Interest of 1D modelling for assessing bed evolution of a long river: application to the Middle Loire River, France - Interés de la modelización 1D para evaluar la evolución del lecho de un río largo: aplicación al río Loira Medio, Francia

Prof. Dr., Ing, Benoit Camenen (Team leader researcher sediment transprot and river morphodynamic, French National Institute for Agriculture, Food, and Environment (INRAE))

Espanol: La modelización numérica 1D puede ser de interés para evaluar la dinámica de los sedimentos y los cambios de canal de un río largo. En el presente trabajo, mostramos algunas aplicaciones de la modelización 1D para comprender mejor un largo segmento antropogénico del río: el río Loira Medio, Francia. En primer lugar, para la delimitación de tramos homogéneos, los parámetros geomórficos clásicos (anchura del canal activo, pendiente del lecho, tamaño de los granos) pueden complementarse con parámetros extraídos de un modelo hidráulico 1D: relación anchura/profundidad, tensión de cizallamiento efectivo del lecho y potencia específica de la corriente calculada para una descarga asimilada a condiciones de flujo de banco o descarga efectiva. Además, el modelo 1D para la evolución del lecho generalmente arroja resultados más precisos de largo alcance en comparación con los métodos basados en el concepto de potencia de corriente sin ningún cálculo hidráulico o basados en una hidráulica simplificada que supone un flujo constante para calcular el transporte de sedimentos. Se presenta una evaluación de estos diferentes métodos para estimar el transporte de sedimentos (carga del lecho y carga suspendida) y el balance de material del lecho dentro de los canales fluviales utilizando el río Loira Medio como estudio de caso. Aunque la construcción del modelo requiere más datos y, en general, más trabajo, arroja los resultados más precisos tanto para el transporte de sedimentos como para la evolución del lecho, especialmente para los tramos antropogénicos.

English: 1D numerical modelling can be of interest to assess sediment dynamics and channel changes of a long river. In the present work, we show some applications of 1D modelling to better understand a long anthropogenised river segment: the Middle Loire River, France. First, for the delineation of homogeneous reaches, the classic geomorphic parameters (active channel width, bed slope, grain size) can be complemented with parameters extracted from a 1D hydraulic model: width to depth ratio, effective bed shear stress and specific stream power calculated for a discharge assimilated to bankfull flow conditions or effective discharge. Also, 1D model for bed evolution generally leads more accurate results long reaches compared to methods based on the stream power concept without any hydraulic calculations or based on simplified hydraulics assuming a steady flow to compute sediment transport. An evaluation of these different methods for estimating sediment transport (bedload and suspended load) and bed material budget within river channels is presented using the Middle Loire River as a case study. Even if the construction of the model requires more data and overall more work, it yields the most accurate results for both sediment transport and bed evolution, especially for anthorpogenised reaches.

This presentation is based on the following work:

Camenen B., Grabowski, R.C., Latapie, A., Paquier A., Solari, L. & Rodrigues, S. (2015). On the estimation of the bed-material transport and budget along a river segment: application to the Middle Loire River, France. Aquatic Sciences. 78:71-81.

Latapie, A., Camenen, B., Rodrigues, S., Paquier, A., Bouchard, J.-P. & Moatar, F. (2014). Classifying anthropogenised river reaches to assess channel changes using hydraulic parameters. Catena 121: 1-12.

Figura 1: Promedio de la tensión efectiva de cizallamiento del lecho frente a la relación anchura y profundidad a lo largo del río Loira Medio (fuente: Benoit Camenen).

Figure 1: Reach-averaged effective bed shear stress versus width to depth ratio along the Middle Loire River (source: benoit Camenen).

Figura 2: Alcanzar los balances de sedimentos promediados cerca de Belleville (río Loira) utilizando el concepto de potencia de corriente (método 1), la hidráulica simplificada (método 2), o un modelo morfodinámico 1D completo (método 3) (fuente Benoit Camenen).

Figure 2: Reach averaged sediment budgets near Belleville (Loire River) using the stream power concept (method 1), simplified hydraulics (method 2), or a full 1D morphodynamical model (method 3) (source Benoit Camenen).