Flow and flow routing in upland channel networks / L'écoulement et le calcul du cheminement de l'écoulement dans les réseaux des canaux montagneux

Abstract

This paper is based on the premise that the distribution of discharge source areas in relation to the channel network may have a significant effect on the form of the basin hydrograph, and that, in consequence, it is of value to investigate routing models for application to the channel networks of upland catchments. The channels of such networks are generally small, steep and rough with complex flow through a sequence of pools and riffles or rapids. The gulp dilution gauging method provides a useful technique for investigating the bulk properties of flow over complete channel reaches. At least for low to medium flows it is shown that average flow velocities increase nonlinearly both downstream and with increasing discharge, in a manner that is not compatible with traditional analysis in terms of uniform flow equations. The dilution gauging measurements may be used to provide parameters for a nonlinear kinematic routing model. The model is applied to channel networks of two small British basins (≃8 km²) and the response to different hydrograph magnitudes is explored. The model provides a suitable compromise between the requirements of simplicity and the inclusion of the nonlinearity in channel response, but, at the scale of application, the model parameter values derived from the field measurements may overestimate velocities at high discharges.

Résumé

On a basé cette étude sur la prémisse que la répartition des zones qui engendrent l'écoulement en rapport au réseau des canaux peut exercer une influence sensible sur la forme de l'hydrogramme des bassins versants, et qu' il vaut examiner conséquemment les modèles pour le calcul du cheminement pour application aux réseaux des canaux des bassins versants montagneux. Les canaux de tels réseaux sont en général petits, raides et rugueux à écoulement complexe à travers une série d'étangs, de rapides sur haut fond, ou de rapides. La méthode de jaugeage par dilution-gulp fournit une technique efficace pour l'examen des qualités en masse sur des tronçons de canal entiers. Il se laisse voir (au moins dans le cas des débits d'étiage ainsi que pour les débits moyens) que les vitesses moyennes du débit s'augmentent de façon non-linéaire et en aval et avec écoulement augmentant, d'une manière qui n'est pas compatible avec l'analyse traditionnelle en fonction des équations d'écoulement uniforme. Les mesures à jaugeage par dilution peuvent être utilisées pour fournir des paramètres pour un modèle non-linéaire kinématique de cheminement. On applique le modèle à des réseaux de canal de deux petits bassins versants en Grande Bretagne (≃8 km²) et on examine de près la réponse à de différentes grandeurs d'hydrogramme. Le modèle présente un compromis convenable entre les exigences de simplicité et l'inclusion de la non-linéarité de réponse de canal, mais, à l'échelle d'application, les valeurs des paramètres du modèle provenant des mesures sur le champ peuvent surestimer les vitesses des débits de crue.