1717 17 Y Y ay D UF Pa w STA EARN N ET Pr D ATLAS K gt PERET TAa re Ca ir dd lt E 0 En E S z lt o a d gt 5 Se ED D O 7 a aS So N w Q V o k LL SL E S L E gt 5g s dd En E S A O S TD o E gt gt g g 2 g EE A E m mkF w a D TD gS U as Ep 2 RS Ea Z Rapport INRS ETE 1416 Page 27 ou dans l anabranche 1 droite en bas de l image Mod lisation num rique de terrain Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesb
9. M J O amp Roy H E 2012 Guide to citizen science developing implementing and evaluating citizen science to study biodiversity and the environment in the UK Natural History Museum and NERC Centre for Ecology amp Hydrology for UK EOF Available online www ukeof org uk ISBN 978 1 906698 37 JUSACE US Army Corps of Engineers 2012 HEC RAS River Analysis System Hydraulic Reference Manual Version 4 1 Janvier 2010 426 pp Bibliographie cit e ou pertinente Page 77 Rapport INRS ETE 1416 E Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Van de Leer 2009 Modelling approaches and assumptions Rev 3 Hull Surface Water management Plan Ref WPHSWP URL http www hullec gov uk pls portal docs PAGE HOME PLANNING PLANNING G20POLIC Y SURFACEY 20WATERZ 20MANAGEMENT 20PLAN MODELLING APPROACHANDASSUMPTIONS _TECHNOTE PDE Bibliographie cit e ou pertinente Page 78 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Annexe Le mod le H2D2 en bref Logiciel H2D2 en bref Page 79 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Introduction au simulateur H2D2 Les informat
10. bit plein g od sique 7 d bit de veille ne du de retour la station 051001 d bit de veille g od sique du Tableau 4 secteurs sensibles COT bord au site CEHQ du seuil anle la station euil de veille d alerte 051001 CEHQ Ans m s m s m m s m s m 2 CHASSE A Consid r comme immunis contre les al as de submersion prise d eau 4et5 E 50 ans 800 842 162 3 400 425 161 3 Canteloup 9 et 10 Secteur r sidentiel pr s de 600 636 157 4 325 345 1564 des Ilets Rigolet 10 ans i P rim tre des 13 ans 650 683 157 400 425 156 bassins de captage Porte arri re du 200 poste de pompage 950 gt 1000 158 650 683 157 11 et 12 ans des Ilets Puits de 150 captage prise d eau ns 900 954 158 625 662 157 sous fluviale Rue des Trois Pr s de 12 14 Saults Limite de ere 750 795 156 8 480 507 155 8 Boischatel Notes Les seuils d alerte et de veille sont conformes aux pratiques de la Ville de Qu bec Les d bits la station 051001 sont observ s plus tard qu aux sites Nous posons un d calage minimum d une heure par hypoth se Ce d lai doit tre pris en compte pour le d clenchement des op rations d urgence Les valeurs fournies ici visent surtout le d but de submersion des voies d acc s aux secteurs vis s elles sont fournies titre indicatif seulement Fiches d interpr tation Page 60 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement
11. le hydrodynamique Page 40 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg Tableau 2 R sultats de simulation H2D2 compar s aux mesures D bit de validation 314m7 s 224m7 s 0 12 0 17 0 08 Cu 0 01 0 01 0 00 0 00 0 06 0 00 0 05 0 00 0 00 0 07 0 02 0 00 0 19 0 01 0 00 0 31 0 03 0 00 0 09 0 05 0 00 0 03 0 05 0 08 0 00 0 00 0 18 0 06 0 07 0 00 0 11 0 05 0 00 0 00 0 07 0 12 0 08 0 16 0 00 0 39 0 00 0 24 0 00 0 74 0 00 0 39 0 00 0 93 0 034 0 21 0 076 0 22 NS Rapport INRS ETE 1416 Universit d avant garde 24 m s 0 14 0 20 0 12 0 00 0 12 0 03 0 09 0 04 0 08 0 21 0 14 0 01 0 09 0 21 0 00 0 17 0 10 0 03 0 02 0 05 0 04 0 03 0 00 0 00 0 00 0 00 0 003 0 10 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Les r sultats du processus de validation montrent une correspondance satisfaisante entre les mesures et les simulations Ainsi l erreur moyenne absolue obtenue par la somme des diff rences en valeur absolue non sign e divis e par le nombre de valeurs varie entre 0 076 et 0 22 m en incluant les points situ s dans des zones rapidement vari es rapides En valeur relative valeur sign es l erreur se situe entre 0 062 et 0 21 m En faisant abstraction des zones de rapides Rigolet seuils contr le dits zones d coulement
12. lisation hydrodynamique appliqu e 0000ann000nnneossnennnesennneene 10 Figure 4 Localisation des points d observation relevant de la participation citoyenne ou autre eeeeeseeeseeneeee 15 Figure 5 Couverture du relev topographique LiDAR r alis en 1999 2000 par Lasermap inc Leclerc et al 1999 Note Le rectangle bleu d limite le domaine de simulation VU 20 Figure 6 Configuration spatiale des relev s topographiques des anabranches par sections transversales Note La sinuosit des trac s d anabranches ne permet pas d interpoler lin airement la topographie entre les sections moins de d tenir suffisamment de profils transversaux sur le parcours Vs 22 Figure 7 G n ration de transects interm diaires et d un maillage en Q4 pour la repr sentation ad quate de la topographie et de la sinuosit des anabranches ere 23 Figure 8 Exemple de traitement synth tique de la topographie du mod le la fronti re aval avec des donn es issues de photos a riennes Note les points rouges sont des donn es d l vation interpr t es d apr s la couleur du substrat et les valeurs de profondeur connues imm diatement l amont 25 Figure 9 Illustration du maillage hydrodynamique retenu dans la r gion de l Ouvrage A Note la densit du maillage varie de 2 m 6 m selon le besoin de pr cision comme ici l Ouvrage A lui m me ou dans l anabranche
13. o z a Mesures prises avant 1998 Marge d erreur 15 cm Marge d erreur 15 cm m Mesures 2011 2012 Marge d erreur 15 cm Marge d erreur 15 cm Mod le long Marge d erreur des simulations Marge d erreur des simulations D bit mcs Figure 20 Relations niveau d bit compar es entre le mod le court extrapol e et impos e et le mod le long simul Note la relation ant rieure 1999 utilis e pr liminairement pour le mod le court a t abandonn e et pour cause Fiches d interpr tation Page 50 Rapport INRS ETE 1416 Z Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Prise d eau sous fluviale des lets _ Sins 498 mes Mod le bong lt ME 600 mes Mod le long ms Sim 700 mecs Mod le long 5j 2b 800 mes Mod le long Simb 200 mes Mod le bong Simi6b 1000 mes Mod le long MENi E E WE TOT QE ES CT A k D TT Lea T pe _ 50m Mod le court mE Modele court 70 ms Mod le court Hms Mod le court Rapide des Trois Saults te Note Les valeurs de d bit indiqu es repr sentent 94 1000 ms Mod ke court du bassin versant de la station 051001 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 Cha nage local m Figure
14. 157 m et de ses organes de captage prise d eau superficielle dans le foss de ceinture et puits de captage de la prise d eau sous fluviale implant 158 m L analyse des conditions de submersion indique que ces composantes ne sont pas toutes sujettes la submersion au m me d bit Nous avons tabli ces conditions comme suit Fiches d interpr tation Page 58 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1 650 m s 683 m s la station 051001 r currence 13 ans pour les bassins 157 m 950 m s plus de 1000 m s la station 051001 r currence de plus de 200 ans pour la porte arri re du poste des pompage 158 m 3 900 m s 054 m s la station 051001 r currence de plus de 150 ans pour le puits de captage de la prise d eau sous fluviale 158 m En r sum les conditions hydrauliques l eau libre ne sont pas si probl matique que les tudes ant rieures le laissaient anticiper et ce pour toutes les composantes Seuls les bassins implant s 157 m sont v ritablement expos s plus souvent 1 13 ans Le cas ch ant 1l faut s attendre des dommages li s la rupture des digues en certains points plus fragiles et expos s aux plus forts courants D ailleurs la conception de la g om trie des digues pr voit deux points de rupture intentionnels digues fusibles afi
15. 1o droite en bas CE AO ban et oder Ron Se ne eo Do 27 Figure 10 Mod le num rique d l vation altitude p r au niveau moyen des mers utilis pour la mod lisation hydrodynamique Note la topographie des derniers 700 m du lit mineur en aval est photointerpr t e mais fait l objet d une validation indirecte par le niveau d eau 29 Figure 11 Relev LIDAR du niveau d eau 1999 Niveau d eau et g om trie d ensemble du bief en aval du modele qui d termine la condition HMITE sussrvrssssesssssenecnnenssomsetendessssnennc tai duessesdessnsco evene caaoercencooseo teste ses nai 33 Figure 12 Relation niveau d bit estim e la limite du mod le Hauteur normale vs Hauteur critique 34 Figure 13 Coefficient de frottement n de Manning impos au mod le pour la calibration o000aaneo0snnnee0sannnae 36 Figure 14 Positionnement des profils en long 4 14 km Note Les rep res indiqu s sont typiquement distanc s de 250 m Les profils sont toutefois document s aux 20 M ere 38 Figure 15 v nements de calibration validation Profil en long des r sultats Note Les rep res num rot s correspondent aux poms surla PURE RER ee D ne ee es ee aie die ie ia ee de 39 Figure 16 R sultats de l analyse fr quentielle de Ouarda INRS par une m thode au d passement pour les d bits la station 051001 Marches Naturelles Note Les valeurs indiqu es doivent tre minor e
16. 2011 et d autre part une s dimentation importante dans le chenal principal la hauteur de l le du Canteloup notamment dans le chenal est o une accr tion verticale de 30 60 cm y a t mesur e entre 1995 et 2010 ainsi qu une r duction en largeur de 36 entre 1963 et 2011 En outre la plupart des biefs ont enregistr une acc l ration importante des taux d rosion dont les valeurs moyennes sont pass es de 0 10 m an pour la p riode 1963 2003 0 24 m an pour la plage 2003 2011 Les modifications s tant op r es dans ce secteur d coulerait de 1 la restriction l coulement que forme le redressement du profil du cours d eau la hauteur de l le de Canteloup 2 l action r currence des emb cles lesquels initient des d bordements lat raux favorisant le d veloppement de chenaux p riph riques et occasionnent le d placement de masses de d p ts de l amont vers la zone formant un redressement 3 l absence d v nements hydrologiques capables d assurer le maintient de la g om trie du chenal principal en remobilisant les s diments vers l aval et 4 la faible r sistance des berges des chenaux p riph riques l rosion favorisant un d veloppement rapide de ceux ci Dynamique morphologique Page 98 Avis de l OBV CM Ces facteurs comprennent en outre des interactions fines formant une synergie tendant vers l accentuation des changements Une crue majeure pourrait fa
17. cette s quence sont bri vement comment es ci apr s 3 2 1 Analyse pr liminaire bibliographie L analyse pr liminaire consiste tablir le contexte les enjeux la port e et les objectifs de l tude Pour ceci on se fonde sur la bibliographie existante et l inventaire des donn es disponibles Une partie de cette d marche a fait l objet du Chapitre 1 du pr sent rapport 3 2 2 Inventaire des donn es disponibles et caract risations compl mentaires Dans une tude classique on proc de une caract risation compl te de la topographie par sections transversales 1D ou par semis de point 2D du lit mineur et des zones inondables ceci s ajoute la connaissance du contexte hydrologique procur e par les stations hydrom triques et les analyses fr quentielles repr sentatives des crues Ces op rations forment l essentiel de cette tape Dans le cas pr sent une caract risation topographique 2D voir le Chapitre 4 pour cet inventaire a t mise notre disposition par la Ville de Qu bec pour l ensemble du lit mineur du cours principal et des anabranches de la plaine alluviale nord De m me la Ville a fourni un mod le num rique d l vation de l ensemble de la zone obtenu par photogramm trie num rique Un relev LIDAR datant de 1999 2000 a galement t fourni par PINRS Comme ce tron on de cours d eau n en est pas son premier exercice de mod lisation Leclerc et al 1998 Heniche ef al
18. d emb cle pr dominent sur les crues l eau libre pour les risques d inondation du secteur l tude de sorte que les cotes de crue pr alablement tablies pour celui ci ne devraient pas tre mises jour en fonction des nouvelles cotes propos es ici celles ci tant significativement inf rieures aux anciennes Enfin les changements climatiques qu on anticipe sont de nature entra ner une d rive des valeurs des quantiles statistiques des al as l origine des crues l eau libre et des d b cles hivernales h tives janvier f vrier Il pourrait ainsi s av rer indiqu d appliquer le principe de pr caution Recommandation 1l est recommand de maintenir la d limitation ant rieure des zones inondables inscrite au sch ma d am nagement et de prendre acte des nouvelles cotes propos es titre indicatif des al as de crue l eau libre Recommandation il est recommand de mettre jour l analyse fr quentielle des crues l eau libre en incorporant les donn es de crue plus r centes relev es depuis l an 2000 Recommandation 1l est aussi recommand de proc der une tude de tendances statistiques hydrom t orologiques en lien avec les changements climatiques anticip s notamment en mettant l emphase sur les variables explicatives des al as mentionn s pr cipitations estivales abondantes redoux hivernaux notamment 9 4 Sur les risques d inondation les emb cles et leur g
19. de la prise d eau peut se voir encercl par les crues pour devenir un zone insulaire transitoire Les d bits plein bord aux diff rents sites sensibles ont t tablis afin d am liorer l efficacit des plans particuliers d intervention PPI en cas d urgence La prise d eau des llets est expos e la submersion et les structures d endiguement bassins sont alors soumises des forces rosives susceptibles de les endommager 8 4 Fiche 4 Quelle est la vuln rabilit des d p ts meubles du lit mineur la mise en mouvement en p riode de crue L approche utilis e pour analyser cette question est d crite en d tail l annexe D Extrait de l avis int rimaire concernant la taille caract ristique des mat riaux de la couche armure Prise d eau sous fluviale projet e l Ouvrage A Il a t question pr c demment d al as pouvant occasionner la mise en mouvement des mat riaux du lit ou des berges par les contraintes de cisaillement li es aux courants et la turbulence Certaines approches empiriques permettent d valuer la contrainte critique permettant de mettre en mouvement un substrat de taille d termin e Il est aussi possible de d terminer la taille de mat riaux qui seraient mis en mouvement avec une contrainte donn e Afin de d terminer les endroits o la composition du fond est la plus vuln rable aux contraintes effectives nous avons d abord d termin la distribution des contraintes criti
20. en faisant usage des diff rents ensembles de donn es disponibles incluant le mod le d l vation de la Ville de Qu bec Plus d une campagne de mesures bathym triques ont servi caract riser le lit mineur y compris les profils des anabranches des plaines alluviales Le mod le a t valid en niveau d eau l aide d observations directes r alis es avec la collaboration d un r seau d observateurs riverains dispers s sur le parcours du mod le Six v nements de d bit ont t caract ris s entre 22 m s et 550 m s quatre effectivement ind pendants La qualit de l ajustement du mod le hydrodynamique est inf rieure 10 cm de pr cision en moyenne la plupart du temps et tr s peu de singularit s subsistent ce niveau notamment dans les r gions rapidement vari es de l coulement Recommandation 1l est recommand de maintenir long terme la contribution du r seau d observateurs riverains d tendre sa port e aux ph nom nes d emb cles et d rosion et d utiliser les donn es obtenues afin de v rifier l impact hydraulique de toute d rive morphologique du cours d eau suite aux al as de crue et d rosion et ainsi maintenir le niveau de confiance pr tabli dans le mod le 9 2 Restrictions la validit ou hypoth ses non v rifi es Nous avons d j mentionn que la pr sente tude ne tient pas compte des effets de glace dans la compr hension des risques d inonda
21. interpr tation sont pr cis es dans la mesure du possible et forment dans certains cas des sujets de recherche explorer ult rieurement VI Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Table des mati res Colabora BR nn aa bce ee OO socio 0 ct etre iii AVANT 61 0 0 0 sorore RE IV R sum ex cutif en ee de eee ces cdot bone Dent oncacoc te eee ee Do Dee cordon ete v Table des MAIRES eee en duc ee Done ce ec ee eee een nee de vii LISTE CS ABUS a a E A X Liste des cartes de submersion sessesssssessssssssssessssssossossossssossossossosssssssosesssossossssosssssse xii ES edes tahle aU eer E EEEE E xiii Contexte et objectifs a a ae ae D en de see 0 Da ananas Dee ae de to an 1 1 1 Contributions pr c dentes et raison d tre de la pr sente tude 1 2 ODES a one ad en cie 4 Localisation et description du site l tude nr 6 1141 24 14 0 Lo 0 le Le PER PER RE RE RER EEA 8 LD AMOD a a 8 3 2 Diagramme m thodologique s sesessssssesesesssseosoesesssssosoesssssoeoesesssssoeosossssseosoeseee 9 3 2 1 Analyse pr liminaire bibliographie ss 9 3 2 2 Inventaire des donn es disponibles et caract risations compl mentaires sssssensssseerssssrerssseeree 9 3 2 3 Mod lisation num rique d l vation MNE et simulations l tiage 11 3 2 4 Les out
22. la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 88 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 700 mcs au site 742 mcs la station 051001 80 75 D w un un g un en eo O NN ON D QU EE A w O Q On O ne G o o 0 100 200 300 400 N TN Pi vuro EES r i NS 1813 13e NI 2 LAN Planche IV Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 700 m s 742 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Universit d avant garde INRS LA V3 Cartographie de la submersion Page 89 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 750 mcs au site 795 mcs la station 051001 80 7 5 O un nn p on an un O O O N NUUA A O mono nn oo un oo un 0 100 200 300 400 A Planche V Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 750 m s 795 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 gt hn A 4 N VILLE DE ss 4 Je y F N S 7 A 1513 Les As A Cartographie de la submersion Page 90 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VI
23. le mod le long simul Note la relation ant rieure 1999 utilis e pr liminairement pour le mod le court a t abandonn e et POUF COU E oer EEE A E A T E S A E ne 50 Figure 21 Comparaison des r sultats obtenus avec un mod le version court vs le mod le allong retenu 51 Figure 22 Vue d ensemble des zones inondables pour les crues l eau libre R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le risque associ aux al as d emb cle de glace pr sents dans le secteur les 700 derniers m tres en aval du mod le requi rent une validation additionnelle des r sultats au del de 500 m s et ne peuvent tre interpr t s en gestion du risque sans pr caution 54 Figure 23 Zones inondables pour les crues l eau libre Zoom secteur des lets Trois Saults R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le risque associ aux al as d emb cle de glace pr sents dans le secteur les 700 derniers m tres en aval du mod le requi rent une validation additionnelle des r sultats au del de 500 m 5s et ne peuvent tre interpr t s en gestion du risque sans pr caution 55 Figure 24 Zones inondables pour les crues l eau libre Zoom secteur de la rue de Canteloup R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le ri
24. peut s affranchir de conna tre la condition limite aval en niveau et laisser la forme du seuil d terminer le comportement du mod le en niveau dans la partie amont du mod le Par contre il faut s assurer que le bief imm diatement en aval de la fronti re ne noie pas le seuil en cas de crue importante Dans un premier temps nous avons analys le comportement hydraulique de ce bief une chelle m so afin de d terminer la hauteur normale d eau la limite aval du mod le Pour ce faire les param tres g om triques principaux du bief d terminant son hydraulicit ont t extraits Figure 11 Pour d terminer la hauteur normale de l eau H nous appliquons la formule connue de Manning pour une gamme de d bit couvrant les besoins de mod lisation V a n q VH S 1 5 1 y 38 2 q n qn s H 7 S 2 CT ai o L la vitesse moyenne de la section m s la profondeur moyenne normale recherch e rayon hydraulique en m y H OQ Ile d bit total consid rer m s q le d bit sp cifique m s par m de largeur ou m s l la largeur moyenne du bief m L la longueur du bief m n le coefficient de Manning S la pente du bief m m En consid rant les dimensions du bief Figure 11 nous retenons les valeurs caract ristiques suivantes 50 m S 0 25m 60m 0 0042 Q 24 1050 m s par incr ments de 50 m s La profondeur moyenne obtenue est appliqu e la limite du mod le en utilisant une v
25. que la topographie tr s locale devient alors le facteur explicatif dominant des coulements Une caract risation topographique tr s d taill devient alors n cessaire surtout aux sites pr sentant des fortes singularit s Un tel niveau de pr cision qui est n cessaire pour une interpr tation d taill e des vitesses d coulement n a pas t atteint partout pour le pr sent mandat Par contre le secteur vis par l Ouvrage A a connu une caract risation tr s d taill e qui permet d approcher ce genre de r sultat Les mesures du niveau d eau peuvent tre obtenues des stations de mesure limnim triques Himnigraphes ou par des relev s ad hoc effectu s lors d une campagne de mesure sp cifique ou encore partir de l identification a posteriori de d laiss s de crue Les relev s ad hoc de d laiss s de crue peuvent b n ficier norm ment de la participation des riverains l observation Ces diff rentes approches ont toutes t mobilis es pour la pr sente tude En th orie l tape de validation d un mod le est un exercice ind pendant de sa calibration Par contre un mod le calibr doit toujours faire l objet d une validation avec des mesures pour tre jug satisfaisant de pr f rence pour des v nements se situant en dehors du registre de ceux ayant servi l ajuster Advenant une situation o la simulation d un v nement de validation ind pendant de la calibration indi
26. rapidement vari es o l on dispose d une bathym trie moins pr cise de nature synth tique l erreur relative varie entre 0 03 et 0 09 tandis que l erreur absolue varie entre 0 071 et 0 126 mais demeure g n ralement inf rieure 0 10 m ce qui est excellent compte tenu de la pr cision intrins que des jeux de donn es topographiques et de niveau d eau qui est du m me ordre de grandeur On peut observer sur la Figure 15 que les diff rences plus importantes constat es se situent aux sites des rapides mentionn s et pourraient tre dus la grande variabilit spatiale de la donn e Tableau 3 Bilan des r sultats de simulation H2D2 sans les zones rapidement vari es 498 m s 314 m s 224m 7 s 24 m s Diff rence moyenne 0 094 0 051 0 069 0 030 relative Diff rence moyenne absolue 0 126 0 071 0 082 0 091 5 6 Conclusions en bref par rapport la validit du mod le 1 Le mod le H2D2 est consid r valide dans l intervalle de d bit compris entre 24 m s et 498 m s avec une pr cision typique inf rieure 0 10 m pour les zones d coulement graduellement vari es typiques d un coulement fluvial 2 Un tel mod le peut faire l objet d une extrapolation des valeurs sup rieures de d bit en posant certaines hypoth ses ou postulats a La stabilit des mat riaux du lit hypoth se qui n est pas n cessairement satisfaite pour des valeurs croissantes de d bit au del du registre de
27. seraient pr voir pour le maintien des op rations de captable dans ce secteur En somme cette tude confirme le caract re tr s changeant des chenaux anastomos s du secteur des lets Ainsi bien que les prises d eau de Charlesbourg et de Beauport ne subissent pas actuellement les contrecoups de la dynamique du cours d eau certaines cons quences seraient pr voir l occasion de futures crues majeures Celles ci pourraient notamment tre mieux anticip es et pr venues par la tenue d tudes et de travaux compl mentaires Dynamique morphologique Page 99 Avis de l OBV CM Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e Annexe D Rationel d analyse pour la stabilit des alluvions Extrait d un avis d expert par Michel Leclerc relatif la stabilit des alluvions au site d implantation du futur Ouvrage A durant et apr s la reconstruction 2012 Cette annexe a d tre retir e en raison de restrictions li es la confidentialit Rationnel d analyse pour la stabilit des alluvions Page 100 Rapport INRS ETE 1416
28. tron on de trois kilom tres de la rivi re Montmorency se caract risant par un r seau de chenaux anastomos s pr sentant une grande dynamique morphologique Celui ci comprend un cours principal de m me qu un r seau de chenaux p riph riques Ce dernier prend naissance en amont de l le du Canteloup et longe le cours principal en se reconnectant celui ci en divers points Le tron on de rivi re comprend deux prises d eau desservant les arrondissements de Charlesbourg et de Beauport En lien avec la nature changeante du cours d eau la Ville de Qu bec propri taire et op ratrice de ces installations a exprim le besoin de documenter l volution morphologique du secteur en lien avec la p rennit des ouvrages de captage Cette tude consiste en ce sens formuler un avis g omorphologique sur l volution morphologique long terme du secteur des lets en mettant l emphase sur le secteur de la prise d eau de Charlesbourg Ouvrage A Pour ce faire une cartographie multi dates 1963 2003 et 2011 des chenaux anastomos s a t r alis e et une synth se des donn es topographiques relatives l volution verticale des chenaux a t effectu e Les r sultats obtenus pour la portion nord du secteur des lets soit en p riph rie de l Ouvrage A indiquent d une part une activation majeure de l ordre de 279 de la largeur moyenne des biefs constituant le r seau de chenaux p riph riques entre 1963
29. tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Id alement toutefois une caract risation terrain devra tre planifi e pour obtenir la vraie topographie du segment trait synth tiquement Nous reviendrons sur cet aspect au chapitre des recommandations La validit de la topographie demeure toutefois sujette v rification indirecte et partielle dans le cas pr sent puisqu elle sera bas e sur la comparaison des niveaux mod lis s aux mesures issues du LIDAR Ce n est pas cette topographie synth tique qui est ainsi valid e mais son comportement hydraulique l gard du niveau d eau L obtention de la vraie topographie demeure donc pr f rable ultimement 4 3 4 R sultats de la mod lisation num rique du terrain Le MNE r sultant de tous ces jeux de donn es les entit s terrains de topographie de Modeleur est port sur un maillage hydrodynamique qui comprend 498613 n uds et 248432 l ments triangulaires de type T6L voir l Annexe A Le mod le H2D2 en bref page 79 et qui permet d obtenir des r sultats plus pr cis que jamais les MNE ant rieurs limit s par la capacit de calcul n utilisant typiquement que 22000 noeuds En pratique les l ments ont une taille caract ristique variant entre 2 m et 6 m d pendant du niveau de r solution souhait et de la variabilit du terrain La Figure 9 illustre le maillage labor pour cette tude dans la r gion de l Ouvrag
30. 0 2200 2400 2600 2800 3 000 3 200 3 400 3 600 3 800 4000 4200 4400 Cha nage local m Figure 15 v nements de calibration validation Profil en long des r sultats Note Les rep res num rot s correspondent aux points sur la Figure 14 Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 39 Rapport INRS ETE 1416 VILLE DE ss 1813 13e s m 318 485 683 824 845 1561 1584 1681 2022 2050 2077 2211 2356 2596 2742 2878 2889 2985 3120 3188 3270 3553 3827 3941 4044 4068 tude hydrodynamique Description 498 m s Ouvrage A 0 00 Famille Simard 0 03 95 rue de Canteloup 0 00 Premi re maison rue de Canteloup 0 00 Pied de la c te de Canteloup 0 00 Amont du pont multifonctionnel 0 00 Aval du pont multifonctionnel 0 00 Bout du sentier du pont multifonctionnel 0 00 Amont du rapide du Rigolet 0 34 Milieu du rapide 0 38 Aval du rapide du Rigolet 0 28 Chemin des chalets M Guillemette 0 18 R mi Beaudouin Limnigraphe des P lets 0 29 Pompe de surface la rivi re 0 00 Limite aval des bassins 0 00 Rue du Gouffre 0 00 Francine Parent 0 00 Chalet Serge Jolin 0 00 Entreprise Bonne Impression inc 0 00 Manon Morency 0 08 Carole Biron 0 05 Karl Poulx 0 00 Aur le Fournier 0 02 Reynald Duberger 1 0 00 Reynald Duberger 2 0 00 Reynald Duberger 3 0 00 Diff rence moyenne relative 0 062 Diff rence moyenne absolue 0 18 Calibration validation du mod
31. 000 m s 1060 m s la station hydrametrigue CEHQ PO TOC nero tenant pe soc de tee O en ten AEI TEE ENOS nan ee nn aE 95 Planche XI Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 1050 m s 1113 m s la station hydrometrigue CEHQ POS TOUT ren asarsncssne 0 esnatttesenoe abc opeet ee cena tetes ane loc mueau etes nel beseuntne EEEE E AEE reaR 96 xii Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE 1813 13e tude hydrodynamique Universit d avant garde Liste des tableaux Tableau 1 Conditions aux limites pour les simulations de calibration validation du mod le 37 Tableau 2 R sultats de simulation H2D2 compar s aux mesures 40 Tableau 3 Bilan des r sultats de simulation H2D2 sans les zones rapidement vari es 41 Tableau 4 Cotes de crue vicennale et centennale en divers points de contr le du secteur l tude 53 Tableau 5 Synth se des param tres de submersion l eau libre et l ments de vuln rabilit Secteurs Trois Saults Qu bec des lets rue de Canteloup inner nrrrrnrrrenrenrerreerrenrrenreeneenreerennees 60 Tableau 6 Sections de jaugeage num rique des diff rents biefs d coulement 66 xiii Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 1 Contexte et objectifs La reconstruction de la prise d eau de l Arrondi
32. 21 Comparaison des r sultats obtenus avec un mod le version court vs le mod le allong retenu Fiches d interpr tation Page 51 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e 8 2 Fiche 2 Quels sont les patrons de submersion et les risques li s aux crues l eau libre notamment celles de p riode de retour 20 et 100 ans et les crues historiques La submersion est la premi re variable explicative des dommages directs aux b timents et infrastructures Il est donc int ressant de disposer de cette information pour planifier des mesures d urgence adapt es une hydraulicit croissante Cette information est d autant plus int ressante que les autorit s municipales disposent d une mod le hydrologique pr dictif CEHQ 2012 ainsi que d un relev hydrom trique en temps r el station 051001 pour les crues l eau libre Il est donc possible d anticiper a priori les cons quences reli es aux al as de crue partir d une pr analyse bas e sur les valeurs de submersion Dans un premier temps 1l est possible de repr senter la variable submersion sous la forme de cartes li es au d bit Avec un tel document il est d j possible de d terminer certaines cons quences li es aux besoins d vacuation l objectif tant d abord de prot ger les personnes Dans un s
33. 261 inconnues alg briques r soudre Mod lisation num rique de terrain Page 26 Rapport INRS ETE 1416 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg N ia a LA Etude hydrodynamique ve M es uJ D TD x o0 5 aa gt TV Ne 72 gt D RE oi cours d eau et ce possiblement au d triment du cours principal Le cas ch ant il pourrait en A d approvisionnement occasionnelles la prise d eau des Ilets lors S tant donn lter des difficult tiages s 7 resu d les bras secondaires de la plaine alluviale nord convergent le que 2 v res 7 Nous retenons ici que l interpr tation des r sultats de mod lisation devra se faire avec la plus grande prudence pour les valeurs lev es de d bit d d bit en aval de l infrastructure vicennale 20 ans L ecurrence 2 SVAVAVAVAVA PATATA TAPANT AYAS Ta LES TAN OPA PATATE ra ra TA ARUPANANET VA TS UT T PATATE AT AT a Ma ATA LEE Lot N PA PeT TROT PNA IN Pa CNA CAL AV F ee Ki 5 Y NL A NATA I gt CIS TS vi F A F aS LA TA Ka a a ch A E y de k NZ t at X F w 2 gt We a zT de y r rat TA f F v gt 7 f Va TS v GS EA Y d A t typiquement la r 5 Anabranche 1
34. 6 Observation directe 10 novembre 2011 24 Relev direct au GPS centim trique D bit Date l amont m s 29 mai 2011 498 29 ao t 2011 314 12 novembre 1999 22 24 amp 3 juin 2000 20 24 150 9 150 9 Ce relev issu du LIDAR permet d tendre le jeu de donn es du 10 novembre 2011 entre les points de mesure Note le niveau aval a un influence sur la simulation dans la partie aval du domaine de simulation tant donn le D 2 ON r x ex N 3 s caract re l g rement fluvial de l coulement la fronti re Les deux simulations 314 m s sont pilot es avec une hauteur normale tel qu tablie pr c demment et avec une hauteur inf rieure correspondant une valeur critique dans le bief d aval 5 5 3 Parcours retenus pour le trac des lignes d eau Le trac des lignes d eau mesur es ou simul es s effectue aux 20 m sur la coordonn e curviligne indiqu e la figure suivante Les rep res num rot s typiquement distanc s de 250 m sont ajout s afin de faciliter la consultation des graphiques des profils en long Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 37 Rapport INRS ETE 1416 ie Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique QU BEC ous Universit d avant garde ns 0 100 200 300 400 N F Figure 14 Positionnement des profils en long 4 14 km Note Les rep res indiqu s sont typ
35. Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 8 2 5 Y a t il encore un danger d avulsion lors des crues exceptionnelles Les tudes ant rieures de l INRS soulevaient la question de l avulsion possible de la rivi re Montmorency en lien avec l abaissement excessif du relief servant confiner le cours d eau son r seau actuel d coulement par l exploitation des sabli res jouxtant le secteur Leclerc ef al 1998 Heniche et al 1999c l poque fin des ann es 90 la Ville de Beauport avait jug bon de colmater des br ches en p riph rie des sabli res par lesquelles le d bit de la rivi re en crue pouvait s engoufirer et par m canisme de ravinement et d rosion r trogressive mettait en danger extr me l ensemble du secteur des lets sans compter la propagation de ces eaux charg es de s diments et d alluvions vers le secteur urbanis de Beauport Malgr la faible probabilit d un tel sc nario elle n est pas nulle et les cons quences seraient si normes qu aucune chance ne doit tre prise par rapport aux mesures de rem diation principalement le confinement d finitif du relief Les nouveaux r sultats obtenus avec le pr sent mod le remettent ils en question le diagnostic et l propos des mesures de rem diation prises suite aux tudes mentionn es La r ponse est n gative D abord parce que les al as pouvant occasionner
36. LLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 800 mcs au site 848 mcs la station 051001 y o g on NN D OL En un om un Un Un un un un 0 100 200 300 400 LEA Le Planche VI Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 800 m s 848 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 N PR DE INRS AN QU BEC Lei PA Aa Cartographie de la submersion Page 91 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Witir iLAan D RSEN HUE Submersion en m Crue de 850 mcs au site 901 mcs la station 051001 8 0 mn s un N Li Co On on om no no no un O O N O qu un 0 100 200 300 400 LEA Le Planche VII Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 850 m s 901 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 VW v s y a ne lt NN A A FVINRS Meuz Lee PAC A Cartographie de la submersion Page 92 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT N TN 4 VILL DE ro N 1513 13 e 2 NOR a 2AA LV tude hydrodynamique INRS Universit d avant garde Witir iLAan RSEN UE Submersion en m Crue de 900 mcs au site 954 mcs la
37. Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 7 Analyse de sensibilit aux crues Dans cette section nous introduisons les r sultats des simulations relatifs la sensibilit du mod le aux d bits de crue croissants Dans un premier temps seul les r sultats reli s au niveau d eau sont montr s sur des profils en long L interpr tation de ces r sultats en termes de submersion des zones inondables de sensibilit des mat riaux du lit la mise en mouvement en cas de crue et ainsi de suite sera pr sent e au chapitre suivant Mais 1l est d abord n cessaire de v rifier si le mode de caract risation de la condition limite aval en niveau d eau influence les r sultats de simultation significativement pour un d bit donn 7 1 Sensibilit des simulations l incertitude de la condition limite aval niveau d eau Nous allons introduire ici quelques r sultats visant valuer la propagation de l influence du r gime fluvial la limite du mod le sur la partie aval du domaine de simulation savoir s1 elle est significative ou si elle peut tre n glig e Pour ce faire deux v nements observ s sont retenus 498 m s et 314 m s nous ajoutons aussi les deux v nements correspondant en oros aux crues vicennales et centennales 700 m s et 850 m s Pour v rifier cette influe
38. Secretan ef al 2000 Heniche ef al 1999b Dans les tudes pr c dentes Leclerc ef al 1998 Heniche ef al 1999 c est le simulateur HYDROSIM qui avait t utilis pour la pr sente tude le simulateur d nomm H2D2 similaire Hydrosim mais beaucoup plus performant en terme de vitesse de calcul a plut t t mobilis Ce choix s imposait en raison des capacit s accrues de r solution offertes qui permettent d obtenir une solution dans un laps de temps r duit typiquement par au moins un ordre de grandeur et qui met profit les capacit s de calcul distribu et parall lis utilisation efficace de grappes d ordinateurs et de processuers multiples c urs de calcul Ces avanc es num riques acc l rent consid rablement le processus de calibration validation Si la mod lisation 2D permet de repr senter plus naturellement la complexit de certains coulements l exercice demeure malgr tout relativement conventionnel par rapport aux M thodologie Page 8 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde op rations de base requises pour obtenir des r sultats valides Nous allons tenter de r sumer ces tapes dans les pages qui suivent 3 2 Diagramme m thodologique La Figure 3 pr sente un sch ma r sumant la m thodologie appliqu e pour cette tude Les tapes de
39. UeS sesesoeoeoesesesosoeoecsesesososoesesesososoeoesososoeoesesosososoesesee 45 7 1 Sensibilit des simulations l incertitude de la condition limite aval niveau d eau 45 7 2 Sensibilit du niveau d eau aux crues s sesesesessssesesesesssseoeoecesssseoeossesssosoececseseos 47 8 Fiches interpr tation sesosssosoososososocoosososssocsososososoccsososssosocsososssosoosososssosoososssses 48 8 1 Fiche 1 Validation des conditions hydrauliques simul es aux limites de Qu bec avec 5 e LUE EL E2 PP 49 8 1 1 Les r sultats pr sents mod le long sont ils diff rents des r sultats obtenus ant rieurement et si SO A EE E E E E EE 49 8 1 2 La version 2012 du mod le a t elle une influence significative sur l valuation des risques d inondation du secteur amont notamment l gard des r sidences et infrastructures 50 8 2 Fiche 2 Quels sont les patrons de submersion et les risques li s aux crues l eau libre notamment celles de p riode de retour 20 et 100 ans et les crues historiques 52 8 2 1 Cartes de submersion en fonction du d bit sise 52 8 2 2 Cotes de crue vicennale et centennale siennes snensssennsesseensessnnnses 53 8 2 3 Cartographie des zones inondables l eau libre ss 54 8 2 4 Points sensibles pour planifier les mesures d urgence essssssssesseserrrserrrrerrrrerreresrrrereerereereseereseereseee 56 8 2 5 Y a t il encore un danger d avulsion lors des crues except
40. VILLE DE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde e vitesses de courant estim es taille des substrats profondeur vitesse de cisaillement contrainte de cisaillement contraintes critiques d entra nement des alluvions pour des tudes s dimentaires de stabilit rosion morphologie e vitesses profondeur le d bit total transitant par une section donn e pour analyser la distribution relative du d bit entre le cours principal et les anabranches Nous reviendrons sur ces questions particuli res au chapitre Interpr tation M thodologie Page 17 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 4 Mod lisation num rique de terrain Le positionnement des cr pines du dispositif sous fluvial l Ouvrage A proc de surtout d une analyse de la topographie actuelle du lit mineur dans le secteur cibl et de son volution possible au fil du temps Le mod le num rique d l vation MNE doit donc prendre en compte les diff rents jeux de donn es disponibles au m me endroit Pour la mise en place du mod le hydrodynamique la topographie du lit majeur plaines alluviales plaines de d bordement est essentielle et des efforts importants ont t consentis pour caract riser non seulement les r gions s ches inondables mais aussi le lit mineur des anabranches du m
41. VILLE DE NT Qu BEC Universit d avant garde Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg Simulation hydrodynamique du secteur Canteloup des Ilets Trois Saults de la rivi re Montmorency ISBN 978 2 89146 761 2 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg Simulation hydrodynamique du secteur Canteloup des lets Trois Saults de la rivi re Montmorency Rapport INRS ETE 1416 D cembre 2012 E Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e Collaborateurs Pour la Ville de Qu bec Daniel Dumais ing Charg de projet Daniel C Lessard Chef technicien g nie civil suivi du dossier Alain Tremblay arpenteur g om tre Relev s g od siques Pour l INRS ETE Michel Leclerc ing D ing Professeur honoraire Charg de projet simulations num riques analyse rapport Yves Secretan Ph D Professeur titulaire Concepteur des simulateurs Modeleur H2D2 et autres utilitaires Support pour la r solution num rique r vision Richard Martel Ph D Ren Lefebvre ing Ph D Claudio Paniconi Ph D Etudes hydrog ologiques Co responsables administratifs de l entente principale avec la Ville de Qu bec Cintia Racine M Sc doctorante Collaboration pour la conception de l ouvrage de captage sous fluvial Pour l Universit Laval Pierre Marc Pelleti
42. Zone de grands courants 1 20 ans _ Zone de faibles courants 1 100 ans 100 200 300 400 Figure 22 Vue d ensemble des zones inondables pour les crues l eau libre R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le risque associ aux al as d emb cle de glace pr sents dans le secteur les 700 derniers m tres en aval du mod le requi rent une validation additionnelle des r sultats au del de 500 m s et ne peuvent tre interpr t s en gestion du risque sans pr caution Fiches d interpr tation Page 54 Rapport INRS ETE 1416 g Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1013 126 Universit d avant garde Cartographie des zones inondable Crues l eau libre M D bit estival 24 mcs Zone de grands courants 1 20 ans _ Zone de faibles courants 1 100 ans Figure 23 Zones inondables pour les crues l eau libre Zoom secteur des Ilets Trois Saults R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le risque associ aux al as d emb cle de glace pr sents dans le secteur les 700 derniers m tres en aval du mod le requi rent une validation additionnelle des r sultats au del de 500 m s et ne peuvent tre interpr t s en gestion du risque sans pr caution Fiches d interpr tation Page 55 Rapport INRS ETE 1416 Z Reconst
43. a d cision en cas d al as d inondation touchant l ensemble des vuln rabilit s du secteur Objectifs sp cifiques l Revoir valider si possible et si n cessaire mettre jour les tudes ant rieures sur la probl matique des al as de crue 2 Colliger valider et ou adapter tous les jeux de donn es topographiques disponibles des lits mineur et majeur de la rivi re Montmorency dans le domaine d int r t et identifier les besoins de caract risation compl mentaires 3 Planifier et coordonner les activit s de caract risation topographique et de niveau d eau requises 4 Proc der la mise en place d un r seau d observation bas sur la participation citoyenne des riverains pour la caract risation des niveaux d eau en p riode de crue fins de validation du mod le Contexte et objectifs Page 4 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e 5 Elaborer un mod le num rique d l vation MNE port sur un maillage de calcul hydrodynamique d taill 6 Implanter un mod le hydrodynamique et le valider pour l ensemble de la zone d int r t incluant la validation du MNE 7 D terminer la valeur des crues de r f rence statistiques simuler pour analyser le comportement hydrodynamique de la rivi re principalement les crues de r currence 20 et 100 ans ainsi que les valeurs
44. a mod lisation bidimensionnelle des coulements un outil qui a volu tr s vite au cours de la derni re d cennie avec de nouveaux algorithmes de r solution plus performants que jamais et surtout avec la disponibilit de nouveaux syst mes informatiques permettant de parall liser les lourdes t ches de calcul Dans un second temps nous avons donc jug utile de revisiter certaines conclusions tir es lors d tudes de mod lisation pr c dentes lesquelles avaient t r alis es avec des outils informatiques beaucoup moins performants et des donn es de base topographiques surtout qui ont t dramatiquement am lior es depuis la fin des ann es 90 notamment en lien avec la description de la plaine alluviale et la disponibilit de donn es LIDAR Light Detection and Ranging obtenues en 1999 2000 Le nouveau mod le mis au point comporte maintenant pr s de 25 fois le nombre de points document s par les simulations ant rieures avec une r solution moyenne variant de 3 6 m et sa port e spatiale est tendue aux fronti res naturelles de l coulement sur plus de 4 km soit sur une distance de pr s de 3 fois celle des anciennes versions de mod le La port e du mod le 2012 comprend l ensemble de la plaine alluviale potentiellement submerg e par les crues Un effort particulier a t consacr la description pr cise des anabranches bras secondaires contribuant au transfert des crues vers l aval Malgr les am
45. alement attribu cette zone est lin airement accrue en fonction du signe et de la valeur de la profondeur figure suivante La majoration du n est importante de mani re p naliser efficacement la vitesse d coulement en vitant les chocs num riques trop violents qui Logiciel H2D2 en bref Page 82 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e fragilisent le processus de r solution convergence Dans la zone mouill e H gt 0 le n est r gl en accord avec la valeur normale laquelle peut d pendre des rugosit s locales du lit NH gt 0 N n gt 0 0 H gt 0 Figure 37 Variation du coefficient de Manning n avec le signe et la valeur de la profondeur Dans la zone d couverte le n varie lin airement avec le module de la profondeur IHI nu lt o A 1 BIHI Version H2D2 Le mod le de d couvrement recouvrement d H2D2 diff re d HYDROSIM deux gards Similaire HYDROSIM H2D2 limite la valeur n gative attribu e la profondeur dans les zones s ches une valeur minimum Hmin ce qui revient limiter la valeur du n sec un plafond nary De plus H2D2 introduit une zone de transition entre la valeur seuil de d but de d couvrement H eshotd et Hmin qui d limite la variation lin aire des param tres Logiciel H2D2 en bref Page 83 Rapport INRS ETE 1416 3 Recon
46. aleur de Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 32 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE E tude hydrodynamique QU BEC Universit d avant garde radier estim e de 150 46 m Le coefficient de Manning applicable ce tron on form de roche granitique fractur e est fix 7 0 055 Le r sultat est pr sent la Figure 12 Les valeurs de hauteur normale obtenues d finissent toutes un r gime d coulement fluvial Nombre de Froude inf rieur 1 0 donc avec un niveau d eau sup rieur au seuil critique qui rendrait le seuil univoque quant la relation niveau d bit formule suivante Ho q g O gest la gravit m s et H la profondeur critique m On doit donc s attendre ce que les conditions limites de niveau d eau exercent encore une certaine influence sur le bief d amont mais limit e en distance et se r duisant assymptotiquement Afin de mesurer cette influence du r gime fluvial la fronti re sur le bief aval du mod le nous avons conduit une analyse de sensibilit au niveau d eau aval pour certains v nements de crue contrast s Les r sultats de cet exercice seront pr sent s plus loin On peut toutefois affirmer ici que l influence du caract re fluvial de la condition limite demeure relativement mineure limit e en distance et ne doit tre pris en compte que dans la mesure o les valeu
47. articuli res la conception de Ouvrage A Diff rents avis ont t formul s en cours d tude en lien avec la conception de l Ouvrage A en reconstruction Ces avis ne sont pas reproduits 1c1 et ne seront pas comment s plus avant Le lecteur autoris peut consulter ces avis sur demande au Service de Documentation de l INRS Conclusions et recommandations Page 74 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde ETE Leclerc 2012 Il est toutefois noter que les premiers avis fournis ont pris appui sur la version courte du mod le mise au point au d but de l tude La principale diff rence entre la version courte et la longue finalement retenue qui prolonge le mod le jusqu au rapide des Trois Saults tient la condition limite de niveau applicable en aval La version longue du mod le a permis d apporter une bien plus grande pr cision cette donn e impos e L impact de cette am lioration est positif par rapport au niveau de risque r sultant de la submersion mais il n est toutefois sensible qu la hauteur de la rue des Trois Saults et dans le secteur des lets en aval du pont multifonctionnel ouvrage des lets inclus En revanche les d bits de crue transitant un niveau plus faible on peut anticiper des vitesses de courant plus fortes avec un pouvoir rosif plus grand
48. ation par le vent en x et y z dry area F wet area y free surface bottom Figure 36 Nomenclature des variables dans H2D2 Algorithme de d couvrement recouvrement H2D2 est assorti d un algorithme particulier qui permet de repr senter naturellement les ph nom nes reli s au d couvrement du lit du cours d eau en lien avec l volution dynamique du r gime hydrologique ou des mar es Les aspects fondamentaux de cet algorithme ont t pr sent s dans Heniche et al 1999 2002 pour la version ant rieure HYDROSIM Ci apr s les l ments essentiels de l algorithme sont pr sent s avec les diff rences entre HYDROSIM et H2D2 Dans le traitement d une fronti re mobile nous consid rons trois crit res e aucune condition ou limitation n est impos e au niveau d eau qui peut l instar des coulements souterrains plonger sous le lit du cours d eau d couvrement du lit et produire ainsi des profondeurs positives submersion ou n gatives exondation figure suivante e la convention de signe adopt donne des profondeurs positives dans le premier cas et n gatives dans le second e Par simplicit un coulement stationnaire est assum dans la zone s che afin d assurer la conservation de la masse Le but recherch est de geler l coulement stationnaire dans la zone s che p 0 qui serait associ avec la pente du plan d eau Pour y arriver la valeur du coefficient de Manning n norm
49. atrices d une forte h t rog n it hydraulique locale ondes stationnaires dans les zones torrentielles qui perturbent le signal r v lateur du niveau d eau L int r t principal du signal LIDAR pour le niveau d eau est qu il procure une image distribu e et synoptique c est dire qu on dispose d information partout sur le domaine de simulation plut t qu uniquement en un nombre fini limit de points Les relev s de niveau correpondant au r seau d observation riverain ont t r alis s partir de la caract risation des d laiss s de crue parfois effectu e la journ e m me voire au moment m me de la pointe de crue 24 et 314 m s ou encore sur la base des t moignages de plusieurs propri taires riverains qui ont accept de participer l exercice Dans tous les cas un rep re g od sique temporaire a t implant en chaque lieu d observation l aide d un GPS Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 30 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde centim trique op r par la firme G niearp Inc et ou par le Service G omatique de la Ville de Qu bec Ces points de mesure sont la plupart du temps implant s sur un objet inamovible tel qu un escalier un muret un tronc d arbre ou directement au sol Tous les points de mesure ont
50. conservation de la quantit de mouvement Dans H2D2 Logiciel H2D2 en bref Page 80 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique N FR QU BEC Universit d avant garde h 04 day a x r Ty AT AT EE Mr H H 2r w amp Gv dr dy My Er F rr 7 H H Fr amp amp dy xety sont les directions du syst me de coordonn es cart sien x vers l Est y vers le Nord qx et qy sont les flux d bit sp cifique dans les directions x et y m s m ou m s t est le temps h est le niveau d eau m H est la profondeur de la colonne d eau m F et F sont les forces massiques unit s d acc l ration en x et y m s Ces forces massiques sont d crites par les quations suivantes FF gH eu Si R DE fe E PF gH h_n f4r fn Em ar amp HS x O 2 est l acc l ration gravitationnelle 9 8 m s n est le coefficient de Manning a est le module du d bit sp cifique p est la masse sp cifique de l eau T est le tenseur des contraintes de Reynolds turbulence Fx et Fey sont les composantes de la force de Coriolis en x et y Logiciel H2D2 en bref Page 81 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE E tude hydrodynamique QU BEC Universit d avant garde F et Fwy sont les composantes de la sollicit
51. cteurs vis s La question qui se pose est relative la longueur du d lai que cela repr sente Une analyse sommaire r v le que le temps de concentration de la crue sur la Montmorency est de 12 14 heures pour une distrance typique de 100 km soit 7 8 km h La distance s parant le site de la station est d environ 7 8 km ce qui donne typiquement une heure En bref il faut donc assumer qu une pointe de crue pr vue pour une heure donn e la station 05 1001 est susceptible de toucher le secteur concern typiquement une heure plus t t par hypoth se 8 3 Fiche 3 Quelle est l importance relative de la plaine alluviale dans le transfert des coulements en crue Une caract ristique particuli re du tron on tudi est la pr sence dominante d une vaste plaine alluviale dite anastomos e en forme de tresse par laquelle est achemin l exc dent de d bit en crue OBV CM P L Fortin 2012 r sum l Annexe C Le cours principal s accompagne en effet d un r seau hydrographique secondaire form d anabranches lesquelles sont interconnect es entre elles et connect es la rivi re par une s rie de seuils la plupart situ s en rive gauche La Figure 29 illustre ce fait pour un d bit de crue de 700 m s Il est noter que la propagation d une onde longue est assimilable celle d une onde de c l rit dont la vitesse est donn e par c 9H Pour se propager 7 8 km h 2 m s la profondeur H d
52. de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 013 36 Sensibilit la condition limite aval normale major e de 30 cm Rue du Gouffre Rapide des Trois Saults Limite de Boischatel Reperes du profil Thatweg Simo 314 mes CL sormeale Sim03b 498 mes CL sormele Simio 700 mes CL sormeie Simi3b 550 mes CL sormele Simie 314 mes CL aval major e de 0 3 m Altiude g od sique m Simic 498 mes C avel major e de 0 3 m 700 ma CL svel major e e 0 3 m Simic 250 mes Clavel major e de 0 3 m Note Les valeurs de d bit indiqu es repr sentent 94 du bassin versantde la station 051001 Cha nage local m Figure 17 Sensibilit du niveau d eau une condition limite normale major e de 0 3 m A L gende Visualisation 2 Iso Surface 2012 10 30 20 13 48 1 9000000e 000 1 7000000e 000 m 1 5000000e 000 m 1 3000000e 000 1 1000000e 000 8 9999998e 001 6 9999999e 001 5 0000000e 001 3 0000001e 001 1 0000000e 001 Figure 18 Valeur du nombre de Froude pour un d bit simul de 498 m s Note Une valeur de 1 0 indique un coulement critique et dissocie hydrauliquement les r gimes des biefs d amont et d aval Le seuil en aval du mod le approche la valeur critique au centre du thalweg tandis qu il la d passe en p ri
53. du d bit plein bord dans les secteurs expos s la submersion S Proc der une analyse de sensibilit au d bit comprise entre le d bit moyen et les crues extr mes 9 Analyser a La pertinence des valeurs d l vation et de positionnement dans le plan du dispositif de captage sous fluvial pr vu l Ouvrage A b La r partition des d bits entre le cours principal et les multiples anabranches et les conditions propices la d rivation du d bit vers les plaines alluviales c L exposition des l ments vuln rables principalement la voirie publique la submersion risques d Les contraintes potentielles tenir compte lors de la mise en place de l Ouvrage planifi impacts pendant la construction 10 Supporter le processus de d cision de la Ville toutes les tapes de conception 11 Apporter des r ponses additionnelles relatives la connaissance de base de l hydraulicit de ce tron on 12 Expliciter clairement les limites d interpr tation inh rentes l exercice de mod lisation et sa validit Dans ce rapport ces th mes seront abord s successivement tant donn la complexit hydrographique de ce secteur anastomos de la rivi re et les remises en question qui vont d couler de la critique des tudes ant rieures ce document prend la forme d un rapport scientifique labor o les l ments originaux et les nouvelles connaissances acquises par le mod le sont mises en vide
54. e Annexe C Caract risation de la dynamique morphologique des chenaux anastomos s du secteur des lets rivi re montmorency Qu bec 8 1 Fiche 1 Validation des conditions hydrauliques simul es aux limites de Qu bec avec Boischatel 8 1 1 Les r sultats pr sents mod le long sont ils diff rents des r sultats obtenus ant rieurement et si oui sont ils valides L extension du mod le vers le contr le hydraulique la t te du rapide des Trois Saults a nous l avons vu permis de nous affranchir en grande partie de la connaissance de la condition limite en niveau d eau la fronti re aval du mod le Les tudes ant rieures Leclerc et al 1998 Heniche ef al 1999 placaient la fronti re aval du mod le 700 m plus en amont soit la limite administrative de Qu bec avec Boischatel ce qui nous obligeait on l a vu une extrapolation hasardeuse de la relation niveau d bit tr s au del des valeurs connues de d bit de crue Une premi re s rie de simulations a d ailleurs t conduite avec un premier mod le dont la limite aval tait plac e au m me endroit que les mod les ant rieurs Pour fins de comparaison les r sultats ainsi obtenus sont port s en graphique avec ceux issus du mod le allong retenu finalement Figure 20 On peut constater une bonne correspondance des simulations avec les mesures du moins jusqu 498 m s le d bit le plus lev ayant pu faire l objet de mesures pour
55. e A La Figure 10 montre le r sultat final obtenu qui englobe la totalit du r seau hydrographique du secteur d int r t 4 3 5 Limites d interpr tation li es l hypoth se de lit fixe Le mod le num rique de terrain tabli ne change pas en lien avec les v nements simul s avec H2D2 ce qui constitue l hypoth se de lit fixe Or pour les crues majeures pouvoir formateur ou g omorphique cette hypoth se limite les possibilit s d interpr tation rigoureuse En effet le pouvoir g omorphique de crues tr s nerg tiques implique que la forme du lit mineur voire du r seau d anabranches de la plaine alluviale peut subir des transformations tr s importantes pendant une forte crue ce qui peut remettre en question l hypoth se de topographie fixe utilis e pour la mod lisation Il n existe pas de seuil de d bit tabli pouvant servir de crit re pour tenir compte de cette r serve titre d hypoth se on peut d j consid rer que les crues de p riode de retour 20 ans ou plus ont ce pouvoir rosif lequel croit jusqu devenir g omorphique avec la r currence 100 ans ou plus On passerait ainsi d une rosion des berges progressive mais normale une reconfiguration irr versible du r seau d coulement qui pourrait se traduire par une redistribution diff rente des coulements entre les diff rents bras du La version 2 2 dans la base de donn es Modeleur Le pr sent mod le comporte ainsi 1 122
56. e de crue qui peut effectivement impacter le site l tude 2 Le mod le utilis est bas sur l hypoth se de fond fixe En pratique les ph nom nes ayant la capacit de faire bouger les mat riaux du lit surviennent haut d bit et prennent place graduellement avec la mont e de la crue Il est difficile d tablir une limite pr cise permettant de distinguer les crues relativement inoffensives de celles pouvoir g omorphique important Certains auteurs sugg rent que la couche armure du lit mineur pourrait tre mobilis e d s que le d bit plein bord est atteint Cette valeur varie d un point l autre dans le bief tudi On peut toutefois avancer qu au del de la crue de r currence moyenne 20 ans la rivi re peut d j transporter beaucoup d alluvions en suspension par charriage et saltation soit ceux arrach s aux d p ts en place soit ceux apport s par la rivi re depuis l amont Il est aussi possible qu une quantit appr ciable de substrats viennent se d poser la d crue dans les zones du site plus profondes et coulement plus lent Dans tous les cas les changements morphologiques du cours d eau sont de nature changer les estimations du risque d inondation ant rieurement tablies Recommandation 1l est recommand de proc der p riodiquement ou suite des v nements fortuits une caract risation topographique du lit mineur du cours d eau de mettre Jour le mod le hydr
57. e hydraulique en amont Les simulations pr liminaires nous y reviendrons plus loin dans le document ont d montr que le seuil du rapide dit du Rigolet n a pas pu tre caract ris ad quatement par la firme G niearp cause de difficult s logistiques courants forts cet endroit Les donn es topographiques inexistantes dans le thalweg du rapide ne permettent pas de bien repr senter les coulements cet endroit Des donn es synth tiques ont donc t int gr es au MNE cet endroit pour corriger ce probl me l ad quation de cette intervention a t v rifi e avec les r sultats du mod le 24 m s Mod lisation num rique de terrain Page 23 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 4 3 3 Extension de la limite aval du mod le 4 3 3 1 Raison d tre limite aval des mod les ant rieurs mal situ e Lors de travaux ant rieurs de mod lisation Leclerc et al 1998 Heniche et al 1999 la fronti re aval du mod le avait t plac e aux limites municipales entre Qu bec et Boischatel Cette d limitation de nature administrative n tait pas optimale compte tenu que du point de vue hydraulique une connexion importante avec un bois humide inondable par la rivi re se trouvait exclu du mod le L enjeu de l avulsion possible de la rivi re tant soulev pa
58. e hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 3 2 7 Hydrologie Le principe des conditions de r f rence L analyse statistique fr quentielle des chroniques hydrologiques est la base de la s lection des crues de r f rence servant la d termination des cotes de crue Depuis l Entente Canada Qu bec 1976 les valeurs de r f rence correspondent aux d bits maximums annuels de p riode de retour 20 et 100 ans Les m thodes statistiques utilis es pour tablir les quantiles statistiques mentionn s doivent satisfaire des crit res de base comme L ind pendance des v nements constituant l chantillon leur homog n it et la stationnarit des s ries chronologiques des maximums annuels Il est aussi important de noter que cette approche classique de la fr quence des al as ne prend pas en consid ration les cas de submersion li s la survenue d emb cles ou d pisodes de frasil intense qui peuvent occasionner des d bordements importants D autres approches compl mentaires sont alors possibles pour baliser les zones inondables observation des cicatrices glacielles dendrohydrologie m thode du maximum historique de niveau etc Par ailleurs la non stationnarit pressentie des s ries provoqu e par les changements climatiques peut entra ner une d rive des param tres statistiques des al as changement de fr quence Seule une tr s longue s rie d observations peut permettre de fa
59. e plus en plus favoris es par cette d rivation Ce processus subtil a t confirm par l tude g omorphologique de l OBV CM Fortin 2012 qui a d montr que le gabarit des anabranches incluant celui de leur seuil d entr e a augment consid rablement au fl du temps permettant ainsi une d rivation accrue du d bit du cours principal vers la plaine alluviale Consid rant les incertitudes importantes soulev es par ces tudes ant rieures et la disponibilit de nouvelles donn es plus pr cises concernant le topographie de la plaine alluviale une extension de la port e du mod le l ensemble de la zone d int r t appara t maintenant possible La port e de la zone d int r t d passe donc largement l horizon limit du secteur de l Ouvrage A et elle englobe l ensemble du r seau hydrographique jouxtant la fois cet ouvrage et celui de Beauport Figure 1 1 2 Objectifs Objectif g n ral Dans ce contexte l objectif g n ral de la pr sente tude est La compr hension du comportement hydraulique de l ensemble du r seau hydrographique compris entre l Ouvrage A et les Trois Saults et de formuler des recommandations l gard du positionnement en plan et en l vation du futur dispositif de captage sous fluvial l Ouvrage Parall lement cet objectif g n ral l tude vise galement mettre en place une infrastructure d information hydroinformatique de base pour l aide l
60. earp inc ainsi que par l auteur principal du pr sent rapport photos non produites La formule tablie pour H2D2 Hydrosim est la suivante 1 au 0 17 34 9 log d 1 O n le coefficient de Manning d la taille caract ristique des substrats ou macrorugosit s Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 34 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Typiquement le lit mineur cours principal se caract rise par des valeurs entre 0 025 et 0 04 Figure 13 Les valeurs sup rieures sont associ es des substrats de la taille de gros galets ou de blocs Le r seau d anabranches est trait avec une valeur de 0 034 tandis que la plaine alluviale bois e pr sente des valeurs variant entre 0 035 et 0 06 selon l occupation partielle ou compl te par la v g tation arbustive ou arborescente Le seuil des Trois Saults s est vu attribuer une valeur maximale limite de 0 055 afin de tenir compte de la pr sence dominante de roche granitique fractur e et montrant des paliers saults de relief tr s dissipatifs de l nergie coulement critique torrentiel La viscosit num rique est un autre param tre prendre en compte bien qu il soit beaucoup moins d terminant que la rugosit du lit Il sert surtout peaufiner la r partition lat rale des coulements dans un bie
61. eclerc ef al 2000 Plus d un million de points cot s pur s des valeurs non topographiques immeubles v g tation etc taient disponibles pour l ensemble de la zone Ce jeu de donn es a t calibr l aide de divers points de contr le sur le terrain relev s au GPS centim trique et d une intercomparaison globale avec le mod le num rique de la Ville un jeu de donn es plus r cent moins d taill globalement dans le plan mais mieux calibr sur la v rit terrain De plus des transformations r centes du relief d signaient ce jeu de donn es pour repr senter fid lement les changements survenus depuis le relev LIDAR de 1999 2000 Ainsi il a t tabli que les donn es LIDAR devaient tre relev es de 50 cm pour corriger un biais syst matique d tect en le comparant avec le MNE Mod le Num rique d l vation de la Ville et des points de contr le au sol Par ailleurs l int r t des donn es LIDAR est qu on peut galement les utiliser avec certaines pr cautions pour tablir le niveau d eau au moment du survol une indication plus qu int ressante pour valider le mod le hydrodynamique en niveau d eau Nous reviendrons sur cet aspect au chapitre 5 Calibration validation du mod le hydrodynamique Sp cifications techniques Date deux survols un premier le 12 novembre 1999 22 24 m s la station 051001 et un second le 3 juin 2000 20 24 m s les d bits indiqu s so
62. econd temps 1l est aussi possible de conduire des tudes de risques risk analysis dans un contexte d analyse conomique co ts avantages ACA de mesures de rem diation Dans le contexte de la pr vention li e l utilisation du territoire la submersion li e aux v nements de crue vicennal zone de grands courants et centennal faibles courants est consid r e comme une contrainte au d veloppement Les cotes de crue servent donc r glementer la construction Ci apr s nous cartographions la submersion relative aux crues l eau libre et pr cisons les cotes de crue l eau libre applicable dans le secteur l tude 8 2 1 Cartes de submersion en fonction du d bit Dans un premier temps nous avons produit un graphique montrant les lignes d eau obtenues pour toute la gamme des d bits de crue simul s Figure 19 tant donn l int r t imm diat de cartes de submersion d taill es pour l tablissement de plans de mesures d urgence ces r sultats font l objet d une annexe cartographique distincte pour des valeurs de d bit produisant effectivement de la submersion en zone inondable Annexe B Cartographie de la submersion par les crues l eau libre Fiches d interpr tation Page 52 Rapport INRS ETE 1416 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg na oc ES INTEL tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e 8 2 2 Cotes de cr
63. elles Dans le cas des anabranches elles sont souvent encombr es de d bris ligneux qui en augmentent la r sistance aux coulements Cette question sera abord e en d tails au chapitre suivant Mod lisation num rique de terrain Page 28 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE E tude hydrodynamique 1t13 12e Universit d avant garde SASEsBaRA RE SL m ay TroisiSaults Figure 10 Mod le num rique d l vation altitude p r au niveau moyen des mers utilis pour la mod lisation hydrodynamique Note la topographie des derniers 700 m du lit mineur en aval est photointerpr t e mais fait l objet d une validation indirecte par le niveau d eau Mod lisation num rique de terrain Page 29 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 5 Calibration validation du mod le hydrodynamique Dans ce qui suit nous produisons les r sultats de l exercice d implantation des mod les incluant les jeux de donn es de niveau utilis s la param trisation du frottement les jeux de conditions aux limites la strat gie de r solution et les r sultats de validation obtenus 5 1 Donn es de niveau d bit disponibles Les d bits utilis s sont ceux mesur s la station hydrom
64. en cas de crue importante est la rue de Canteloup Cette situation se produit occasionnellement en cas d emb cle La question ici est est ce que les crues l eau libre pourraient induire les m mes probl mes et n cessiter des mesures d vacuation pr ventive La r ponse est rarement Le d bit requis pour initier la submersion se situe au minimum 800 m s au site c est dire 842 m s la station CEHQ 051001 Figure 25 En fait dans le secteur de la rue de Canteloup la pr sence massive d une plaine alluviale en rive gauche capable d absorber une grande partie du d bit de crue exc dentaire permet d viter ce genre d al a sauf lors d v nements tr s exceptionnels comme des crues centennales L exp rience pass e nous enseigne que le probl me de ce secteur est plus li aux emb cles qu aux crues l eau libre Submersion m 15 12 09 06 03 00 Figure 25 D bit plein bord et d but de submersion Rue de Canteloup 800 m s au site 842 m s la station CEHQ 051001 Les fl ches indiquent les d versements vers la plaine alluviale 8 2 4 2 Secteur r sidentiel des lets Le secteur r sidentiel des lets est un autre endroit probl matique lors d al as de crue et ou d emb cle La situation est bien connue des r sidents et des autorit s municipales En cas de Fiches d interpr tation Page 57 Rapport INRS ETE 1416 E Reconstruction de la prise d eau de l Arro
65. ents ce qui indique un fort potentiel g omorphique notamment dans les r gions plut t form es de d p ts meubles plus faciles mobiliser graviers sables cailloux comme les berges et les anabranches de la plaine alluviale L historique morphologique de la rivi re confirme ce comportement Taille critique des mat riaux Pour un d bit de 1000 mcs A 3 sm 6 N De 0 50 100150200 r Figure 35 Taille critique estim e des mat riaux pouvant tre mis en mouvement par une crue de 1000 m s dans le secteur nord Rue de Canteloup Ouvrage A Note ces valeurs sont produites titre indicatif et ne fournissent qu un estim grossier de la caract ristique vis e Fiches d interpr tation Page 70 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 9 Conclusions et recommandations 9 1 Sur la validit du mod le hydrodynamique Le pr sent mod le constitue une g n ralisation des versions ant rieures publi es la fin des ann es 90 par le m me auteur et ses collaborateurs La version 2012 a permis d int grer les donn es LIDAR obtenues en 1999 2000 en plus d utiliser celles ci pour am liorer la r solution du mod le num rique de terrain Tous les changements morphologiques importants au domaine de simulation ont t int gr s au meilleur de notre connaissance
66. er ing jr M Sc Beno t Turcotte ing M Sc doctorant avec le Professeur Brian Morse Donn es topographiques 2010 et relev s hydrographiques mis disposition Pour l Organisme de bassins versants Charlevoix Montmorency Pierre Luc Fortin g ogr M Sc Sciences de la terre INRS ETE Pr traitement des donn es Lidar avis c omorphologique Cette contribution a donn lieu un rapport ind pendant par l OBV CM iii Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Avant propos Cette tude vise d abord r pondre certains questionnements en lien avec la conception de l Ouvrage A reconstruire c est dire la prise d eau de l arrondissement Charlesbourg implant e aux limites de Qu bec avec Sainte Brigitte de Laval et dont la vie utile a atteint son terme Les questions adress es visent d terminer le meilleur site d implantation pour la composante sous fluviale pr vue analyser les impacts possibles des travaux sur la redistribution des coulements entre le cours principal et la plaine alluviale jouxtant le site de l ouvrage et enfin formuler des recommandations concernant les pr cautions prendre durant les travaux pour viter certaines cons quences g omorphologiques ind sirables reli es l hydrodynamique lors d pisodes de crue probl matiques L outil utilis est l
67. er la taille minimale des mat riaux devant former la couche armure jouxtant celle Cl 3 Analyser les impacts possibles des travaux sur la redistribution des coulements entre le cours principal et la plaine alluviale jouxtant le site de l ouvrage 4 Formuler des recommandations concernant les pr cautions prendre durant les travaux pour viter certaines cons quences morphologiques ind sirables reli es l hydrodynamique lors d pisodes de crue probl matiques Ces r ponses ont t fournies Leclerc 2010 2012 au moment opportun et le lecteur autoris est invit consulter les avis d expert correspondants pour en conna tre la teneur Service de documentation de l INRS ETE Un mod le hydrodynamique grandement am lior Pour r pondre ces questions une mise jour en profondeur des mod les qui avaient ant rieurement t d velopp s pour le compte de la Ville de Beauport avant la fusion avec Qu bec a t n cessaire soit pour en tendre la port e pour int grer de nouvelles donn es plus pr cises et Jour ou encore pour tirer avantage de capacit s informatiques dramatiquement accrues logiciel quipements depuis les derni res tudes Il en est r sult 1 Un mod le la port e spatiale tendue aux fronti res naturelles de l coulement 2 La prise en compte de nouvelles donn es topographiques de grande qualit LIDAR MNT de la Ville de Qu bec nouvelles caract risati
68. estion op rationnelle Limit s toutefois l interpr tation des crues l eau libre les r sultats de mod lisation peuvent aider consid rablement planifier ad quatement les mesures d urgence pour des v nements ayant un faible probabilit de se produire crue vicennale ou plus De tels v nements sont rares et 1l est donc difficile de se les imaginer et encore plus ardu de planifier en cons quence La disponibilit de r sultats relativement fiables pour de tels al as peut alors repr senter un grand avantage car la planification devient alors un exercice surtout cl rical Il est aussi noter que les riverains impliqu s dans la caract risation des crues ont d velopp des attentes par rapport l efficacit et l ad quation des moyens d ploy s L tude a permis d tablir les sites les plus vuln rables la submersion qu ils soient constitu s de zones habit es ou de voies d acc s celles ci Les d bits plein bord reli s ces situations sont pr cis s cas par cas et 1ls forment des indicateurs privil gi s pour d cider de la mise en uvre des mesures d urgence Recommandation 1l est recommand de mettre jour le PPI Plan particulier d intervention du secteur en tenant compte des nouvelles valeurs de d bit plein bord propos es Conclusions et recommandations Page 73 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE
69. ettre que les mesures de r tablissement du relief au p rim tre de la sabli re CSL Loma devraient permettre de confiner la crue sa plaine d inondation actuelle en cas d al as exceptionnel Ces mesures ont t prises par la Ville avec l accord du propri taire exploitant Puisqu elles sont assimilables une structure de barrage en terre et que les cons quences d une rupture sont incommensurables ces mesures ont fait l objet de relev s 7 Translation subite du lit mineur du cours principal d une rivi re vers un autre cours par surpassement du relief de confinement lors d une crue dite g omorphique Des exemples de tels al as ont t observ s au Saguenay lors du d luge de 1996 rivi res Ha Ha et Chicoutimi CSTGB 1997 INRS Eau 1997 Fiches d interpr tation Page 61 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE E tude hydrodynamique 1t13 12e Universit d avant garde g otechniques particuliers au cours de l ann e 2012 afin d en garantir la conformit en cas de coup d eau exceptionnel Denis Pinard G nio Inc Comm pers 2012 Les r sultats de cette expertise n taient pas disponibles pour des fins de citation dans ce rapport ol fo Submersion m 1 5 12 m 09 0 25 50 75100 06 03 00 Sabli r CSL Lema Figure 28 Condition possible de connection du cours principal avec le bois humide jou
70. eux de donn es originaux sur ce maillage pour ensuite proc der aux simulations apr s une tape de validation du MNE en condition d tiage un tat hydraulique qui permet de mettre rapidement en vidence les insuffisances de donn es topographiques notamment sur ou proximit des seuils hydrauliques La validation du mod le num rique de terrain vise en effet s assurer que les formes significatives du cours d eau sont ad quatement repr sent es dans le mod le notamment les seuils qui contr lent le niveau d eau et les chenaux qui d bitent l eau Pour ce faire une simulation faible d bit peut tre r alis e afin de v rifier l ad quation des niveaux d eau pour un tat o la faible profondeur d eau permet de mieux contr ler l impact de la topographie sur les r sultats du mod le Cette approche particuli re et novatrice notre connaissance a t exp riment e avec succ s lors d une tude ant rieure sur les rivi res des Mille les et des Prairies dans l Archipel de Montr al Dupuis et Leclerc 2012 M thodologie Page 11 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 3 2 4 Les outils HYDROSIM H2D2 et MODELEUR Les aspects math matiques similaires des logiciels HYDROSIM et H2D2 sont r sum s l Annexe A Le Mod le H2D2 en bref Voici en
71. f rentes tailles pour une contrainte critique de 40 Pa104 Liste des cartes de submersion Planche I Hauteur de submersion pour une d bit de crue de 550 m s au site 583 m 5s la station hydrom trique CEHQ 051001 unes snnnnnnsssecscnnnnnsssecccneennesssessenes 86 Planche I Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 600 m s 636 m s la station h ydrom trique COOP OO a ee a D ee D done 87 Planche III Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 650 m s 690 m s la station h ydrom trique CENG OS TOOT ee br a a nt a a OA ne a ee die 88 Planche IV Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 700 m s 742 m s la station h ydrom trique CEHQ 051001 89 Planche V Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 750 m s 795 m s la station hydrom trique CROP OS TOO a a one dd ne la Rene a ide ae 90 Planche VI Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 800 m s 848 m s la station h ydrom trique CEO OO A DO E EN 91 Planche VII Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 850 m s 901 m s la station h ydrom trique CO AOS TOOT ee a De E 92 Planche VIII Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 900 m3 s 954 m3 s la station hydrom trique CO PO TOO aa en en ee OO en ne 93 Planche IX Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 950 m s 1007 m s la station h ydrom trique CO ane 94 Planche X Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 1
72. f quand une bonne repr sentation des vitesses de courant est requise ex mod les d habitat du poisson ouvrages hydrauliques L objectif de la pr sente tude n est toutefois li qu au niveau d eau et la profondeur submersion Dans un tel cas une viscosit turbulente de base de 0 001 m s a t utilis e Dans le m me ordre d id e le nombre de Peclet qui sert rigidifier le syst me alg brique pendant la r solution pour en faciliter la convergence a t fix 1 0 pour l obtention des r sultats finaux Une fois obtenue la configuration finale valid e des deux premiers param tres par l entremise du processus de calibration validation ce jeu de valeurs demeure constant pour l ensemble de l exercice d analyse de sensibilit au d bit Il va sans dire toutefois comme nous l avons not pr c demment que la rugosit r elle du lit pourrait varier pendant une crue pour les v nements majeurs de crue Cette consid ration n est pas prise en compte dans ce rapport mais 1l faudra s en souvenir lors de l interpr tation 5 5 R sultats de la calibration validation En pratique le processus de calibration chevauche celui de la validation En effet quelle que soit l intention l analyse des r sultats pour la calibration continue tant que des r sultats satisfaisants ne sont pas obtenus pour quelques v nements contrast s mesure que des changements sont apport s au mod le les sim
73. fert du d bit partir de 400 m s c le seuil 4 est pratiquement toujours actif soit entre 10 en d bit estival et 4 1000 m s 2 Figure 33 secteur des lets a Le d bit total d riv du cours principal dans le secteur de la prise d eau des lets culmine 20 du d bit total pour la majorit des d bits de crue b La d rivation du d bit vers le Rigolet et ventuellement le foss de ceinture s amorce entre 600 et 700 m s et peut atteindre 5 du d bit total 50 m s 1000 m s 3 Figure 34 secteur de la plaine alluviale sud rue des Trois Saults a La plaine alluviale sud Trois Saults s active autour de 500 600 m s et contribue jusqu pr s de 20 du d bit total en crue extr me Tableau 6 Sections de jaugeage num rique des diff rents biefs d coulement Section jaug e Secteur Section 1 Cours principal amont CL Section 2 Seuil 1 Section 3 Seuil 2 Section 4 Seuil 3 Section 5 Seuil 4 S ro Section 6 Ile Canteloup Bras Est Section 7 le Canteloup Bras Ouest Section 8 Anabranche Est Section 9 Anabranche Ouest Section 10 Anabranche Sud Est Section 11 Sortie Rigolet Foss de ceinture Section 12 Cours principal Des lets Secteur des lets Section 13 Total des anabranches nord Section 14 Anabranches Trois Saults Secteur Trois Section 15 Cours principal Trois Saults Saults Fiches d interpr tation Page 66 Rapport INRS ETE 1416 d Reco
74. he 3 4 Les hypoth ses de base li es la mod lisation notamment celles du fond fixe et d coulement stationnaire sont elles toujours respect es et sinon quelle interpr tation peut encore tre faite des r sultats pour les crues exceptionnelles Fiche 4 Chacune de ces questions fera l objet d une section particuli re ci apr s sous la forme de fiches d interpr tation Il est aussi noter que le mod le 2012 a aussi servi en cours d tude fournir des indications concernant la reconstruction de la prise d eau de Charlesbourg Ouvrage A Les r ponses pr liminaires fournies ont fait l objet de rapports int rimaires avis d expert la Ville Leclerc 2011 regroup s sous le de rapport INRS 1417 Le lecteur autoris consulter ces avis est invit en faire la demande au service de documentation de l INRS Ces rapports int rimaires regroup s ne sont donc pas inclus ici Ils contiennent les analyses et les recommandations relatives aux questions suivantes 1 Quelle est le positionnement le plus appropri dans le plan et dans la verticale pour l implantation de la future prise d eau sous fluviale dans le bief imm diat de l Ouvrage A Avis d expert concernant le positionnement de la prise d eau sous fluviale projet e l Ouvrage A Prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg 2 Quelle est la taille minimale des mat riaux mettre en place au niveau de la couche arm
75. http www willisresearchnetwork com Lists Publications Attachments 73 Horritt 20et G20a1 20JWMZ 202010 pdf Knighton D 1998 Fluvial Forms and Processes A New Perspective Arnold London Lecher C 2012 How Kids And Other Amateurs Are Improving Science http www popsci com science article 2012 1 1 how can scientists make case citizen SCIENCE Bibliographie cit e ou pertinente Page 76 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Leclerc M Morse B Francoeur J Heniche M Boudreau P et Secretan Y 2001 Analyse de risques d inondations par emb cles de la rivi re Montmorency et identification de solutions techniques innovatrices Rapport de la Phase I Pr faisabilit INRS Eau et Universit Laval Rapport no R577 118 p Leclerc M B Doyon M Heniche Y Secretan M Lapointe S Driscoll J Marion et P Boudreau 1998 Simulation hydrodynamique et analyse morphodynamique de la rivi re Montmorency en crue dans le secteur des lets Rapport INRS Eau No R522 Travaux r alis s pour le compte de la Ville de Beauport 134 pages f vrier Leclerc M 2010 2012 Reconstruction des prises d eau de la Ville de Qu bec la Montmo rency Rapport sectoriel INRS ETE 1417 e Avis technique relatif la pr sence de batardeaux dans la rivi re Montmorency pour
76. i se doit d tre achemin via le foss de ceinture o se situe la prise d eau superficielle principale du poste des lets Un r sum descriptif de ces sections est fourni au Tableau 6 Remarque sur la validit des d bits estim s Le mod le utilis n tant pas valid en vitesse du courant ni en niveau d eau dans le r seau des anabranches les valeurs fournies le sont titre indicatif seulement et seuls les ordres de grandeur doivent tre consid r s Fiches d interpr tation Page 64 Rapport INRS ETE 1416 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TS E tude hydrodynamique 1t13 12 e 0 100 200 300 400m Localisation des 8 sections de jaugeage num riques Figure 30 Localisation des sections de jaugeage num rique du d bit simul par le mod le Les principaux constats effectu s sont les suivants 1 Figure 31 et Figure 32 Plaine alluviale nord secteur Canteloup a la plaine alluviale nord secteur Canteloup contribue au transfert des coulements hauteur de 15 20 pour des crues variant de 500 m s 1000 3 m s Fiches d interpr tation Page 65 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde b le bras Est de l le de Canteloup s active rapidement d s 50 m s pour contribuer pr s de 30 au trans
77. ils HYDROSIM H2D2 et MODELEUR suisiiiseiunceneesersnceenneesnesnne esse esneeneeneennens 12 3 2 5 Mod le hydrodynamique Mise en uvre calibration validation en crue 12 3 2 6 Donn es de calibration validation Participation citoyenne ssssssesessererssseerrsssereesssreressereressenee 13 3 2 7 Hydrologie Le principe des conditions de r f rence s sssssenesssseresssrersssrrrrsssrrresssreressereresseree 16 328 Analyses d sensibilit sisirin a Aa aiaa eee oran em 16 329 M thode d Interpreta OM ee ne 16 Mod lisation num rique de terrain sesesesesesosoeoesesososoecesesososoesesesososoesesososoeoesesoseeo 18 4 1 Donn es disponibles lit mineur et anabranches ses 18 4 2 Donn es disponibles plaines alluviales et structures anthropiques 19 AE DOR DR E E AA 19 4 2 2 Donn es photogramm triques de la Ville de Qu bec nnnoosssensssesensssseeesssreresssreresssreressereressrerees 21 4 3 Traitements particuliers ssesesessesessesessecesoscessecesoscessscessscesesoesesoecesoecesseceseeceeee 21 43d ProildesanabDranthES er REEE et Na 21 432 Correction de Seuls AVOrTAUIIQU SS encens E een 23 4 3 3 Extension de la limite aval du mod le is erssnnrsennesenecensecneceneeeneceneeeneen 24 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 4 3 4 R sultats de
78. ionnelles 61 8 2 6 La question des temps de transfert de la crue doit elle est prise en compte 63 viii Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e 8 3 Fiche 3 Quelle est l importance relative de la plaine alluviale dans le transfert des coulements en crue a dns sue an dites tes leds to toiles 63 8 4 Fiche 4 Quelle est la vuln rabilit des d p ts meubles du lit mineur la mise en mouvement en p riode de crue ssssesesesesesssseoesesssssosoececssssosoecesssssosoesecssssosoesesssssosoeo 69 9 Conclusions et recommandations 52 20 reannae tee tres eneba rentree cette ae encre toners 71 9 1 Sur la validit du mod le hydrodynamique sessssesesesesssssosoesesssssoeoeseessseosoessee 71 9 2 Restrictions la validit hypoth ses non v rifi es ssnssssse 71 9 3 Sur les cotes de crue de r currence 20 et 100 ans et les changements climatiques 72 9 4 Sur les risques d inondation les emb cles et leur gestion op rationnelle 73 9 5 Sur la morphologie particuli re anastomos e de la rivi re 74 9 6 Conclusions particuli res la conception de l Ouvrage ses 74 Bibliographie cit e ou pertinente sseoesesesesesosoeoesesesosoecesesososoeoesesososoecoesesososoeoesesoseeoese 76 Annexe A Le mod le H2D2 en DO a as ace a es 79 Introduction au simulateur H2D2
79. ions qui suivent sont issus de Secretan ef al 2009a b sur le site internet de l INRS ETE H2D2 est un logiciel de simulation bidimensionnelle aux l ments finis modulaire et extensible d di aux coulements fluviaux et estuariens Dans sa forme actuelle il r sout les quations des ondes longues shallow water equations aussi appel es quations de Saint Venant les quations d advection diffusion incluant diverses cin tiques physico chimiques bact ries coliformes m taux lourds mati re en suspension temp rature de l eau oxyg ne DBO etc ainsi que le transport de s diments La r solution alg brique parall lis e distribu e sur une grappe de processeurs est possible gr ce l adjonction de librairies de modules reconnus de tierces parties Le simulateur op re principalement en mode batch pour les probl mes de grande taille mais 1l peut aussi tre contr l en mode interactif pour les t ches plus l g res D velopp l INRS ETE un Centre de recherche de l Universit du Qu bec H2D2 est une version plus r cente mais en continuit des logiciels HYDROSIM et DISPERSIM ant rieurement d velopp s H2D2 Hydrosim2 Dispersim2 Il inclut les d veloppements r alis s sur ces versions au cours de divers mandats H2D2 peut tre utilis troitement couple avec le logiciel MODELEUR un logiciel maison de type Syst me d information g ographique SIG sp cialis et d di l hydrod
80. ique 4 3 3 2 G n ration d une topographie synth tique Malheureusement la topographie du tron on additionnel de 700 m vis n est pas encore disponible Les travaux de caract risation de 2010 dans le lit mineur G niearp inc pour le compte de la Ville se sont arr t s la fronti re des anciens mod les de sorte qu il devenait n cessaire de recourrir une topographie synth tique tablie au jug qui sans pouvoir repr senter les coulements avec pr cision vitesses notamment pourrait au moins reproduire les valeur connues de niveau d bit l ancienne fronti re du mod le Cet objectif constitue un crit re de validation pour la topographie synth tique retenue Pour laborer la topographie synth tique nous disposions Des discussions sont en cours avec la Ville en vue de proc der une caract risation topographique du tron on vis Mod lisation num rique de terrain Page 24 Rapport INRS ETE 1416 Z Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique N R S QU BEC Universit d avant garde 1 D un bon estim du profil longitudinal du niveau d eau extrait des donn es LIDAR pour un d bit typiquement de 20 24 mcs 2 Des images orthophotographiques du tron on vis Google Earth De la topographie LIDAR des berges et de portions de lit mineur exond es 4 R gles euristiques relatives l coulement fluvial normal et ou au r gi
81. iquement distanc s de 250 m Les profils sont toutefois document s aux 20 m Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 38 Rapport INRS ETE 1416 g Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NS tude hydrodynamique 1t13 12 e Universit d avant garde 5 5 1 Profils en long valid s par le niveau d eau Les r sultats du processus de validation sont pr sent s la Figure 15 et au Tableau 2 Niveaux observ s riverains vs Mod le de simulation OBV INRS 2011 multifonctionnel Pont Rapide du Rigolet Prise d eau sous fluviale des lets Rue du Gouffre Limite de Boischatel Niveau d apr s le LIDAR 24 mcs Niveau 10 novembre 2011 24 mcs Niveau d eau 13 novembre 2012 24 mcs Niveau 29 ao t 2011 314 mcs n B 8 Lane E Q z n O O 09 Q 5 lt e B m Niveau 31 octobre 2012 224 mcs E Niveau 29 mai 2011 498 mcs Sjm0le 24 mcs 4i me it ration de calibration Sim06a 224 mcs 1 re v rification Rapide des Trois Saults SimO2d 314 mes 3i me it ration de calibration Note Les valeurs de d bit indiqu es repr sentent 94 SimO3b 498 mes deuxi me v rification du bassin versant de la station 051001 PKdu mod le TI TT 0 1 2 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 200
82. ire plus pour des valeurs extr mes de d bit centennal ou plus Cette diff rence diminue graduellement jusqu des valeurs de crue plus fr quentes soit 500 m s ou moins des valeurs gales ou inf rieures 500 m s les deux mod les sont consistants avec les mesures effectu es non seulement la fronti re mais aussi sur l ensemble du domaine de simulation Figure 15 page 39 Il est vident qu une telle diff rence issue de l incertitude ant rieure sur l hydraulicit du bief a des impacts certains sur l estimation du risque encouru par les r sidences et infrastructures du secteur Par contre la diff rence obtenue s att nue graduellement vers l amont asymptotiquement jusqu une ad quation des deux r sultats partir d une section situ e un peu l amont du pont multi fonctionnel section 6 sur la Figure 21 Par cons quent on ne constate aucun impact de cette diff rence l Ouvrage A Les interpr tations pr liminaires r alis es avec le mod le court peuvent donc tre retenues pour ce endroit Relations niveau d bit compar es pr s de la limite aval du mod le court vs mod le long Note La courbe noire est celle qui fut impos e l aval du mod le court Heniche et al 1998 tandis que la courbe en rouge repr sente le r sultat d une mod lisation avec le mod le long 2012 au m me endroit soit la limite de Qu bec avec Boioschatel 3 _ E o
83. ire ressortir une telle d rive statistique La pr sente tude n avait pas comme objectif de mettre jour l analyse fr quentielle dans cette perspective Une recommandation cet effet sera d ailleurs formul e 3 2 8 Analyses de sensibilit Une fois la validit du mod le bien tablie on peut commencer l analyse qui consiste faire fonctionner le mod le dans certaines conditions hydrauliques pertinentes au mandat fix les crues de p riode de retour 20 et 100 ans faisant partie de cette cat gorie Dans le cas pr sent le facteur primordial est le d bit entrant dans le bief d amont et le niveau d eau la sortie du mod le Normalement les crues de r currence 20 et 100 ans servent r glementer l am nagement du teritoire en zone inondable Pour les fins de gestion op rationnelle urgences une analyse de sensibilit au d bit croissant incr mentale pouvant aller jusqu des valeurs historiques exceptionnelles est indiqu e 3 2 9 M thode d interpr tation D pendant du contexte les possibilit s d analyse et d interpr tation sont tr s vari es avec un tel mod le Certaines variables d riv es des r sultats primitifs du mod le vitesse niveau cote du fond sont vis es e topographie des zones inondables niveau d eau profondeur pour les analyses de submersion M thodologie Page 16 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg
84. la p riode de construction Rapport technique INRS ETE Mai 35 pp e Avis technique relatif au dimensionnement et au positionnement d une prise d eau sous fluviale l ouvrage A prise d eau de Charlesbourg ville de Qu bec e Avis technique relatif aux risques d inondations et g omorphiques dans le secteur de l ouvrage A prise d eau de Charlesbourg ville de Qu bec Morse B M Leclerc H Delcourt J Francoeur et P Boudreau 2002 D veloppement de solutions techniques innovatrices pour le contr le des emb cles de la rivi re Montmorency Rapport de la Phase IT Faisabilit Rapport pr sent au Comit de suivi Rapport conjoint enregistr l Universit Laval D partement de G nie civil GCT 2002 03 et l INRS Eau Terre Environnement R577b Janvier 178 pages Pelletier P M 2012 valuation de la vuln rabilit de la prise d eau sous fluviale de la rivi re Montmorency Secteur des Ilets M moire de maitrise en g nie civil 105pp Secretan Y et P Dub 2009 Notice pour l utilisation du manuel H2D2 en ligne URL http ete inrs ca pub rapports RO0IOS1 pdf Secretan Y 2009 Manuel d utilisateur H2D2 URL http www gre ehn ete inrs ca manuel d2019utilisateur de h2d2 Secretan Y Y Roy Y Granger et M Leclerc 2000 MODELEUR HYDROSIM Guide d utilisation Document MODELEUR 1 0a07 Rapport INRS Eau R482 G3F 267p p v Juin Tweddle J C Robinson L D Pocock
85. la mod lisation num rique du terrain ss 26 4 3 5 Limites d interpr tation li es l hypoth se de lit fixe 26 4 3 6 Donn es compl mentaires rugosit s sise 28 5 Calibration validation du mod le hydrodynamique 30 5 1 Donn es de niveau d bit disponibles sesesesesssssoesesesssososoesesssseseoesesssssoesecseseos 30 52 Sirat giederesol ti isisiiicsorsirsocsrs deinna eaaa 31 5 2 1 Conditions initiales m thode de r solution it rative stationnaire ss 31 5 3 Patron d imposition des conditions aux limites sessesessssesesoecessecessecoessecessesese 31 5 4 Param tres du mod le calibr valid soesesoesssossssssossosossosossssosossossssosossssss 34 5 5 R sultats de la calibration validation o0esosoesssossssssossosossosossososossosossosossssss 35 5 5 2 Conditions aux limites impos es pour les cas de calibration validation essseeeseseesssreserreserrrserresen 37 5 5 3 Parcours retenus pour le trac des lignes d eau s ssssesessssseeesssrerrsssreresssrrrosssrerossreresssreressereresseeee 37 5 5 1 Profils en long valid s par le niveau eau sssnnsssssensssseerssssrersssseresssreresssrerosssrresssreresssreressereresseeee 39 5 6 Conclusions en bref par rapport la validit du mod le 41 6 Crues de r f rence Quantiles statistigUesS sesesesoeoeoeoesesososoeoesesosososoesesososoeoesesee 43 7 Analyse de sensibilit aux Cr
86. la p riode r cente Les niveaux pour des valeurs plus lev es de d bit proviennent d v nements datant typiquement de 15 20 ans et qui ont t caract ris s indirectement sur photos a riennes de sorte qu on doit s attendre des marges d incertitude lev es reli es aux transformations morphologiques du cours d eau d s aux emb cles et aux crues s tant produits pendant la p riode Nous en concluons que la d marche adopt e consistant prolonger le mod le jusqu un seuil de contr le m me en utilisant des donn es synth tiques pour la cote du lit mineur permet de rectifier la m connaissance des conditions hydrauliques en crue la hauteur de la limite de Boischatel Fiches d interpr tation Page 49 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde 8 1 2 La version 2012 du mod le a t elle une influence significative sur l valuation des risques d inondation du secteur amont notamment l gard des r sidences et infrastructures Les diff rences obtenues avec les deux approches sont repr sent es la Figure 21 On peut d j remarquer que la plupart des tats issus de l extrapolation haut d bit plus de 500 m s de la relation niveau d bit la fronti re du mod le court conduisent des niveaux d eau exag r ment lev s typiquement 1 m vo
87. les donn es actuellement disponibles une telle extension n est pas encore possible en bonne et due forme une recommandation sera formul e cet gard En revanche il a t possible de r duire la marge d incertitude en proc dant avec une bathym trie du lit mineur obtenue par photointerpr tation des images a riennes disponibles ex Google Earth de r gles euristiques du comportement hydraulique normal ou en conditions critiques des donn es d taill es de surface de niveau d eau extraites du LIDAR ou des observations directes en crue Une validation partir de mesures de niveau en crue demeure requise 3 2 3 Mod lisation num rique d l vation MNE et simulations l tiage Les donn es num riques de topographie permettent de cr er un mod le num rique d l vation ou MNE Ce mod le sert de base pour la mise en uvre du mod le hydrodynamique L interface usager MODELEUR s av re particuli rement bien con ue pour r aliser cette tape complexe L interface permet de prendre en compte l h t rog n it des jeux de donn es initiaux plusieurs campagnes successives instrumentation diff rente topologie asynchronisme des campagnes de mesures trous dans les donn es singularit s diverses g or f rence etc Une fois les jeux de donn es assimil s dans une base de donn es g r e par le logiciel il est possible de proc der la construction d un maillage hydrodynamique au transfert des j
88. liorations importantes apport es aux mod les ant rieurs la connaissance pr cise du comportement hydraulique du tron on l tude demeure l objet d une recherche en progression constante work in progress notamment en ce qui concerne la stabilit de la plaine alluviale en cas de crue exceptionnelle Les conclusions tir es sont donc suj tes de nouveaux ajustements possibles qui pourraient d couler des tudes venir Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde R f rence citer Leclerc M et Y Secretan 2012 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg Simulation hydrodynamique du secteur Canteloup des lets Trois Saults de la rivi re Montmorency Pour le compte de la Ville de Qu bec Rapport INRS ETE 1416 106 pp 4 annexes R sum ex cutif Cette tude vise d abord r pondre certains questionnements en lien avec la conception de l Ouvrage A reconstruire c est dire la prise d eau de l arrondissement Charlesbourg implant e aux limites de la ville de Qu bec avec Sainte Brigitte de Laval et dont la vie utile a atteint son terme Questions reli es la conception de l Ouvrage A Les questions adress es visaient 1 D terminer dans le plan le meilleur site d implantation pour la composante sous fluviale pr vue 2 D termin
89. liorer le registre de validation du mod le 6 Obtenir suffisamment d observations longitudinalement pour recouvrir le domaine de simulation avec une densit suffisante afin de valider les observations entre elles et liminer les observations douteuses ou contradictoires Figure 4 7 Sensibiliser et informer les riverains lors de chaque visite retour d exp rience M thodologie Page 14 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e La participation citoyenne a aussi pour avantages de d velopper la conscience lucidit des riverains expos s par rapport aux risques qu ils encourent Il s ensuit une meilleure pr paration lors d v nements de crue et donc une plus grande r silience suite des pisodes de submersion De plus la vuln rabilit peut aussi tre diminu e notamment par le retrait des biens sensibles des zones les plus expos es ex sous sols cabanons La liste des v nements de crue ayant fait l objet de telles observations est fournie la section 5 1 Position des points d observation i a eee m 0 100 200 300 400 Figure 4 Localisation des points d observation relevant de la participation citoyenne ou autre M thodologie Page 15 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tud
90. llages de type Q4 Figure 7 ont t g n r s et Mod lisation num rique de terrain Page 21 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE 013 36 tude hydrodynamique NRS Universit d avant garde import s dans la base de donn es Modeleur en tant que terrains de topographie selon la nomenclature retenue 6 18 6 19 13 614 17 f s Rp 6 2 6 fe 1e x 624 2 62 Poat 6 22 6 25 Figure 6 Configuration spatiale des relev s topographiques des anabranches par sections transversales Note La sinuosit des trac s d anabranches ne permet pas d interpoler lin airement la topographie entre les sections moins de d tenir suffisamment de profils transversaux sur le parcours Mod lisation num rique de terrain Page 22 Rapport INRS ETE 1416 Z Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique NE Universit d avant garde Figure 7 G n ration de transects interm diaires et d un maillage en Q4 pour la repr sentation ad quate de la topographie et de la sinuosit des anabranches 4 3 2 Correction de seuils hydrauliques L obtention de niveaux d eau r alistes en mod lisation hydrodynamique d pend troitement de la fiabilit des donn es topographiques en particulier en pr sence de seuils qui contr lent le r gim
91. locale est suffisante Dans ce contexte 1l n est pas n cessaire de caract riser les macro rugosit s mais 1l faut rechercher l obtention de profondeurs et de pentes calcul es de ligne d eau comparables celles mesur es Une caract risation sommaire des classes de substrats par ordre de dominance en de couverture a t r alis e par la firme G niearp inc en m me temps que les relev s topographiques Ces donn es ont accessoirement servi tablir une gamme r aliste de coefficients de frottement appliquer au mod le en phase de calibration Il est noter que le substrat dominant dans l ensemble du secteur amont du domaine est form de galets parsem s de blocs de tailles variables selon le dynamisme local du cours d eau en lien avec les crues et ou l action glacielle emb cles d b cles En aval dans le secteur des lets le substrat dominant est g n ralement d une taille inf rieure allant de cailloux galets La caract risation des substrats n est pas rapport e 1c1 En revanche les valeurs de coefficients de frottement retenues par le mod le seront introduites au chapitre suivant Enfin il est aussi n cessaire d tablir le type d utilisation du sol dans les zones inondables en dehors du lit mineur de mani re pouvoir y sp cifier des coefficients de frottement ad quats La plupart de ces zones sont constitu es de bois s feuillus marginalement habit s dans les parties riveraines r sidenti
92. lon allong en plus de reconsid rer l hypoth se de stationnarit des s ries hydro m t orologiques dans un contexte de changements climatiques Une recommandation pour leur mise jour sera donc effectu e la fin du rapport Les quantiles statistiques ne concernent pas que les d bits le niveau d eau qui sert de condition limite l aval est galement concern Les anciennes simulations utilisaient des conditions limites de niveau en aval d finies aux limites de la ville de Qu bec avec Boischatel nous avons discut de cette question pr c demment et il a t tabli que ces valeurs impos es taient entach es d une grande incertitude pour de valeurs sup rieures 500 m s C est pourquoi les conclusions tir es en 1999 2000 devaient tre revisit es avec les nouvelles connaissances du moment et on l a vu avec un mod le allong jusqu au seuil contr le du rapide des Trois Saults o il est possible de s affranchir de la connaissance de la condition limite De plus les valeurs de niveau disponibles alors peuvent avoir chang avec les modifications topographiques du lit mineur depuis lors L exercice est donc repris int gralement y compris les mesures de niveau utiliser Les r sultats de l analyse statistique de Ouarda Heniche ef al 2000 sont r sum s la Figure 16 Les valeurs indiqu es s appliquent la station hydrom trique 051001 Marches Naturelles et doivent tre minor es de 6 au
93. m Crue de 550 mcs au site 583 mcs la station 051001 80 75 un on nn om y cn un o N N O no u w wa A me u 0 100 200 300 400 A n a AEA WAAN Planche I Hauteur de submersion pour une d bit de crue de 550 m s au site 583 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Universit d avant garde AA Cartographie de la submersion Page 86 Rapport INRS ETE 1416 aa Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique QU BEC Universit d avant garde eer Tii 2 4 TA I Submersion en m Crue de 600 mcs au site 636 mcs la station 051001 o y un F 55 Fa 50 p 45 7 iii 40 4 35 r L N f f mn mn 0 100 200 300 400 Planche II Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 600 m s 636 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 87 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 650 mcs au site 690 mcs la station 051001 o D n de Le ms mn 0 100 200 300 400 Universit d avant garde D AL A KAFIA 3 AFA Planche III Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 650 m s 690 m s
94. m s 1060 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 95 Rapport INRS ETE 1416 ji Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 1050 mcs au site 1113 mcs la station 051001 h 80 zs D 10 B EA e 5 E a E m m E Y E E e 0 100 200 300 400 Universit d avant garde AN 113 17e A PTS 24 Le Planche XI Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 1050 m s 1113 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 96 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Annexe C Caract risation de la dynamique morphologique des chenaux anastomos s du secteur des lets rivi re montmorency Qu bec R sum du rapport produit par l Organisme de Bassins versants OBV Charlevoix Montmorency pour le compte de la Ville de Qu bec Par Pierre Luc Fortin G ographe M Sc Sp cialiste en caract risation des risques naturels Organisme de bassins versant Charlevoix Montmorency Mars 2012 Dynamique morphologique Page 97 Avis de l OBV CM OBV Charlevoix Montmorency SOMMAIRE EX CUTIF Le secteur des lets correspond un
95. me critique Une des r gles math matiques de base qui r gissent le comportement d un coulement permanent uniforme est l quation simple de Manning qui permet d obtenir un estim raisonnable du rayon hydraulique de l coulement Hauteur normale cet endroit soit la profondeur moyenne par rapport au niveau et au d bit trait 22 m s en l occurrence V 0 67 60 5 n P V La vitesse moyenne de la section m s H Le rayon hydraulique profondeur moyenne en m S La pente de la surface libre n Le coefficient de Manning de la section Ainsi sur les images a riennes une indication relative de la profondeur peut tre d duite partir de la couleur per ue des alluvions pos es au fond de l eau La valeur de la profondeur a t sp cifi e en consid rant des couleurs similaires o la profondeur tait connue ailleurs dans le mod le Fr 7 D B 3 x Ee Hilas card Ra s RD D CRE n A EL ie pe L M 4 Figure 8 Exemple de traitement synth tique de la topographie du mod le la fronti re aval avec des donn es issues de photos a riennes Note les points rouges sont des donn es d l vation interpr t es d apr s la couleur du substrat et les valeurs de profondeur connues imm diatement l amont Mod lisation num rique de terrain Page 25 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS
96. n de r tablir temporairement pendant la crue la capacit hydraulique du foss de ceinture Apr s la crue les mat riaux enlev s ou emport s par la crue sont aussit t remplac s et la situation est rapidement normalis e 8 2 4 4 Acc s la rue des Trois Saults vers le secteur Boischatel Un autre secteur susceptible d tre coup de ses voies d acc s un d bit de 750 m s 795 m s la station de mesure est constitu par un segment relief bas de la rue des Trois Saults aux limites de Qu bec avec Boischatel Figure 27 L Figure 27 Conditions de d but de submersion de la rue des Trois Saults aux limites de Boischatel D bit de crue l eau libre de 750 m s au site 795 m s la station 051001 Les param tres de submersion et de vuln rabilit mentionn s dans cette section sont r sum s au Tableau 5 Ils ne tiennent pas compte des al as d emb cle Fiches d interpr tation Page 59 Rapport INRS ETE 1416 E Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Tableau 5 Synth se des param tres de submersion l eau libre et l ments de vuln rabilit Secteurs Trois Saults Qu bec des Ilets rue de Canteloup Seuil d alerte op rations Seuil de veille surveillance attentive point P riode ee D bit plein bord a son Consigne de onene x l vation Infrastructures et D
97. nce Contexte et objectifs Page 5 Rapport INRS ETE 1416 D Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NRS F tude hydrodynamique QU BEC A Universit d avant garde 2 Localisation et description du site l tude Le site d int r t est compris entre une limite aval situ e la hauteur du secteur r sidentiel de la rue des Trois Saults t te du premier sault et une limite amont situ e environ 300 m en amont de l Ouvrage A Figure 2 AS 2 Sainte Bngitte de Laval bourg Beauport Trois Saults Plaine alluviale s d lt Ouvrage des lets Ti Ar L Figure 2 Localisation du site l tude de la rivi re Montmorency Imagerie Google Earth 2012 Localisation et description du site l tude Page 6 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Ce secteur de la rivi re d une longueur de 4 1 km est class anastomos Fortin 2012 en raison de la configuration en tresses de son r seau hydrographique qui se subdivise en plusieurs chenaux secondaires divergeants ou convergents parcourant une vaste plaine alluviale subdivis e ici en deux parties la plaine nord entre l ouvrage des lets et l Ouvrage A et la plaine sud situ e en rive gauche vis vis de la rue des Trois Saults voi
98. nce la condition limite dite normale a t major e de 0 30 m afin de tenir compte et v rifier l impact de l incertitude sur cette valeur Les r sultats apparaissent la Figure 17 On peut constater que malgr son caract re fluvial l g rement toutefois le r gime d coulement en aval du mod le est suffisamment rapide pour dissiper rapidement sa d pendance la condition limite fluviale impos e la fronti re Aux limites municipales de Qu bec avec Boischatel l cart r siduel n est plus que de 1 cm 314 m s 4 cm 850 m s L hydraulique classique permet d valuer le r gime d coulement en utilisant le nombre de Froude Fr un crit re qui fait appel aux variables simul es par le mod le V la vitesse moyenne et H la profondeur V Fr V9H La Figure 18 illustre ce crit re pour un d bit de 498 m s impos avec une hauteur normale la fronti re On peut constater que le r gime pr s de la fronti re Fr 0 7 1 7 s approche grandement de la condition critique Fr 1 0 dans le thalweg et l atteint effectivement en p riph rie Ce genre de r gime explique pourquoi l influence de la condition limite ne se propage que faiblement vers l amont Les valeurs pr cises des cotes de crue avec des d bits de 687 et 860 m s sont produites plus loin au Tableau 4 page 62 Analyse de sensibilit aux crues Page 45 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau
99. ndat e par la Ville ont proc d une caract risation d taill e de 140 sections transversales r guli rement espac es sur toutes les anabranches de la plaine alluviale nord Malgr tout la couverture spatiale de ces donn es ne suffit pas toujours bien repr senter la sinuosit de ces cours d eau Figure 3 et de leurs nombreux m andres l tape de l interpolation sur le maillage hydrodynamique Augmenter par un facteur quatre la densit de transects pour assurer une couverture suffisante aurait toutefois t prohibitif Pour corriger ce manque 3 sections interm diaires quidistantes en moyenne ont t intercal es virtuellement entre chacune des sections de mesure issues du terrain La position dans le plan de ces sections a t tablie d apr s les cartes et photos a riennes disponibles Google Earth en vue de repr senter le mieux possible la sinuosit des chenaux Dans la verticale les l vations ont t interpol es lin airement entre les sections mesur es Chacune des sections de mesure et des sections intercalaires a t r g n r e avec un nombre de points constant gal 12 de mani re pouvoir les connecter syst matiquement entre elles avec des l ments lin aires 4 n uds l ments Q4 pour constituer autant de maillages de donn es terrain qu on a de sections de cours d eau traiter Tous ces traitements ont t r alis s dans un tableur Excel Dans le cas pr sent 7 mai
100. ndissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 013 126 Universit d avant garde mont e excessive du niveau d eau au del de 157 4 m la rivi re commence se d verser vers le Rigolet comme le montre la Figure 26 et vient bloquer les acc s voies de sortie la fois par la rue Carma chel et le segment de la rue des Trois Saults qui dessert ce secteur Le drainage du Rigolet apr s une crue s effectue artificiellement via deux vannes clapet Avant la construction des bassins du poste des lets ce drainage s effectuait naturellement par le foss de ceinture c est dire le premier bassin jouxtant la berge droite Le d but de submersion des chemins d acc s survient alors que le d bit approche les 600 m s au site donc 636 m s la station CEHQ 051001 soit une crue de p riode de retour de pr s de 10 ans Submersion m 15 12 09 06 03 00 X Vannes clapet Figure 26 D bit plein bord et d but de submersion Secteur r sidentiel des lets 600 m s au site 636 m s la station CEHQ 051001 Note deux vannes clapets sont install es afin de permettre le drainage du Rigolet apr s la crue 8 2 4 3 Le poste des lets et ses bassins de captage Une autre composante vuln rable du secteur expos e la submersion est constitu e du b timent principal de la prise d eau des lets porte arri re 158 m de ses bassins d emmagasinement g n ralement
101. ne transite alors qu une partie r duite du d bit total que la pr sente tude vise tablir De m me la plaine alluviale sud en aval de la prise d eau des lets vis vis de la rue des Trois Saults contribue fortement par ses chenaux secondaires transf rer le d bit amont vers le rapide des Trois Saults court circuitant l encore le cours principal Lors des tudes ant rieures cit es une prise en compte pr cise de ces composantes hydrographiques n tait pas vraiment possible faute de donn es topographiques ad quates de sorte qu il est subsist une grande incertitude sur le comportement hydrodynamique du secteur surtout en p riode de crue intense D autres tudes ont permis de d velopper un peu plus les connaissances du secteur sans toutefois permettre de lever les incertitudes mentionn es Ainsi Doyon 2000 a r alis une recherche doctorale sur le transport eul rien lagrangien de la glace lors des emb cles d b cles r put s fr quents dans le secteur La topographie du lit mineur a t caract ris e jusqu l amont de l Ouvrage A sans toutefois incorporer la plaine alluviale nord qui le jouxte Figure 1 En 1999 une autre tude a galement t entreprise par l Universit Laval dans le but d valuer le risque des inondations par emb cles sur l ensemble de la rivi re Leclerc et al 2001 et de proposer des solutions conomiques cette probl matique Morse et al 2002 P
102. nne M thodologie Page 13 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde indication propos de la participation citoyenne la bibliographie rapporte des exp riences int ressantes ainsi Lecher 2012 a publi une note dans Popsci Popular Science faisant tat d un bilan de la participation citoyenne Crowd sourcing la caract risation des al as review commissioned by the UK Environmental Observation Framework UK EOF highlights some of the work that citizen scientists have done team looked at 234 projects and determined that pro bono volunteers offered a cost effective way of collecting data whether they were nature fans or kids The researchers also found that volunteer contributions could have immediate effects outside academia With more data than usual collected from a small army of volunteer researchers the environment can be monitored like never before and mountain of data can help better inform environmental policy Ces pratiques sont de plus en plus en vogue et des guides sont maintenant disponibles pour aider mettre en place de tels r seaux par exemple celui publi par Tweddle ef al 2012 Dans le cas pr sent 16 propri taires riverains ont offert leur participation afin de fournir pr s de 25 points d observation Certains sites comportent plus d un point ex
103. nstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS E tude hydrodynamique QU BEC Universit d avant garde Rivi re Montmorency Secteurs Cantaloup Des lets Section 2 Seuil 1 Section 3 Seuil 2 Section 4 Seuil 3 Section 5 Seuil 4 Section 6 le Cantaloup Bras Est Section 7 le Cantaloup Bras Ouest Section 8 Anabranche Est Section 9 Anabranche Ouest Section 10 Anabranche Sud Est D bit transitant par les diff rents chenaux mcs D bit total en amont mcs Figure 31 Distribution du d bit entre le cours principal et les bras secondaires dans le secteur de la rue de Canteloup Des Ilets Rivi re Montmorency i Secteurs Canteloup D tail aux seuils E E D bit transitant par les diff rents chenaux 1000 D bit total en amont mcs Section 2 Seuil 1 Section 3 Seuil 2 Section 4 Seuil 3 Section 5 Seuil 4 Figure 32 Distribution du d bit entre le cours principal et les bras secondaires dans le secteur de la rue de Canteloup D tail sur les principaux seuils Fiches d interpr tation Page 67 Rapport INRS ETE 1416 E Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS E tude hydrodynamique QU BEC Universit d avant garde T l T Distribution du d bit entre les branches Rivi re Montmorenc
104. nt des valeurs instantan es moyenn es sur la p riode d observation Les param tres d appareillage et d acquisition de donn es sont les suivants Capteur ALTMI1020 5 kHz un seul retour niveau de tol rance non sp cifi Fr quence de balayage de 15 Hz Le jeu de donn es original s tend de la chute Montmorency jusqu aux limites nord de Saint Brigitte de Laval voire plus 38 km et il couvre l ensemble du r seau hydrographique pr sent ainsi que les zones adjacentes du domaine de simulation Mod lisation num rique de terrain Page 19 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e Angle de balayage de 30 et chevauchement de 30 entre les fauch es Altitude locale de 700 m au dessus du sol Vitesse de vol de 70 m s Pr cision verticale al atoire 20 cm Leclerc et al 2001 Densit moyenne de 1 point aux 11 m ou un point tous les 3 3 m Rivi re Montmorency Lignes de vol laser Echale 1 2500 Figure 5 Couverture du relev topographique LiDAR r alis en 1999 2000 par Lasermap inc Leclerc ef al 1999 Note Le rectangle bleu d limite le domaine de simulation Mod lisation num rique de terrain Page 20 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique
105. odynamique et de r interpr ter les r sultats en terme de risque pour les b timents et infrastructures pr sents 3 Le mod le 2012 n est pas valid en vitesses de courant de sorte que l interpr tation des r sultats issus de cette donn e ex pour le calcul de contraintes d arrachement doit tre r alis e avec toutes les pr cautions d usage id alement suite une validation sp cifique cette variable Recommandation il est recommand d interpr ter les donn es de vitesse de courant avec pr caution et de dument valider cette information avant de l utiliser pour des fins exigeant la pr cision Una validation des vitesses pourrait tre requise pour des fins particuli res requ rant cette donn e 9 3 Sur les cotes de crue de r currence 20 et 100 ans et les changements climatiques La pr sente tude utilise les quantiles statistiques de d bit tablis lors de nos pr c dentes tudes Les nouvelles donn es disponibles depuis la fin des ann es 90 ne sont donc pas prises Conclusions et recommandations Page 72 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde en compte en revanche aucune crue majeure n a encore t observ e depuis le d but des ann es 2000 de sorte que les valeurs retenues demeurent fiables voire conservatrices Il est aussi notoire que les al as
106. oins celles de la plaine alluviale nord Ci apr s nous introduisons d abord les divers jeux de donn es mis contribution ainsi que les traitements particuliers qui leur ont t appliqu s pour les incorporer dans le mod le num rique de terrain du domaine de simulation 4 1 Donn es disponibles lit mineur et anabranches Pour positionner les cr pines de la prise d eau sous fluviale projet e dans la verticale et dans le plan trois jeux de donn es topographiques du lit mineur ont t surtout mobilis s 1 Relev s r cents novembre 2011 du lit mineur du cours principal et des anabranches de la plaine alluviale r alis s par la firme G niearp chosondeur positionnement au GPS centim trique ce relev couvre tout le lit mineur de la zone d int r t 2 Relev s du lit mineur l amont du pont multifonctionnel de P M Pelletier r alis s en 2010 la station totale dans le cadre d une recherche de maitrise en g nie civil de l Universit Laval Pelletier 2012 3 Relev s du lit mineur du cours principal de Doyon r alis s la fin des ann es 90 la station totale seulement doctorat en Sciences de l eau de l INRS ETE Doyon 2000 Les jeux de donn es les plus r cents G miearp 2011 Pelletier 2010 ont t jug s suffisamment homog nes pour justifier une fusion de sorte que les donn es r centes du lit mineur sont constitu es de ces deux ensembles regroup s Les donn es de Doyon n
107. oit tre typiquement de 0 4 m une profondeur rapidement atteinte partout en cas de crue par contre une onde de crue ne peut pas se propager plus vite que son temps de g n se C est pourquoi nous fondons notre estimation sur le phasage de la g n se de la crue Fiches d interpr tation Page 63 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Submersion en m Crue de 700 mcs au site 742 mcs la station 051001 oo o 0 100 200 300 400 RS Jniversit d avant garde Figure 29 Illustration de la morphologie en tresses du r seau hydrographique de la plaine alluviale anastomos e de la rivi re Montmorency la hauteur du secteur des Ilets Canteloup Trois Saults Crue de 700 m s Afin de mieux se repr senter l importance relative de la plaine alluviale plusieurs sections de jaugeage num rique du d bit ont t implant es dans le mod le chacune de ces sections le d bit qui y transite est valu en int grant la vitesse et la profondeur sur le p rim tre mouill de celle ci La Figure 30 montre o sont localis es ces sections Les entit s 2 3 4 5 et 10 concernent le d bit total transitant par la plaine alluviale nord tandis que la section 14 permet d valuer celui de la plaine alluviale sud La section 11 permet d estimer le d bit qui transite par le Rigolet et qu
108. ons d taill es et r centes du lit mineur et des anabranches Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 3 Un domaine de validit plus tendu dans l espace et en d bit gr ce des donn es d taill es du niveau d eau en crue obtenues par un r seau d observation riverain mis en place pour l tude 4 Une r solution spatiale dramatiquement accrue qui permet un rendu tr s d taill des r sultats de simulation Des r ponses compl mentaires en lien avec la pr vention des risques En plus d appuyer le processus de conception de la prise d eau de l Arrondissement de Charlesbourg le mod le d velopp a galement permis 1 de mettre jour les connaissances l gard des niveaux d eau atteints par les crues de diff rentes magnitudes jusqu des valeurs de r currence multi centennales 2 de cartographier la hauteur de submersion correspondante particuli rement dans les zones habit es et autour des infrastructures publiques 3 d analyser les patrons de distribution des coulements entre le cours principal et la plaine alluviale 4 de proposer certaines interpr tations l gard des d bits plein bord dans les zones expos es afin de supporter la planification des mesures d urgence 5 et enfin d analyser sommairement la vuln rabilit des d p ts de surface du lit mineu
109. ont t utilis es que pour analyser l volution du lit de la rivi re durant la p riode comprise entre 1999 et 2011 Dans le cas des donn es de Pelletier les points de mesure associ s directement la pr sence de quelques blocs m triques individuels ont t retir s afin d obtenir une image plus fid le de la topographie g n rale Ce type d intervention a surtout t n cessaire imm diatement en amont du pont multifonctionnel de sorte que cette manipulation n a pas de cons quence dans la r gion de l Ouvrage A Des ajustements mineurs ont aussi t r alis s rapide du Rigolet surtout afin de mieux capter la hauteur de la ligne d eau bas d bit Mod lisation num rique de terrain Page 18 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 4 2 Donn es disponibles plaines alluviales et structures anthropiques Les zones situ es hors du lit mineur milieux terrestres lit majeur ont t caract ris es par diff rents moyens principalement par la photogramm trie num rique et par le LIDAR a roport Dans le cas des ouvrages ce sont aussi les plans disponibles qui ont servi les repr senter 4 2 1 Donn es LiDAR Le jeu de donn es LIDAR a t fournis par l INRS Ils ont t obtenus lors d une tude pr c dente Lasermap inc pour INRS ETE rapport dans L
110. our les fins de cette tude une caract risation topographique compl te a roport e des zones inondables ou adjacentes a t r alis e avec la technologie LIDAR Light Detection amp Ranging Lasermap 1999 Ce jeu de donn es tr s pr cises qui avait t peu exploit alors est enfin mis contribution ici mises part les r gions qui ont subi des transformations topographiques notables depuis 1999 pont multifonctionnel bassins de captage et prise d eau sous fluviale des lets contour des sabli res CSL LOMA adjacentes Plus r cemment le m moire de ma trise en g nie civil de Pierre Marc Pelletier 2012 a permis de mettre jour en 2010 la topographie du lit mineur en amont du pont multifonctionnel Sentier transcanadien de motoneige et VTT de mettre en vidence des changements morphologiques importants apparemment en lien avec l effet restrictif du pont multifonctionnel Figure 1 sur le libre passage des glaces lors des d b cles Ce processus semblerait favoriser la d position sur place de grosses alluvions et l aggradation du lit mineur Ce faisant 1l a pu en Contexte et objectifs Page 3 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde r sulter une d rive dans le partage des coulements entre le cours principal et les chenaux secondaires anabranches qui seraient alors d
111. ourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Il est noter que ce mod le s tend jusqu l extr me limite lat rale de la plaine alluviale inondable qui se pr sente comme un secteur anastomos c est dire configur en tresses de sorte que l coulement de la rivi re en crue peut utiliser des chenaux secondaires en guise de trop pleins soustrayant par le fait m me un partie significative du d bit au cours principal C est un des objectifs de la mod lisation d tablir ce partage en fonction des divers v nements hydrologiques possibles 4 3 1 Donn es compl mentaires rugosit s Dans un processus id al de mod lisation hydrodynamique il est souhaitable de disposer d une caract risation de la rugosit du lit mineur en vue de d terminer localement et a priori la valeur du coefficient de Manning L environnement MODELEUR dispose de fonctionnalit s sp cifiques pour cette t che Il faut cependant noter que cette d marche est requise lorsque la mod lisation vise des applications requ rant la connaissance d un champ de vitesse pr cis comme c est le cas pour les mod les d habitats piscicoles de calculs de transport advection et de dimensionnement d taill d ouvrages Dans le cas pr sent l emphase porte sur l obtention du niveau d eau et d une r partition ad quate des d bits entre les chenaux de sorte qu une calibration par zone plut t que
112. ph rie Analyse de sensibilit aux crues Page 46 Rapport INRS ETE 1416 g Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 013 36 7 2 Sensibilit du niveau d eau aux crues sibilit au d bit de crue Mod ulation INRS 2012 multifonctionnel Pont Rapide du Rigolet Prise d eau sous fluviale des lets Ouvrage A K j Rue du Gouffre Limite de Boischatel T Rep res du profil 4 SimO1e 24 mcs 4i me it ration de calibration SimO6a 224 mcs 1 re v rification SimO2d 314 mcs 3i me it ration de calibration SimO3b 498 mcs deuxi me v rification Sim19a 400 mcs SimO7a S550mecs sim03a 600 mcs Sim09a 650 mcs y z v 3 n Ne D bo v D e E lt Sim10b 700 mes Simiia 750mes Sim12b 800 mcs Simi3b 850 mes Sim14b 900 mcs Sim15b 950 me Note Les valeurs de d bit indiqu es repr sentent 94 Sim16b 1000 mcs du bassin versant de la station 051001 Rapide des Trois Saults 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 Cha nage local m Figure 19 Lignes d eau simul es pour des d bits variant des conditions esti
113. pour un d bit donn Ainsi les r sultats publi s ant rieurement avis pr liminaire de Leclerc 2010 2012 avec le mod le court ne sont valides que pour le secteur de la rue de Canteloup et l Ouvrage A une r gion du domaine de simulation qui ne subit pas l influence de la condition limite en aval Les recommandations effectu es avec le mod le court tiennent donc la route dans le contexte de la reconstruction de l ouvrage Conclusions et recommandations Page 75 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique N R S QU BEC Universit d avant garde Bibliographie cit e ou pertinente Boucher J P et Picard F 1994 Cartographie des zones inondables Rivi re Montmorency du rapide des Trois Saults jusqu l le Enchanteresse Minist re de l Environnement et de la Faune Direction du milieu hydrique Service de l hydrologie et de la cartographie Rapport no DH 94 01 25 pages annexes CEHQ 2012 Doyon B 2000 Mod lisation des ph nom nes d emb cles et de d b cles l aide d une m thode eul rienne lagrangienne d l ments discrets Th se de doctorat INRS ETE Fortin P L 2012 Reconstruction de la prise d eau de Charlesbourg Caract risation de la dynamique morphologique des chenaux anastomos s du secteur des lets rivi re montmorency Qu bec Pour le compte de la Ville de Qu bec Ra
114. pport de l Organisme de Bassins versants Charlevoix Montmorency 71 pages Mars 2012 Heniche M Y Secretan P Boudreau amp M Leclerc 2002 Dynamic tracking of flow boundaries in rivers with respect to discharge Journal of Hydraulic Research IAHR 40 5 589 602 Heniche M Y Secretan P Boudreau and M Leclerc 1999a A new finite element drying wetting model for rivers and estuaries Int J Advances in Water Resources 38 3 163 172 Heniche M M Leclerc Y Secretan et Taha Ouarda 1999c Travaux d att nuation des risques de crue l eau libre de la rivi re Montmorency dans le secteur des lets Phase 2 Mise jour de l analyse hydrologique dimensionnement des travaux d att nuation et analyse de l impact sur les risques r siduels de dommage aux r sidences Rapport scientifique INRS Eau R555 Heniche M Y Secretan P Boudreau amp M Leclerc 2002 Dynamic tracking of flow boundaries in rivers with respect to discharge Journal of Hydraulic Research IAHR 40 5 589 602 Hoang V D 1996 Rapport sur la mise jour d analyse hydrologique statistique de la rivi re Montmorency Minist re de l Environnement et de la Faune Non consign Horritt M S P D Bates T J Fewtrell D C Mason 2010 et M D Wilson 2010 URL Modelling the hydraulics of the Carlisle 2005 flood Proceedings of the Institution of Civil Engineers Water Management 163 June 2010 Issue WM6 Pages 273 281
115. que que des ajustements mineurs additionnels sont requis on peut proc der aux ajustements requis mais on s impose alors une validation additionnelle avec tous les v nements de calibration ant rieurs Ainsi bien que la d marche de calibration validation soit g n ralement pr sent e comme un processus s quentiel lin aire la r alit est plus nuanc e et impose un processus it ratif non lin aire o l essentiel de l ajustement est r alis en phase de calibration mais pas exclusivement En revanche la validation demeure un passage oblig pour TOUS les v nements une fois le processus d ajustement compl t 3 2 6 Donn es de calibration validation Participation citoyenne Le paragraphe pr c dent fait r f rence la participation citoyenne la caract risation des niveaux d eau en p riode de crue Cette contribution est tr s importante voire d terminante pour la pr sente tude Une telle approche comporte plusieurs avantages tant donn que les riverains potentiellement expos s la submersion ou pas sont aux premi res loges lors des crues et la plupart ont le r flexe de noter ou marquer sur le terrain les niveaux maximums atteints Ce comportement est d autant plus usuel que la crue atteint des magnitudes lev es plus forte raison lorsque des dommages sont occasionn s Dans certaines circonstances l observation des d laiss s de crue aux sites sujets la submersion procure aussi une bo
116. ques des assemblages de mat riaux actuels La formule indiqu e pour ce faire est celle de Knighton 1998 laquelle sp cifie la contrainte critique en N m n cessaire pour briser la couche armure assemblage intime de grains du lit mineur Te 0 06 ps P Dso O Tc est la contrainte critique N m ps la masse sp cifique des grains de substrat l eau 2650 kg m p la masse sp cifique de l eau 1000 kg m D le diam tre m dian des grains m Fiches d interpr tation Page 69 Rapport INRS ETE 1416 Z Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Par ailleurs la contrainte tangentielle sur le fond associ e aux courants se calcule comme suit ae PIV f H p En consid rant la contrainte effective 7 pour un d bit donn il est possible de calculer la taille des mat riaux qui peuvent tre mis en mouvement par une crue Ainsi on peut d finir un Dsoc ou diam tre m dian critique pour un d bit donn cette variable tant distribu e selon la valeur locale des contraintes effectives zx y titre d illustration la Figure 35 montre la taille caract ristique des mat riaux du lit mineur qui peuvent tre mis en mouvement par une crue exceptionnelle de 1000 m s la crue historique du 3 novembre 1966 d passait 1100 m s On peut constater que cette taille d passe la plupart du temps celle des mat riaux pr s
117. r l arrachement par les forces rosives des coulements en crue Les limites l interpr tation Il est toutefois n cessaire d expliciter ici certaines limites d interpr tation li es au domaine de validit et des hypoth ses sous jacentes du mod le 1 Bien que les processus glaciels emb cles d b cles l origine des al as hivernaux et printaniers de submersion soient tr s pr sents dans le domaine d tude les analyses effectu es avec le mod le actuel ne peuvent encore en tenir compte r alistement elles se limitent donc aux crues l eau libre dont le comportement demeurait lui aussi mal connu Ignorer les al as d emb cle ne doit toutefois pas induire l interpr tation que ces al as sont n gligeables 2 La topographie du mod le tant pos e fixe par hypoth se le comportement du lit de la rivi re en pr sence de crues exceptionnelles au pouvoir rosif g omorphique peut difficilement tre repr sent En cas d une telle crue les r sultats de submersion doivent donc tre interpr t s avec prudence 3 Le mod le tant op r en mode stationnaire r gime permanent le comportement dynamique des masses d eau lors de crues subites intenses typiquement 12 14 heures de temps de concentration sur la Montmorency lesquelles sont possiblement accompagn es d effets d emmagasinement effets histeresis dans les plaines alluviales adjacentes n est pas pris en compte Ces limites d
118. r sum une liste partielle des caract ristiques essentielles de ces deux outils qui se distinguent principalement par leurs algorithmes de d couvrement recouvrement et de r solution alg brique H2D2 s av re robuste en situation de d couvrement du lit et 1l est pourvu de facilit s de calcul distribu et parall le permettant d acc l rer par plus d un ordre de grandeur la vitesse de r solution et donc la taille du probl me en termes de nombre de mailles de n uds et d inconnues e M thode de discr tisation par l ments finis e Formulation conservative flux formulation e Algorithme de d couvrement recouvrement pour suivre dynamiquement la berge en fonction du d bit et niveau d eau e M thodes de r solution alg brique parall lis es et distribu es e Diverses m thodes de r solution et d optimisation disponibles et utilisables suivant les cas de figure e Couplage avec l outil de pr post traitement MODELEUR De son c t MODELEUR est un outil graphique du type Syst me d Information G ographique SIG d di sp cifiquement au traitement de donn es reli es l hydrodynamique fluviale et estuarienne Ses principales fonctionnalit s sont les suivantes Base de donn es et syst me de gestion SGBD int gr s et adapt s ce type de probl me Capacit s d importation exportation vers d autres utilitaires G or f renciation des donn es Mailleur d l ments finis int gr e
119. r aussi la Figure 1 Cette morphologie complexe a pour effet de d river une partie importante du d bit du cours principal vers les anabranches des deux plaines alluviales Pelletier 2012 Fortin 2012 Notre hypoth se est que ce comportement permet de limiter la mont e du niveau d eau dans le cours principal lors des crues et ou des emb cles de glace Si les anabranches sont peu actives la plupart du temps en lien seulement avec la vidange des nappes phr atiques locales et le ruissellement des versants proches leur v ritable activation en lien avec le d bordement du cours principal survient des niveaux d eau et des d bits tr s variables g n ralement en crue ou lors des emb cles que la pr sente tude vise d terminer Localisation et description du site l tude Page 7 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 3 M thodologie Ce chapitre reprend les l ments th oriques de base de la mod lisation hydrodynamique Le lecteur moins int ress par ces aspects peut imm diatement encha ner au chapitre suivant 3 1 Approche Traditionnellement les tudes hydrodynamiques ont souvent servi tablir les cotes de crue de r currence 2 20 et 100 ans avec une d marche de mod lisation unidimensionnelle 1D utilisant le logiciel HEC 2 devenu par la suite HEC RAS d velopp
120. r ce choix de d limitation 1l devenait imp ratif d tendre le mod le plus loin en aval Par ailleurs l tablissement des conditions aux limites en niveau d eau aux limites aval ant rieures du mod le tait compliqu e pour des d bits d passant des valeurs de 500 m s au site car nous ne disposons d aucune observation r cente pour ce niveau d hydraulicit Afin de corriger les deux lacunes voqu es il a t r solu de d placer la limite aval de l ancien mod le vers une section situ e en aval du premier seuil hydraulique du rapide des Trois Saults ce qui repr sente un ajout de 700 m la couverture ant rieure Ce faisant on peut s affranchir de la connaissance pr cise de la condition limite en niveau d eau car l existence d un seuil contr le pr s de la limite aval du mod le permet de piloter le mod le sans se soucier de cette donn e importante Autrement dit le mod le s il est vraiment repr sentatif de l coulement au droit du seuil qui contr le le niveau amont devient alors ind pendant du niveau aval impos condition que ledit niveau ne vienne pas noyer le seuil Dans le cas contraire c est dire si le seuil ne remplissait pas la fonction attendue de contr ler le niveau amont de mani re univoque une analyse de sensibilit au niveau impos serait requise ce qui fut le cas en fait Lors de l analyse des r sultats nous verrons l importance consid rable de ce choix m thodolog
121. rs utilis es sont issues d une estimation et qu elles sont donc sujettes un degr d incertitude Relev LIDAR 24 mcs 1520 k ye 151 7 D x 151 50 t 151 24 151 0 150 7 150 50 150 25 150 0 149 7 145 5 149 26 149 00 148 7E 148 50 148 26 148 0 147 7 147 5 147 2 147 00 146 75 146 50 146 25 1 0 M RE 2 q0 Figure 11 Relev LIDAR du niveau d eau 1999 Niveau d eau et g om trie d ensemble du bief en aval du mod le qui d termine la condition limite Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 33 Rapport INRS ETE 1416 E Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e Relation Niveau xl Estimation Limite aval a Niveau d eau m on 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100 D bit total mcs Figure 12 Relation niveau d bit estim e la limite du mod le Hauteur normale vs Hauteur critique 5 4 Param tres du mod le calibr valid Le coefficient de frottement n de Manning est le principal param tre permettant de r gler le comportement du mod le par rapport au niveau d eau Les valeurs typiques retenues pour le lit mineur varient en fonction de la taille caract ristique des mat riaux du lit Pour obtenir une premi re indication de ces valeurs on observe donc la constitution du lit de la rivi re ce qui fut fait par la firme G ni
122. rsit d avant garde 6 Crues de r f rence Quantiles statistiques Dans les chapitres subs quents nous allons exploiter le mod le d velopp pr c demment afin d obtenir les patrons de submersion des zones inondables en fonction de crues de plus en plus fortes jusqu 1050 m s soit tout pr s de la valeur historique attteinte le 3 novembre 1966 1039 m s Il est important pour mieux valuer le risque de conna tre la fr quence des crues trait es Ainsi les crues de probabilit vicennale et centennale sont reprises telles quelles des tudes ant rieures de m me que la loi statistique les caract risant Les donn es concern es produites par la Chaire en hydrologie statistique de l INRS ETE quipe du Professeur Taha Ouarda ont t publi es dans Heniche ef al 2000 et n ont pas fait l objet d une mise jour avec les donn es r centes 2000 2012 Diverses approches avaient t analys es notamment 1 la m thode classique du maximum journalier annuel major par un facteur de pointe 2 La m thode du maximum annuel horaire 3 La m thode dite au d passement Peak Over Threshold Par contre aucune crue d importance n a t enregistr e depuis la derni re analyse fr quentielle de sorte que les quantiles statistiques utilis s demeurent relativement fiables voire conservateurs Une mise jour aurait toutefois l avantage de r duire les marges d incertitude sur les quantiles chantil
123. ruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde Cartographie des zones inondables Crues l eau libre M D bit estival 24 mcs Zone de grands courants 1 20 ans _ Zone de faibles courants 1 100 ans Figure 24 Zones inondables pour les crues l eau libre Zoom secteur de la rue de Canteloup R currences 1 20 ans et 1 100 ans Note la pr sente carte ne repr sente en rien le risque associ aux al as d emb cle de glace pr sents dans le secteur 8 2 4 Points sensibles pour planifier les mesures d urgence Dans le but d appuyer les efforts de la Ville pour mieux planifier les mesures d urgences Plan particulier d intervention ou PPI nous avons jug utile de produire quelques donn es importantes relatives au d bit plein bord en certains endroits du r seau routier sensibles la submersion et pouvant compliquer les efforts d vacuation quand le besoin se fait sentir Les images de submersion correspondantes sont produites avec le niveau de d tail requis pour l interpr tation Fiches d interpr tation Page 56 Rapport INRS ETE 1416 LS Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1013 36 Universit d avant garde 8 2 4 1 Rue de Canteloup Hypoth se En partant de l amont le premier secteur susceptible d tre rapidement isol
124. s de 6 pour tenir compte de la taille r duite du bassin versant au site du mod le 44 Figure 17 Sensibilit du niveau d eau une condition limite normale major e de 0 3 m 46 Figure 18 Valeur du nombre de Froude pour un d bit simul de 498 m s Note Une valeur de 1 0 indique un coulement critique et dissocie hydrauliquement les r gimes des biefs d amont et d aval Le seuil en aval du mod le approche la valeur critique au centre du thalweg tandis qu il la d passe en p riph rie 46 X Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e Figure 19 Lignes d eau simul es pour des d bits variant des conditions estivales normales des d bits de crue exceptionnels Note il est noter que les lignes d eau au del de 500 m s sont extrapol es par rapport au registre de validation et elles sont sujettes des hypoth ses non v rifi es fond fixe stationnarit de la crue En aval de la limite municipale de Qu bec avec Boischatel faute d une caract risation directe les lignes d eau obtenues sont tributaires de la repr sentativit des conditions topographiques synth tiques utilis es pour d finir RO EAE A PT A E A EE A A E EA AEA 47 Figure 20 Relations niveau d bit compar es entre le mod le court extrapol e et impos e et
125. site du mod le sous toute r serve de l impact possible du laminage des crues li la pr sence d une vaste plaine alluviale ayant une capacit importante d emmagasinement Cette question fera d ailleurs l objet d une recommandation sp cifique Crues de r f rence Quantiles statistiques Page 43 Rapport INRS ETE 1416 g Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NS tude hydrodynamique 013 36 Universit d avant garde En bref les valeurs de d bit de r f rence retenues pour les crues de p riode de retour 20 et 100 ans sont respectivement 687 m s et 860 m s au site L analyse de sensibilit au d bit de crue couvrira la gamme comprise entre 500 m s et 1050 m s crue historique de 1966 par incr ments de 50 m s Ajustement statistique INRS D bit de crue la station 051001 M thode au d passement horaire Quantiles sp cifiques D bit mcs Loi d ajustement h D bit 114 57 x In P riode de retour 387 52 z TT 10 100 P riode de retour ans Figure 16 R sultats de l analyse fr quentielle de Ouarda INRS par une m thode au d passement pour les d bits la station 051001 Marches Naturelles Note Les valeurs indiqu es doivent tre minor es de 6 pour tenir compte de la taille r duite du bassin versant au site du mod le Crues de r f rence Quantiles statistiques Page 44
126. sque associ aux al as d emb cle de glace presents dans de SCOR a ea a a dat en co ao 56 Figure 25 D bit plein bord et d but de submersion Rue de Canteloup 800 m s au site 842 m s la station CEHQ 051001 Les fl ches indiquent les d versements vers la plaine alluviale 0 aooooeseeeeesnnneesrerneesrereesreerse 57 Figure 26 D bit plein bord et d but de submersion Secteur r sidentiel des lets 600 m s au site 636 m 5s la station CEHQ 051001 Note deux vannes clapets sont install es afin de permettre le drainage du Rigolet CDS CR ee ee ee 58 Figure 27 Conditions de d but de submersion de la rue des Trois Saults aux limites de Boischatel D bit de crue l eau libre de 750 m s au site 795 m s la station 051001 ss sssssssscasscsnessscsensssoscasacssessscsenssoseus 59 Figure 28 Condition possible de connection du cours principal avec le bois humide jouxtant la sabli re CSL Loma D bit de 1050 m s au site 1163 m s la station 051001 62 Figure 29 Illustration de la morphologie en tresses du r seau hydrographique de la plaine alluviale anastomos e de la rivi re Montmorency la hauteur du secteur des lets Canteloup Trois Saults Crue de 700 M S 64 Figure 30 Localisation des sections de jaugeage num rique du d bit simul par le mod le aeeoeneecsenneseeneen 65 Figure 31 Distribution du d bit entre le cours principal e
127. ssement Charlesbourg de la Ville de Qu bec est requise puisque cet ouvrage Ouvrage A Figure 1 a atteint le terme de sa vie utile Pour ce faire le concept de la prise d eau sous fluviale d j implant la prise d eau de l Arrondissement Beauport Ouvrage des lets a t retenu avec quelques ajustements du concept En plus de soulever toutes les questions inh rentes son dimensionnement cette d cision comprend galement des questionnements relatifs son positionnement dans le plan et en l vation dans le but de concilier le rendement du captage et la s curit de l ouvrage en cas d al as hydrologique D autres questionnements sont relatifs l impact des travaux de construction sur la rivi re Le choix du site proximit imm diate amont de l Ouvrage A ant rieur ne soul ve pas que des questions locales puisque l ensemble du secteur de la rivi re Montmorency vis par les ouvrages de Charlesbourg et Beauport est de type anastomos c est dire form de nombreuses branches ou chenaux organis s en tresses et dont la configuration changeante dans le temps r gle la r partition des coulements entre le cours principal et la plaine alluviale adjacente L quilibre morphologique de ce segment de la rivi re doit tre bien compris car ses r gimes hydrologique et glaciologique sont susceptibles d tre fortement perturb s par toute intervention physique significative dans le lit mineur du cours d
128. sssssesessssssssessosessssoeososesessseososessessessosessosososessssseoe 80 Mod le math matique des coulements Saint Venant ss 80 Algorithme de d couvrement recouvrement s sesessssesssecesssseoecesesssososoesssssosoesesssssseoeo 82 OS OA a a a a a a 83 Discr tisation par l ments finiS sessesesesesessesesesesssssoscesesssssoeossssssseosoessessssoeoesssssosoes 84 Annexe B Cartographie de la submersion par les crues l eau libre 85 Annexe C Caract risation de la dynamique morphologique des chenaux anastomos s du secteur des llets rivi re montmorency Qu bec sesseoeoeoesesesosoeoecsesesososoecoesesososoecoesesosoeo 97 Annexe D Rationel d analyse pour la stabilit des alluvions ssooeoesesesesosoeoesesesosoeoes 100 CONTENTO eds teen a mass ass a see 2e GR Re ete sonne nee titan tee 101 Rationnel D S a a aa 101 Croes AP eaU DEG ne de aan annee an cest ne ie ic lente cr 101 Action 24 Le 2 Nanai 105 Bibliographie de l ANREXE 2 des ee nes de ae an a dan Lente io etes 105 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e Liste des figures Figure 1 Configuration du r seau hydrographique dans le secteur d int r t 2 Figure 2 Localisation du site l tude de la rivi re Montmorency Imagerie Google Earth 2012 6 Figure 3 Sommaire de la m thodologie de mod
129. station 051001 0 100 200 300 400 8 0 D un un on gp in N on w wa a me O O N un un Planche VIII Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 900 m3 s 954 m3 s la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 93 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Waitai LAA TASEEN Submersion en m Crue de 950 mcs au site 1007 mcs la station 051001 y o g on NN D OL 2 En un am un Un Un un un un 0 100 200 300 400 v A s A QU BEC 17 R 24 DEN Planche IX Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 950 m s 1007 m s la station hydrom trique CEHQ 051001 Cartographie de la submersion Page 94 Rapport INRS ETE 1416 d Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE TT INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde Waitai LAA TASEEN Submersion en m Crue de 1000 mcs au site 1060 mcs la station 051001 8 0 75 y o g on NNU WAAD un Un Un un un un 0 100 200 300 400 gt Y r p N XNINRS AS t13 17e a 2 W NY PAY n l j 4 Universit d avant garde AA A i NAE lt Planche X Hauteur de submersion pour un d bit de crue de 1000
130. struction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NS E tude hydrodynamique 1t13 12e Universit d avant garde Figure 38 Param trisation des la zone de transition du d couvrement dans H2D2 Discr tisation par l ments finis L l ment principal utilis par H2D2 est un triangle six n uds lin aire en g om trie avec une approximation P1 isoP2 pour les flux et P1 pour le niveau d eau Figure 39 L l ment utilis par H2D2 La r solution est effectu e l aide de diverses m thodes it ratives ou directes qui ne seront pas expos es ici Logiciel H2D2 en bref Page 84 Rapport INRS ETE 1416 a Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique 1813 13e Universit d avant garde Annexe B Cartographie de la submersion par les crues l eau libre Note partir d un d bit de crue de p riode de retour de 20 ans les hypoth ses de stationnarit du d bit et d immobilit du relief du lit mineur ne sont pas garanties noter aussi que des pisodes fr quents de faible submersion associ e aux emb cles de glace sont pr sents sur le site Cartographie de la submersion Page 85 Rapport INRS ETE 1416 aa Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique QU BEC da du Universit d avant garde ET s MEN I Submersion en
131. t positionn s par rapport une coordonn e curviligne prenant son origine l amont du domaine de simulation et parcourant le thalweg du cours principal jusqu la limite aval sur une distance de 4 14 km Le positionnement pr cis des profils en long sera trait avec la pr sentation des r sultats de validation 5 2 Strat gie de r solution 5 2 1 Conditions initiales m thode de r solution it rative stationnaire La m thode de r solution alg brique est de type it ratif et elle fait appel diverses techniques adapt es la progression de la solution vers un tat converg qui minimise les r sidus de la simulation Progressant d abord par pas de chargement ces m thodes sont relativement sophistiqu es et leur description d passe le cadre de ce rapport elles sont d crites dans le manuel de l usager de H2D2 II est noter ici que les solutions recherch es sont de type stationnaire r gime permanent de sorte que le r sultat ne d pend pas des conditions initiales Un jeu de conditions initiales n est donc pas requis Par contre il est toujours plus rapide et efficace de converger une nouvelle solution en partant d une solution voisine d j converg e Comme pour l hypoth se de fond fixe la r solution stationnaire du probl me en r gime dit permanent comporte toutefois ses propres limitations qui incitent la prudence lorsque des crues extr mes sont consid r es celles ci prenant la forme de cr
132. t adaptatif Pilote de simulations hydrodynamiques Mod lisation num rique de terrain topographie frottement glace substrats etc Calculatrice programmable pour le post traitement et l analyse Outils d interaction permettant d interroger les repr sentations spatiales des r sultats sonde num rique e Aide contextuelle 3 2 5 Mod le hydrodynamique Mise en uvre calibration validation en crue Avec les outils d crits 1l est possible de r aliser des simulations complexes et exigeant un grand nombre d op rations math matiques Dans une tude telle que la pr sente on ne cherche pas obtenir un mod le valid en vitesses bien que l outil permette d en obtenir un bon estim L essentiel de l activit de calibration validation pr sent e ici consiste ajuster la valeur des M thodologie Page 12 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde param tres du mod le de mani re reproduire au minimum les niveaux d eau observ s en p riode de crue et pour diff rents d bits observ s plus fr quemment ex d bit moyen La gamme des d bits observ s doit tre aussi large que possible afin d tendre le domaine de validit et limiter le besoin d extrapolation L ajustement pr cis d un mod le en p riode d tiage est plus hasardeux tant donn
133. t les bras secondaires dans le secteur de la rue de Canteloup Des ets id rrrrrrrnrerrrenrenrreneenrrenresneeeennenneennenneeeenceeeenneeeenneeeenenennees 67 Figure 32 Distribution du d bit entre le cours principal et les bras secondaires dans le secteur de la rue de Canteloup D tail sur les principaux seuils sesssseserersseeresereeresereresesrerereseeresesecrsssreressereroseseereseseeresereresesrerersseerere 67 XI Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Figure 33 Distribution du d bit entre le cours principal et les bras secondaires dans le secteur de la prise d eau ER AEE A AEE A N EEE A AA 68 Figure 34 Distribution du d bit entre le cours principal et la plaine alluviale dans le secteur des Trois Saults 68 Figure 35 Taille critique estim e des mat riaux pouvant tre mis en mouvement par une crue de 1000 m s dans le secteur nord Rue de Canteloup Ouvrage Note ces valeurs sont produites titre indicatif et ne fournissent qu un estim grossier de la caract ristique vis e serrer 70 Figure 36 Diagramme de Shields Conditions critiques d entra nement des particules pour des crues l eau libre Figure 37 Diagramme de Shields pour d terminer le d but d entra nement selon Wilcock 2004 103 Figure 38 Sensibilit l entra nement de substrats de dif
134. tion Cette question demeure toutefois tr s importante pour le secteur tudi puisque les al as d emb cle y sont r currents Par ailleurs concernant les al as de crue l eau libre le type de mod le utilis comporte d autres limitations qu il est important de conna tre 1 Le mod le utilis simule les crues en r gime permanent stationnaire la validit de cette hypoth se n est pas d montr e haut d bit et 1l est possible que des effets d emmagasinement dans le bief du mod le observables en r gime transitoire ex crue subite impactent significativement l interpr tation des r sultats obtenus avec le mod le stationnaire Ainsi le signal de crue observ la station 051001 pourrait tre le r sultat d une onde de crue plus importante en pointe ayant transit par le domaine de mod lisation Conclusions et recommandations Page 71 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde et aussi le lac du D laiss et ayant subi une forme d cr tement laminage par les m canismes d emmagasinement dans la plaine alluviale Recommandation proc der des simulations de crues subites en r gime transitoire plut t que stationnaire afin de v rifier l importance des processus d emmagasinement dans la plaine alluviale en cas de crue subite et tablir le r gim
135. tion du d bit vers la plaine alluviale s effectue dans le contexte d une topographie volutive en lien avec l action glacielle et l rosion d position Il en r sulte qu une portion grandissante du d bit arrivant dans le bief la hauteur de l Ouvrage A emprunte dor navant la plaine alluviale nord et court circuite le lit mineur principal du cours d eau y compris celui o est situ e la prise d eau des lets Si ce processus ne semble pas probl matique pour le moment 1l pourrait le devenir long terme En effet une diminution relative du d bit dans le cours principal peut s accompagner d une diminution de la comp tence du cours d eau pour le transport d alluvions et de la glace en d valaison la d b cle et ventuellement un rel vement graduel du fond aux sites de d position Il n est pas exclu que la prise d eau des lets en subisse les cons quences p nurie l occasion d pisodes climatiques tr s secs comme l t 2008 Recommandation 1l est recommand de proc der un suivi topographique p riodique typiquement quinquennal ou suite des al as potentiel g omorphique de la morphologie des seuils d entr e des anabranches de la plaine alluviale nord segment Des lets Canteloup Le cas ch ant la caract risation topographique du lit mineur principal serait aussi indiqu e afin de v rifier l exactitude de la d rive morphologique anticip e 9 6 Conclusions p
136. trique 051001 du Centre d Expertise hydrique du Qu bec La taille du bassin versant au site est approximativement 94 de celle au droit de la station 1034 km vs 1100 km Les valeurs de d bits horaires utilis es sont celles fournies en ligne par le CEHQ 2012 Cinq jeux de donn es distincts ont t utilis s pour ajuster le mod le hydrodynamique avec les niveaux d eau observ s 1 Le 29 mai 2011 530 m s 498 m s au site 2 Le 29 ao t 2011 335 m s 314 m s au site 3 Le 31 octobre 2012 239 m s 223 m s au site 4 Le 10 novembre 2011 25 m s 24 m s au site 5 Relev LIDAR Accessoirement les niveaux d eau relev s lors de la campagne LIDAR ont t consid r s Le relev a t r alis le 12 novembre 1999 alors que le d bit au site se situait autour de 22 24 m s Ce dernier v nement correspond celui du 10 novembre 2011 en termes de d bit Sauf exception les niveaux observ s ne sont pas directement obtenus du signal LIDAR en pratique nous utilisons les cotes de niveau les plus basses enveloppe inf rieure soit celles correspondant la berge exond e jouxtant imm diatement la partie immerg e du cours d eau Seule la taille des substrats mergeants en chaque endroit peut modifier la valeur effective du niveau d eau Pour cette raison nous utilisons une courbe enveloppe minimum qui fait abstraction des valeurs surestim es renvoy es par les gros substrats ou sous estim es indic
137. ude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e Ouvrage A A A 3 h LE i Pont multifonctionnel if Rapide des Trois Saults Figure 1 Configuration du r seau hydrographique dans le secteur d int r t Contexte et objectifs Page 2 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde Leclerc ef al 1998 ont r alis la premi re tude hydrodynamique bidimensionnelle du secteur des lets gr ce au logiciel Modeleur Secretan et al 2000 et au simulateur Hydrosim Secretan ef al 2000 Heniche ef al 2002 Cette tude a permis de jeter un clairage nouveau sur la complexit hydrographique du secteur des lets et de mesurer la vuln rabilit de l ouvrage des lets et du quartier r sidentiel adjacent lors de crues extr mes L tude de 1999 Heniche ef al qui s en est suivie a permis de proposer certaines solutions conomiques visant minimiser les dommages aux installations existantes au poste des lets Ces deux premi res tudes offraient toutefois une port e spatiale limit e au secteur des lets o la plupart des anabranches de la plaine alluviale amont convergent Lors de d bits de crue importants une d rivation significative du d bit vers les anabranches de cette plaine alluviale s y produit en effet de sorte que le cours principal
138. ue vicennale et centennale Les cotes de crue correspondant aux valeurs vicennale 20 ans et centennal sont produites au tableau suivant La position des points de contr le est indiqu e par la coordonn e curviligne du profil en long ainsi que par la Figure 14 Tableau 4 Cotes de crue vicennale et centennale en divers points de contr le du secteur l tude ME aiaa 1 20ans 1 100 ans s n 687 m s 860 m s 1 0 163 86 164 26 2 250 163 31 163 67 3 500 162 66 162 94 4 750 161 78 162 00 5 1000 160 70 160 94 6 1250 159 76 160 08 7 1500 158 97 159 27 8 1750 158 38 158 72 9 2000 157 99 158 38 10 2250 157 28 157 75 11 2500 157 12 157 67 12 2750 156 99 157 57 13 3000 156 88 157 48 14 3250 156 65 157 26 15 3550 156 44 157 09 16 3850 13627 157 05 17 4150 154 65 155 17 Note les valeurs au del du point 14 sont fournies titre indicatif le mod le n tant pas compl tement valid dans ce secteur Fiches d interpr tation Rapport INRS ETE 1416 g Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique INRS 1113 13e Universit d avant garde 8 2 3 Cartographie des zones inondables l eau libre Des cartes de zones inondables sont montr es aux Figure 22 23 et 24 sans plus de commentaires sauf pour souligner que les al as d emb cle ne sont pas pris en compte ici Cartographie des zones inondables Crues l eau libre T M D bit estival 24 mcs
139. ues subites accompagn es d effets d emmagasinement transitoires Ces limitations seront discut es en temps et lieu 5 3 Patron d imposition des conditions aux limites Le sch ma d imposition des conditions aux limites adopt est le d bit l amont du mod le et le niveau d eau l aval Les fronti res lat rales du mod le sont caract ris es par une condition d imperm abilit et de glissement Par contre l algorithme de d couvrement recouvrement a pour effet de r duire pr s de z ro les vitesses dans les zones d couvertes Ce patron d imposition est relativement classique Par contre le patron retenu ici se distingue par la pr sence d un seuil contr le jouxtant imm diatement la fronti re aval du mod le mais l amont du premier sault des Trois Saults La pr sence d un tel seuil contr le d finit une section critique qui par d finition se caract rise par une relation univoque entre le d bit et le niveau sur le seuil En un tel site seuil le comportement hydraulique ne d pend pas du niveau aval exemple un chute moins que Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 31 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique Universit d avant garde 1113 13e celui ci soit si haut qu il inonderait le seuil lui m me et y r tablirait un r gime fluvial En proc dant ici on
140. ulations ant rieures sont toutes reprises pour v rifier l ad quation des changements apport s Lorsqu une configuration donn e semble acceptable l ajout de nouveaux v nements constitue un simple exercice de validation si de nouveaux ajustements ne sont pas requis Tous les v nements disponibles sont donc consid r s reproduits ad quatement condition que le m me jeu de param tres soit conserv pour chacun Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 35 Rapport INRS ETE 1416 3 Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1513 13e 0 109200300400 Figure 13 Coefficient de frottement n de Manning impos au mod le pour la calibration Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 36 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE 1113 13e tude hydrodynamique INRS Universit d avant garde 5 5 2 Conditions aux limites impos es pour les cas de calibration validation Les valeurs retenues comme conditions aux limites sont list es Tableau 1 ci apr s Tableau 1 Conditions aux limites pour les simulations de calibration validation du mod le Niveau d eau en aval m 154 Remarque T moignage des riverains 152 0 153 1 voir la note ci apr s Observation directe 31 octobre 2012 223 152
141. une submersion probl matique comprennent aussi les emb cles de glace comme celui du 20 d cembre 1957 lequel selon des t moins rencontr s aurait produit une submersion caract ristique de crues tr s exceptionnelles cote du niveau d eau approchant 160 m dans le secteur En crue l eau libre il faudrait un d bit typiquement de 1000 m s ou plus crue historique de novembre 1966 pour connecter le cours principal de la rivi re avec le bois humide jouxtant la sabli re Figure 28 Ce bois a autrefois constitu selon toute vraisemblance un ancien bras de la rivi re Ce diagnostic pr suppose que le relief du lit mineur du cours principal demeure identique l actuel Or 1l faut 1c1 tenir compte de l instabilit des d p ts meubles de la rivi re face aux contraintes d arrachement du courant m me des d bits plus faibles que 1000 m s et de l quilibre pr caire de ses talus de berge vuln rables l affouillement et aux mouvements de sol deux al as morphologiques qui peuvent entra ner de grandes quantit s d alluvions et de gros d bris au cours d eau et relever son profil pendant la crue Le cas ch ant les r sultats du mod le risquent de ne plus repr senter ad quatement la r alit sous estimation du niveau d eau De plus il faut aussi tenir compte des effets non stationnaires possibles d montrer toutefois reli es la survenue subite des crues flash floods En revanche on doit adm
142. ure jouxtant la future prise d eau sous fluviale Avis technique relatif aux risques d inondations et g omorphiques dans le secteur de l ouvrage Prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg 3 Les infrastructures temporaires batardeau implant dans le lit mineur pr vues pour une p riode de construction o la rivi re est l eau libre peuvent elles occasionner des impacts ind sirables ou irr versibles sur la stabilit des mat riaux du lit ainsi que sur l quilibre morpho s dimentaire l chelle de la plaine alluviale Et le cas ch ant peut on concevoir des mesures d att nuation appropri es Avis d expert Impact Fiches d interpr tation Page 48 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde hydraulique de sc narios de mise en place de batardeaux pour la reconstruction de la prise d eau de Charlesbourg Par ailleurs signalons bri vement l avis g omorphologique formul par l Organisme de Bassins versants Charlevoix Montmorency Fortin 2012 OBV CM l gard de l volution long terme de ce secteur dit anastomos c est dire organis en forme de tresses Cette contribution a t r alis e sur demande des auteurs du pr sent rapport et elle en constitue un compl ment indispensable Le r sum de cette tude est inclus en annex
143. vales normales des d bits de crue exceptionnels Note il est noter que les lignes d eau au del de 500 m s sont extrapol es par rapport au registre de validation et elles sont sujettes des hypoth ses non v rifi es fond fixe stationnarit de la crue En aval de la limite municipale de Qu bec avec Boischatel faute d une caract risation directe les lignes d eau obtenues sont tributaires de la repr sentativit des conditions topographiques synth tiques utilis es pour d finir le lit mineur Analyse de sensibilit aux crues Page 47 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 8 Fiches d interpr tation Ce chapitre est consacr r pondre des questions particuli res auxquelles le mod le peut apporter des r ponses 1 Le mod le 2012 version allong e du mod le pr c dent permet il de reproduire les conditions hydrauliques connues aux limites de Qu bec avec Boischatel validation Fiche 1 2 Quels sont les patrons de submersion li s aux crues l eau libre obtenus avec le mod le 2012 notamment ceux reli s aux crues de p riode de retour 20 et 100 ans Fiche 2 Annexe B 3 Quel est le r le pr cis des bras secondaires de la plaine alluviale du tron on anabranches sur la r partition relative des coulements dans le r seau hydrographique local Fic
144. validation b Nous postulons que la morphologie du cours d eau bien qu volutive ne subit pas de changements suffisamment importants jusqu des valeurs de d bit vicennal 1 20 ans 731 m s et en absence d emb cle c Toute simulation r alis e pour des d bits sup rieurs au d bit vicennal devra tre interpr t e avec prudence et en s assurant le cas ch ant d une telle crue que la topographie n aura pas chang pendant la crue une mise jour du mod le sera alors requise Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 41 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE tude hydrodynamique Universit d avant garde 1813 13e d Le r gime d coulement est trait de mani re stationnaire r gime dit permanent toutefois en cas de crue subite flash flood de grande magnitude ex centennale ou plus une composante transitoire pourrait avoir une influence non n gligeable sur le d bit effectif consid rer cette composante relevant du processus de laminage des crues serait associ e au m canisme d emmagasinement dans les plaines alluviales localis es gauche ouest nord ouest du cours principal Calibration validation du mod le hydrodynamique Page 42 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE INRS tude hydrodynamique 1113 13e Unive
145. voriser le r quilibre du secteur mais les m canismes l origine de ces changements tendront perdurer La morphologie actuelle de l environnement de l Ouvrage A ne semble pas constituer un risque marqu pour la poursuite des op rations de captage Toutefois son fonctionnement pourrait conna tre certaines perturbations associ es une s dimentation importante au site de ses installations de captage ou des pertes de d bits vers le r seau de chenaux p riph riques l occasion du surcreusement de ceux ci notamment lors de la formation d emb cles Ces deux aspects pourraient n cessiter la tenue d tudes plus pouss es permettant de faire la lumi re sur le devenir exact de ces installations Le secteur de la prise d eau de Beauport des lets pr sente des pr dispositions plus marqu es une entrave de son fonctionnement Des pertes accrues de d bit vers le r seau de chenaux p riph riques l occasion de l ouverture de nouveaux points de fuite de m me qu une s dimentation au droit de ses installations suite une crue majeure pourraient potentiellement r duire les apports en eau vers ce site de captage En ce sens la tenue d tudes hydrodynamiques permettant d valuer les pertes potentielles de d bit de m me que la r alisation du bilan s dimentaire du tron on des lets pourraient s av rer d une grande utilit afin d tablir si des mesures d adaptation ou d att nuation
146. xtant la sabli re CSL Loma D bit de 1050 m s au site 1163 m s la station 051001 En bref le danger d avulsion anticip dans le pass au voisinage de la sabli re CSL Loma a t consid rablement r duit avec les calculs effectu s avec le mod le 2012 et les mesures mises en place pour rectifier le relief de confinement du r seau hydrographique Par contre d autres circonstances ou al as tels que les emb cles de glace la d position massive d alluvions en cas de crue g omorphique le transport massif de d bris ligneux en crue exceptionnelle et les effets non stationnaires d une crue subite sont de nature provoquer la reconnection du cours principal avec le bois humide Seule la preuve de conformit des mesures de protection mises en place par l exploitant permettra de lever d finitivement cette menace potentielle Fiches d interpr tation Page 62 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde 8 2 6 La question des temps de transfert de la crue doit elle est prise en compte L alerte pr coce est sonn e lorsque le d bit anticip pr dit la station 051001 d passe un seuil d inondation prescrit ventuellement ceux sp cifi s ici pour les diff rents secteurs Or la pointe de la crue s y produit plus tard en raison de la distance qui s pare la station des se
147. y Secteur Des lets Section 12 Cours principal Des lets Section 13 Total des anabranches nord D bit transitant par les diff rents chenaux mcs D bit total en amont mcs Figure 33 Distribution du d bit entre le cours principal et les bras secondaires dans le secteur de la prise d eau des Ilets Distribution du d bit entre les branches Rivi re Montmorency Secteur Trois Saults Section 14 Anabranches Trois Saults Section 15 Cours principal Trois Saults chenaux mcs D bit transitant par les diff rents 300 400 500 D bit total en amont mcs Figure 34 Distribution du d bit entre le cours principal et la plaine alluviale dans le secteur des Trois Saults Fiches d interpr tation Page 68 Rapport INRS ETE 1416 Nr Reconstruction de la prise d eau de l Arrondissement Charlesbourg VILLE DE NE tude hydrodynamique 1113 13e Universit d avant garde En bref la morphologie du r seau hydrographique de la rivi re Montmorency est typique d une plaine alluviale anastomos e en tresse Les crues utilisent la plaine alluviale comme trop plein en cas de crue importante avec pour cons quence de minimiser les al as de submersion aux endroits sensibles notamment la rue de Canteloup la rue des Trois Saults et aussi la prise d eau des lets Le secteur r sidentiel des lets en amont
148. ynamique fluviale et estuarienne Avec MODELEUR on peut importer et exporter des donn es en divers formats construire un mod le num rique de Terrain avec plusieurs composantes topographie substrats plantes aquatiques glace construire un maillage d l ments finis adapt aux simulations piloter directement une simulation hydrodynamique et analyser les r sultats g rer les jeux de donn es de mani re int gr e avec un SGBD toutes ces t ches tant r alis es dans un environnement graphique volu Gr ce un langage de commande interpr t une calculatrice programmable permet aussi de r aliser des pr post traitements labor s sur les champs de donn es Mod le math matique des coulements Saint Venant Le mod le math matique des quations bidimensionnelles de Saint Venant est obtenu de l int gration verticale des quations de Navier Stokes assortie d hypoth ses simplificatrices pression hydrostatique ondes longues et une fermeture sur les termes turbulents contraintes horizontales de Reynolds de type z ro quation longueur de m lange H2D2 utilise la forme conservative de ces quations flux formulation qui r sout les flux d bit sp cifique plut t que les vitesses moyennes int gr es verticalement forme non conservative Le mod le de Saint Venant deux dimensions est compos d une quation de continuit pour la conservation de la masse d bit et de deux quations pour la

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