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Dorthe David

Dorthe David

Professeur HES assistant

Main skills

Environmental hydraulics

Stream temperature

River restoration

Numerical modelling

Urban water management

Drinking water supply

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Main contract

Professeur HES assistant

Desktop: HEIA_D40.30

Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
Boulevard de Pérolles 80, 1700 Fribourg, CH
HEIA-FR
MSc HES-SO en Engineering - HES-SO Master
  • Renaturation des cours d'eau
  • Réseaux d'assainissement
  • Simulation numérique en hydraulique
BSc HES-SO en Génie civil - Haute école d'ingénierie et d'architecture de Fribourg
  • Hydraulique environnementale
  • Hydraulique Urbaine
  • Traitement des eaux usées

2025

Simulation des Zusammenhangs von Stratifikation und Turbinenbetrieb eines Mittelland-Stausees mit der Qualität des nachfolgenden Fliessgewässers
Scientific paper ArODES

David Dorthe, Gaël Micoulet, Michael Pfister

Wasser Energie Luft - SWV,  117, 2025, 1, 5-11

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Summary:

Les retenues situées sur le plateau Suisse connaissent une dynamique différente de celle des retenues alpines en ce qui concerne l’évolution de la qualité et de la température de l’eau. Afin d’étudier l’interaction entre les processus hydrodynamiques et thermiques dans le réservoir et l’eau rejetée dans le cours d’eau aval, des simulations numériques exploratoires ont été effectuées sur l’exemple du lac de Schiffenen dans le canton de Fribourg. Au préalable, un système de mesure étendu a été installé dans le lac afin d’alimenter la simulation avec des conditions limites réalistes concernant le profil vertical de température et d’oxygène. Les simulations validées ont montré que le modèle est capable de bien représenter la qualité de l’eau transmise au cours d’eau en aval. L’écoulement important à travers les groupes principaux n’a guère perturbé la stratification marquée du lac en été. En outre, l’effet d’un dispositif d’aération sur la turbine à débit résiduel a pu être démontré, lequel a permis d’oxygéner de manière fiable l’eau turbinée pendant les phases d’anoxie.

2024

Améliorer la gestion des éclusées thermiques :
Professional paper ArODES
modélisation de la température d'un cours d'eau régulé

David Dorthe, Michael Pfister, Stuart N. Lane

bulletin.ch = Fachzeitschrift und Verbandsinformationen von Electrosuisse und VSE = Bulletin SEV/AES : revue spécialisée et informations des associations Electrosuisse et AES,  2024, 4, 44-47

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Summary:

Les éclusées impactent non seulement le débit des cours d’eau en aval des centrales, mais aussi leur température. La modé­li­sa­tion de cette dernière peut donc constituer un outil d’aide à la décision pour la gestion actuelle et future des cours d’eau. Une étude a désormais montré qu’une telle modélisation était à même d’atteindre un haut niveau de fidélité.

2023

Hydraulic capacity of bend manholes for supercritical flow
Scientific paper ArODES

Gaetano Crispino, David Dorthe, Corrado Gisonni, Michael Pfister

Journal of Irrigation and Drainage Engineering,  2023, vol. 149, no. 2, pp. 04022048-1-9

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Summary:

Sewer bend manholes are frequent elements of urban drainage systems. Any deviation of straight-lined supercritical flow, as within the manhole, generates shock waves, possibly impinging at the manhole end or imposing a hydraulic jump. Then the free-surface flow regime abruptly breaks down and backwater effects occur. Thus it is important to know the maximum discharge that safely can pass across a bend manhole, as a function of its geometry, without generating collapsing flow. This study conducted calibrated numerical simulations to assess the hydraulic features of supercritical bend manholes with variable deflection angles, curvature radii, and lengths of straight downstream extension elements. The numerical model was validated previously with data from analogous physical model tests documented in the literature. The combined data from the numerical simulation and from the physical model indicated a hydraulic capacity of the bend manholes for different geometrical setups. It was demonstrated that the hydraulic capacity of a bend manhole increases with increased curvature radii and straight extension lengths, whereas the effect of the deflection angle is less significant. A multiple regression technique provided an empirical equation indicating the normalized discharge capacity of supercritical bend manholes as a function of the governing geometrical parameters, along with the approach flow filling ratio.

2022

Galerie du ruisseau de Broye :
Book chapter ArODES
projet, simulation numérique et modélisation physique

Thierry Fuchsmann, David Dorthe, Giovanni De Cesare, Pedram Sahraei

Cinquième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, September 6, HEIA Fribourg  (pp.125-143). 2022,  Fribourg, Suisse : HEIA-FR

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Summary:

La réalisation de la Galerie du Ruisseau de Broye doit permettre d’atténuer la problématique des inondations sur l’Ouest Lausannois en créant un nouvel axe d’évacuation des eaux vers la Chamberonne. Il s’agit d’un projet complexe soumis à de nombreuses contraintes sociétales, environnementales et techniques. Les enjeux hydrauliques les plus importants sont notamment liés à la conception et au dimensionnement des puits de chute et de l’ouvrage de restitution. Les puits de chute doivent permettre le raccordement des eaux de surface à la galerie alors que l’ouvrage de restitution correspond à l’interface entre la sortie de la galerie et l’exutoire sur la Chamberonne. Ces ouvrages ne correspondent pas à des cas standards référencés dans la littérature scientifique et ne peuvent être dimensionnés sur la base de formules empiriques. Par conséquent, des approches spécifiques sont à développer pour assurer leur fonctionnement hydraulique. Dans un premier temps, des modélisations numériques 3D ont permis de tester le fonctionnement de différentes configurations et de retenir les géométries les plus favorables. Des modélisations physiques ont ensuite été réalisées sur modèles réduits à l’EPFL. Celles-ci ont permis d’explorer de façon plus profonde des interactions de phénomènes complexes tels quel la circulation d’air, l’influence des conditions de bord ainsi que les situations transitoires.

Écoulements torrentiels dans les regards coudés
Book chapter

Gaetano Crispino, Dorthe David, Corrado Gisonni, Pfister Michael

,  Cinquième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, September 6, HEIA Fribourg. 2022,  Fribourg, Suisse : HEIA-FR

Régulateurs de débit sur les réseaux d’assainissement: revue et pratiques
Book chapter

Dorthe David, Fabian Friedl

,  Cinquième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, September 6, HEIA Fribourg. 2022,  Fribourg, Suisse : HEIA-FR

2020

Régulateurs de débit sur les réseaux d’assainissement: revue et pratiques
Book chapter

Dorthe David

,  Quatrième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, HEIA Fribourg. 2020,  Fribourg, Suisse : HEIA-FR

2017

Piano Key Weir as overflow on sedimentation basin of wastewater treatment plant
Book chapter ArODES

David Dorthe, Michael Pfister

Dans Erpicum, Sébastien, Ho Ta Khanh, Michel, Laugier, Frédéric, Pfister, Michael, Labyrinth and Piano Key Weirs III – PKW 2017 ; Proceedings of the 3rd International Workshop on Labyrinth and Piano Key Weirs (PKW 2017), 22-24 February 2017, Qui Nhon, Vietnam  (pp. 175-184). 2017,  London : CRC Press

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Summary:

Numerical simulations documented in literature and experiences with driftwood blockage suggested that the flow field upstream of Piano Key Weirs (PKWs) includes an active zone reaching far down near of the weir. In other words, a pronounced vertical upwards-oriented flow active along the weir front presumably occurs, in contrast to a standard overfall. An extended flow field is related to relatively low velocities with a reduced particle transport capacity. This capacity is of interest for sedimentation basins (settling tanks) of wastewater treatment plants. If the particle re-suspension capacity is reduced under similar unit discharges, then either the basin volume can be lessened or the efficiency of the basin augments for the same volume. The paper presents preliminary numerical simulations of the flow velocity distribution in sedimentation basins near both, a sharp-crested weir and a PKW as overfall. Further, some preliminary physical model tests are presented, giving indications about the re-suspension potential of particles, as a function of their vicinity to the weir crest and the unit discharge.

2024

Modelling of the thermodynamic regime downstream of Rossens dam during two floods
Conference ArODES

David Dorthe, Michael Pfister, Stuart Lane

Proceedings of the 10th International Symposium on Hydraulic Structures (ISHS), Zurich, 17-19 June 2024, Zurich, Switzerland

Link to the conference

Summary:

Floods are of critical importance for the safety of a dam and its hydraulic structures. Besides, floods play a central role for the ecosystem downstream of a dam. If the powerhouse is located run-off-the-river, then a residual flow reach occurs. The latter is eighter subjected to rather small residual discharges or pronounced floods, both representing extremes of a natural discharge regime. The binary regime of floods versus residual flow as typically occurring downstream of dams’ influences, among others, the streambed exchanges, stream temperature, food availability for the aquatic species, bedload transport and channel morphology of the subsequent river. Floods have been increasingly used during the past as a mitigation measure on such regulated rivers. Monitoring river parameters during artificial floods helps understand their influence and utility. In such a context, river temperatures were measured within the residual flow reach of the Sarine River downstream of Rossens dam (Switzerland) during two floods in October 2020 and May 2022. The evolution of the latter provides insight into the thermal processes occurring during and after a flood, which might be compared to the residual flow regime. Beyond the temperature measurements, the latter were also modelled with a thermo- and hydrodynamic 1D process-based stream model. A reasonable agreement between model and measurement resulted. Results indicate that such models can capture the thermal processes guiding stream temperature at a reach- scale during flood events and hence be a basis of effective artificial flood design.

2023

The necessary ingredients for deterministic modelling of hydropower management and climate change impacts on stream temperature in peri-Alpine streams
Conference

Dorthe David, Pfister Michael, Stuart N. Lane

EGU General Assembly Conference, 23.04.2023 - 28.04.2023, Vienna

Summary:

The thermal regime of regulated rivers is altered by rapid discharge variation downstream of hydropower plants (hydropeaking). This strongly modifies the thermal regime of such rivers, due to both the upstream water storage and the associated regular release to downstream, resulting in a thermal wave as the water temperature is different from the river temperature (thermopeaking). This temperature alteration needs to be considered when managing hydropower installations because of its influence on the health of aquatic ecosystems. On a longer timescale, global climate change is also influencing the natural thermal regime of rivers through changes in air temperature, vegetation, hydrology, etc. Thus, the assessment of the effects of hydropower on streams needs also to consider the extent to which changing climate will modify existing hydropower impacts, and also the mitigation methods that have been developed for current climate situations.To evaluate the evolution of river temperature under different scenarios, deterministic coupled, hydrodynamic and temperature modelling can be used. Such models have been used previously to replicate the thermal regime of rivers or evaluate the impact of climate change on river temperature. However, there is a growing realisation that external drivers of stream temperature are more complex than hitherto thought, especially in per-Alpine streams. For instance, such streams can have significant shading whose importance changes as a function of time within the year. Equally, between the zone of water off-take and return, the residual flow may not occupy the full channel perimeter meaning that it is also necessary to consider the energy balance effects of water-adjacent sediments.To address this challenge this paper identifies the necessary ingredients of deterministic coupled hydrodynamic and temperature modelling for hydropower impacted streams. This is supported by a unique and very high-quality stream temperature dataset which we use to identify the minimum process representation required for such models. In order to reproduce such data, we show that such models need to have a spatially-explicit and time-dependent correction of two key processes: (1) solar shading; and (2) stream bed sediment effects.

2022

Régulateurs de débit sur les réseaux d’assainissement :
Conference ArODES
revue et pratiques

David Dorthe, Fabian Friedl

Actes du Cinquième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, 6 septembre 2022, Fribourg, Suisse

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Summary:

Les dispositifs de régulation du débit peuvent être mis en place sur des réseaux d’assainissement afin de limiter le débit évacué vers la STEP ou vers d’autres éléments sensibles dont la capacité hydraulique est limitée. Ces dispositifs entrent dans une approche de gestion des eaux pluviales plus rationnelle et économique par rapport à une logique de redimensionnement systématique. Par ailleurs, ils permettent de protéger la qualité des eaux du milieu récepteur en limitant les déversements d’eaux polluées. Les dispositifs étant associés à un stockage d’eau en amont, l’enjeu hydraulique principal consiste à libérer un débit de fuite aussi constant que possible sous des conditions de charge amont variable. Dans ce contexte, un intérêt particulier est à porter à la courbe caractéristique Q-h donnant la relation entre le débit de fuite (Q) et le niveau d’eau stocké en amont (h). De nombreux dispositifs existent sur le marché et se distinguent en termes de principe de fonctionnement, sélectivité des débits, et contraintes de fonctionnement. Dans le cadre d’un projet, le choix entre ces dispositifs ne doit pas être basé uniquement sur le critère financier mais doit également prendre en considération les aspects hydrauliques, constructifs, le risque d’obstruction ou encore l’entretien et l’adaptabilité future. En parallèle du choix du dispositif, son bon fonctionnement est tributaire du respect de certains principes de conception ainsi que d’une analyse du système hydraulique dans lequel il s’inscrit. Ces recommandations sont valables autant pour les dispositifs du réseau communal que pour les dispositifs de régulation des biens-fonds. Ces derniers présentent cependant certains enjeux supplémentaires (faibles débits, manque de surveillance, etc.).

Écoulements torrentiels dans les regards coudés
Conference ArODES

Gaetano Crispino, David Dorthe, Corrado Gisonni, Michael Pfister

Actes du Cinquième Séminaire Hydraulique des canalisations VSA, 6 septembre 2022, Fribourg, Suisse

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Summary:

Les regards coudés sont des éléments fréquents des réseaux d’assainissement urbain. La déviation de l'écoulement torrentiel génère des ondes de choc à l'intérieur du regard, pouvant frapper l'extrémité du regard ou générer un ressaut hydraulique. Le régime d'écoulement à surface libre peut alors s’interrompre brusquement et la mise en charge se propager sur le réseau et générer des débordements. Il est donc utile de connaître le débit maximal pouvant s’écouler en toute sécurité à travers un regard coudé en fonction de sa géométrie. Cet article présente une étude basée sur des simulations numériques effectuées pour évaluer le fonctionnement hydraulique de regards coudés en régime torrentiel avec différentes caractéristiques géométriques (angle de déviation, rayon de courbure, longueur d'extension droite en aval). Le modèle numérique a été préalablement validé avec des données provenant de tests sur modèles physiques documentés dans la littérature. Les simulations numériques ont permis de montrer que la capacité hydraulique d’un regard coudé était améliorée pour des rayons de courbure accrus et avec un regard prolongé en aval, alors que l'effet de l'angle de déviation est moins significatif. Une formule empirique a pu être établie pour évaluer la capacité d’évacuation du regard coudé en régime torrentiel, en fonction des paramètres géométriques déterminants, ainsi que du taux de remplissage de la conduite amont.

2016

Junction chamber at vortex drop shaft :
Conference ArODES
case study of Cossonay

Gaetano Crispino, David Dorthe, Thierry Fuchsmann, Corrado Gisonni, Michael Pfister

Proceedings of the 6th International Symposium on Hydraulic Structures, Hydraulic Structures and Water System Management, 27-30 June 2016, Portland, OR, USA

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Summary:

The drainage network of the city of Cossonay (Switzerland) is currently being adapted for future needs. In particular, it is required to drain increased storm discharges due to a population augmentation, and to provide an adequate concept to overcome unfavorable geotechnical conditions. Vortex drop shafts are sewer manholes commonly applied in steep urbanized topographies to connect conduits across large elevation differences. In Cossonay, the existing 48 m high vortex drop shaft, with a diameter of 1.5 m, allowed the storm discharge to flow from the city to a watercourse issued at half of the valley height. The discharge capacity was initially assumed as 4.1 m3/s, but frequent pulsations and choking phenomena implied a reduced effective capacity of around 3.0 m3/s. A new planned vortex drop shaft will collect the supercritical inflows of four collectors in the old City Centre and spill them through a shaft of roughly 120 m height, restituting the flow at the valley bottom. It was pre-designed using FLOW-3D simulations to estimate the hydraulic features of the incoming flows and to predict the hydraulic behavior of the upper elements (before the water enters the shaft). The simulation thus included a novel junction chamber type and the steep inlet channel before the spiral intake. The numerical simulations provided a first layout of the structure that was then validated by physical model tests. The physical model was built at the Laboratory of Hydraulic Constructions (LCH) of École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).

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