COMPOSANTE  SHOFM

MODELE DE CALCUL DE PROFILS D’EAU DE SURFACE (WSPRO)

1. Objectifs

Le programme WSPRO calcule des profils d’eau de surface pour un écoulement fluvial, critique ou torrentiel pour autant que l’écoulement puisse raisonnablement être assimilé à un écoulement permanent unidimensionnel graduellement varié et stationnaire. WSPRO peut être utilisé pour étudier:

(1) les écoulements à surface libre,
(2) les écoulements sous les ponts (à une ou plusieurs arches),
(3) les écoulements dans des passages couverts,
(4) les débordements de digues,
(5) les écoulements dans les lits majeurs et
(7) l’affouillement des ponts.

2. Description

Le programme a d’abord été développé pour évaluer les effets des remous résultant de confluences ou pour évaluer différentes options d’ouverture de ponts ou d’endiguement. Le programme est applicable pour analyser les lignes d’eau, pour la conception des routes comme pour la cartographie des plaines d’inondation ou pour établir les relations entre hauteur et débit.

Le mode d’entrée des données est conçu pour des données non formatées et non ordonnées sous réserve de la propagation des données constantes et avec des capacités limitées en matière de synthèse des sections. Les calculs en canaux à surface libre utilisent les techniques classiques de calcul du remous pas à pas.

L’écoulement à surface libre sous les ponts à ouverture unique utilise une technique de bilan énergétique en utilisant un coefficient de débit (fonction des caractéristiques de l’écoulement et de la géométrie du pont) et des estimations des longueurs efficaces de l’écoulement en tenant compte des caractéristiques de transfert de l’ouverture du pont et de la section de la vallée en amont.

L’écoulement sous pression utilise les équations d’écoulement à travers un orifice développées par le service des routes américain (U.S. Federal Highway Administration – FHWA ; Bradley, 1970). L’écoulement à travers les passages couverts utilise les techniques de calcul de la FHWA résumées par Sherman et al. (1986). Le débordement au-dessus d’une digue (ou d’une route) utilise l’équation du déversoir à large crête.

3. Apports requis

Les données d’entrée comprennent les coordonnées définissant la forme des sections du canal, les coefficients de rugosité, les longueurs d’écoulement, les débits, les altitudes initiales de la surface de l’eau, les points d’arrêt des sous-zones, la géométrie des ponts et des passages couverts et les paramètres de commande du programme. La condition aux limites initiale est soit l’altitude de la surface de l’eau, soit le gradient d’énergie pour le débit considéré à l’une des extrémités du bief étudié (à l’aval pour un écoulement fluvial, à l’amont pour un écoulement torrentiel). Par défaut WSPRO choisira l’altitude de la surface de l’eau pour un écoulement critique. Les données peuvent être introduites en unités métriques ou en unités anglaises.

4. Produits

WSPRO génère des sorties décrivant le processus d’introduction des données et les résultats de tous les calculs de profils. Des tableaux des propriétés des sections et/ou de la distribution des vitesses et des transferts sont disponibles sauf pour les digues et les passages couverts. Il est possible de réaliser des tracés des sections en format digital ou ligne à ligne. L’utilisateur peut définir des tableaux de paramètres particuliers afin d’obtenir un format de sortie personnalisé.. WSPRO possède 55 paramètres permettant de construire les tableaux de sortie. Les sorties peuvent être en unités métriques ou en unités anglaises.

5. Exigences et contraintes afférentes à l’exploitation

WSPRO est écrit en Fortran et a été utilisé sur toute une gamme d’ordinateurs personnels, de stations de travail, de mini-ordinateurs et de gros systèmes. En général il est facile à installer sur n’importe quelle machine. Un programme de pré-traitement de post-traitement, écrit en langage C, est disponible pour utilisation sur des ordinateurs sous MS-DOS possédant au moins un processeur 386 et un coprocesseur mathématique. Ce programme facilite l’introduction des données et l’analyse des résultats, grâce à un affichage graphique et à l’édition des paramètres du modèle et des résultats.

6. Forme de présentation

Le programme est distribué sur une disquette 3 pouces et demi ou sur Internet. Un manuel de l’utilisateur en anglais est disponible (Shearman, 1990).

7. Antécédents

Utilisation importante aux Etats-Unis.

8. Origine de la composante et appui technique

U.S. Geological Survey, Office of Surface Water, Reston, Virginie, Etats Unis.

9. Comment l'obtenir

Auprès du Centre national de référence du SHOFM des Etats Unis d’Amérique pour la disquette et la documentation imprimée ou électroniquement sur Internet à http://water.usgs.gov/software/

10. Conditions à respecter

Le programme est disponible gratuitement. La documentation est facturée.

Références

Bradley, J.N., 1970, Hydraulics of bridge waterways.
U.S. Federal Highway Administration Hydraulic Design Series No. 1, 111 p.

Shearman, J. O., Kirby, W. H., Schneider, V. R., and Flippo, H. N., 1986,
Bridge waterway and analysis model; Research report.
U.S. Federal Highway Administration Report No. FHWA/RD-86/108, 112 p.

Shearman, J. 0., 1990, User's manual for WSPRO - A computer model for water surface profile computations.

U.S. Federal Highway Administration Report FHWA-IP-89-027, 177 p.