Detailed hydraulic modeling of extreme floods along a transnational section of the river Meuse

peer reviewedDes crues extrêmes de la Meuse ont été simulées au moyen d'un modèle hydraulique 2D détaillé et instationnaire (onde dynamique complète). Ces modélisations s'inscrivent dans le cadre d'un programme coordonné de modélisation transnationale de la Meuse. La zone d'étude considérée ici couvre une partie du cours de la Meuse en Belgique et les résultats générés serviront de condition limite amont à un second modèle hydraulique simulant les mêmes scénarios de crues dans la Meuse aux Pays-Bas. Lors de l'exécution des simulations présentées ici pour la partie belge de la Meuse, des données à haute résolution et haute précision ont été utilisées pour représenter le lit mineur et les lits majeurs fortement urbanisés du fleuve. Le fonctionnement des barrages mobiles a été implémenté dans le modèle. Les scénarios de crue considérés comprennent la crue centennale actuelle (Q100), ainsi que deux inondations plus extrêmes: Q100 + 15 % et Q100 + 30 %. Ces valeurs correspondent à des périodes de retour de l'ordre de 300 et 1000 ans dans le climat actuel, mais, selon un scénario de changement climatique transnational pour le bassin de la Meuse, ils correspondent également à des estimations de la crue centennale en 2050 et 2100. Les simulations ont montré un amortissement très limité de l'onde de crue dans la zone d'étude, ne dépassant pas de l'ordre de 1 % du débit de pointe pour Q100 et Q100 + 15%, et pouvant atteindre environ 3 % pour Q100 + 30 %. Par rapport aux niveaux centennaux actuels, l'accroissement des niveaux d'eau pour Q100 + 15 % et Q100 + 30 % valent, respectivement, 0,5 à 0,9 m et 1,0 à 1,8 m. Des comparaisons avec les résultats de simulations stationnaires antérieures révèlent des écarts n'excédant pas 5 cm pour Q100 et Q100 + 15%, et atteignant un maximum d'environ 30 cm pour Q100 + 30 %. Par conséquent, du point de vue d'un éventuel laminage de l'onde de crue et de la prédiction des niveaux d'eau, l'étude conclut que l'exécution du modèle hydraulique en mode stationnaire est valable, bien que certaines différences locales apparaissent en termes d'étendue d'inondation. Le modèle 2D instationnaire mis au point constitue également un outil privilégié disponible pour concevoir et évaluer des mesures de protection pour les zones inondables, dont la ville de Liège.Extreme floods of the river Meuse were simulated based on a detailed 2D unsteady hydraulic model. As part of a coordinated transnational modeling program, the study area considered here extends from Ampsin (Belgium) to the Belgian-Dutch border. The results of the present simulations are passed as upstream boundary condition to a second hydraulic model simulating the same flood scenarios in the Meuse in the Netherlands. In the simulations discussed here for the Belgian part of the Meuse, high accuracy and high resolution data were used to represent the main riverbed and the urbanized floodplains. The operation of all influencing mobile dams was represented in the model. The considered flood scenarios include the 100-year flood in the present situation (Q100), as well as two more extreme floods: Q100 + 15 % and Q100 + 30 %. These values correspond to return periods of the order of, respectively 300 and 1000 years in the present climate; but, according to a transnational climate change scenario in the Meuse basin, they may also be considered as estimates of the 100-year flood in 2050 and 2100. The computations have shown a very limited damping of the flood wave in the study area, not exceeding approximately 1 % of the peak discharge for Q100 and Q100 + 15 %, and reaching about 3 % for Q100 + 30 %. Compared to Q100, increases in the flood levels for Q100 + 15 % and Q100 + 30 % are, respectively, in the ranges 0.5-0.9 m and 1.0-1.8 m. Comparisons with the results from previous steady simulations revealed discrepancies not exceeding 5 cm for Q100 and Q100 + 15 %, and reaching a maximum of approximately 30 cm for Q100 + 30 %. Hence, from the perspective of the variation in peak discharge and flood levels, the study concludes that running the hydraulic model in steady mode is reasonable; although some differences occur in terms of inundation extents. The 2D unsteady model constitutes also a tool of primary interest, which is readily available to design and evaluate protection measures for flood-prone areas such as in the city of Lieg