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1. 600 Potential Potential EvapoTranspiration oot EvapoTranspiration a t 400 a re i N e t 200 4 Evapo Transpiration Evapo Transpiration AAA gt 200 N e Cum Volume mm Oo Cum Volume mm Oo 400 A a Drainage Drainage 600 a e 800 do e 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 Days after 20 Apr 1993 Days after Sowing 1993 Figure 47 Site de St Andr ann e 1993 Cumuls de l vaporation transpiration r elle et du drainage A gauche sol nu droite parcelle de mais Symboles Observations du LTHE Traits simulations GARDENIA On note l vapotranspiration plus importante pour la parcelle de mais 6 3 VALIDATION DU SCHEMA DE MOD LISATION DE L INFLUENCE D UN POMPAGE SUR UN NIVEAU DE NAPPE Les donn es de base de cet exemple relatives un pi zom tre situ pr s de la ville de Perpignan ont t rassembl es et tudi es par Dagneaux 2010 et nous ont t mises disposition par B Ladouche et Y Caballero du BRGM que nous remercions La nappe au point tudi est influenc e a la fois par la recharge par les pluies efficaces et par des pompages proches Les donn es disponibles pour cet exemple sont les suivantes e Pluies journali res ao t 1970 a juillet 2006
2. 1 e F 1 correspond un ajustement parfait Remarque F 0 si valeur calcul e i moy valeur observ e F 0 si valeur calcul e i valeur observ e i So ou bien si valeur calcul e i valeur observ e i So simulation d cal e de co 1 732 si valeur calcul e i valeur observ e i 20 ou valeur observ e i 205 simulation d cal e de 200 BRGM RP 62797 FR 125 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Calibration sur deux s ries d observations observations de d bits et observations de niveaux de nappe Si on r alise une calibration simultan ment sur le d bits l exutoire et un niveau pi zom trique l utilisateur donne un poids chacune des s ries d observation Poids _ sur D bits et Poids sur Niveaux Ces poids sont norm s 1 de telle sorte que Poids sur D bits Poids sur Niveaux 1 Le crit re d ajustement sur les d bits et les niveaux est alors F Poids sur D bits x F_ D bit Poids sur Niveaux x F Niveaux Minimisation du biais sur les d bits simul s Le biais de simulation est l cart entre le d bit moyen simul et le d bit moyen observ Les deux moyennes sont calcul es uniquement sur la p riode d observation On d finit le Biais_Relatif par Biais Relatif Q_simul Q_Observ 0 5 x Q_simul Q Observ L utilisateur donne un poids au biais Poids Sur_Biais Dans GARDENIA 8 2 le crit re
3. Temp ratures pour Pr vision Pompages Injections COUT Parcour Cancel Nom de fichier FileName Modifie chap ou Annuler Figure 15 Modification d un projet existant BRGM RP 62797 FR 47 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation r Fichier de Param tres C Importer un fichier de Param tres Figure 16 Cr ation d un fichier de param tres gar ou bien r utilisation d un fichier existant Lors de la cr ation d un nouveau projet Soit l utilisateur ne dispose pas d un fichier de param tres d j constitu Figure 16 il doit donner en interactif les valeurs de toutes les options et de tous les param tres ce qui peut tre assez long mais est n cessaire pour une premi re utilisation GARD NIA cr e un fichier de param tres du m me nom que celui choisi pour le fichier projet mais avec l extension gar dans notre exemple Mon _Fichier gar Soit l utilisateur dispose d un fichier de param tres existant dont il devra pr ciser le nom Figure 17 Les valeurs des options et des param tres hydrologiques sont lues dans ce fichier F Nom du fichier des Param tres Cy DATA D Gardenia Exemples lt ww E Organiser Nouveau dossier Documents Abb_90jou_Glisy_Previ_2007_V8_0a gar Amiens D is Images _ Abb_90jou_Glisy_Prv_Scr gar Amiens _Lil a Musique Abb_90jou_Glisy_Prv
4. Editions Wiley ISTE London ISBN 978 1 84821 157 5 Thi ry D 2011 Plaquette de pr sentation du code de calcul du BRGM GARDENIA v8 1 Note technique NT EAU 2011 05 http www brgm fr sites default files logiciel_gardenia pdf Acc s F vrier 2014 Thi ry D 2013 Didacticiel du code de calcul Gard nia v8 1 Vos premi res mod lisations Rapport BRGM RP 61720 FR 127 p 93 fig http infoterre brgm fr rapports RP 61720 FR pdf Acc s F vrier 2014 Turc L 1961 valuation des besoins en eau d irrigation vapotranspiration potentielle Ann Agronom 1961 12 116 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Annexe 1 Sch ma de fonctionnement du mod le GARDENIA BRGM RP 62797 FR 117 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation QUATIONS DE VIDANGE Le r servoir H est caract ris par un temps de demi vidange THG et par une hauteur caract ristique d coulement rapide RUIPER Les r servoirs G1 et G2 sont caract ris s chacun par un temps de demi vidange TG1 et TG2 Les quations de vidanges sont les suivantes en notant G1 et G2 les niveaux des r servoirs et tg1 et tg2 les constantes de temps de tarissement dGl G1 tgl 1 g 1 d G2 G2 t 2 i 22 2 dH a H the H thg RUIPER H 3 en notant tg1 TG1 Ln 2 tg2 TG2 Ln 2 Ln Logarithme N p rien R SERVOIRS G1 ET G2 Pour G1 et G2 la solut
5. Figure 58 Comparaison de la simulation du niveau du pi zometre St Martin Chennetron avec le code MARTHE et avec le code GARDENIA BRGM RP 62797 FR 107 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Voulzie Jutigny Gardenia lt gt Marthe 2D rivi re D bit_Sim_Marthe 4 D bit_Sim_Garden V D bit Voulzie m3 s MUR AM RO AMOR D LH M un Bn OR Re O0 O0 o DH A M A QA O O D D M DH DH M o M Mn O O dd A A A A A A ee A NON ON Figure 59 Comparaison de la simulation du d bit de la Voulzie Jutigny avec le code MARTHE et avec le code GARDENIA Calcul du temps de 1 2 tarissement quivalent Compte tenu de la perm abilit de 4 594 10 m s et en prenant en compte l paisseur en eau moyenne dans la nappe qui est de l ordre de 125 m tres on obtient dans le code MARTHE une transmissivit est gale 5 74 10 m s On note e L ladimension du syst me dans le sens de l coulement e T La transmissivit e S le coefficient d emmagasinement La constante de temps du syst me CT est de l ordre de L S 2T Ici l coulement est principalement orient des limites lat rales vers la rivi re au centre On a donc L 14 5 km 2 7250 m T 5 74 10 m s S 0 0107 D o une constante CT 7250 x 0 0107 2 x 5 74 10 4 899 10 secondes 18 63 mois On obtient alors le temps de 2 tarissement quivalent par Tem
6. exutoire du bassin et l volution des niveaux pi zom triques au pi zom tre sont bien simul s par le mod le physique spatialis MARTHE 106 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Niveau Chennetron et d bit Voulzie Niveau 140 Simul NA Voulzie F7 130 D A 120 l f H Niveau m NGF 110 a E A p w D bit m3 s 100 1974 1976 4 1978 1980 4 1982 1984 4 1986 1988 1990 1992 1994 4 1996 1998 2000 4 2002 4 2004 4 Figure 57 Simulation avec le code MARTHE du d bit de la Voulzie Jutigny et du niveau du pi zom tre St Martin Chennetron 6 5 2 Mod lisation avec de code de calcul global GARD NIA Avec le code de calcul global GARD NIA on mod lise galement l volution des d bits de la Voulzie et des niveaux du pi zom tre St Martin Chennetron On obtient une simulation quasi identique avec des param tres tr s semblables ceux du code physique MARTHE Les Figure 58 et Figure 59 montrent que les d bits et les niveaux simul s avec les deux codes sont quasi indiscernables Ceci montre bien que le sch ma de GARDENIA correspond de mani re simplifi e un sch ma physique Chennetron Gardenia lt gt Marthe 2D rivi re A en NS W p A T O 2 Ss gt v 2 2 Niveau_Sim_Marthe Niveau_Sim_Garden
7. C RUIPER e7 s 1 C e Ve C 1 1 RUIPER Ho 11 H t avec Ho H t 0 ILLUSTRATION DE LA COURBE DE DECROISSANCE DES DEBITS SORTANT DU RESERVOIR H composante rapide qr t H I thg RUIPER d apr s 7 On obtient d apr s 10 C2 RUIPER C 2t thg thg I C Cung qr t 12 Soit en notant Q le d bit au temps initial qr t d C 21 th ze 13 Q agg 120 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation titre d illustration on a trac cf graphiques ci contre les courbes d volution de qr Qo en fonction de la valeur initiale Ho RUIPER du niveau dans le r servoir H Les courbes ont t calcul es pour neuf valeurs de Ho RUIPER 0 1 courbe la plus haute ayant la d croissance la plus lente Ho RUIPER 10 courbe ayant la d croissance la plus rapide La non lin arit est vidente plus la crue est forte plus la d croissance est rapide Tarissement Superficiel Tarissement Superficiel Q Q0 0 1 0 01 t thg Figure 65 Courbes de d croissance non lin aires du d bit sortant du r servoir H pour diff rents tats de remplissages de Ho RUIPER 0 1 tarissement lent a droite a Ho RUIPER 10 tarissement rapide a gauche DEBIT ECOULE PENDANT UN PAS DE TEMPS D bit de percolation En int grant qi donn par l quation 8 entre les temps 0 et d on o
8. ETR ETP Pluie tant que le r servoir sol n est pas encore totalement vide ETR 0 quand que le r servoir sol devient vide Pluie efficace 0 28 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e R servoir sol progressif On note Satur Remplissage du r servoir Capacit du r servoir o Sila pluie est sup rieure l ETP Pluie efficace Pluie ETP x Satur o SilETP est sup rieure la pluie ETR ETP Pluie x Satur x 2 Satur Pluie exc dentaire 0 0 25 0 5 0 75 1 Saturation ETP exc dentaire 1 0 75 Dos 0 25 0 0 0 25 0 5 0 76 1 Saturation Figure 6 Percolation Pn et vapotranspiration Etr dans le r servoir sol en trait interrompu bleu r servoir de type r serve utile en rouge r servoir progressif Il est possible d associer en s rie un r servoir sol de type r serve utile et un r servoir sol progressif Dans la description du r servoir interm diaire H la pluie efficace sortant des deux types de r servoirs superficiels est not e ALIMH car c est elle qui alimente ce r servoir interm diaire H BRGM RP 62797 FR 29 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 2 5 3 Transfert dans les r servoirs interm diaires et souterrains e Le r servoir interm diaire H Figure 7 ll repr sente la zone non satur e La hauteur d eau qu il contient a un instant donn
9. 1 Oui Calcul des Niveaux de Nappe 0 Non 1 Oui Sauvegarde de la Recharge et de la Pluie Efficace 0 Non 1 0ui Sauvegarde des D bit Niveaux simul s 0 Non 1 Oui n Sauvegarde des termes du Bilan 0 Non 1 nnuel 2 Mensuel 3 Tous les pas All gement du Listing 0 Complet 1 All g 2 Supprim o Sch ma de calcul 0 Gard nia 1 GR4 3 Transfert GR4 11 GR4j o Dessin de la s rie simul e 0 non 1 Oui 2 0ui avec d composition n Pond rat pour calage 0 Non 2 Etiages 99 Racin_D bit 97 Log_D bits Minimisation du biais sur les D bits Rivi re 0 Non 100 100 m Pompage influen ant D bits Rivi re 0 Non 1 0ui 2 0ui en rivi re CE CE on Fonoage iiencantNveauNappe Non Tou i CE CE Pr vision 0 Non 1 0ui 1 pr paration uniquement M thode de Pr vision 0 M thode pr cise r adaption 1 M thode simplifi e ek STOP G Options Peston d 2 Sauvegarde des termes du Bilan 0 Non 1 nnuel 2 Mensuel 3 Tous les pas 2 All gement du Listing 0 Complet 1 All g 2 Supprim o Sch ma de calcul 0 Gard nia 1 GR4 3 Transfert GR4 11 GR4j o Dessin de la s rie simul e O non 1 Qui 2 Oui avec d composition n Pond rat pour calage 0 Non 2 Etiages 99 Racin_D bit 97 Log_D bits Minimisation du biais sur les D bits Rivi re 0 Non 100 100 Pompage influen ant D bits Rivi re
10. GARD NIA v 8 2 dispose en particulier des nouvelles fonctionnalit s suivantes Possibilit de calibrer les param tres du mod le simultan ment sur la s rie des d bits mesur s l exutoire du bassin et sur une s rie de niveaux pi zom triques en un point repr sentatif du bassin Cette fonctionnalit permet une am lioration significative de la fiabilit de la calibration Possibilit de prendre en compte une s rie temporelle de pr l vements ou d injection de d bits dans le bassin versant Ce rapport est une actualisation du rapport Logiciel GARD NIA version 6 0 Guide d utilisation rapport BRGM RP 52832 FR Thi ry 2003 Le rapport est constitu de plusieurs parties La premi re partie d crit le principe global de fonctionnement du code de calcul GARDENIA le domaine d application les donn es n cessaires son utilisation l analyse et laboration des jeux de donn es le fonctionnement d taill du mod le la calibration le calage quoi s ajoutent des conseils d utilisation La deuxi me partie est le manuel d utilisation d taill du code de calcul La troisi me partie pr sente un exemple de mise en uvre du code de calcul mais le lecteur consultera avec profit un didacticiel Thi ry 2013 qui pr sente par ailleurs la mise en uvre pratique de nombreuses mod lisations dans des contextes vari s Une quatri me partie pr sente cinq exemples de validation destin s montrer que l
11. Logiciel GARD NIA version 8 2 Guide d utilisation 4 gt Rapport final y 7 4 D hib h if i NN ah 2 BRGM RP 62797 FR P RA A 177 r 2014 X be Er i Neg PA A i dsb NV fr yi Y e LT Domini e THIERY amp bra pour une Terre durable Logiciel GARD NIA version 8 2 Guide d utilisation Rapport final BRGM RP 62797 FR F vrier 2014 Dominique Thi ry V rifi par Approuv par Nom Y Barth lemy Nom S Lallier ji Date 09 02 2014 Date 15 02 2014 bra pour une Terre durable Mots cl s Code de calcul GARDENIA Guide d utilisation Mod le r servoirs Bilan hydrologique Pluie D bit Pluie Niveau Pr vision hydrologique En bibliographie ce rapport sera cit de la fa on suivante Thi ry D 2014 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation BRGM RP 62797 FR 126 p 65 fig 2 ann BRGM 2014 ce document ne peut tre reproduit en totalit ou en partie sans l autorisation expresse du BRGM Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Synthese Le code de calcul GARDENIA mod le Global A R servoirs pour la simulation des DEbits et des Niveaux Aquif res Thi ry 2003 2011 2013 est un mod le hydrologique global a r servoirs pour la simulation des bassins versants A partir de la s quence des donn es m t orologiques pr cipitations vapotranspiration potentielle sur un bassin d alimentation il permet de calcule
12. Suivie par ann e de 3 lignes de 12 valeurs pour 36 d cades par an si les donn es sont d cadaires 1 ligne de 12 valeurs pour 12 mois par an si les donn es sont mensuelles Chaque ligne contient 12 valeurs cod es chacune sur 6 colonnes caract res soit 72 colonnes par lignes Exemples 8 ann es d cadaires 25 lignes 15 ann es mensuelles 16 lignes b pour les donn es journali res D une ligne titre 80 caract res maximum par ann e Suivie de 31 lignes contenant chacune les 12 valeurs des 12 mois d un jour donn Chaque valeur est cod e sur 6 colonnes N B 1 Dans tous les cas chaque ann e doit tre compl te c est dire comporter 365 ou 366 jours ou 36 d cades ou 12 mois Il convient de remarquer que les pas de temps d cadaires et mensuels introduisent un biais puisque les d cades et les mois ont des dur es diff rentes au cours de l ann e 2 Les donn es d cadaires se pr sentent e Soit sous forme s quentielle c est dire qu apparaissent successivement sur la m me ligne les 3 d cades d un m me mois la premi re ligne comprend donc les mois de janvier avril la deuxi me de mai ao t et la troisi me de septembre a d cembre e Soit sous forme annuaire la premi re ligne contient la 1 d cade des 12 mois la deuxi me ligne les 2 d cades des 12 mois la troisi me ligne les 37 d cades 4 2 DONNEES EN FORMAT EXCEL_DATE OU EN FORMAT
13. 0 Non 1 Qui 2 0ui en rivi re Pompage influen ant Niveau Nappe 0 Non 1 Qui Pr vision 0 Non 1 Qui 1 pr paration uniquement M thode de Pr vision 0 M thode pr cise r adaption 1 M thode simplifi e z o o o Sch ma d changes souterr ext 0 D bit Souter 1 Fact Niv_Souter o o o o o o o o m Bilan journalier m me si pluie D cadaire ou Mensuelle 0 Non 1 0ui Prise en compte de Neige 0 Non 1 0ui Pr cipitations neigeuses dans un fichier propre 0 avec pluies 1 s par Donn es par ann es hydrologiques d but 1 ao t O ann Civiles 1 ann Hydrol Perte D bit O Non 1 Perd Debit Souterrain le plus Lent 1 Perd Ruissel Analyse de Sensibilit 0 Non 1 Qui uniquement analyse de Sensibilit Sauvegarde de la R ponse impulsionnelle et de la R ponse Cumul e 1 Oui ie STOP Figure 21 D finition ou modification des options de calcul BRGM RP 62797 FR 51 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 52 Importance attribu e aux observations de d bits de rivi re C est un nombre entier qui d finit l importance relative pour la calibration attribu e aux observations de d bits de rivi re 0 Pas de s rie temporelle d observations de d bits de rivi re 1 10 Poids relatif de 1 10 comparer au poids ventuel d observations de niveaux de nappe S il y a uniquement des observati
14. 119 6 82 4 3 8 45 6 49 3 9 17 57 14 6 46 9 4 6 1 8 34 3 30 1963 1967 15 1 12 3 41 5 50 1 6 5 10 6 14 5 6 5 54 3 56 2 9 3 4 2 9 4 26 7 42 7 42 8 5 3 3 3 14 6 16 33 9 43 6 2 8 2 3 16 1 15 8 52 8 56 9 10 6 8 1 1963 1967 2 822 2 504 0 433 0 173 1 415 1 229 0 93 2 035 0 163 0 074 0 322 0 324 1 089 1 894 0 377 0 425 2 448 3 775 0 524 0 841 0 13 0 15 0 714 0 959 1 201 1 004 0 115 0 06 0 511 0 474 12 30 10 20 45 23 39 17 34 OWUWAIF BAN O0 OW OW W 2 041 0 256 0 877 0 96 053 489 718 181 395 737 461 186 765 082 378 OO0O0ONOOBOOOO Figure 36 Fichiers de s ries hydrologiques 0 0 OO0OWOMRNOHOO UNITE mm 46 25 1 1963 22 30 9 1963 29 3 75 4 1963 79 4 25 3 1964 41 9 20 1 1964 1 2 25 2 1964 60 6 42 8 1965 24 3 41 1965 43 8 135 1965 56 6 14 9 1966 1 5 72 8 1966 51 81 1966 0 9 7 2 1967 14 6 0 4 1967 2 7 85 8 1967 UNITE mm 21 6 22 9 1963 29 1 37 8 1963 0 3 3 1963 18 2 29 1 1964 37 1 43 2 1964 3 5 0 2 1964 13 5 15 2 1965 40 6 36 5 1965 6 1 2 8 1965 21 9 17 6 1966 36 4 32 3 1966 3 4 1966 29 21 8 1967 41 5 46 2 1967 0 2 3 1967 UNITE m3 s 2 04 1 477 1963 739 0 465 1963 561 0 36 1963 1 43 2 072 1964 059 0 077 1964 422 0 347 1964 041 1 114 1965 177 0 202 1965 752 3 909 1965 213 0 9 1966 053 0 023 1966 118 2 182 1966 533 0 392 1967 089 0 04 1967 223 1 232 1967 amp N HA amp N HA N HW NN HW NN HA amp N HA am
15. 36 ans e ETP journali re ao t 1970 juillet 2006 36 ans e Niveau pi zom trique journalier avec quelques lacunes f vrier 1974 novembre 2011 38 ans Les lacunes repr sentent environ 13 de la p riode e Somme des d bits de pompage du secteur au pas de temps mensuel 1998 2007 10 ans en m 6 3 1 Mod lisation avec GARDENIA La mod lisation de ce site avec GARDENIA est d crite en d tails par Thi ry 2013 Elle permet d obtenir une simulation excellente le coefficient d ajustement est gal a 0 961 Figure 48 BRGM RP 62797 FR 99 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Pi zom tre influenc Perpignan Gard nia Niveau NGF m Simul Observ 44 r t r H r r 08 1998 08 2000 08 2002 08 2004 08 2006 Figure 48 Pi zom tre Perpignan influenc par des pompages Niveaux journaliers observ s et simul s La mod lisation permet de s parer l effet de chacune des deux influences L influence des d bits de pompage L influence de la pluie et de l vapotranspiration 6 3 2 Validation avec le code MARTHE du sch ma GARD NIA de calcul de l influence d un pompage sur un niveau de nappe Dans un but de validation du sch ma GARDENIA de calcul de l influence d un pompage sur un niveau de nappe on proc de de la mani re suivante On d finit un domaine aquif re homog ne bord par une rivi re qu on mod lise avec le c
16. BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 3 Notice d utilisation du code de calcul GARD NIA 3 1 INSTALLATION DE GARD NIA SOUS ENVIRONNEMENT WINDOWS 3 1 1 Distribution La distribution de GARDENIA sous Windows se fait partir d un ex cutable setup Gardenia exe permettant l installation automatique L installation met en place Tous les ex cutables et fichiers n cessaires au fonctionnement de GARD NIA code de calcul GARDENIA et utilitaires Shalimar Etpturc Une documentation pr sentant les principaux concepts th oriques le guide d utilisation un didacticiel un fichier d aide Remarque Ce code de calcul b n ficie de la protection l gale accord e aux logiciels L utilisateur peut faire des copies de sauvegarde mais le code de calcul doit tre utilis uniquement sur une seule machine un moment donn Si apr s avoir lu ce manuel et utilis GARDENIA vous souhaitez contacter le BRGM pour des remarques des questions ou des suggestions vous pouvez envoyer un mail a l adresse internet gardenia brgm fr Ou bien vous pouvez adresser un courrier l adresse suivante Logiciel GARD NIA BRGM Direction D3E GDR BP 6009 45060 Orl ans Cedex 2 France 3 1 2 Caract ristiques et configuration du mat riel n cessaire Le code de calcul GARD NIA a t con u pour fonctionner sur tout micro ordinateur fonctionnant sous environnement Windo
17. Deux cas sont possibles suivant l utilisation attendue du mod le Pour calculer le d bit l exutoire du bassin versant le mod le calculera Q QH QG1 QG2 cas g n ral ou bien s il a t d cid que le d bit tr s lent QG2 s infiltre et n est pas contr l par l exutoire du bassin ou bien n existe pas Q QH QG1 composante tr s lente du d bit non contr l e par les mesures On peut galement d cider que Q QH l exutoire contr le uniquement la composante rapide de l coulement Il est possible galement de d cider que Q QG1 ou QG1 QG2 l exutoire contr le uniquement les composantes lentes Dans tous les cas le d bit Q calcul en mm par pas de temps est transform en d bit en m s par multiplication par la superficie du bassin versant et ajout de l ventuel d bit ext rieur puis par division par la dur e du pas de temps Pour calculer le niveau pi zom trique en un point de l aquif re le mod le calculera selon le choix de l utilisateur N G1 ou N G2 BRGM RP 62797 FR 33 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation ou bien dans le cas d un r servoir unique deux exutoires N G Ce niveau N calcul en mm est transform niveau absolu en m tres par division par le coefficient d emmagasinement global et ajout du niveau de base local 2 5 6 Retard pour la propagation du d bit L coulement calcul partir de la vidange du r
18. Drainage 600 800 T T T T 0 50 100 150 200 250 Days after 23 Apr 1992 Bare plot at C te St Andr Apr Dec 1993 800 600 Potential EvapoTranspiration 400 200 Evapo Transpiration 200 400 Cum Volume mm oO Drainage 600 800 T T T T 0 50 100 150 200 250 Days after 20 Apr 1993 Figure 46 Site de St Andr sol nu Cumuls des vaporation transpiration r elle et du drainage Comparaison des observations du LTHE symboles et des simulations par GARDENIA traits 6 2 2 R sultats obtenus sur la parcelle de ma s En donnant un poids de 15 sur la minimisation du biais de simulation on obtient alors une simulation avec un coefficient d ajustement gal 0 926 avec un biais de simulation gal 0 La capacit de la r serve sol r serve utile est gale 25 mm donc un peu augment e cause de l influence des racines de la v g tation 98 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation La Figure 47 compare les vapotranspirations de 1993 simul es et observ es pour la parcelle de sol nu et la parcelle de ma s Le mod le GARDENIA permet de simuler correctement l augmentation d vapotranspiration du sol cultiv Bare plot at C te St Andr Apr Dec 1993 Corn plot at C te St Andr Sowing 20 Apr 1993 800 e t
19. e dans un annuaire La valeur de ce param tre doit alors tre impos e cette valeur mesur e Cependant dans un certain nombre de cas cette superficie est inconnue ou mal connue savoir lt gt Bassin d alimentation d une source lt gt Exutoire ne contr lant qu une partie du bassin versant exutoires multiples lt gt Pr sence de parties endor iques dans le bassin versant Unit km Valeur standard superficie mesur e e Optimisation non conseill e e Niveau de base local de la nappe Ce niveau de base correspond au niveau de nappe qui serait atteint au bout d un temps infini en absence totale de recharge Ce param tre est utilis uniquement en cas de calcul de niveaux de nappe e Unit m tre niveau absolu e Valeur standard niveau de base estim au point de calcul e Optimisation conseill e en cas de calibration sur une s rie de niveaux de nappe En cas de calibration du mod le sur une s rie de niveaux de nappe il convient le plus souvent de laisser le mod le calculer ce niveau de base Le calcul tant effectu par r gression lin aire la valeur de d part n a pas d importance et il n est pas possible de donner de bornes ce param tre e Coefficient d emmagasinement quivalent de la nappe C est le coefficient d emmagasinement apparent global de la nappe Ce param tre est utilis uniquement en cas de calcul de niveaux de nappe Dans la plupart des cas le coefficie
20. le coefficient d ajustement est gal 0 95 Le biais de simulation est gal 0 015 mm j soit un peu moins de 1 du d bit moyen La capacit de la r serve sol r serve utile est gale 11 mm valeur assez faible mais qui s explique parce que le sol est nu 96 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Gard nia Bare soil Gard nia Marthe ial D w uw w N wa D bit Drainage mm j BH N uw e oO 01 01 1991 01 01 1992 01 01 1993 01 01 1 Figure 45 Site de St Andr sol nu D bit de drainage simul par GARDENIA et par MARTHE de 1991 a 1993 La Figure 46 montre la comparaison des cumuls de l vaporation transpiration r elle et du drainage simul s par GARDENIA et observ s par le LTHE en 1991 1992 et 1993 BRGM RP 62797 FR 97 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Bare plot at C te St Andr Apr Dec 1991 800 600 Potential EvapoTranspiration 400 200 Evapo Transpiration 200 400 Cum Volume mm 600 800 0 50 100 150 200 250 Days after 22 Apr 1991 Bare plot at C te St Andr Apr Dec 1992 800 600 Potential EvapoTranspiration 400 200 Evapo Transpiration 200 400 Cum Volume mm oO
21. re simul s et ou des niveaux de nappe simul s seront sauvegard s dans le fichier de nom gardesim prn importable directement dans Excel ou son quivalent Elle sera galement sauvegard e dans le fichier gardesim out gt Quand on calcule la fois les d bits de rivi re et les niveaux de nappe le fichier gardesim prn pr sente en premier lieu les d bits de rivi re simul s toutes les dates puis les niveaux de nappe simul s toutes dates e Sauvegarde des termes du bilan hydroclimatique 0 Non Pas de sauvegarde 1 Sauvegarde des termes du bilan de chaque ann e 2 Sauvegarde des termes du bilan au pas de temps mensuel Si la simulation se fait au pas de temps d cadaire ou au pas de temps de 5 jours le pas de temps pour la sauvegarde n est pas exactement mensuel mais sur un multiple du pas de temps proche du mois 3 Sauvegarde des termes du bilan chaque pas de temps Les termes du bilan hydroclimatique sont sauvegard s dans le fichier bilmens prn e Ponde ration appliqu e sur les carts de d bits de rivi re pour la calibration 0 Pas de pond ration Minimisation des carts sur les d bits naturels 99 Minimisation des carts sur la racine carr e des d bits Favorise les tiages Donne moins d importance aux forts d bits 97 Minimisation des carts sur le logarithme d cimal des d bits Favorise fortement les tiages 98 Minimisation des carts sur l i
22. rera ainsi qu une s rie horaire de 1824 heures 152 x 12 comprend 152 ann es Cas particulier Si on laisse le nombre d ann es est gal 0 toutes les ann es des fichiers seront prises en compte automatiquement Cette option est utilisable uniquement si on simule un seul bassin la fois Dans le cas o les diff rentes s ries n auraient pas la m me longueur ce qui est d conseill c est la longueur de la s rie de pluies qui est utilis e e Nombre d ann es de d marrage C est le nombre d ann es d observations n cessaires la mise en r gime du mod le Le d bit de rivi re et le niveau de nappe du premier pas de temps d pendent des donn es climatiques de plusieurs pas de temps pr c dents Le premier pas de temps de d bit de rivi re et de niveau de nappe ne peut donc pas tre simul correctement partir du premier pas de temps de pluie d ETP et de temp rature On consid re donc que les d bits et les niveaux sont calcul s correctement partir d un certain nombre d ann es dites ann es de d marrage 62 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les valeurs calcul es pendant ces ann es de d marrage ne sont pas prises en compte pour la comparaison avec les observations de d bits et ou de niveaux observ s Les s ries de donn es climatiques et de donn es observ es d bit et ou niveau ayant le m me nombre d ann es les premi res ann es d observation
23. servoir interm diaire H et des r servoirs souterrains G1 et G2 met un certain temps arriver l exutoire du bassin versant o sont mesur s les d bits de la rivi re Dans un petit bassin versant ou bien si on utilise un grand pas de temps le d bit arrive au cours du pas de temps En revanche dans un bassin d assez grande dimension ou bien si on utilise un tr s petit pas de temps un pas de temps horaire par exemple l coulement peut mettre plusieurs pas de temps pour arriver sous forme de d bit lexutoire C est le temps de concentration du bassin versant Un param tre de GARDENIA appel Retard propagation des d bits permet de prendre en compte ce ph nom ne sous forme d une ligne de retard c est dire d un d calage temporel Ce param tre est exprim en nombre de pas de temps Par exemple si le pas de temps est journalier et que le retard est gal 1 8 l coulement mettra 1 8 jours a arriver l exutoire 2 5 7 Prise en compte de l influence de pompages dans la nappe Pour prendre en compte l influence des pompages il faut disposer d une s rie de mesure de d bits pomp s not s n gativement ou inject s not s positivement qui doit tre au m me pas de temps que celui des pluies L unit de d bit utilis e pour cette s rie n est pas impos e et peut tre choisie de mani re quelconque L influence de la s rie des pompages et ou injections sur les d bits de rivi re se
24. 5 1 Mod lisation avec le code de calcul spatialis MARTHE en pr sence d un cours d eau spatialis avec propagation amont aval On mod lise le domaine avec le code MARTHE comme un aquif re monocouche travers du Nord au Sud par un cours d eau rectiligne Figure 55 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Figure 55 Sch matisation du bassin de la Voulzie pour une mod lisation avec le code MARTHE On dispose des donn es suivantes e Pluie mensuelle sur le bassin de 1962 a 2004 en mm mois C est une lame d eau sur le bassin calcul par pond ration arithm tique de stations pluviom triques voisines e Evapotranspiration potentielle ETP Melun de 1962 2004 e D bit moyen mensuel de la Voulzie Jutigny de 1974 2004 e Niveau pi zom trique mensuel a St Martin Chennetron de 1970 2004 Les caract ristiques du syst me sont les suivantes G om trie e Le domaine est mod lis par un rectangle de 14 5 km dans la direction Ouest Est sur 19 5 km dans la direction Sud Nord soit 282 75 km e On choisit un maillage r gulier avec 29 colonnes de 0 5 km de largeur et 39 lignes de 0 5 km de hauteur Figure 56 e La cote topographique est fix e arbitrairement 200 m NGF e Le substratum est fix la cote O m NGF BRGM RP 62797 FR 105 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Param tres hydrodynamiques e Perm abilit de l aquif re 4 594 10 m s e Coefficient d emmagas
25. En effet le mod le une fois calibr est en mesure De reconstituer pour un bassin versant donn les d bits d une rivi re ou d une source et ou les niveaux pi zom triques en un point d une nappe durant une p riode pendant laquelle on ne poss de pas de mesures BRGM RP 62797 FR 11 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation De simuler O des d bits r sultant de p riodes de s cheresse d bits d tiage ou dimensionnement de barrage ou de s quences de pr cipitations exceptionnelles dimensionnement de fondations de parkings d ouvrages enterr s des niveaux pi zom triques ponctuels de nappe partir de pr cipitations effectivement observ es prolong es par des sc narios de pr cipitations pr visionnels s cheresses p riodes de hautes eaux Enfin le code de calcul GARD NIA est con u pour encha ner le traitement de plusieurs bassins avec des options communes Il constitue donc un outil tout particuli rement adapt aux synth ses r gionales pour lesquelles on d sire r aliser avec une certaine coh rence l analyse de plusieurs bassins versants GARD NIA v 8 2 dispose en particulier des nouvelles fonctionnalit s suivantes Possibilit de calibrer les param tres du mod le simultan ment sur la s rie des d bits mesur s l exutoire du bassin et sur une s rie de niveaux pi zom triques en un point repr sentatif du bassin Cette fonctionnalit permet une am lio
26. GARDENIA sur les d bits de drainage calcul s Les Figure 42 Figure 44 et aussi les Figure 37 et Figure 38 montrent que la simulation par le code GARDENIA donne des r sultats proches de celles du code MARTHE en termes de d bit de drainage mais aussi en termes d vapotranspiration r elle ETR et de stock en eau La capacit de la r serve superficielle r serve utile est gale 179 mm Le coefficient d ajustement sur le d bit de drainage est gal 0 906 coefficient de Nash gal 0 82 et le biais de simulation est gal 1 7 Ceci constitue une validation des sch mas de fonctionnement du code GARD NIA vapotranspiration r elle Gard nia Marthe m Mesures mm O e N WPF UT DN CW 11 1988 01 1989 03 1989 05 1989 07 1989 11 1989 01 1990 03 1990 05 1990 07 1990 09 1990 Figure 42 Lysim tre Validation de l ETR calcul e par GARDENIA par comparaison avec les valeurs mesur es et calcul es avec le code MARTHE 94 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation D bit de percolation Gard nia Marthe mm O e N U FU DN OC p 11 1988 01 1989 03 1989 05 1989 07 1989 09 1989 11 1989 01 1990 03 1990 05 1990 07 1990 09 1990 Figure 43 Lysim tre Validation du d bit de drainage calcul par GARD NIA par comparaison avec les valeur
27. Nouveau projet d finition du fichier des pluies et des autres fichiers hydroClimatiqu s s sseientrnmen a a dene detent diate dr at en tete ad eae 50 Figure 21 D finition ou modification des options de calcul 51 Figure 22 D finition des dur es des pas de temps et des formats de fichiers associ s 58 Figure 23 D but des calculs et contr le des fichiers lus 60 Figure 24 D finition de la plage des observations prendre en compte 62 Figure 25 D finition ou modification des param tres g n raux nombre d ann es nombre d it rations nombre de r servoirs etc 67 Figure 26 D finition ou modification des param tres physiques capacit ou constantes de demi tarissement des r servoirs 68 Figure 27 D finition ou modification des bornes des param tres physiques 76 Figure 28 Affichage des it rations de calcul et du coefficient d ajustement final 6 77 Figure 29 Graphique de la s rie observ e rouge et de la s rie simul e vert 77 Figure 30 Fin des calculs rappel des noms des fichiers de r sultats g n r s 78 Figure 31 Exemple de r ponses impulsionnelles dessin es a partir du fichier FEPONSE_IMPUIS PIN iii 79 Figure 32 Module Shalimar d finition du pas de temps d une s rie lue 81 8 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Figure 33 Module Shalimar d finition du codage des valeurs
28. cas on peut choisir de caler les param tres uniquement sur une certaine p riode en ignorant les ann es ult rieures du fichier Ce param tre est particuli rement utile quand on simule successivement plusieurs bassins puisque les donn es sont crites bassin apr s bassin dans les fichiers Si on donne une valeur n gative ce param tre par exemple 2014 il d signe alors le num ro de la derni re ann e utilis e pour la calibration 2014 dans notre exemple Ce param tre est accessible uniquement avec le profil d utilisation avanc e e Date de la premi re ann e des donn es C est le num ro de la premi re ann e des fichiers de donn es d observations et des fichiers de donn es climatiques par exemple 2016 si la premi re ann e est l ann e 2016 e tat initial des r servoirs du mod le C est une option qui permet de choisir quels seront les niveaux des r servoirs du mod le en d but de calcul 0 Le mod le se mettra en quilibre par rapport une pluie efficace annuelle La valeur de la pluie efficace sera pr cis e dans la boite de dialogue des param tres physiques 1 D part avec le r servoir hypodermique H et les r servoirs souterrains tous vides 2 D part avec tous les r servoirs vides y compris les r servoirs sol r serve utile et r servoir sol progressif Par d faut le r servoir sol r serve utile est satur en d but de calcul car le d but de l ann e civile dans l
29. changer le sch ma de mod lisation les mod les fournissent des simulations repr sentant le fonctionnement d un sch ma hydrologique donn Il est tout fait possible que le sch ma choisi ne repr sente pas le fonctionnement r el de fa on satisfaisante On peut alors en particulier avec le mod le GARDENIA choisir de nouvelles options de sch ma hydrologique introduction d un r servoir suppl mentaire d un seuil suppression d une composante d coulement intervention de la gestion d un stock de neige Le choix d un pas de temps de simulation diff rent peut galement tre envisag pour viter des difficult s de calibration dues des temps de r ponse tr s rapides que l on ne souhaite pas retenir ou au contraire pour rechercher dans une approche pas de temps plus fin une meilleure repr sentation des m canismes 2 6 2 Conseils d utilisation Dans cette d marche un certain nombre d erreurs peut tre vit si l on garde l esprit ce que l on peut attendre d un mod le Les pr cautions qui suivent sont absolument essentielles e Longueur de l historique disponible et temps de m moire du syst me On ne peut pas identifier sur quelques mois de donn es des fluctuations interannuelles longue p riode de retour Pour identifier le fonctionnement d un syst me il faut en avoir observ plusieurs cycles hydrologiques Si cinq ou six ans sont amplement suffisants pour un petit bassin fort ruisse
30. d ajustement est alors F F sur D bits et Niveaux Poids sur Biais x Biais Relatif Le crit re d ajustement est donc d autant plus diminu que le poids est grand Il n y a pas de minimisation sur le biais de simulation des niveaux pi zom triques car en g n ral on calibre un niveau de base C est une constante qui par construction annule le biais sur les niveaux e Processus it ratif Le d tail du processus it ratif appara t dans le fichier de nom gardelis txt Les axes d crits repr sentent les param tres a optimiser axe n 1 repr sente le premier param tre optimiser dans l ordre d fini dans le fichier param tres etc Le code de calcul fait varier tout tour un param tre les autres restant fix s aux valeurs d finies le tour pr c dent et examine si la nouvelle valeur du param tre provoque un gain ou une perte au niveau de l ajustement Le processus consiste maximiser le coefficient d ajustement c est dire minimiser le crit re F 126 BRGM RP 62797 FR bra pour une Terre durable Centre scientifique et technique Service EAU 3 avenue Claude Guillemin BP 36009 45060 Orl ans Cedex 2 France T l 02 38 64 34 34
31. des temp ratures minimale et maximale de chaque jour ou de chaque mois exprim e en C Comme pour les pr cipitations on sera parfois amen pond rer les donn es de plusieurs postes Il sera souvent n cessaire de corriger ces temp ratures pour tenir compte des diff rences d altitude entre le bassin tudi et les postes de mesure disponibles Remarque Toutes les donn es d entr e doivent tre continues c est dire ne comporter aucune lacune Ces donn es peuvent tre chantillonn es selon l un des pas de temps suivants le jour la d cade 365 jours 36 soit environ 10 jours le mois 365 jours 12 3 d cades Chaque type de donn e peut tre choisi a un pas de temps diff rent mais les pluies doivent tre au pas de temps le plus fin Par exemple on peut imaginer le cas suivant pluies journali res vapotranspirations potentielles mensuelles d bits observ s d cadaires BRGM RP 62797 FR 19 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Le pas de temps de calcul sera le pas de temps le plus fin c est dire celui de la pluie 2 3 4 Les d bits l exutoire et les niveaux pi zom triques Ces donn es peuvent pr senter des lacunes et ne sont pas n cessaires dans le cas de l utilisation de GARDENIA en simulation Les d bits sont en m s Les niveaux de nappe sont en m tres g n ralement en m NGF Nivellement G n ral de la France cependan
32. dispose d un jeu de param tres repr sentatifs du bassin dans la mesure o les valeurs obtenues sont r alistes Il peut alors ventuellement explorer diverses gammes de variations des param tres autour de cette solution afin de d terminer la famille des param tres repr sentant de fa on acceptable de son point de vue le cycle de l eau tude de sensibilit 16 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 2 2 DOMAINES D APPLICATION 2 2 1 Application l extension de s ries de d bits d un bassin jaug L application la plus fr quente du mod le GARDENIA est l extension de donn es hydrom triques dans le temps Ayant calibr le mod le sur une courte s rie de pluies d bits et niveaux quelques ann es on utilise une s rie de pluies plus longue g n ralement disponible pour g n rer avec le mod le une s rie correspondante de d bits et de niveaux pi zom triques La s rie de pluies utilis e peut tre ou bien une s rie observ e ou bien une s rie g n r e par tirages au hasard apr s avoir identifi la structure du processus statistique r gissant ces pluies analyse des donn es effectu e avec le module Shalimar par exemple Pourquoi ne pas tendre directement les s ries de d bits partir de leurs propres caract ristiques statistiques C est essentiellement parce que le processus des pluies pr sente une m moire tr s courte contrairement aux d bits P
33. est not e H Il est aliment en eau par la pluie efficace ALIMH provenant du r servoir superficiel et est vidang par deux exutoires percolation dans le r servoir souterrain G1 suivant une loi lin aire vidange exponentielle de constante de temps THG ALIMG H dt THG dt dur e du pas de temps coulement l ext rieur du bassin sous forme d une composante rapide QH du d bit selon une loi non lin aire contr l e par le param tre RUIPER Ce param tre RUIPER est en fait la hauteur d eau dans le r servoir H pour laquelle la percolation ALIMG et l coulement QH sont gaux QH H dt THG RUIPER H Pluie efficace t R servoir interm diaire H coulement rapide QH Percolation Recharge ALIMG t Figure 7 Sch ma du r servoir interm diaire La composante rapide QH du d bit est pr pond rante quand l tat de remplissage du r servoir H est lev En revanche la percolation ALIMG est pr pond rante quand l tat de remplissage du r servoir H est plus faible Le ratio QH ALIMG est gal au rapport H RUIPER Si on donne la valeur code 9999 mm au param tre RUIPER il ny aura pas de composante rapide du d bit Le fonctionnement de ce r servoir H se rapproche donc de celui d un seuil de d bordement progressif la hauteur moyenne RUIPER mais avec une repr sentation plus r aliste de l coulement en deux composantes qui ne s excluent pas mutuellement Ce r servoi
34. exactement partir des stations m t orologiques les plus proches on peut appliquer une correction constante un d calage positif ou n gatif pour la corriger globalement Cette correction ne devrait pas d passer plus ou moins 3 degr s sauf si la station m t orologique est vraiment loign e du bassin e Unit C e Valeur de d part conseill e 0 C e Optimisation Oui e Taux de r tention de la neige C est le pourcentage de r tention maximale d eau liquide d un stock neigeux Quand la neige fond ou re oit de la pluie sa surface sup rieure une partie de cette eau liquide est retenue par capillarit Cette r tention est proportionnelle la hauteur de neige BRGM RP 62797 FR 73 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation si on suppose une densit peu pr s constante ce qui n est qu une approximation La r tention dans la neige est donc exprim e en e Unit e Valeur de d part conseill e 5 e Optimisation Eventuellement e Facteur d vaporation de la neige C est un coefficient caract risant la sublimation du manteau neigeux dans une atmosph re o l ETP n est pas totalement satisfaite par les apports pluviom triques Quand l vapotranspiration potentielle n est pas satisfaite par les pr cipitations le restant peut tre pr lev la neige par sublimation Cependant le taux d vaporation n est pas le m me pour l eau dans la r serve du sol
35. fait par l interm diaire d une relation qui fait intervenir trois param tres L influence de ces m mes d bits de pompage sur les niveaux de nappe est calcul e par la m me relation mais avec des valeurs diff rentes de ces trois param tres La Figure 31 montre un exemple d influence de pompage sur un niveau de nappe L influence du pompage sur les d bits de rivi re est une s rie de variations de d bit qui s ajoute la s rie des d bits de rivi re calcul e partir des s ries climatiques L influence du pompage sur les niveaux de nappe est une s rie de variations de niveau de nappe qui s ajoute la s rie des niveaux de nappe calcul e partir des s ries climatiques Pour l influence de la s rie de pompages sur les d bits de rivi re les param tres sont e Le coefficient d influence du pompage sur les d bits de rivi re ce coefficient caract rise l amplitude de l influence des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits pomp s e Le temps de 1 2 r action du d bit de la rivi re au pompage selon une loi exponentielle e Le temps de stabilisation de l influence du pompage sur le d bit de rivi re selon une loi exponentielle Pour l influence de la s rie de pompages sur les niveaux de nappe les param tres sont e Le coefficient d influence du pompage sur les niveaux de nappe ce coefficient caract rise l amplitude de
36. fois Les donn es de pluies des diff rents bassins seront plac es les unes apr s les autres dans un m me fichier de m me pour les fichiers d ETP de temp ratures de d bits de rivi re et de niveaux de nappe 44 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 3 3 D ROULEMENT D UNE SIMULATION Une simulation se d roule en affichant successivement diff rentes boites de dialogue Figure 11 Figure 30 La description de celles ci est indiqu e dans les paragraphes suivants pour un exemple de simulation simple Le didacticiel de GARDENIA Thi ry 2013 pr sente la mise en uvre pratique de nombreuses autres mod lisations dans des contextes vari s r Il Gard nia OI Fichier Version 8 2 Jan 2014 Double click ou lt Entr e gt gt Projet Gapeau_1971_2009 rga Figure 11 D but d une simulation avec le code de calcul GARDENIA 3 3 1 R utilisation d un fichier projet Si on a d j fait un premier calcul les noms des fichiers utilis s ont t enregistr s dans un fichier projet dont le nom pour extension rga e On peut alors r aliser un autre calcul avec d autres fichiers de donn es en utilisant le menu Fichier gt Modifier ou bien le menu Fichier gt Nouveau puis choix Modifier un fichier projet e On peut r utiliser un fichier projet par le menu Fichier gt Ouvrir ou bien en activant un des huit fichiers r c
37. gt Cependant le regroupement de plusieurs bassins dans un m me projet permet une mise en uvre plus simple avec beaucoup moins de fichiers L int r t est surtout d obtenir une comparaison des param tres des bassins et des bilans hydrologiques des bassins sous forme de tableaux synth tiques gt Par d faut le projet comprend uniquement un seul bassin gt S il y a plusieurs bassins les param tres concernant les diff rents bassins seront regroup s dans un seul fichier de param tres la suite les uns des autres Il en sera de m me pour les donn es de pluie d ETP de d bits de niveaux Type de donn e pour la pr vision ou l dition des bilans 0 D bits de rivi re 1 Niveaux de nappe All gement du fichier Listing 0 Listing complet Pas d all gement 1 Listing all g 2 Listing supprim BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Le listing quand on ne demande pas sa suppression a pour nom gardelis txt Il peut tre visualis par tout diteur de texte par exemple par l application Notepad Lors d une premi re simulation ou en cas de difficult s il est conseill de demander un listing complet pour v rifier les donn es introduites Sch ma de calcul hydrologique 0 Sch ma Gard nia par d faut 1 Sch ma GR4 Irstea Pour m moire 3 Sch ma Gard nia mais transfert selon le sch ma GR4 Pour m moire 11 Sch ma GRA4
38. h misph re nord est au milieu de l hiver la saison la plus pluvieuse Si on utilise des ann es hydrologiques le d but des calculs se produit la fin de la saison la plus s che il est plus appropri de d marrer les calculs avec des r servoirs sol vides BRGM RP 62797 FR 63 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 64 e Nombre maximal d it rations pour la calibration C est le nombre maximal de simulations qui seront r alis es pour la calibration automatique des parametres hydrologiques Si on choisit 0 it ration il n y aura pas de calibration automatique e Num ro du jour initial si le pas de temps est non standard C est le num ro du jour de 1 a 31 du d but de la simulation quand le pas de temps est un pas de temps non standard Par exemple si le d but de la simulation est le 24 Mars le num ro a donner est 24 Par d faut si on laisse ce num ro a 0 le jour de d but est le jour n 1 Si le pas de temps est un pas de temps standard journalier pentadaire d cadaire ou mensuel ce num ro n est pas utilis e Num ro du mois initial si le pas de temps est non standard C est le num ro du mois du d but de la simulation quand le pas de temps est un pas de temps non standard Par exemple si le d but de la simulation est au mois de Mars le num ro donner est 3 Par d faut si on laisse ce num ro 0 le mois de d but est Janvier Si le pas de temps est un pas de temps standa
39. influence d un pompage il peut parfois tre utile d introduire une valeur sup rieure z ro pour viter de simuler des d bits anormalement faibles Param tres de pr vision e Coefficient de r ajustement des r servoirs pour la pr vision C est le coefficient de r ajustement des niveaux des r servoirs utilis pour corriger les carts avant de r aliser des pr visions Ce coefficient est calcul automatiquement lors de la phase de pr paration de la pr vision mais exceptionnellement il est possible de le modifier C est un nombre compris entre 0 pas de r ajustement et 1 r ajustement total e Ecart type des niveaux du r servoir interm diaire pour la pr vision C est l cart type des niveaux du r servoir interm diaire Il est utilis en pr vision pour la r partition des corrections de niveaux entre les diff rents r servoirs du mod le Cet cart type est calcul automatiquement lors de la phase de pr paration de la pr vision e Ecart type des niveaux du r servoir souterrain pour la pr vision C est l cart type des niveaux du r servoir souterrain Il est utilis en pr vision pour la r partition des corrections de niveaux entre les diff rents r servoirs du mod le Cet cart type est calcul automatiquement lors de la phase de pr paration de la pr vision e Ecart type des niveaux du r servoir souterrain n 2 pour la pr vision C est l cart type des niveaux du r servoir souter
40. les plus commun ment rencontr es Une difficult tout fait classique est l association des noms de param tres des mod les avec d autres concepts Lorsqu on parle de r serve utile d un mod le global il ne s agit en aucune fa on de la r serve utile telle qu elle est d finie par les p dologues ou les agronomes sur une parcelle particuli re Il s agit d une r serve globale l chelle du bassin d un volume 38 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation d eau maximal disponible pour l vaporation et la transpiration Trouver une r serve de 300 mm n est pas une aberration en soi m me si l on a de bonnes raisons d valuer la r serve agronomique 80 mm En revanche trouver une superficie de bassin versant de 50 km pour un bassin dont on estime la superficie 35 km n est pas acceptable si l on consid re que l on conna t bien la superficie du bassin versant ce qui est tr s souvent le cas il ny a aucune raison de laisser le mod le optimiser ce param tre m me si l on obtient alors une simulation plus satisfaisante sauf dans quelques cas particuliers d extension de donn es Le nombre de param tres qu on laisse optimiser doit tre le plus faible possible en effet pour des raisons dimensionnelles il peut parfois arriver que plusieurs jeux de param tres produisent des simulations quasi quivalentes non unicit de la calibration Ce risque de com
41. manquantes 82 Figure 34 Tableur du module Shalimar exemple de donn es mensuelles 82 Figure 35 Bassin des Ondes comparaison des d bits observ s et simul s coefficient de corr lation gal 0 914 iii 88 Figure 36 Fichiers de s ries hydrologiques cccccceeeeeeeeeceeeeceeeeeeaeeesaaeseeeeeseeeesaeeeeaeeeeaes 89 Figure 37 Lysim tre cumul de l vapotranspiration r elle 92 Figure 38 Lysim tre cumul du d bit de drainage cccceesceceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeseeeeseaeeseneeeeaes 93 Figure 39 Lysim tre teneur en eau 25 cm de profondeur 93 Figure 40 Lysim tre teneur en eau 85 cm de profondeur 93 Figure 41 Lysim tre variation du stock en eau estim partir d une pond ration entre les teneurs en eau 25 cm 10 et 85 cm 90 94 Figure 42 Lysim tre Validation de l ETR calcul e par GARDENIA par comparaison avec les valeurs mesur es et calcul es avec le code MARTHE ssssesseesssesrresrresrresrrsnns 94 Figure 43 Lysim tre Validation du d bit de drainage calcul par GARDENIA par comparaison avec les valeurs calcul es avec le code MARTHE 95 Figure 44 Lysim tre comparaison des variation de stock en eau dans le sol calcul es par les codes GARDENIA et MARTHE iii 95 Figure 45 Site de St Andr sol nu D bit de drainage simul par GARDENIA et par MARTHE de 19914 1998 nan te A di en EL For a E
42. mod le tout d pend de l utilisation On notera en particulier qu il est illusoire de croire mieux identifier le fonctionnement d un bassin sur trois ans de donn es journali res environ 1 000 valeurs que sur trois ans de donn es mensuelles 36 valeurs Dans le premier cas on identifie mieux les r actions rapides mais les variations lentes sont souvent cach es par la variabilit des ph nom nes rapides L introduction du m canisme de la fonte de la neige pr sente les m mes cueils Le stockage neigeux sera correctement identifi uniquement s il est observ plusieurs fois et conduit un effet sensible sur les d bits des mois concern s La r gle est donc qu un mod le peut tre consid r comme correctement ajust quand toutes ses composantes ont fonctionn plusieurs fois en conduisant des effets notables et corrects sur les simulations e Interpr tation du bilan Un mod le n est jamais au mieux qu une repr sentation acceptable de la relation entre ses entr es et ses sorties Il est donc toujours p rilleux d aller chercher dans son m canisme interne un flux ou un stock particulier et de l identifier un flux ou un stock physique du syst me De m me la s paration entre coulement rapide et coulement lent ne doit pas tre identifi e sans pr cautions comme une s paration entre coulement superficiel et coulement souterrain En effet d une part un coulement peut toujours tre d
43. ou de niveaux de nappe observes C est un nombre entier qui peut permettre de d caler d un certain nombre de pas de temps la s rie des d bits et ou des niveaux observ s Si le d calage est positif par exemple 5 la s rie des d bits est retard e puisque le d bit du pas de temps n est affect e au pas de temps n 5 donc 5 pas de temps plus tard Si le nombre est n gatif par exemple 2 la s rie des d bits est avanc e BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Ce param tre peu utilis est accessible uniquement avec le profil d utilisation avanc e e Dur e des pluies en moyenne par pas de temps utilisation avanc e Param tre obsol te C est un nombre entier qui peut servir d finir le rapport de la dur e effective de la pluie sur la dur e du pas de temps Si on utilise un grand pas de temps par exemple un pas de temps mensuel peu adapt un r gime de pluies parses on peut obtenir de meilleurs r sultats en fixant un tel rapport Par exemple avec un pas de temps mensuel si on a en moyenne 6 jours de pluies par mois soit 20 du pas de temps on donnera une dur e moyenne de 20 Le mod le consid rera alors que les pluies surviennent pendant les premiers 20 du pas de temps et qu il n y a pas de pluies pendant les 80 restant du pas de temps Pour fixer une dur e de 20 il faut donner la valeur 20 Dans un tel cas il est cependant plut t conseill d utiliser un pas de
44. ralement dans la colonne n 1 T Les donn es de temp ratures seront lues dans la colonne n T Num ro de la colonne de la Neige D f 0 identique celle de la pluie 0 Les donn es de neige seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n ralement dans la colonne n 1 S Les donn es de neige seront lues dans la colonne n S BRGM RP 62797 FR 57 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Numero de la colonne des Pompages D f 0 identique celle de la pluie 0 Les donn es de pompages seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n ralement dans la colonne n 1 Q Les donn es de pompages seront lues dans la colonne n Q 3 3 7 Pas de temps et formats des donn es Figure 22 r M Pas de Temps Fichier Pluie Neige Pompage Fichier Temp rature Mensuel S quentiel Fichier ETP Fichier D bits Niveaux Observ s Suivant Direct I Pas de Temps Fichier Pluie Neige Pompage Fichier Temp rature S quentiel Fichier ETP Journalier i Fichier D bits Niveaux Observ s S quentiel v Annuaire FEN Suivant i Direct Suivant Libre Excel Date Figure 22 D finition des dur es des pas de temps et des formats de fichiers associ s Chaque groupe de s ries temporelles peut avoir un pas de temps diff rent et un format diff rent Les groupes de s ries temporelles sont les suivan
45. ralement l ETP calcul e selon la formule de Penman ou calcul e selon la formule mensuelle de Turc Turc 1961 En France les donn es d ETP sont disponibles dans la Climath que de M t o France Il est galement possible de calculer l ETP par exemple le module Etpturc dont l utilisation est d crite plus loin permet de calculer facilement l vapotranspiration potentielle au pas de temps journalier d cadaire ou mensuel d apr s la formule mensuelle de Turc en utilisant les donn es de dur e d insolation de temp rature et ventuellement d humidit relative de l air Toute autre m thode de calcul peut bien entendu tre utilis e Dans le code de calcul GARDENIA l ETP doit tre donn e en mm par pas de temps par exemple en mm mois si le pas de temps choisi est le pas de temps mensuel Des mesures sur le terrain r alis es a l aide de bacs ou d vaporom tres sont parfois disponibles mais rarement d taill es Elles n cessitent d tre analys es avec soin avant exploitation Si lon ne poss de aucune donn e susceptible de fournir l vapotranspiration potentielle pendant la p riode d observation on peut ventuellement utiliser les moyennes interannuelles de chaque mois sans commettre d erreurs trop importantes comparativement aux incertitudes portant sur l valuation des lames d eau 2 3 3 La temp rature moyenne de l air On utilisera g n ralement la valeur d finie comme la moyenne
46. tr s fr quentes c est le cas de la pluie la t che de l utilisateur est facilit e par le fait qu il n est pas oblig de rentrer la valeur 0 chaque fois que cela s av rerait n cessaire Pour l option 3 Shalimar mettra automatiquement une valeur gale 0 pour les pas de temps qui n ont pas de valeur correspondante d finie La Figure 34 pr sente le tableur du logiciel Shalimar TIM Editeur de S ries de Donn es Temporelles lens T oloy 0081 2 lt 0043 Ret 1 00 25 m NGF UNITE NGF File Ameens_DELETE nev An fev mars aw ma pan pi sout sept a 7aes 7319 e maf ees as io van macs reas 77 na ne res sa reo nuj se 7 ion 7397 74 74 14 7429 74 02 7333 74 48 74 23 73 93 7383 73 8 737 1973 73 52 74 73 75 77 74 93 74 65 7452 74 63 76 24 1974 77 0 73 68 81 25 81 04 73 57 7309 1975 1971 1972 1973 1974 735 7312 81 23 81 42 Figure 34 Tableur du module Shalimar exemple de donn es mensuelles 82 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 4 1 2 Description du format des donn es temporelles format es Toutes les donn es temporelles donn es hydroclimatiques ont la m me structure de bloc de donn es Un bloc de donn es est compos a pour les donn es d cadaires et mensuelles D une ligne titre 80 caract res pr cisant le type de donn es les unit s le lieu la p riode etc
47. une certaine approximation Formats possibles pour les donn es 0 1 Format Gard nia S quentiel sauf pour le pas de temps journalier Les donn es apparaissent dans l ordre chronologique Format Gard nia Annuaire Les donn es apparaissent comme dans un annuaire avec 12 colonnes une colonne par mois Pour le pas de temps mensuel le format s quentiel et le format annuaire sont identiques Format libre Les donn es apparaissent dans l ordre chronologique sans format particulier Format Excel Date gt Les donn es sont sous forme de couples date valeur une date par ligne gt La date est sous la forme jj mm aaaa ou bien sous la forme jj mm aaaa hh mm gt Un tel fichier peut tre export directement en fichier texte a partir d un fichier Excel ou son quivalent gt Ce format quoique moins compact que les autres est le plus souple gt Il convient de noter que bien que les dates apparaissent en clair les donn es doivent tre pas de temps constant Toutes les donn es doivent appara tre Par exemple pour des donn es journali res il doit y avoir 365 ou 366 donn es par an m me s il n y a pas de pluie ou s il y a des lacunes d observations gt Ce format Excel_Date est le plus adapt au pas de temps non standard gt On peut galement utiliser un format Excel_Date tendu avec plusieurs colonnes de donn es Ces diff rentes colonnes peu
48. vements restitu s hors du bassin etc ne modifient pas significativement les termes de ce bilan GARDENIA est toutefois adapt l tude de bassins dont le bilan est affect par de tels ph nom nes gr ce un jeu de param tres descriptifs qu on peut laisser libres de s optimiser superficie d un bassin versant karstique dont on contr le quelques exutoires d bit de base d importation ou d exportation changes externes etc Ces possibilit s ne doivent cependant tre utilis es qu avec prudence car il arrive parfois que des changes qu on avait suppos s intuitivement au d but de l tude doivent tre remis en cause ll est galement possible de prendre en compte directement une s rie de pr l vements ou d injections par des captages dans le bassin versant e Pr cision et fiabilit des donn es Les services gestionnaires des r seaux de mesures connaissent bien la qualit des donn es qu ils ont labor es il est recommand de les consulter d s le d but de l tude pour conna tre leurs particularit s les dates de d tarage dues des travaux la pr sence de pompages surtout dans le cas de simulation pluie niveau etc 22 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Cependant beaucoup de perturbations ne portent pas atteinte l valuation des flux d ensemble l chelle annuelle le volume coul au cours d un tr s fort d bit par une crue mal ou non ja
49. version 8 2 Guide d utilisation e Temps de 2 r action du niveau de la nappe au pompage C est le temps qui caract rise la vitesse de r action du niveau de la nappe une variation de d bit de pompage e Unit mois e Valeur de d part conseill e 0 2 mois e Optimisation Oui e Temps de stabilisation de l influence du pompage sur le niveau de la nappe C est le temps qui caract rise la vitesse de stabilisation de l influence d un chelon de variation de d bit de pompage sur le niveau de la nappe e Unit mois e Valeur de d part conseill e 1 mois e Optimisation Oui 3 3 10 Bornes des param tres Ce sont les valeurs minimales et maximales admises pour les param tres hydrologiques dans le cas o ces param tres sont optimiser Les bornes sont d finies par une boite de dialogue Figure 27 F G Bornes des Param tres Hydrologiques e Correction globale des Pluies 0 0000 15 000 15 000 Correction globale de ETP 0 0000 20 000 20 000 Capacit de la r serve superficielle RuMax mm 50 000 1 00000E 03 400 00 Capacit de la r serve superficielle Progressive mm 00000 0000 0 0000 650 00 Hauteur de r partition Ruissellement Percolation mm LE 00 1 00000E 03 9999 0 D ficit initial de la r serve super RuMax mm 00000 0000 0 0000 0 0000 D ficit initial de la r serve superf Progressive mm Le 0000 0 0000 0 0000 Diet STOP Figure
50. 134 jours de la p riode de 1998 juillet 2006 La Figure 50 montre qu avec un coefficient d emmagasinement gal 0 083 et une perm abilit gale 8 44 10 m s soit une transmissivit de 4 22 10 m s on calcule une influence du pompage sur le niveau pi zom trique tr s proche de celle obtenue avec GARDENIA Le fait de reproduire tr s bien avec GARDENIA l influence du pompage sur le niveau de nappe calcul avec un mod le hydrodynamique physique est une validation forte du sch ma de GARDENIA pour le calcul de l influence d un pompage sur un niveau de nappe Aquif re Transmissivit T Emmagasinement S Rivi re Pi zom tre gt si Pompage 0 X Pi z X_Pomp Figure 49 Sch ma physique mod lis avec le code de calcul MARTHE pour la validation des calculs avec GARDENIA de l influence d un pompage sur un niveau de nappe Pi zom tre Perpignan Niveau m Piezo Niv Obs Marthe Niv_Simul_Gardenia 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Figure 50 Pi zom tre Perpignan comparaison de l influence du pompage sur le niveau pi zom trique calcul avec le code MARTHE en rouge et avec le code GARDENIA en bleu BRGM RP 62797 FR 101 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 6 4 VALIDATION DU SCH MA DE MOD LISATION DES COULEMENTS SOUTERRAINS La validation est r alis e sur les d bits de l Austreberthe Saint Pa r Le bassin
51. 2 tarissement souterrain n 1 composante souterraine rapide C est le temps de demi tarissement de la composante lente de l coulement d bit souterrain rapide C est le temps au bout duquel en l absence de recharge le d bit de la composante lente est divis par deux e Unit mois e Valeurs de d part conseill es 2 mois pour un calcul de d bit classique 83 8 mois pour un calcul de d bit de source ou un calcul de niveau de nappe libre tendue e Optimisation conseill e BRGM RP 62797 FR 71 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Retard temps de propagation des d bits de rivi re Ce retard repr sente le temps de concentration du bassin c est dire le temps n cessaire pour qu une impulsion de pluie efficace se propage jusqu l exutoire du bassin Il est exprim en pas de temps c est dire en jours si le pas de temps est journalier ou en heures si le pas de temps est horaire Ce param tre est utilis uniquement en cas de calcul de d bit de rivi re Unit Pas de temps Valeur de d part conseill e 0 pas de temps Optimisation conseill e en cas de calibration sur des d bits de rivi re e Facteur d change souterrain externe C est un facteur permettant de calculer des changes souterrains avec l ext rieur c est dire une importation ou une exportation de d bits souterrains Ces changes peuvent par exemple tre un apport provenant d un aquif re pro
52. 27 D finition ou modification des bornes des param tres physiques 3 3 11 Suivi des calculs Apr s l introduction ou le contr le des options et param tres GARDENIA lit les fichiers de donn es hydroclimatiques Le calcul commence alors avec l affichage des it rations et du meilleur coefficient d ajustement obtenu au fur et mesure des am liorations Figure 28 76 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation G Message 1 Passage final It ration n 451 ajustement Figure 28 Affichage des it rations de calcul et du coefficient d ajustement final 3 3 12 Affichage graphique l cran l issue des calculs si on a choisi cette option GARDENIA dessine la comparaison des d bits de rivi re observ s et observ s puis la comparaison des niveaux de nappe observ s et simul s Il est possible de copier ces dessins dans le presse papier par le bouton Copy Graph pour les ins rer dans un document Word ou PowerPoint par exemple Il est possible galement de sauvegarder les dessins dans un fichier graphique au format omp au format pcx etc Figure 29 r y I Dessin Simulation bolos Copy Graph Save Graph Print Graph Arr t Dessins Stop Now gt g amp Logicid GARDENIA v8 1d Pi zom tre Tilloloy Demonstration logiciel GARDEN Niveau 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 Da
53. 325 336 Thi ry D 2003 Logiciel GARDENIA version 6 0 Guide d utilisation Rapport BRGM RP 52832 FR 102 p 42 fig 3 ann Thi ry D 2004 Le mod le GARDENIA avec proc dures adaptatives Note technique NT EAU 2004 01 Thi ry D 2004 Pr vision de d bits ou de niveaux avec le mod le hydrologique global GARDENIA 6 5 Note technique NT EAU 2004 02 Thi ry D 2009 Mod les r servoirs en hydrog ologie in Trait d hydraulique environnementale Volume 4 Mod les math matiques en hydraulique maritime et mod les de transport Tanguy J M Ed Editions Herm s Lavoisier Chapitre 7 pp 239 249 ISBN 978 2 7462 2006 5 Thi ry D 2010a Mod lisation des coulements souterrains en milieu poreux avec MARTHE in Trait d hydraulique environnementale Volume 9 Logiciels d ing nierie du cycle de l eau Tanguy J M Ed Editions Herm s Lavoisier Chapitre 4 pp 77 94 ISBN 978 2 7462 2339 4 Thi ry D 2010b Reservoir Models in Hydrogeology in Mathematical Models Volume 2 chapter 13 pp 409 418 Environmental Hydraulics Series Tanguy J M Ed Editions Wiley ISTE London ISBN 978 1 84821 154 4 BRGM RP 62797 FR 115 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Thi ry D 2010c Groundwater Flow Modeling in Porous Media Using MARTHE in Modeling Software Volume 5 Chapter 4 pp 45 60 Environmental Hydraulics Series Tanguy J M Ed
54. 6861 ZT S Oo rl o B BE a 6861 IT in un 3 g N 686T 0T g o 686T 0T oO a a 6861 60 3 S 5 g 5 g p 6861 30 Q 5 6861 80 g gt 5 3 5 6861 20 5 6861 L0 5 5 F 6861 20 5 2 z 2 2 6861 S0 ky 6861 50 g k 6861 50 S a L L 6861 0 686T 0 6861 0 8 al 8861 2T 8861 2I 686T TO f 3 D D 886T TT Sa 886T TT 886T TT U Son n n n o o nononono t m m N N a wl Nn T m m N N a a Re te ee UT a nea ua snauay 3 nea ua snauay a s a aa ir Figure 40 Lysim tre teneur en eau 85 cm de profondeur ww BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Variation de stock en eau dans le sol 250 Marthe A 200 m 10 25cm 90 85 cm Zz o 8 150 v a T i E lt 100 S CE ai 3 gt 0 r r r r r r r foe foe a ea a a a a CO CO CO CO CO CO CO CO a ea ea a a a a a a a a an a a an an oa oa oa Leu a oa oa oa a a a oa liter es Sig m i Bien ice ue ss Ps bee is H N m un 0 O N N se ad a Co Oo a a Le Oo Figure 41 Lysim tre variation du stock en eau estim a partir d une pond ration entre les teneurs en eau 25 cm 10 et 85 cm 90 6 1 2 Mod lisation avec le code GARD NIA Comme le code MARTHE permet de reproduire le bilan d eau et les coulements dans le lysim tre on a calibr le code
55. 7 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Pluie Evapotranspiration Neige ETP yt R serve superficielle U Pluie efficace R servoir interm diaire Ecoulement rapide H Percolation Recharge Niveau nappe R servoir souterrain double G1 Ecoulement lent Ecoulement tr s lent Figure 4 Sch ma complexe un seul r servoir souterrain a deux orifices de vidange e initialisation Il est vident que l inertie hydrologique d un syst me tant parfois consid rable le calcul des premi res valeurs d pend norm ment des conditions hydroclimatiques des ann es pr c dentes Pour viter les probl mes qui pourraient en r sulter la possibilit de prendre en compte quelques ann es de d marrage avant les premi res observations hydrologiques a t introduite dans le mod le Cependant la mise en r gime tant parfois assez lente le mod le est plac automatiquement en quilibre hydrologique en d but de calcul c est dire que les tats de ses r servoirs sont fix s aux valeurs correspondant une pluie efficace entrante de r f rence BRGM RP 62797 FR 27 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 2 5 2 Le bilan dans le r servoir superficiel Le r servoir superficiel ou r servoir sol repr sente les premiers centim tres du sol soumis l action des racines de la v g tation et l vaporation Figure 5 La
56. 98 0 112 1 552 0 477 0 048 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 884 444 803 0 34 415 083 119 159 816 647 826 066 408 688 082 BRGM RP 62797 FR 0 464 0 599 0 934 0 283 2 89 0 066 1 614 1 18 1 281 2 918 0 393 0 23 2 32 0 78 0 121 42 17 44 23 6 56 13 13 64 39 45 58 95 3 2 ewh N U 8 J O1 U1 N O1 O1 U1 H 0 5 3 30 8 38 18 21 1 8 9 8 4 42 4 41 18 3 12 3 1 0 23 8 50 4 22 1 13 8 9 7 6 3 39 5 44 3 17 3 13 5 6 5 2 8 35 34 9 22 8 19 2 d cadaire 0 369 1 484 1 671 1 066 0 64 0 47 0 409 0 448 1 267 0 524 0 156 0 974 0 947 0 564 1 116 0 632 0 921 1 02 1 443 1 779 0 228 0 203 0 196 0 313 0 853 1 462 0 431 0 272 0 074 0 053 23 8 m N o o o U1 Oo amp UT O N HA 40 18 10 45 12 50 10 44 10 10 47 13 U1 O o amp N UT J WW LO 26 8 33 8 65 4 17 4 8 29 8 31 9 76 3 65 6 3 5 38 5 74 2 46 9 21 5 90 9 15 46 12 13 46 42 12 47 10 47 J o N Oo WW U1 WW HA W Les Ondes 0 0 0 0 0 OONOOHOO 0 75 877 536 594 395 312 0 5 318 523 301 194 605 409 201 089 1 752 0 517 1 011 0 563 0 246 0 414 0 543 0 688 0 932 0 801 0 14 1 017 1 722 0 155 0 774 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 1963 1967 37 7 48 5 20 9 9 3 45 5 48 48 77 0 2 6 8 2 17 6 66 8 58 3 39 8 25 2
57. Amiens 1_et 2 rga W BuchyGr4_8_0b a Musique m Abb_90jou_Glisy_et_Senlis rga Im Amiens_2 rga m BuchyGr4_Prv H Vid os m Abb_90jou_Glisy_et Senlis 2 V8 Oe rga W Amiens_Dbl rga m Caillyriv5_Niv A jm Abb_90jou_Glisy_et_Senlis Biais rga mi Amiens _Lib rga m Caillyriv5_Niv_ Groupe r sidentiel m Abb_90jou_Glisy_et Senlis V8 Od rga W Amiens Pomplrga m Caillyriv5_Niv A z M Abb_90jou Glisy_et Senlis V8_0e rga IH Amiens Pomp_2 rga W Caillyriv5_Niv_ 1 Ordinateur m Abb_90jou_Glisy_Incompl rga m Amiens_Prv rga m CaillyrivS_Pom amp SYSTEM C mi Abb_90jou_Glisy Previ_2007_V8_0a rga m Amiens V6 6 rga m CaillyrivS_Pomy DATA D m Abb_90jou_Glisy_Prv_Scr rga m Amiens_V8_Oc rga mi CaillyrivS_Pomy Gardenia mi Abb_90jou_Glisy_Prv_Scr_2 rga m Amiens_V8_1 rga mi CaillyrivS_Pomy Ji Anglais m Allainv rga m Buchy rga m CaillyrivS_Pom d EtpTure Allain Prv rga m Buchy 8 erga m Caillyrivs_Pomy D Exemples m Amiens rga m Buchy_prv rga m CaillyrivS_Pom S CaillyrivS_N lt rora OO r Nom du fichier Mon Projet v Type Fichier Projet r sultant rga gt ia Cacher les dossiers Figure 14 D finition du nom a donner au nouveau fichier projet i Niveaux P zo moov Les _ Fichier Aide D plac ala x 27 a 411141 EN e CRE EL O E en pu Poe E E CL EE Peeric T Pacon ep CS sna Pacon NveauwNappe O Pacu mes Pacou Pi cptatonsNegenee OOE fee ag g
58. Irstea Pour m moire Dessin de la s rie simul e 0 Non Pas de dessin de la s rie simul e 1 Oui Dessin de la s rie simul e et observ e si elle existe 2 Oui Dessin et en cas de simulation de d bits avec galement dessin de la composante souterraine du d bit Pompage influencant les d bits de rivi re 0 Non Pas de pompage influen ant les d bits de rivi res 1 Oui Pompage influen ant les d bits de rivi res 2 Oui Pompage en rivi re influen ant les d bits de rivi res Peu utilis Pompage influen ant les niveaux de nappe 0 Non Pas de pompage influen ant les niveaux de nappe 1 Qui Pompage influengant les niveaux de nappe Calculs avec pr vision 0 Non Pas de calculs avec pr vision 1 Oui Calcul avec pr vision de d bits de rivi re ou de niveaux de nappe 1 Oui Calcul avec pr vision mais uniquement pr paration de la pr vision c est dire calcul des param tres de pr vision M thode de pr vision O Par d faut m thode pr cise avec r ajustement optimal des niveaux des r servoirs du mod le 1 M thode simplifi e pour m moire Sch ma d change souterrain avec l ext rieur du bassin 0 Sch ma conseill En pourcentage du d bit souterrain 1 Sch ma pour m moire avec un facteur sur le niveau souterrain Bilan journalier m me si on dispose de pluies d cadaires ou mensuelles 0 Non Par d faut le bilan est effectu au pas de tem
59. J1 4 QALIMH thg RUIPER 1 H equ_Continu 122 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Annexe 2 Coefficient d ajustement et principe du processus it ratif BRGM RP 62797 FR 123 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Coefficient d ajustement Calibration sur une s rie d observation unique observations de d bits ou bien observations de niveaux de nappe Dans le code de calcul GARD NIA le coefficient d ajustement F est d fini de la mani re suivante On note F2 la grandeur suivante appel e crit re de Nash Nash 1970 se2 F2 1 gt 0 a lay 2 ou se2 moyenne des carr s des carts Y Ecart n cart valeur observ e valeur calcul e n nombre d carts oo variance des observations carr de l cart type 1 F2 est donc l erreur quadratique moyenne norm e par la variance des observations D apr s cette d finition e F2 varie de 1 e F2 1 correspond un ajustement parfait sans aucun cart de simulation Dans le cas d une r gression lin aire F2 serait gal au carr du coefficient de corr lation Pour se ramener un crit re de m me dimension qu un coefficient de corr lation le crit re d ajustement F de GARDENIA est d fini de la mani re suivante F VF2 si F2 gt 0 gt F positif F F2 si F2 lt 0 gt F n gatif Avec cette d finition e F varie aussi de
60. L utilisateur doit pr ciser Le nom de la station La latitude et l h misph re La pr sence de donn es d humidit relative donn es n cessaires uniquement si certains pas de temps l humidit relative est inf rieure 50 Le nombre d ann es de donn es Le num ro de la premi re ann e r E ETP Turc Turc PET Chateauvieux Latitude z Options Latitude enti re as Nord Donn es d Humidit Relative Do V Listing P riode Pas de temps Nombre d ann es 3 H F ensue 2 Premi re ann e 2005 EY Format Format jj mm aaaa Valeur Figure 62 Module Etpturc d finition de la localisation et de la p riode de calcul L utilisateur donne alors par des boites de dialogues classiques les noms des fichiers de donn es de temp rature et de dur e d insolation ventuellement des donn es d humidit relative BRGM RP 62797 FR 113 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation F x Em Dur es d insolation h pas de temps ma 4 T f Ww DATAS D Gardenia Exemples X A Recherche vemg A Organiser v Nouveau dossier g Fil wr Favoris Hinsol dat M Bureau Emplacements r cents d T l chargements C3 Biblioth ques Documents Images a Musique E Vid os M Ordinateur Nom du fichier insol dat X Insolation X Figure 63 Module Etpturc d finition des fichiers de donn es dur e d i
61. LIBRE 4 2 1 Donn es temporelles en format Excel_Date Avec ce format il y a un couple date valeur par ligne La date n est pas lue mais doit avoir une forme compatible Excel c est dire avec les num ros de jour mois et ann e s par s par un et l heure ventuelle sous la forme hh mm Seul ce format num rique de date est reconnu a l exclusion de types genre 13 mars 2013 La valeur est s par e de la date par au moins un espace BRGM RP 62797 FR 83 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Des donn es sous cette forme peuvent tre obtenues par exportation d un fichier Excel xlsx en format texte s parateur espace prn Un fichier binaire xlsx ne peut pas tre lu directement Il convient de noter galement que La premi re ligne du fichier doit tre un titre descriptif Le s parateur d cimal des valeurs doit tre un point d cimal et non pas une virgule Exemple de donn es mensuelles en format Excel_Date vapotranspiration Potentielle mensuelle 2011 2013 15 01 2005 9 00000 14 02 2005 14 37 13 00000 16 03 2005 18 40 35 00000 15 04 2005 72 00000 14 05 2005 103 00000 etc Exemple de donn es journali res en format Excel Date Pluie journali re Station 1 2011 2013 01 01 2005 17 10000 02 01 2005 0 00000 03 01 2005 4 70000 04 01 2005 0 30000 05 01 2005 13 30000 etc Remarques compl menta
62. Valeur de d part conseill e 0 C e Optimisation Oui e Constante de fonte par la temp rature degr jour 74 C est le coefficient degr jour C est la hauteur d eau quivalente a la quantit de la neige susceptible de fondre quotidiennement si le stock neigeux est suffisamment fourni sous l action d un exc s de temp rature de 1 C au dessus du seuil de fonte Les valeurs courantes sont de 3 5 mm de fonte de neige par degr par jour Fonte Degr Jour Temp rature Seuil Fonte Dur e BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Unit mm C jour e Valeur de d part conseill e 4 mm C jour e Optimisation Oui e Fonte de la neige au contact du sol C est la hauteur d eau quivalente la quantit de neige susceptible de fondre quotidiennement si le stock neigeux est suffisamment fourni sous l action des calories d gag es par le sol e Unit 1 10 mm d eau jour e Valeur de d part conseill e 5 1 10 mm jour e Optimisation Oui Param tres contr lant l influence des pompages e Coefficient d influence du pompage sur les d bits de rivi re Ce coefficient caract rise l amplitude de l influence sur le d bit de la rivi re des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits pomp s e Unit m s par unit de d bit de pompage e Valeu
63. _Scr_2 gar Amiens_P H Vid os Abb_90jou_Glisy_Prv_Scr_2_Sav gar Amiens_P m _ Abb_90jou_Glisy_Sav0 gar _ Amiens_Py Groupe r sidentiel Allainv gar _ Amiens_PI _ Allainv_Prv gar _ Amiens_P1 1 Ordinateur amp SYSTEM C DATA D Amiens gar _ Amiens_V _ Amiens_0 gar _ Amiens_V i _ Amiens_1_et_2 gar _ Buchy gar d Gardenia Amiens_2 gar Buchy_8 0 Anglais ou Nom du fichier Amiens gar X Fichier param tres Gard nia 1 v Figure 17 Importation d un fichier de param tres existant ici Amiens gar 48 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Apr s chaque passage et en particulier apr s une premi re utilisation o l on a donn tous les param tres un fichier de param tres actualis s est cr sous le nom de gardepara out Il peut alors tre utile de sauvegarder ce fichier en le renommant ce fichier pourra tre utilis pour un compl ment de calibration si n cessaire il ny aura plus redonner les valeurs de tous les param tres et options pour calculer des d bits et ou des niveaux extension de donn es partir de s ries climatiques observ es ou g n r es si la calibration est jug e comme satisfaisante Remarque Les diff rents param tres des boites de dialogue sont d crits dans les paragraphes suivants 3 3 3 Titre descriptif de la simulation En d
64. aire Delphes obsolescent S quentiel libre date valeur ou s rie1 s rie2 S quentiel libre 1 colonne S quentiel 8 nombres ligne obsol te Mado en clair Couples X Y non standard Une colonne non standard de nombres Excel_Date format texte Climath que_Journalier Climath que_D cadaire Climath que_Mensuel Sandre_Journalier Sandre_D cadaire Sandre_Mensuel Banque HYDRO Journalier X S lectionne Retour Pas de temps propos Mensuel Choisissez un l ment ou chap Figure 32 Module Shalimar d finition du pas de temps d une s rie lue 4 1 1 Types de donn es On distingue les valeurs qui sont nulles valeur 0 des valeurs correspondant a des observations absentes qui sont signal es par un code Figure 33 Code 2 pour les d bits car les d bits observ s ne sont jamais n gatifs BRGM RP 62797 FR 81 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Code 9999 pour les niveaux c est dire une valeur tr s grande hors borne Code 0 pour les pluies car les s ries de donn es climatiques ne doivent pas contenir de valeurs absentes r BA Type de donn es C D bit valeurs absentes 2 C Pluie valeurs absentes 2 valeurs non d finies mises 0 Type de donn es Figure 33 Module Shalimar d finition du codage des valeurs manquantes Comme pour certains types de donn es ces valeurs nulles peuvent tre
65. aitement du signal mais correspond un sch ma physique simplifi ce qui est un gage important de robustesse La robustesse est la capacit produire des simulations fiables y compris dans des conditions de fonctionnement s cheresses changement climatique diff rentes de celles de la p riode de calibration Cette validation est r alis e principalement par comparaison avec des r sultats de mod lisation d hydrosyst mes r els avec le code de calcul MARTHE du BRGM qui utilise une approche physique avec une discr tisation par volumes finis selon la loi de Darcy en milieu satur et non satur BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les cinq exemples de validation pr sent s sont les suivants O Mod lisation des donn es d un lysim tre recouvert de v g tation et suivi pendant plus d un an et demi validation du sch ma de calcul de l ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesures de drainage et des mesures de teneur en eau par sondes neutrons Mod lisation de parcelles exp rimentales en sol nu ou avec culture de ma s pendant 3 ans validation du sch ma de calcul de ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesures de drainage et des mesures de teneur en eau par sonde neutrons Mod lisation des variations de niveau d une nappe fortement influenc e par des pompages proches validation du sch ma de calcul de l influence de pompages Comparaison
66. avec la mod lisation effectu e avec le code MARTHE de l influence des pompages Mod lisation des d bits l exutoire d un bassin versant ayant une forte composante souterraine validation du sch ma de calcul des coulements souterrains Comparaison avec les d bits calcul s avec le code MARTHE dans un aquif re transmissivit et coefficient d emmagasinement uniformes Mod lisation d un bassin versant disposant des mesures de d bits l exutoire et ayant un niveau de nappe pr sentant fluctuations de plus de 20 m tres en r action aux pluies efficaces validation du sch ma de calcul des d bits et des niveaux pi zom triques Comparaison avec les niveaux et d bits calcul s par le code discr tis MARTHE dans un aquif re travers par un cours d eau spatialis avec propagation amont aval Un didacticiel Thi ry 2013 pr sente la mise en uvre pratique de nombreuses mod lisations dans des contextes vari s et en particulier quatre des exemples de validation Avertissement Les donn es hydroclimatiques qui sont fournies avec la distribution du code de calcul sont destin es uniquement un usage didactique Pour des raisons de propri t intellectuelle elles ne doivent en aucun cas tre utilis es un autre usage Elles ont d ailleurs pu tre volontairement modifi es ou d natur es BRGM RP 62797 FR 13 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 2 Description du mod le GARD NIA Le
67. btient le volume QI coul pendant un pas de temps de dur e d En utilisant l expression 10 de H on obtient par int gration e dithg QI RUIPER Ln E ez H d th QI RUIPER La 1 2 1 e s 14 RUIPER H QI RUIPER Ln 1 avec THGM 1 1 e 15 RUIPER THGM BRGM RP 62797 FR 121 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation coulement rapide Par conservation de la masse ona QR H H d QI Soit en rempla ant H d et QI par leurs valeurs THGM 1 QR E H o THGM H RUIPER H RUIPER Ln 1 16 RUIPER THGM MISE EN EQUILIBRE DANS LE RESERVOIR H Dans cette impl mentation de GARDENIA on pratique un apport brutal sous forme d un Dirac c est dire qu on apporte instantan ment le volume d alimentation ALIMH en d but de pas de temps Soit H le niveau la fin d un pas de temps on a H H ALIMH Comme on est l quilibre on doit avoir la fin d un nouveau pas de temps H d H On a vu que THGM 1 THGM H RUIPER H d H soit en rempla ant H par H ALIMH THGM 1 THGM H ALIMH RUIPER H H ALIMH d o une quation du 2 degr de solution equ H 0 5 ALIMH RUIPER ne dans THGM 1 _ J 17 ALIMH RUIPER Il convient de remarquer que dans une impl mentation avec un flux constant QALIMH au lieu d un apport brutal de volume ALIMH on obtiendrait 0 5 RUIPER
68. but de simulation le code de calcul demande de donner un titre pour la simulation Figure 18 Ce titre est une ligne de commentaires qui figurera dans les fichiers en sortie de GARDENIA et sur les ventuels graphiques C est un l ment de tra abilit important FE _ Titre Donnez un descriptif pour le projet Niveaux Pi zo TILLOLOY Figure 18 D finition du titre descriptif de la simulation 3 3 4 Pr options Figure 19 r G Pre Options Profil d utilisation O simple 1 avanc Neige Pompage Pr vi etc Mode d ex cution C Contr le sur cran D f Rapide D Direct M Muet Op ration D f Calcul A Actualisation seule du fichier des param tres sa sor Figure 19 D finition ou modification des pr options BRGM RP 62797 FR 49 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation L utilisation avanc e permet en particulier de prendre en compte la fonte de la neige l influence de pompages dont on connait le d bit ou de r aliser des pr visions Elle permet galement de choisir des options moins souvent utilis es ann es hydrologiques pr vision ou des sch mas particuliers plusieurs composantes souterraines par exemple Le mode d ex cution permet de s lectionner e Une ex cution conversationnelle avec possibilit de v rifier et modifier les param tres e Une ex cution directe avec arr t chaque bassin e Une ex cution m
69. ch ma e Deficit initial de la r serve superficielle r serve utile C est la valeur initiale du d ficit de la r serve superficielle de type r serve utile Le d ficit est la diff rence entre la capacit de la r serve et l tat de remplissage de la r serve Par exemple si la capacit de la r serve est de 100 mm et que la r serve contient 80 mm d eau le d ficit est de 20 mm Par d faut le d ficit est gal 0 donc la r serve est pleine ce qui correspond le plus souvent l tat du d but de l ann e civile dans l h misph re nord e Unit mm e Valeur de d part conseill e 0 mm e Optimisation d conseill e e Deficit initial de la r serve superficielle progressive C est la valeur initiale du d ficit de la r serve superficielle progressive Le d ficit est la diff rence entre la capacit de la r serve et l tat de remplissage de la r serve Par exemple si la capacit de la r serve est de 300 mm et que la r serve contient 250 mm d eau le d ficit est de 50 mm Par d faut le d ficit est gal 0 donc la r serve est pleine ce qui est raisonnable en d but d ann e civile dans l h misph re nord e Unit mm e Valeur de d part conseill e 0 mm e Optimisation d conseill e Param tres hydrologiques pour la fonte de la neige e Correction globale des temp ratures La temp rature de l air moyenne la plus repr sentative du bassin versant n tant pas toujours connue
70. compos en deux composantes mais cette d composition n est pas forc ment unique et elle d pend de la formulation du mod le En d autres termes un autre mod le ou un autre jeu de param tres pourrait produire des r sultats comparables en terme de qualit de reproduction des d bits et ou des niveaux de nappe mais une d composition extr mement diff rente En pratique ce risque est diminu qhand le mod le est calibr simultan ment sur une s rie de d bits a l exutoire et sur une s rie de niveaux pi zom triques de nappe d autre part on peut affirmer que l coulement lent est plus lent que l coulement rapide mais il n y a pas de certitude qu il s agisse r ellement d coulement souterrain En revanche un mod le peut tre un bon moyen d valuer les apports efficaces annuels En effet lorsque les temps de m moire du syst me sont relativement brefs peu de reports inter annuels les apports efficaces calcul s par le mod le sont des donn es de d bits corrig es des effets de report d un mois ou d une saison l autre Flux unique entre les entr es et la sortie ces apports efficaces sont correctement identifi s condition que la calibration soit correcte Le risque en effet est que le mod le auquel on aurait laiss le choix de la superficie du bassin versant trouve une calibration erron e valuant des pluies trop lev es par exemple pour r pondre correctement des pointes de crues dan
71. cul 113 Figure 63 Module Etpturc d finition des fichiers de donn es dur e d insolation temp rature moyenne et humidit relative 114 Figure 64 Module Etpturc listage des fichiers d entr e et du fichier d ETP calcul e 114 Figure 65 Courbes de d croissance non lin aires du d bit sortant du r servoir H pour diff rents tats de remplissages de Ho RUIPER 0 1 tarissement lent droite Ho RUIPER 10 tarissement rapide gauche 121 Liste des Tableaux Tableau 1 Bassin de la Voulzie Comparaison des param tres des codes GARD NIA et MARTHE SSSR nn Re ne a M ee ei 109 10 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 1 Introduction Le code de calcul GARDENIA mod le Global A R servoirs pour la simulation des DEbits et des Niveaux Aquif res Thi ry 2003 2011 2013 est un mod le hydrologique global r servoirs pour la simulation des bassins versants partir de la s quence des donn es m t orologiques pr cipitations vapotranspiration potentielle sur un bassin d alimentation il permet de calculer le d bit l exutoire d un cours d eau ou celui d une source et ou le niveau pi zom trique en un point de la nappe libre sous jacente Les effets d un pompage ou d un ensemble de pompages situ s dans le bassin versant peuvent tre pris en compte GARDENIA est un mod le hydrologique global r se
72. d au coefficient d emmagasinement moyen de la nappe uniquement si le point d observation est situ loin de tout cours d eau Ce coefficient ne peut donc pas tre reli ais ment des interpr tations de pompages d essai dont la validit reste locale et qui tr s souvent sont r alis s sur de courtes p riodes et peuvent donner un coefficient d emmagasinement de nappe captive Le coefficient d emmagasinement de GARDENIA correspond plus a des variations de niveaux sur des p riodes beaucoup plus longues et le type de coefficient d emmagasinement a prendre en compte est celui d une nappe libre Par ailleurs le coefficient d emmagasinement au sens traditionnel est le plus souvent d fini avec une pr cision tr s inf rieure a 20 alors que des carts de 20 dans le bilan sont difficilement acceptables Dans le cas de calibration uniquement sur une s rie d observations de niveaux pi zom triques le bilan qui est r alis ne doit donc tre interpr t comme une analyse de flux qu avec d extr mes pr cautions Bien que ce soit une m thode d analyse un peu dangereuse des apports efficaces c est souvent la seule disponible et il ne convient pas de la rejeter a priori des temps de m moire tr s longs sont fr quents Les difficult s de leur identification sont donc plus importantes que pour les d bits Ces temps influent sur les autres param tres niveau de base et coefficient d emmagasinement en particulier
73. donn es par fichier et il y a un fichier par type de donn e P Les donn es de pluies seront lues dans la colonne n P Attention P ne signifie pas le caract re P mais un num ro de colonne pour les Pluies II en est de m me pour les param tres suivants E D N T S Q d signent des num ros de colonnes contenant les ETP D bits Niveaux Temp ratures pr cipitations Neigeuses et Pompages Num ro de la colonne des ETP D f 0 identique celle de la pluie 0 Les donn es d ETP seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n ralement dans la colonne n 1 E Les donn es d ETP seront lues dans la colonne n E Num ro de la colonne des D bits de rivi re D f 0 identique la pluie 0 Les donn es de d bits de rivi re seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n ralement dans la colonne n 1 D Les donn es de d bits seront lues dans la colonne nD Num ro de la colonne des Niveaux de nappe Def 0 identique la pluie 0 Les donn es de niveaux seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n ralement dans la colonne n 1 N Les donn es de niveaux de nappe seront lues dans la colonne n N Num ro de la colonne des Temp ratures D f 0 Identique a la pluie 0 Les donn es de temp ratures seront lues dans la m me colonne que celle de la pluie c est dire g n
74. e Pluviom trie Mensuelle La Neuvilleroy 2011 2013 53 39 64 9 54 49 79 33 32 120 73 52 84 52 4 59 etc Les donn es tant lues ann e par ann e il conviendra si on utilise ce format libre quelconque de toujours commencer une ann e sur une nouvelle ligne BRGM RP 62797 FR 85 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 5 Exemple d utilisation de GARDENIA Le bassin des Ondes 5 1 LE BASSIN DES ONDES La p riode de calcul commune aux diff rentes donn es correspond la p riode 1964 1968 a Pr cipitations ce sont des relev s d cadaires de la M t orologie nationale la station d Huparlac commune situ e sur la bordure sud du bassin versant Les donn es de 1963 ont t recueillies en outre pour initialiser le mod le fichier onde plu b vapotranspiration l ETP est d cadaire calcul e de 1963 1968 par la m thode de Turc 1961 partir des donn es climatiques de la station de Millau fichier onde etp c D bits les d bits de 1964 1968 sont extraits de l annuaire de l Agence de Bassin Adour Garonne pour constituer des fichiers d cadaires fichier onde deb e Les param tres impos s du mod le Afin d obtenir une calibration rapide et convenable du mod le GARDENIA il convient d une part d initialiser les param tres du mod le avec des valeurs plausibles d autre part de diminuer le nombre de ceux qui doivent tre optimis s automatiquement Pour le cas t
75. e l vapotranspiration potentielle au pas de temps journalier d cadaire ou mensuel par utilisation de la formule mensuelle de Turc 1961 avec ETP Rg Iga hr ETP 0 40 R 50 C 0 age ae h Rg Iga 0 18 0 62 Evapotranspiration potentielle par pas de temps mm Temp rature moyenne de l air sous abri pendant pas de temps en C Radiation solaire globale Dur e d insolation par pas de temps heures Dur e astronomique par pas de temps heures H est donn par des tables en fonction du mois et de la latitude Radiation solaire directe moyenne sous abri en cal cm j ou radiation atmosph rique Iga est donn par des tables en fonction du mois et de la latitude Coefficient correcteur C 1 si hr gt 50 c 14 2 si hr lt 50 Humidit relative moyenne mensuelle BRGM RP 62797 FR 111 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation D roulement des calculs Figure 60 Figure 64 112 m Message Les fichiers de donn es suivants doivent tre disponibles 1 un fichier Dur e d Insolation h pas de temps 2 un fichier Temp rature moyenne de l air C Eventuellement 3 un fichier d Humidit relative Les donn es doivent tre au format Excel_date cependant avec le pas de temps mensuel on peut utiliser le format Annuaire Avec le format Excel_date les donn es sont sous la forme Une ligne de titre descriptif une seule
76. e_Cor prn Luchon _Plu_Pure_Cor plu Nom du fichier Amiens plu Fichier Pluies v sue Figure 20 Nouveau projet d finition du fichier des pluies et des autres fichiers hydroclimatiques Le format de ces fichiers est d crit plus loin La constitution de ces fichiers selon ce format est facilit e par l utilisation du module Shalimar dont le fonctionnement est d crit bri vement plus bas 50 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les donn es d ETP peuvent tre acquises aupr s de M t o France Il est galement possible l aide module Etpturc d crit plus loin de calculer des ETP au pas de temps journalier d cadaire ou mensuel selon la formule mensuelle de Turc Turc 1961 partir des temp ratures mensuelles et des dur es mensuelles d insolation ensoleillement et ventuellement de l humidit relative 3 3 6 Options g n rales Figure 21 Ce sont des options d finies par des nombres entiers qui s appliquent tous les bassins Par d faut en cas de choix simple 1 Oui 0 Non G Options C i eE Nombre de Sites Bassins mod liser successivement h Type de donn e pour Pr vision Optimisat pompage 0 D bits 1 Niveaux Observations de D bits de Rivi re Importance entier 0 10 O Non o Observations de Niveaux de Nappe Importance entier 0 10 O Non 1 Calcul des D bits de Rivi re 0 Non
77. ec GARDENIA du d bit l exutoire d un bassin versant 104 Figure 54 L Austreberthe Saint Pa r D bit souterrain Simulation GARDENIA en bleu et simulation physique MARTHE en rouge Les courbes sont superpos es et iIndisScernabl s arrneo eea aae aaa aaae araa eaa Eae a MAN En en MS ne 104 Figure 55 Sch matisation du bassin de la Voulzie pour une mod lisation avec le code MARTHE Re eet hes Hite Mia ne tat tee APA GR en ne er sr nn 105 Figure 56 Maillage et position du cours d eau et du pi zom tre pour la mod lisation du bassin de la Voulzie avec le code MARTHE nnn 106 BRGM RP 62797 FR 9 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Figure 57 Simulation avec le code MARTHE du d bit de la Voulzie Jutigny et du niveau du pi zom tre St Martin Chennetron ccccceeceeeeeceeeeeeceeeseeeeeeeeeseeeeeeeaeeeeeeeeeneess 107 Figure 58 Comparaison de la simulation du niveau du pi zom tre St Martin Chennetron avec le code MARTHE et avec le code GARDENIA c cccccesseeeeeessneeeeeeseeeeesnaeeeeeeaas 107 Figure 59 Comparaison de la simulation du d bit de la Voulzie Jutigny avec le code MARTHE et avec le code GARDENIA iii 108 Figure 60 Module Etpturc cran d accueil ss 112 Figure 61 Module Etpturc pr sentation d un exemple d application simple 112 Figure 62 Module Etpturc d finition de la localisation et de la p riode de cal
78. emps mensuel pour toutes les donn es recueillir des s ries nombreuses de pluies d passant assez largement les limites du bassin versant dessiner les s ries et rep rer les p riodes concomitantes faire une analyse en composantes principales rep rer les donn es et les stations s cartant le plus du comportement g n ral corriger ventuellement le fichier et refaire l analyse cartographier diff rentes variables pluies moyennes interannuelles composantes principales rechercher d ventuelles liaisons altitude pluie mettre au point des m thodes de correction par application d une relation lin aire 20 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation affecter suivant plusieurs r gles et plusieurs pond rations les postes pluviom triques au bassin versant comparer les lames d eau ainsi calcul es estimer la pr cision de l valuation Remarque Une tude r gionale ne se distingue pas dans sa d marche de l tude pr c dente N anmoins il est commode de disposer de fichiers contenant les coordonn es des stations pluviom triques et les coordonn es des contours des bassins permettant de localiser et de cartographier les diff rents bassins versants tudi s Des proc dures automatiques d attribution des postes pluviom triques aux bassins versants permettent alors d all ger consid rablement les manipulations ult rieures 2 4 2 Analyse des vapotranspirat
79. ent d emmagasinement quivalent et le niveau de base local pour la simulation de niveaux pi zom triques e La superficie du bassin versant et un d bit ext rieur constant ce d bit ext rieur constant est le plus souvent impos gal z ro pour la simulation de d bits l exutoire 2 6 CALIBRATION DES PARAMETRES DU MODELE ET ANALYSE DES RESULTATS 2 6 1 Proc dure g n rale La calibration du mod le se fait par une proc dure semi automatique L hydrologue juge de la qualit d une simulation sur des crit res num riques et sur des appr ciations visuelles Son jugement d pend du but qu il s est fix de l appr ciation de la fiabilit des donn es il contr le le bilan des diff rents flux et juge de la vraisemblance des param tres partir d un jeu de param tres fourni par l utilisateur le mod le recherche un jeu de param tres lui permettant d am liorer un crit re num rique de qualit de l ajustement Ce crit re est choisi par l utilisateur dans le mod le GARDENIA celui ci a par exemple la possibilit de donner un poids plus important aux plus faibles valeurs afin de corriger l impact pr dominant des crues dans les carts observ s N anmoins ce crit re que le mod le optimise ne peut prendre en compte l ensemble des informations dont dispose l hydrologue le mod le n est pas calibr par une proc dure automatique universelle Il est calibr par l utilisateur qui cho
80. ent de prendre en compte l influence d un pompage ou d un ensemble de pompages dans la nappe sous jacente Le coefficient d influence du pompage sur les d bits de rivi re ce coefficient caract rise l amplitude de l influence des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits pomp s Le temps de 1 r action du d bit de la rivi re au pompage en mois Le temps de stabilisation de l influence du pompage sur le d bit de rivi re en mois Le coefficient d influence du pompage sur les niveaux de nappe ce coefficient caract rise l amplitude de l influence des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits pomp s Le temps de 12 r action du niveau de la nappe au pompage en mois Le temps de stabilisation de l influence du pompage sur le niveau de la nappe en mois En outre quatre autres param tres peuvent sur option tre optimis s par calibration du mod le partir de L quation lin aire qui transforme le niveau du r servoir souterrain du mod le en niveau pi zom trique observ L quation lin aire qui transforme la somme des vidanges des r servoirs du mod le en d bit observ l exutoire BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Comme expliqu plus haut ces quatre param tres sont e Le coeffici
81. ents affich s Figure 12 e On peut en particulier r utiliser le dernier fichier projet utilis pour r aliser un compl ment de calibration BRGM RP 62797 FR 45 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Nouveau Ctri N Ouvrir Ctri O Modifier Ctrl M Fermer Quitter D Gardenia Tutorial_Refer Durance_1971_2009 rga D Gardenia Tutorial_Refer St_ Paer Rouen_Deca rga D Gardenia Tutorial_Refer Somme_Abb_Glisy_1988_2007 rga D Gardenia Exemples Abb_90jou_Glisy_et_Senlis_TEST rga D Gardenia Exemples Abb_90jou_Glisy_et_Senlis rga D Essai PREMHYCE Calage_2_BV_Reu_1998_2011_5 1 _Logar_Final_Simu rga D Essai PREMHYCE Calage_2_BV_Reu_1987_2000_5 1 Logar_Final_Simu rga Figure 12 Menu Fichier Nouveau Ouvrir Fermer R cents 3 3 2 Cr ation d un nouveau projet Modification d un projet ou cr ation d un nouveau projet Figure 13 a Figure 15 Le nom du nouveau fichier projet ici Mon_Projet rma est d fini Figure 14 a I Fichier de Projet Modifier un fichier de Projet existant Figure 13 Cr ation d un nouveau projet 46 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARD NIA version 8 2 Guide d utilisation I Nom donner au nouveau Fichier P ojet OR D DATA D Gardenia Exemples 63 Rechercher dans Exemple P Organiser v Nouveau dossier ae v Images M Abb_90jou_Glisy rga m
82. er va reek de 97 Figure 46 Site de St Andr sol nu Cumuls des vaporation transpiration r elle et du drainage Comparaison des observations du LTHE symboles et des simulations par GARDENIA traits n anna a nn he a ho he eee 98 Figure 47 Site de St Andr ann e 1993 Cumuls de l vaporation transpiration r elle et du drainage gauche sol nu droite parcelle de ma s Symboles Observations du LTHE Traits simulations GARD NIA On note l vapotranspiration plus importante pour la parcelle de ma s suisses 99 Figure 48 Pi zom tre Perpignan influenc par des pompages Niveaux journaliers observ s et SIMUI S Sel rete ee Ne AO ee te Sd 100 Figure 49 Sch ma physique mod lis avec le code de calcul MARTHE pour la validation des calculs avec GARDENIA de l influence d un pompage sur un niveau de nappe 101 Figure 50 Pi zom tre Perpignan comparaison de l influence du pompage sur le niveau pi zom trique calcul avec le code MARTHE en rouge et avec le code GARDENIA en DIGU Listen ete hein inter AE citer 101 Figure 51 D bit de l Austreberthe St Pa r simul par le code GARDENIA e0eeeseeees 102 Figure 52 Composante souterraine du d bit de l Austreberthe St Pa r calcul e par le code GARDENIANE Sr A ne ins cde re sens te Nine Release sein tait ee 103 Figure 53 Sch ma physique mod lis avec le code de calcul MARTHE pour la validation des calculs av
83. es ce param tre e Correction globale des Pluies C est un coefficient de correction de la lame d eau charg de compenser une mauvaise repr sentativit des donn es pluviom triques issues des observations faites sur des stations dispers es C est un coefficient de correction exprim en pourcentage toutes les pluies de tous les pas de temps sont corrig es globalement d un m me pourcentage e Unit e Valeur de d part conseill e 0 e Optimisation non conseill e sauf si les pluies exactes sont mal connues en r gion montagneuse par exemple Exemple Une valeur gale 15 signifie 15 c est dire multiplication de toutes les pluies par 1 15 e Correction globale de l ETP C est un coefficient de correction de l ETP charg de compenser une mauvaise repr sentativit des donn es d ETP issues de stations m t orologiques loign es Ce coefficient int gre galement les facteurs culturaux d finissant l vaporation maximale un stade v g tatif donn C est un coefficient de correction exprim en pourcentage toutes les ETP de tous les pas de temps sont corrig es globalement d un m me pourcentage e Unit e Valeur de d part conseill e 0 e Optimisation conseill e e Capacit de la r serve superficielle r serve utile C est la capacit de la r serve superficielle L ETP agit dans la limite de cette capacit Une pluie efficace peut survenir uniquement quand cet
84. es hydrologiques capacit de r serve superficielle temps de tarissement coefficient de correction de la lame d eau qui seront d crits plus bas 2 3 1 La lame d eau La lame d eau pendant le pas de temps en mm pas de temps est une moyenne pond r e des pr cipitations des diff rents postes pluviom triques relatifs au bassin versant En cas de pr cipitations neigeuses l quivalent en eau de la neige peut tre ajout la pluie ou bien tre trait s par ment Il est n cessaire d effectuer au pr alable une critique des donn es permettant la reconstitution des ventuelles donn es brutes manquantes la s rie devant tre ininterrompue La lame d eau peut se calculer par une des m thodes d interpolation suivantes m thode des isohy tes polygones de Thiessen moyenne arithm tique autres pond rations arbitraires avec ou sans correction des diff rences d altitude entre bassin et poste pluviom trique analyse en composantes principales krigeage 18 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Si plusieurs postes pluviom triques sont disponibles il est conseill de tous les utiliser pour l analyse et la critique des donn es Ensuite on choisira un syst me de pond ration qui r duira l influence des erreurs al atoires pouvant affecter certains postes 2 3 2 L vapotranspiration potentielle ETP La valeur utilis e est g n
85. es deux exutoires en mm e Temps de demi tarissement du r servoir G2 temps de demi tarissement lent en mois e Coefficient d change souterrain externe en e Temps de retard ou temps de concentration en pas de temps Les coefficients correctifs Ils sont destin s prendre en compte l ventuelle non repr sentativit des entr es telles qu elles ont pu tre estim es vis vis des conditions m t orologiques qui agissent r ellement sur le bassin versant e Coefficient de correction de la lame d eau charg de compenser une mauvaise repr sentativit des donn es pluviom triques issues des observations faites sur des stations dispers es en e Coefficient de correction d ETP dont le but est similaire en Les param tres de fonte de neige Ils permettent de simuler les divers ph nom nes pouvant affecter le stock de neige r sultant de pr cipitations hivernales e Constante de correction de la temp rature destin e tenir compte d un ventuel cart entre la temp rature moyenne la plus repr sentative du bassin versant et la temp rature BRGM RP 62797 FR 35 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 36 fournie au mod le partir d une pond ration effectu e sur les donn es des stations m t orologiques les plus proches c est un d calage de temp rature constant en C Pourcentage de r tention maximale d eau liquide d un stock neigeux en Coeff
86. es lois d crivant le fonctionnement du code de calcul GARDENIA correspondent une simplification des lois physiques complexes r gissant les coulements dans un bassin versant r el Le but de cette validation est de montrer que le sch ma de fonctionnement du code de calcul GARD NIA n est pas de type bo te noire ou traitement du signal mais correspond un sch ma physique simplifi ce qui est un gage important de robustesse La robustesse est la capacit produire des simulations fiables y compris dans des conditions de fonctionnement s cheresses changement climatique diff rentes de celles de la p riode de calibration Cette validation est r alis e principalement par comparaison avec des r sultats de mod lisation d hydrosyst mes r els avec le code de calcul MARTHE du BRGM qui utilise une approche physique avec une discr tisation par volumes finis selon la loi de Darcy en milieu satur et non satur BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les cing exemples de validation pr sent s sont les suivants O Mod lisation des donn es d un lysim tre recouvert de v g tation et suivi pendant plus d un an et demi validation du sch ma de calcul de l ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesures de drainage et des mesures de teneur en eau par sondes neutrons Mod lisation de parcelles exp rimentales en sol nu ou avec culture de ma s pendant 3 ans
87. faut cependant comme on l a expliqu plus haut tre extr mement prudent quant l interpr tation des deux composantes de l coulement coulement rapide et coulement lent L coulement lent est plus lent que l coulement rapide mais il n y a pas de certitude qu il s agisse d un coulement souterrain Fichiers utilis s en entr e en sortie Onde gar gardepara out e Onde plu e tabl_param prn e Onde etp minmaxmoy prn e Onde deb e moybilan prn e tabl_criter prn 88 BRGM RP 62797 FR Fichier des pluies onde plu Pluie d cadaire HUPARLAC 21 8 38 5 28 Oo 51 16 35 154 57 63 D JHOHUOIN BE I N w A N e O1 37 7 50 24 0 6 9 9 3 26 3 87 5 85 1 70 23 3 30 3 17 6 37 65 7 33 7 38 9 62 6 24 48 7 19 190 1 3 6 16 39 6 14 6 87 6 6 5 40 2 46 54 8 33 8 Fichier des ETP onde etp ETP d cadaire MILLAU 5 34 21 2 34 28 30 16 4 27 40 26 29 N O Ur O HA U1 WW UW 0 3 30 2 5 46 27 2 36 27 23 32 1 26 19 m amp N O HA O HA W BOW DO 0 38 27 1 32 25 5 31 19 6 50 25 7 36 23 U HA 1 amp O0 HA N O N WW Oo 1 11 47 2 32 24 42 0 36 2 49 22 15 OWOUrRrADARWOOBRNATOW DO Fichier des d bits onde deb D bits moyens 1 448 0 72 0 369 0 368 0 76 0 098 0 438 1 312 1 394 3 451 0
88. fichier de la recharge et de la pluie efficace calcul es 0 Non Pas de sauvegarde 1 Oui Sauvegarde de la recharge la nappe et de la pluie efficace La recharge est la fraction de la pluie qui alimente le r servoir souterrain repr sentant la nappe C est donc la fraction de la pluie restant apr s action de l vapotranspiration et apr s soustraction du flux de ruissellement et percolation Si la sauvegarde est demand e la recharge calcul e sera sauvegard e dans le fichier de nom garde rech _peff prn importable directement dans Excel ou son quivalent Elle sera galement sauvegard e dans le fichier garderech out BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation La pluie efficace est la fraction de la pluie restant apr s action de l vapotranspiration dans le r servoir sol Si la sauvegarde est demand e la pluie efficace calcul e sera galement sauvegard e dans le fichier de nom garde rech peff prn importable directement dans Excel ou son quivalent Elle sera galement sauvegard e dans le fichier gardepef out e Sauvegarde des d bit de rivi re et ou des niveaux de nappe simul s 0 Non Pas de sauvegarde 1 Oui Sauvegarde des d bits de rivi re et ou des niveaux de nappe simul s gt Il est possible de demander la sauvegarde des d bits de rivi re simul s et ou des niveaux de nappe simul s Si la sauvegarde est demand e les d bits de rivi
89. fois suivie des donn es 1 ligne par pas de temps sous la forme ji mm aaaa valeur s parateur tabul espaces ou Avec le format Annuaire les donn es sont sous forme pour N ann es Une ligne de titre descriptif suivie de N lignes de 12 fois colonnes de 8 caract res 12 valeurs ligne Janvier D cembre Figure 60 Module Etpturc cran d accueil Message 9 Exemple de donn es annuaire mensuelles Un fichier de dur e d insolation Commune Orl ans Insolation 2005 2007 latit 49 deg Unit h mois 73 49 84 134 218 211 279 187 181 83 90 482005 59 64 92 162 219 185 180 209 204 134 96 71 2006 71 115 89 158 134 187 180 238 154 89 79 452007 Un fichier de temp rature moyenne de l air Commune Orl ans Temp rature 2005 2007 latit 49 deg Unit Degr s C 15 36 65 8 7 122 15 9 17 8 169 154121 63 62005 1 2 64 59 86 12 14 9 163185 16 7 105 48 222006 3 3 22 98 9 8 125 15 2 17 6 185 16 1 11 68 4 1 2007 Figure 61 Module Etpturc pr sentation d un exemple d application simple BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Pr sentation d un exemple d application simple avec Un fichier de dur e d insolation en heures par mois Un fichier de temp rature moyenne mensuelle en C La temp rature moyenne est g n ralement prise comme la demi somme de la temp rature minimale et de la temp rature maximale
90. fonction Production est r alis e uniquement dans le r servoir superficiel nous n employons pas dessein le terme r serve facilement utilisable qui est celui utilis par les agronomes pour faire un bilan au niveau des racines des plantes La capacit du r servoir superficiel est en fait la r serve disponible pour l vapotranspiration ou la capacit de r tention hors eau li e Elle int gre galement la capacit d interception par les parties a riennes de la v g tation ainsi que les volumes des ventuelles d pressions la surface du sol flaques sillons etc Pluie vapotranspiration Neige ETP v t R serve superficielle U Pluie efficace t Figure 5 Le r servoir superficiel Deux sch mas de r servoirs superficiels sont possibles e Un r servoir sol de type r serve utile qui fonctionne en tout ou rien e Un r servoir sol progressif avec des lois quadratiques fonction de l tat de remplissage de ce r servoir Le r servoir sol est aliment par la pluie et la fonte de la neige si elle existe au contact du sol Il est soumis l vapotranspiration r elle ETR e R servoir sol de type r serve utile o Sila pluie est sup rieure l ETP Pluie efficace 0 tant que le r servoir n est pas encore totalement rempli Pluie efficace Pluie ETP quand le r servoir sol devient totalement rempli o SilETP est sup rieure la pluie
91. fond Ce param tre est utilis uniquement en cas de calcul de d bits de rivi re Unit Valeur de d part conseill e 0 Optimisation ventuellement dans un 2 temps Parametres physiques pour une utilisation avanc e e Temps de 1 2 transfert vers la nappe profonde Si on a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma un seul r servoir souterrain option 1 cas g n ral ou bien un sch ma avec un r servoir souterrain deux exutoires s par s par un seuil option 3 ce param tre n est pas utilis Si on a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma deux r servoirs souterrains option 2 ce param tre indique le temps de demi transfert du r servoir souterrain rapide vers le r servoir souterrain lent Unit mois Valeur de d part conseill e 1 mois Optimisation conseill e si on a choisi ce sch ma e Seuil d coulement souterrain n 1 en cas de r servoir souterrain double Si on a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma avec un seul r servoir souterrain option 1 ou bien un sch ma avec deux r servoirs souterrains option 2 ce param tre n est pas utilis Si on a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma avec un r servoir souterrain deux exutoires s par s par un seuil option 3 ce param tre indique le seuil de remplissage du r servoir souterrain au dessus duquel se produit un coulement souterrain
92. ges souterrains externes Dans les bassins versants ayant une composante souterraine cons quente il est fr quent que des changes souterrains se produisent avec l ext rieur e l peut arriver qu une partie de la composante souterraine n apparaissent pas dans le d bit mesur l exutoire Cette partie de l coulement souterrain peut se propager dans la nappe souterraine lat ralement vers l ext rieur du bassin ou bien sous la section de jaugeage On a donc une perte de d bit change souterrain n gatif Ce d bit perdu appara tra dans un bassin voisin ou bien dans la mer e A l oppos il peut arriver qu un d bit souterrain additionnel provienne d un bassin versant voisin On a alors un gain de d bit change souterrain positif Dans le code de calcul GARDENIA ces changes souterrains sont mod lis s avec un coefficient d change souterrain externe Q_Echang_Souterr Fact_Echang QG1_ Avant _Echang soit Q_Echang_Souterr QG1 Fact_Echang 1 Fact_Echang Dans le cas d un sch ma avec un r servoir souterrain a deux exutoires la composante souterraine p renne est le d bit QG2 Q_Echang_Souterr QG2 Fact_Echang 1 Fact Echang Dans tous les cas les changes souterrains affectent la composante souterraine du d bit calcul mais n affectent pas le niveau du r servoir souterrain Ils n affectent donc pas le niveau de la nappe calcul 2 5 5 Les s ries calcul es par le mod le
93. icient caract risant la sublimation du manteau neigeux dans une atmosph re o l ETP n est pas totalement satisfaite par les apports pluviom triques en Un stock de neige s il est suffisamment fourni perd par sublimation un volume d eau quivalent a Pn 1 CSubl 100 o Pn repr sente l ETP r siduelle non satisfaite par la pluie et CSubl est ce coefficient de sublimation Pourcentage de correction de la fonte d un stock neigeux par une pluie PN la temp rature Temp r La quantit de neige susceptible de fondre par ce ph nom ne vaut PN x 1 CFont 100 x Temp r 80 la chaleur latente de fusion valant 79 calories par gramme arrondie 80 o CFont est ce facteur correcteur de fonte en Seuil de temp rature proche de 0 C au dessous duquel la neige ne fond plus II s agit en fait d un terme correctif entre la temp rature de l air et la temp rature de la neige en Degr jour C est la hauteur d eau quivalente la quantit de la neige susceptible de fondre quotidiennement si le stock neigeux est suffisamment fourni sous l action d un exc s de temp rature de 1 C au dessus du seuil de fonte en mm C jour Hauteur d eau quivalente la quantit de neige susceptible de fondre quotidiennement si le stock neigeux est suffisamment fourni sous l action des calories d gag es par le sol en 1 10 mm jour Les param tres d influence de pompages Ils permett
94. inement libre 1 07 R seau hydrographique e Le r seau hydrographique est constitu d un seul affluent orient Nord Sud situ au milieu du domaine donc l abscisse 7 25 km On consid re pour simplifier que son lit est horizontal ainsi que l altitude de la surface libre de l eau o Largeur du cours d eau 0 015 km soit 15 m o Longueur des tron ons de cours d eau 0 5 km par maille o Altitude de la cote du fond du lit 107 m NGF o Cote absolue de l eau dans le cours d eau 107 62 m NGF o Epaisseur du lit et des berges 0 1m o Perm abilit du lit et des berges 10 m s Parametres du bilan hydroclimatique Dans tout le domaine on fixe les param tres suivants e Capacit du r servoir sol progressif 103 mm e Hauteur d qui ruissellement 405 mm e Temps de 2 percolation 4 4 mois s a d d ONG Pi zom tre a oor NOD oF N Oo A 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Figure 56 Maillage et position du cours d eau et du pi zom tre pour la mod lisation du bassin de la Voulzie avec le code MARTHE Avec ces param tres on calcule alors avec le code MARTHE au pas de temps mensuel l volution du d bit l exutoire du syst me et l volution du niveau pi zom trique au pi zom tre de 1962 2004 La p riode 1962 1973 sert l initialisation des tats du mod le La Figure 57 montre que l volution des d bits de la rivi re
95. infinie Cas particulier Si la valeur donn e pour cette pluie efficace moyenne est gale 0 chaque it ration le mod le fait un pr calcul pour d terminer la pluie efficace moyenne r sultant des pluies et des ETP de toute la p riode de simulation et de la capacit de la r serve superficielle Cette m thode peut cr er des instabilit s et il est plut t conseill de donner une pluie efficace moyenne ventuellement apr s un premier calcul de d grossissage Unit mm an e Valeur de d part conseill e 100 a 200 mm an Optimisation Ce param tre n est pas optimisable BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e D bit ext rieur ventuel Ce d bit ext rieur Qo en m s est un d bit non contr l par la mesure l exutoire Le d bit observ Qoss se d duit du d bit calcul Qca par la relation Qoss Qca Qo cart simulation Unit m s Valeur standard 0 m s Ce d bit ext rieur doit tre en principe impos 0 sauf dans des cas tr s particuliers fuite du bassin exportation ou importation d eau par un canal pr l vement changes lat raux de bassin bassin Optimisation non conseill e en utilisation classique e Superficie du bassin versant C est la superficie du bassin versant Cette superficie est g n ralement la superficie du bassin versant telle qu elle est d termin e partir d une carte topographique ou publi
96. ion de l quation diff rentielle 1 ou 2 donne le niveau G t en fonction du temps G t Go e 9 4 soit G d Go 9 a la fin d un pas de temps de dur e d D apr s l quation 1 ou 2 le d bit instantan qg par unit de superficie est donn par dG G n G t soit e qg dt g ag tg d ou on obtient par int gration entre les temps 0 et d le volume QG coul pendant un pas de temps de dur e d QG G l e soit QG Go TGM 5 en posant TGM 1 1 e 1 1 e O27 6 TGM constante de temps du mod le exprim e en pas de temps du mod le BRGM RP 62797 FR 119 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation NIVEAU DANS LE R SERVOIR H Deux types de vidanges se font simultan ment coulement rapide non lin aire qr H thg RUIPER 7 percolation vers G1 qi H thg 8 On voit que qr qi H RUIPER La hauteur RUIPER est donc la hauteur de H pour laquelle les deux vidanges percolation et coulement rapide sont gales quand H gt RUIPER l coulement rapide qr est pr pond rant quand H lt RUIPER la percolation qi est pr pond rante Pour supprimer l coulement rapide il suffit donc d imposer une tr s forte valeur de RUIPER gale l infini en pratique on impose la valeur code de 9999 mm SOLUTION ANALYTIQUE ie r qi qr q H H H us H eaa 9 dt thg RUIPER thg d o on obtient par int gration la solution
97. ions potentielles Il n est pas question dans la majeure partie des tudes de r aliser une tude fine de vapotranspiration Les donn es disponibles sont trop peu nombreuses les fluctuations climatiques sont trop faibles vis a vis des incertitudes pesant sur la pluie et sur le sch ma hydrologique pour que l on s attarde a une discussion exhaustive des diff rentes mesures et m thodes de calcul Il s agit pour le mod le de disposer d un indice pr sentant les variations saisonni res principales du ph nom ne La formule de Penman ou la formule mensuelle de Turc 1961 est alors amplement suffisante N anmoins il est important de garder l esprit qu il ne s agit l que d un indicateur des carts de l ordre de 20 en moyenne sont tout fait possibles De tels carts existent entre valuations r alis es avec des m thodes diff rentes formules de Penman de Turc de Brochet Les donn es d vaporom tres peuvent galement servir d indicateur bac Colorado de classe A etc On prendra soin cependant de ne pas m langer dans une m me s rie des donn es de diff rentes provenances elles ne sont g n ralement pas comparables Apr s valuation des ETP par la formule mensuelle de Turc voir le chapitre relatif l utilisation du module Etpturc on pourra ventuellement utiliser les facteurs culturaux d finissant l vaporation maximale un stade v g tatif donn pour diff rentes cultures N a
98. ires pour le format Excel_ Date ou le format libre Dans tous les cas le fichier commence par un titre descriptif Il doit avoir le nombre de donn es n cessaire et suffisant correspondant au pas de temps puisque les dates ne sont pas lues Les ventuelles valeurs manquantes seront remplac es une valeur manquante Chaque ann e y compris la derni re doit tre compl te En format journalier il ya 365 ou 366 valeurs par an selon si l ann e est bissextile Les ann es ne sont pas s par es les unes des autres par des titres ou au autre Dans tous les cas les donn es sont s quentielles c est dire que chaque ann e va du jour n 1 au jour n 365 ou bien de la d cade n 1 la d cade n 36 etc 84 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 4 2 2 Donn es temporelles en format libre Le format libre est d conseill car tant peu lisible il ne permet pas facilement la d tection des erreurs Il peut tre donn sous deux formes Le format libre en colonne Exemple de donn es mensuelles en format libre en colonne Pluviom trie Mensuelle La Neuvilleroy 2011 2013 53 0000000 39 0000000 64 0000000 9 00000000 54 0000000 etc Le format libre quelconque Il peut y avoir plusieurs valeurs par ligne condition qu elles soient s par es par un ou plusieurs espaces Exemple de donn es mensuelles en format libre quelconqu
99. isit le sch ma hydrologique et les param tres optimiser en tant assist par les algorithmes d optimisation int gr es au code de calcul Cette calibration se d roule donc en plusieurs tapes l utilisateur fournit un jeu de param tres r aliste et d cide quels param tres il accepte d optimiser et dans quelles limites pour am liorer les crit res d ajustement qu il a choisis l issue d un certain nombre d essais it rations de la proc dure de calibration le mod le fournit une simulation et un jeu de param tres qui donnent une meilleure valeur du crit re d ajustement choisi L analyse des r sultats comporte diff rents aspects examen graphique qualit de reconstitution diff rentes p riodes hautes eaux basses eaux analyse des bilans ann e par ann e examen des param tres obtenus et de leur vraisemblance analyse des essais successifs par le mod le l issue de cet examen l utilisateur peut intervenir sur des s ries de donn es un mod le est en effet un excellent outil d analyse conjointe des donn es de pluies et de d bits et ou de niveaux pi zom triques on peut tre amen changer de poste pluviom trique ou recalculer la lame d eau choisir un nouveau jeu de param tres et modifier les options d optimisation param tres faire varier contraintes sur les variations BRGM RP 62797 FR 37 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation
100. l influence des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits pomp s 34 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Le temps de 1 2 r action du niveau de la nappe au pompage selon une loi exponentielle e Le temps de stabilisation de l influence du pompage sur le niveau de la nappe selon une loi exponentielle 2 5 8 Description des param tres hydrologiques du mod le Les param tres hydrologiques se divisent en param tres dimensionnels coefficients correctifs facultatifs et ventuellement en param tres de fonte de la neige et en param tres contr lant l influence de pompages Les param tres hydrologiques dimensionnels Ils caract risent le fonctionnement des diff rents r servoirs e Capacit du r servoir RU de type r serve utile ou r serve disponible pour l vapotranspiration en mm e Capacit du r servoir sol progressif en mm e Temps de demi mont e du r servoir G1 temps de 1 2 percolation en mois e Hauteur dans le r servoir H pour laquelle il y a r partition gale entre coulement rapide et percolation en mm e Temps de demi tarissement du r servoir G1 en mois e Temps de demi mont e du r servoir G2 temps de demi transfert de G1 G2 en mois ou bien dans le cas d un seul r servoir souterrain unique avec deux exutoires e Seuil de s paration entre l
101. les D bits Niveaux calcul es compatible Excel Figure 30 Fin des calculs rappel des noms des fichiers de r sultats g n r s 3 4 LES R SULTATS PRODUITS PAR LE MOD LE Le mod le GARD NIA calcule une s rie de d bits et ou de niveaux pi zom triques partir de donn es climatiques et d un jeu de param tres Apr s les calculs on obtient les r sultats suivants dans des fichiers textes Crit res d ajustement entre les d bits et ou niveaux calcul s et les d bits et ou niveaux observ s s ils existent d tails des calculs fichier gardelis txt Bilan mensuel ou annuel de toutes les ann es avec pluie ETP ETR coulement rapide coulements lent et tr s lent tat des principaux r servoirs etc dition sur option uniquement fichier bilmens prn qui peut tre lu et dessin par Excel Visualisation sur cran des s ries de d bits et ou niveaux simul s avec ventuellement d composition du d bit en composantes rapide et composante lente Edition sur fichier de la pluie efficace et de la recharge calcul e fichier garde_rech_peff La pluie efficace comprend le ruissellement et l infiltration la recharge est la composante alimentant le r servoir souterrain La s rie de recharge calcul e peut tre utilis e comme entr e pour un mod le hydrodynamique de nappe par exemple Edition sur fichier des d bits et ou
102. llement il faut souvent dix quinze ann es de mesures pour identifier des fluctuations pi zom triques pluriannuelles Cela ne signifie pas que lorsqu on ne dispose que de cinq ans de donn es le syst me hydrologique n a pas de longs temps de m moire C est simplement qu il est illusoire de chercher les identifier l aide d un mod le aussi labor soit il Si on est conduit r aliser des extensions de donn es sur un tel bassin il convient donc d tre extr mement prudent quant aux valeurs obtenues Ce temps de m moire n cessite par ailleurs que toute simulation d ann es de calibration soit pr c d e d un nombre suffisant d ann es de d marrage il s agit de monter progressivement en r gime un syst me qui comporte des stocks importants A la date du d but des observations il faut initialiser ces r servoirs Des proc dures ont t mises au point pour limiter ces ann es de d marrage un nombre raisonnable dans le mod le GARDENIA On part alors g n ralement d un tat qui correspond au r gime permanent stationnaire du syst me n anmoins quelques ann es de d marrage r elles restent n cessaires apr s la mise en r gime permanent e Interpr tation des param tres et choix des param tres initiaux Malgr les performances des m thodes de recherche utilis es par le mod le le choix des param tres initiaux est essentiel Pour chaque mod le nous fournissons un guide des valeurs
103. m et le d bit de drainage a t mesur la profondeur de 80 cm L vapotranspiration r elle a alors t d termin e par bilan connaissant le d bit de percolation et la variation de stock total dans la tranche de 80 cm Pour chaque ann e on dispose de mesures pendant 30 60 jours Ces donn es concernent Les teneurs en eau 8 profondeurs Les succions 5 profondeurs Le d bit de drainage L vapotranspiration r elle calcul e Pour obtenir une s rie continue de d bits sur toute la p riode 1991 1993 on a mod lis le site de mani re physique avec le code de calcul MARTHE du BRGM Cette mod lisation a permis d obtenir une tr s bonne simulation des teneurs en eau des succions des vapotranspirations et du drainage On a utilis la s rie du drainage calcul par le code de calcul MARTHE pour calibrer les param tres du mod le GARDENIA en simulation Pluie D bit de drainage On dispose sur la p riode 1991 1993 des donn es journali res continues de e ETP journali re mm j Pour le sol nu bare soil et pour le sol cultiv e Pr cipitations irrigations mm e Drainage calcul par le code de calcul MARTHE mm j La mod lisation de ce site avec GARDENIA est d crite en d tails par Thi ry 2013 6 2 1 R sultats obtenus sur la parcelle de sol nu La calibration automatique sur la p riode 1991 1993 permet d obtenir une simulation excellente avec le code GARDENIA Figure 45
104. m ro du r servoir souterr lt gt Niveau nappe si 2 r serv souterr def 1 Nombre d ann es finales ignorer pour le calage def 0 1 0 o o o 0 d ee om Figure 25 D finition ou modification des param tres g n raux nombre d ann es nombre d it rations nombre de r servoirs etc 3 3 9 Param tres physiques Figure 26 Ce sont les param tres physiques permettant de calculer les d bits de rivi re et les niveaux de nappe BRGM RP 62797 FR 67 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Param tres H lydrologiques ea em a Foto dain let CEE a et a fon nies STOP x Figure 26 D finition ou modification des param tres physiques capacit ou constantes de demi tarissement des r servoirs Param tres hydrologiques hors fonte de neige 68 Pluie Efficace moyenne annuelle pour initialisation Ce param tre est utilis uniquement si dans le paragraphe Param tres G n raux du bassin l option choisie pour l Etat initial des r servoirs du mod le est gale 0 c est dire initialisation par pluie efficace moyenne annuelle Le mod le se met en quilibre par rapport cette pluie efficace moyenne annuelle exprim e en mm an Les r servoirs du mod le sont alors dans l tat qui serait obtenu si le syst me tait soumis cette pluie efficace moyenne pendant une dur e
105. n versant g ologie couverture v g tale etc Les param tres doivent donc tre d termin s soit par ajustement calibration sur une ou deux s ries d observations soit exceptionnellement par transposition partir de la mod lisation de bassins versants proches et de caract ristiques similaires e Calibration calage des param tres La calibration ou calage consiste ajuster les valeurs des param tres du mod le de telle sorte qu ils permettent de calculer des d bits et ou des niveaux pi zom triques aussi proches que possible des d bits et ou des niveaux pi zom triques observ s Les donn es n cessaires la calibration des param tres sont des s ries temporelles ininterrompues d entr es du mod le pluie et vapotranspiration ventuellement temp rature de l air s il y a prise en compte de la fonte de la neige BRGM RP 62797 FR 15 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation ventuellement une s rie temporelle de d bits de pr l vement ou d injection dans le bassin une ou deux s rie temporelle d observations d bits l exutoire et ou niveaux pi zom triques non n cessairement continues mais pour une p riode concomitante aux s ries pr c dentes Cette s rie ou ces deux s ries seront compar es avec les sorties du mod le Trois cas sont possibles on peut disposer au choix de e une s rie d observations des d bits l e
106. niveaux pi zom triques calcul s fichier gardesim prn et fichier gardesim out Edition sur fichier des valeurs finales des param tres du mod le pour un compl ment de calibration ou pour une extension de donn es fichier gardepara out Edition sur fichier s par d un tableau r capitulatif des param tres hydrologiques de tous les bassins tudi s simultan ment fichier tabl_param prn galement en cas de prise en compte de la fonte de la neige le fichier tabl_neig prn contient les param tres de fonte de la neige 78 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les fichiers suivants permettent une tude comparative dans une r gion dition sur fichier s par d un tableau r capitulatif des crit res de calibration coefficients de Nash coefficients de corr lation biais fichier tabl_criter prn dition sur fichier s par des valeurs minimales maximales et moyennes simul es et calcul es minmaxmoy prn dition sur fichier s par des bilans annuels moyens moybilan prn dition sur fichier s par des r ponses impulsionnelles reponse_impuls prn Figure 31 R ponse Pluie efficace gt Niveau R ponse Pluie efficace gt Niveau 14 120 12 100 10 E S 80 E 8 R p_Impuls_Niv E R
107. nmoins la complexit l chelle du bassin versant est telle qu il ne semble pas n cessaire d utiliser de tels facteurs de correction Quand on ne dispose pas de donn es on peut parfois se contenter d une valuation d vapotranspiration moyenne interannuelle pour chaque mois 2 4 3 Analyse des d bits ou des niveaux pi zom triques Les s ries d entr e doivent tre sous forme d un historique continu de donn es pas de temps constant En revanche les s ries d observations servant la calibration du mod le donn es de d bit et ou de niveau de nappe peuvent pr senter des lacunes Il serait inutile et m me dangereux d employer une quelconque m thode de reconstitution des donn es manquantes pour calculer des valeurs suppl mentaires qui serviraient la calibration Il est bon toutefois de repr senter sur un m me graphique diff rents pas de temps si possible les pluies et les d bits et ou les niveaux avant d entreprendre une simulation Des v nements particuliers peuvent alors tre identifi s d bits exceptionnels non pr c d s de pluies pisodes pluvieux notables n ayant pas contribu l coulement baisse ou remont e brusque de niveaux pr sence de pompages ou arr t de ceux ci BRGM RP 62797 FR 21 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Dans de nombreux cas des erreurs de report et de saisie des donn es peuvent ainsi tre d tect es avant tout calcul Par ailleu
108. nsolation temp rature moyenne et humidit relative Les ETP mensuelles calcul es sont dit es dans le fichier de nom etp dat Elles sont exprim es en mm pas de temps Si des d tails sur listing ont t demand s le d tail des calculs est donn dans le fichier de nom etpturc txt Exemple de fichier d Insolation mensuelle en heures par mois Commune Chateauvieux Insolation 2005 2007 latit 49 deg UNITE h mois 73 49 84 134 218 211 279 187 181 83 90 48 2005 59 64 92 162 219 185 180 209 204 134 96 71 2006 71 115 89 158 134 187 180 238 154 89 79 45 2007 Exemple de fichier de temp rature mensuelle moyenne en C Commune Chateauvieux Temp rature 2005 2007 latit 49 deg UNITE Degr s 1 5 3 6 6 5 8 7 12 2 15 9 17 8 16 9 15 4 12 1 6 3 6 2005 1 2 6 4 5 9 8 6 12 14 9 16 3 18 5 16 7 10 5 4 8 2 2 2006 3 3 2 2 9 8 9 8 12 5 15 2 17 6 18 5 16 1 11 6 8 4 1 2007 Fichier etp dat contenant ETP mensuelle calcul e en mm par mois Situation Chateauvieux ETP mensuelle Calcul e UNITE mm mois 0 11 28 5 49 3 86 5 98 8 120 8 86 3 68 34 17 3 12 4 2005 3 7 18 4 27 5 53 5 85 9 89 3 91 1 95 4 75 5 37 9 14 5 6 1 2006 9 5 9 8 38 57 3 69 1 90 7 94 5 102 6 64 33 17 4 9 2 2007 Figure 64 Module Etpturc listage des fichiers d entr e et du fichier d ETP calcul e 114 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 8 R f rences bibliographiques Dagneaux D 2010 tude d impact
109. nt d emmagasinement apparent n est pas connu pr cis ment et il devra tre calcul par le mod le Il sera int ressant de comparer ce coefficient un coefficient d emmagasinement en nappe libre ou une valeur de porosit efficace pour voir si l ordre de grandeur est peu pr s identique Il faut cependant garder l esprit que si le point d observation du niveau de nappe est proche d un cours d eau ou d un lac qui impose un niveau peu variable le coefficient d emmagasinement apparent sera consid rablement sup rieur au coefficient d emmagasinement en nappe libre r el de l aquif re Il faut galement veiller a ce que le coefficient d emmagasinement apparent calcul ne soit pas extr mement faible pour compenser artificiellement le fait que le mod le a vacu la majorit de l coulement sous forme d coulement rapide superficiel BRGM RP 62797 FR 69 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Unit sans unit e Valeur standard valeur estim e sans importance si elle est optimis e e Optimisation conseill e en cas de calibration sur une s rie de niveaux de nappe En cas de calibration du mod le sur une s rie de niveaux de nappe il convient le plus souvent de laisser le mod le calculer ce coefficient d emmagasinement quivalent Le calcul tant effectu par r gression lin aire la valeur de d part n a pas d importance et il n est pas possible de donner de born
110. nverse des d bits Favorise norm ment les tiages Peu utilis e 96 Minimisation des carts sur la racine cinqui me des d bits Favorise fortement les tiages Pour m moire 2 Donne un peu plus de poids aux tiages Pour m moire gt La prise en compte de l cart sur la racine carr e des d bits option 99 donne g n ralement de bons r sultats gt Si on s int resse exclusivement aux tiages l cart sur le logarithme des d bits option 97 peut tre plus adapt e Poids sur la minimisation du biais de la simulation des d bits de rivi re gt Le biais sur les d bits simul s est l cart entre la moyenne du d bit simul et la moyenne du d bit observ gt Quand on donne un poids au biais sur le d bit simul la calibration essaie simultan ment de maximiser le coefficient d ajustement sur les d bits et les niveaux coefficient de Nash 1970 et de minimiser le biais sur la simulation des d bits Le poids sur la minimisation du biais est le poids qui est affect au biais BRGM RP 62797 FR 53 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation gt Ce poids est exprim en pourcent gt Un poids de 5 10 donne souvent de bons r sultats 0 Non Pas de minimisation du biais sur les d bits simul s x Poids de x par exemple 5 gt Poids de 5 gt Le d tail de la minimisation du biais est d crit en Annexe Sauvegarde de la r ponse impulsionnelle et de la r
111. ode de calcul hydrodynamique MARTHE de simulation d aquif res par volumes finis selon la loi de Darcy On introduit dans un puits de pompage l historique des d bits de pompage journalier de la p riode 1998 2006 On d termine alors la perm abilit uniforme et le coefficient d emmagasinement uniforme qui permettent de reproduire le mieux possible avec le code de calcul physique MARTHE l influence du pompage sur le niveau pi zom trique calcul e avec GARDENIA de 1998 2006 Le domaine choisi pour la mod lisation hydrodynamique discr tis e a les caract ristiques arbitraires suivantes Figure 49 100 Carr de 2 km de c t discr tis en 10000 mailles de 20 m de c t La limite ouest bord e par une rivi re a un niveau pi zom trique impos la cote 2 m tres Les trois autres limites l Est au Nord et au Sud sont tanches Le pi zom tre d observation est situ 80 m tres l est de la rivi re mi ordonn e c est dire 1 km des limites Nord et Sud Le puits de pompage est situ 580 m tres l est de la rivi re c est dire a 500 m tres a l est du pi zom tre La nappe a une paisseur uniforme de 50 m tres BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation On d termine alors la perm abilit et le coefficient d emmagasinement qui permettent de reproduire le mieux possible l influence du pompage sur le niveau pi zom trique pendant les 3
112. oir souterrain profond G2 e Ler servoir souterrain G a deux exutoires ll est parfois plus avantageux d utiliser un seul r servoir G a deux exutoires s par s par un seuil Figure 10 Un tel r servoir simule par exemple la mise en service d une deuxi me sortie quand le niveau d eau d passe un seuil Un tel r servoir a deux exutoires peut galement simuler une cote de d bordement ou bien simplement repr senter le fait qu une courbe de tarissement descende plus rapidement au d but quand les deux exutoires d bitent simultan ment qu la fin quand seul exutoire le plus profond est actif La hauteur d eau qu il contient a un instant donn est not e G Percolation Recharge Niveau nappe R servoir souterrain double G1 coulement lent QG1 Ecoulement tr s lent QG2 Figure 10 Sch ma d un r servoir G a deux exutoires Un tel r servoir qui remplace alors le r servoir G1 et l ventuel r servoir G2 produit donc suivant le cas une ou deux composantes de d bit par lesquels il se vidange QG2 G dt TG2 et QG1 G SEUIL dt TG1 si G est sup rieur au SEUIL QG1 0 si G est inf rieur ou gal au SEUIL Comme pour le r servoir G2 il est possible de d cider sur option que le d bit QG2 correspond un coulement profond non contr l par les mesures de d bit exutoire 32 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 2 5 4 chan
113. omment en d duire qu il est acceptable d utiliser les param tres calibr s pour des extensions de donn es ll est difficile de r pondre a ces questions de fa on g n rale d autant que l on ne peut jamais assurer la qualit des extrapolations d une fa on strictement d ductive et les exemples de surprise ne manquent pas pour des raisons qui sont bien souvent explicables a posteriori N anmoins quelques r gles de bon usage sont n cessaires e Dur e des observations ll faut disposer de plusieurs cycles de fonctionnement du syst me II faut ajouter a cela qu il est tr s souhaitable de disposer d un historique de donn es correspondant des situations vari es Une calibration faite sur quelques ann es abondantes risque de r server des surprises en ann e s che N anmoins il faut insister sur le fait que la nature physique du bilan qui est effectu assure une stabilit importante des r sultats pour les simulations de d bits Cela n est plus vrai pour les simulations avec une calibration uniquement sur des volutions de niveaux pi zom triques e Identification du fonctionnement Un mod le pr sentant des seuils peut tout fait ne faire fonctionner ces seuils qu une ou deux fois durant l historique disponible Ce sont alors les donn es de ces dates qu il convient d examiner avec le plus grand soin La pr cocit de la remont e des d bits en d but de saison humide ou en automne pour les climats temp
114. onn es Les donn es de chaque bassin quand il y en a plusieurs sont plac es les unes apr s les autres ou bien Pr sentation si les donn es ne sont pas au format Excel Date 1 Pour chaque bassin on pr cisera dans les options du bassin le num ro de la colonne des fichiers dans laquelle seront lues les donn es BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Num ro de la colonne des Pluies D f 0 lt gt 1 colonne de donn es Ce param tre permet d utiliser des fichiers Excel Date avec plusieurs colonnes de donn es chaque colonne correspondant un type de donn e Quand on mod lise un bassin on a la possibilit de regrouper tous les types de donn es hydroclimatiques de ce bassin dans les diff rentes colonnes d un fichier unique Par exemple on peut avoir les pluies dans la colonne n 1 les ETP dans la colonne n 3 les pompages dans la colonne n 7 les d bits de rivi re dans la colonne n et les niveaux de nappe dans la colonne n On a ainsi un seul fichier contenant toutes les donn es hydroclimatiques au lieu d avoir de 3 7 fichiers de donn es hydroclimatiques Si on choisit cette option dans le fichier projet on donnera le nom de ce fichier unique comme nom de fichier de pluie comme nom de fichier d ETP comme nom de fichier de d bits etc 0 Pr sentation par d faut des donn es dans les fichiers de type Excel_Date Il n y a qu une seule colonne de
115. ons de d bits de rivi re il suffit de donner un poids gal 1 Importance attribu e aux observations de niveaux de nappe C est un nombre entier qui d finit l importance relative pour la calibration attribu e aux observations de niveaux de nappe 0 Pas de s rie temporelle d observations de niveaux de nappe 1 10 Poids relatif de 1 10 comparer au poids ventuel d observations de d bits de rivi re S il y a uniquement des observations de niveaux de nappe il suffit de donner un poids gal al Le poids est relatif Par exemple si on donne un poids de 4 aux observations de d bits de rivi re et un poids de 2 aux observations de niveaux de nappe les d bits de rivi re auront deux fois plus de poids que les niveaux de nappe Le poids sera donc de 66 7 pour les d bits de rivi re et de 33 3 pour les niveaux de nappe Calcul des d bits de riviere 0 Non_ Pas de calcul 1 Qui Calcul des d bits de rivi re Il est possible de demander le calcul des d bits m me si on n a pas d observations de d bits Par d faut quand on a des observations de d bits le mod le calculera aussi les d bits Calcul des niveaux de nappe 0O Non Pas de calcul 1 Oui Calcul des niveaux de nappe Il est possible de demander le calcul des niveaux de nappe m me si on n a pas d observations de niveaux Par d faut quand on a des observations de niveaux le mod le calculera aussi les niveaux Sauvegarde sur
116. ou dans la neige Ce coefficient est donc un coefficient correcteur Un coefficient correcteur de 20 par exemple indique que l vapotranspiration potentielle quand elle est appliqu e a la neige doit tre augment e de 20 e Unit e Valeur de d part conseill e 0 e Optimisation Non pas conseill e pour les premiers passages de calibration e Correction de la fonte de la neige par la pluie C est un pourcentage de correction de la fonte d un stock neigeux par les calories contenues dans une pluie une temp rature au dessus de 0 La quantit de neige susceptible de fondre par ce ph nom ne vaut Pluie x 1 Correction en _ x Temp rature 80 La chaleur latente de fusion de l eau valant 79 cal g arrondie 80 La fonte par la pluie est donc corrig e par un facteur global Par exemple 20 signifie une augmentation de 20 Il convient cependant de remarquer que la fonte par les calories de la pluie est tr s faible devant la fonte par la temp rature de l air e Unit e Valeur de d part conseill e 0 e Optimisation Non e Seuil de fonte naturelle de la neige C est le seuil de temp rature au dessus duquel commence la fonte de la neige Cette temp rature est g n ralement tr s proche de 0 C mais elle peut tre un peu diff rente pour tenir compte de la diff rence entre la temp rature de lair mesur e et la temp rature r elle a l interface air neige e Unit e
117. our un pas de temps mensuel par exemple il est tout fait licite dans la plupart des climats de g n rer des pluies par des tirages au hasard ind pendants dans les lois de distribution des pluies de chaque mois En revanche une telle proc dure serait souvent erron e pour des d bits et presque toujours pour des niveaux pi zom triques 2 2 2 Application la pr vision En simulant un certain nombre une cinquantaine de sc narios d volution partir d une date donn e il est possible d en effectuer des statistiques cela conduit une valuation probabiliste des d bits auxquels on peut s attendre pour une dur e de l ordre de grandeur du temps de m moire du syst me hydrologique A plus longue ch ance le dernier tat observ n a plus d influence r elle sur ces d bits 2 2 3 Exploitation ult rieure de s ries de d bits Les s ries de d bits g n r es par un mod le peuvent ensuite tre utilis es pour valuer les ressources en eau disponibles en cas de s cheresse d occurrence rare alimentation en eau potable irrigation etc pour dimensionner des microcentrales ou des barrages r servoirs par la simulation de la gestion de ceux ci en temps r el sur une s rie chronologique pour mettre au point un systeme de gestion de ces quipements en utilisant les possiblit s de pr vision pour am liorer les performances de la gestion BRGM RP 62797 FR 17 Logiciel GARDENIA version 8 2 G
118. outerrain deux orifices de vidange 27 Figure 5 Le r servoir superficiel iii 28 Figure 6 Percolation Pn et vapotranspiration Etr dans le r servoir sol en trait interrompu bleu r servoir de type r serve utile en rouge r servoir progressif l a 29 Figure 7 Sch ma du r servoir interm diaire 30 Figure 8 Sch ma du r servoir souterrain G1 scenes seaeeesaeeeeeeseenees 31 Figure 9 Sch ma du r servoir souterrain profond G2 eee ssaeeeaeeeeeeeees 32 Figure 10 Sch ma d un r servoir G deux exutoires 2 0 ee eee tenet eee tee see teaeeeaeeeaeeeaeeees 32 Figure 11 D but d une simulation avec le code de calcul GARDENIA ccccscteseetessereeeenee 45 Figure 12 Menu Fichier Nouveau Ouvrir Fermer R cents 46 Figure 13 Cr ation d un nouveau projet 46 Figure 14 D finition du nom donner au nouveau fichier projet 0 cccceeeeeeeeeeeeeteeteeeeees 47 Figure 15 Modification d un projet existant 47 Figure 16 Cr ation d un fichier de param tres gar ou bien r utilisation d un fichier existant 48 Figure 17 Importation d un fichier de param tres existant ici Amiens gar 48 Figure 18 D finition du titre descriptif de la simulation 49 Figure 19 D finition ou modification des pr options nennen 49 Figure 20
119. p N HA N HW N HA NN HA amp N HA amp N HA N HW N H N HA 89 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 6 Validation des lois physiques de GARD NIA Ce chapitre a pour objet de montrer que les lois d crivant le fonctionnement du code de calcul GARDENIA correspondent une simplification des lois physiques complexes r gissant les coulements dans un bassin versant r el Le but de cette validation est de montrer que le sch ma de fonctionnement du code de calcul GARDENIA n est pas de type bo te noire ou traitement du signal mais correspond un sch ma physique simplifi ce qui est un gage important de robustesse La robustesse est la capacit produire des simulations fiables y compris dans des conditions de fonctionnement s cheresses changement climatique diff rentes de celles de la p riode de calibration Cette validation est r alis e principalement par comparaison avec des r sultats de mod lisation d hydrosyst mes r els avec le code de calcul MARTHE Thi ry 1990 1993 2010a 2010c qui utilise une approche physique avec une discr tisation par volumes finis selon la loi de Darcy en milieu satur et non satur Cinq exemples de validation sont pr sent s e Mod lisation des donn es d un lysim tre recouvert de v g tation et suivi pendant plus d un an et demi validation du sch ma de calcul de l ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesu
120. p_Cumul_Niv S a 60 6 a E 40 44 E 2 20 0 0 0 50 100 150 200 250 0 50 100 150 200 250 Jours Jours R ponse Pompage gt Niveau R ponse Pompage gt Niveau 0 07 0 6 5 0 06 05 0 05 za 0 04 4 R p_Impuls_Pomp_Niv 2 R p_Cumul_Pomp_Niv gt 5 03 0 03 e 0 2 S 0 02 E Too 0 1 0 T 0 T T T T 0 20 40 60 80 100 0 20 40 60 80 100 Jours Jours Figure 31 Exemple de r ponses impulsionnelles dessin es partir du fichier reponse _impuls prn BRGM RP 62797 FR 79 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 4 Mise en forme des donn es temporelles Utilisation du module Shalimar Les donn es hydroclimatiques utilis es par le code de calcul GARD NIA peuvent tre au choix de l utilisateur e Au format Excel_Date qui est un format texte export d Excel avec dates Sous forme format e au pas de temps journalier d cadaire 10 jours ou mensuel Sous cette forme les donn es doivent tre format es selon un format sp cifique e En format libre d conseill Pour faciliter l introduction de ces donn es et pour viter des erreurs il est recommand d utiliser le module Shalimar install avec la distribution Figure 32 4 1 DONNEES FORMATEES MODULE SHALIMAR r Ss Pas de temps des donn es Se f Journalier a Pentadaire D cad
121. pensation des param tres est diminu quand on n optimise qu un faible nombre de param tres En effet si Pon multiplie les pluies les ETP les seuils par un m me facteur on obtiendra une simulation identique pour une superficie divis e par ce m me facteur condition que la composante rapide non lin aire soit peu importante il est donc inutile de modifier ces param tres simultan ment d autant plus qu il est extr mement rare qu ils soient tous galement incertains La proc dure de calibration est en g n ral la suivante fixer les param tres les mieux connus superficie du bassin d bit ext rieur et optimiser les autres lib rer sous contraintes les param tres fix s pr c demment apr s une calibration satisfaisante cette deuxi me tape permet de prendre en compte le fait qu aucun des param tres n est rigoureusement connu Dans le cas d un bassin mal connu estimer approximativement des param tres relativement secondaires pour les ordres de grandeurs temps de tarissements seuils etc laisser libres seulement un ou deux param tres fondamentaux superficie du bassin pour un syst me karstique correction des pluies pour un bassin tr s montagneux etc qui r glent les principaux ordres de grandeur du bassin et optimiser lib rer progressivement les param tres initiaux pour affiner la calibration Remarque Le fait d optimiser des coefficients correcteurs globaux des diff
122. ponse un chelon 0 Non Pas de sauvegarde 1 Oui Sauvegarde de la r ponse impulsionnelle et de la r ponse un chelon Pour l influence de la pluie efficace gt La r ponse impulsionnelle est calcul e comme la r ponse une pluie efficace isol e de 100 mm pendant un seul pas de temps gt La r ponse un chelon est calcul e comme la r ponse une pluie efficace continue de 1 mm par pas de temps Pour l influence d une s rie de d bits de pompages gt La r ponse impulsionnelle est calcul e comme la r ponse un pompage pendant un seul pas de temps avec un d bit de 100 unit s de d bit de pompage gt La r ponse un chelon est calcul e comme la r ponse un pompage continu de 1 unit de d bit de pompage par pas de temps Options G n rales pour une utilisation avanc e Si on a choisi un profil d utilisation avanc e les options g n rales suivantes peuvent tre s lectionn es 54 Nombre de bassins mod liser successivement gt Il est possible de mod liser simultan ment dans un m me projet plusieurs bassins versants Ces bassins auront tous ces m mes options g n rales gt S il y a plusieurs bassins versants chacun sera simul ind pendamment des autres avec sa lame d eau et d vapotranspiration potentielle et avec ses param tres Les r sultats seront identiques ceux qui seraient obtenus si on cr ait un projet pour chaque bassin
123. ps de la s rie des pluies 1 Oui Bilan journalier en divisant la pluie par le nombre de jours dans le pas de temps Prise en compte de neige 0 Non Pas de prise en compte de la neige Pas d utilisation du fichier de temp ratures de l air 1 Oui Prise en compte de la fonte de la neige utilisation du fichier de temp ratures de l air BRGM RP 62797 FR 55 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 56 Pr cipitations neigeuses dans un fichier propre 0 Uniquement un fichier de pr cipitations int grant la neige ventuelle 1 Il y a un fichier sp cifique pour les pr cipitations neigeuses Donn es par ann es hydrologiques d but 1 ao t ou par ann es civiles 0 Les s ries temporelles sont donn es par ann es civiles commen ant le 1 janvier 1 Les s ries temporelles sont donn es par ann es hydrologiques commen ant le 1 Ao t Perte de la composante souterraine du d bit 0 Non Pas de perte de d bit souterrain 1 Oui La composante la plus lente du D bit Souterrain n est pas prise en compte dans le d bit calcul 1 Perte de l coulement rapide ruissellement Le d bit calcul int gre uniquement le d bit souterrain Analyse de sensibilit Obsol te 0 Non Pas d analyse de sensibilit 1 Oui Uniquement analyse de sensibilit Donn es de tous les sites dans diff rentes colonnes d un m me fichier Ce param tre permet d utiliser des fichier
124. ps_1 2_Tariss CT x Ln 2 Soit Temps_1 2_Tariss 12 91 mois qui est identique la valeur de GARDENIA 108 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Le Tableau 1 permet la comparaison des param tres de mod lisation des deux codes Param tre MARTHE GARD NIA Coefficient 1 07 1 07 d emmagasinement Niveau de base 107 62 m NGF 109 54 m NGF Capacit du r servoir sol progressif 103 mm 103 mm Hauteur d qui ruissellement 405 mm 330 mm Temps de 2 percolation 4 4 mois 3 84 mois Temps de 2 tarissement 12 91 mois 12 83 mois quivalent Temps de concentration 0 44 jour Perm abilit 4 594 10 m s Tableau 1 Bassin de la Voulzie Comparaison des param tres des codes GARDENIA et MARTHE ll appara t que les param tres des deux codes de calculs sont donc tout fait du m me ordre de grandeur Le fait de reproduire parfaitement avec GARD NIA les d bits et les niveaux de nappe calcul s avec un mod le hydrodynamique physique est une validation forte des lois utilis es par GARDENIA pour simuler la fois les coulements dans le r seau superficiel et les coulements souterrains BRGM RP 62797 FR 109 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 7 Calcul des ETP par la formule de Turc Utilisation du module Etpturc Ce module de calcul install avec la distribution de GARD NIA permet le calcul d
125. r le d bit l exutoire d un cours d eau ou celui d une source et ou le niveau pi zom trique en un point de la nappe libre sous jacente Les effets d un pompage ou d un ensemble de pompages situ s dans le bassin versant peuvent tre pris en compte GARDENIA est un mod le hydrologique global r servoirs Il simule les principaux m canismes du cycle de l eau dans un bassin versant pluie vapotranspiration infiltration coulement par des lois physiques simplifi es Ces lois physiques simplifi es correspondent un coulement travers une succession de r servoirs Les calculs peuvent tre r alis s au pas de temps journalier d cadaire dix jours ou mensuel Il est galement possible d utiliser des pas de temps fins au choix de l utilisateur par exemple 5 mn ou 2 heure Il est possible de prendre en compte la fonte de la neige Le code de calcul GARDENIA est utilis de fa on courante pour l extension de donn es tant dans l espace que dans le temps Il permet les fonctionnalit s suivantes g n ration de longues s ries de d bits ou de niveaux pi zom triques partir d historiques de pluies apr s calibration pr alable sur une p riode relativement courte analyse de coh rence entre observations climatiques et observations de d bits ou de niveaux pi zom triques analyse des diff rents termes du cycle hydrologique infiltration vapotranspiration coulemen
126. r s est un bon indicateur de la qualit de fonctionnement de la partie superficielle une capacit de r servoir superficiel trop grande met trop de temps se saturer et conduit un retard bien visible La r ponse aux pisodes pluvieux isol s de l tiage est galement un tr s bon test de cette partie du mod le Mais il est fr quent que l on ne puisse pas arriver une description tr s satisfaisante dans ce cas une estimation de l impact des erreurs que cela peut occasionner est utile Elle montre souvent que ces p riodes charni res ne jouent qu un r le marginal dans le bilan d ensemble le mod le est alors utilisable pour des valuations de ressources l analyse du potentiel hydro lectrique etc mais il faudra noter que les statistiques de d bit des mois concern s ne seront pas bien valu es La s paration de l coulement entre ces diff rentes composantes doit tre v rifi e graphiquement Il faut faire attention l influence du pas de temps sur ces constantes de temps des donn es mensuelles d croitront en tiage avec des temps caract ristiques de l ordre de deux a trois mois Mais au pas de temps journalier ce tarissement moyen appara tra comme la superposition de deux composantes l une relativement rapide l autre plus lente 40 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation L encore de telles remarques ne mettent pas n cessairement en cause la fiabilit du
127. r vision si le pas de temps est journalier Par exemple si la date d mission de la pr vision est le 15 Mai le num ro a donner est 15 Par d faut si on laisse ce num ro 0 le jour sera fix au jour n 1 Si le pas de temps n est pas journalier fixer ce nombre a 0 La pr vision est mise la date Jour Mois de la derni re ann e d observations e Num ro du mois si journalier ou mensuell ou du pas de temps d mission de la pr vision C est le num ro du mois d mission de la pr vision quand le pas de temps est journalier ou mensuel Par exemple si l mission est au mois de Mai le num ro donner est 5 Par d faut si on laisse ce num ro 0 le mois de d but est Janvier Si le pas de temps n est ni journalier ni mensuel par exemple un pas de temps pentadaire ou d cadaire ce num ro d signe le num ro du pas dans l ann e La pr vision est mise la date Jour Mois de la derni re ann e d observations e Port e de la pr vision nombre de pas de temps de la pr vision C est la dur e de la pr vision exprim e en nombre de pas de temps Par exemple avec un pas de temps journalier si on met une pr vision pour les 30 jours suivants le nombre donner est 30 e Date de la premi re ann e de pr vision des fichiers si journalier C est la date de la premi re ann e des fichiers de donn es climatiques de pr vision par exemple 1985 Ce param tre qui sert d terminer si les ann e
128. r H sert uniquement au transfert Le calcul s effectue en r alisant une r partition entre l apport d eau ALIMH provenant du r servoir superficiel et les vidanges ALIMG et QH Il est possible sur option de d cider que cette composante rapide QH du d bit s coule par ruissellement superficiel et n est pas contr l e par la station de jaugeage l exutoire 30 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Le r servoir souterrain G1 Le r servoir souterrain G1 produit l coulement lent ou coulement souterrain rapide Il repr sente g n ralement l aquif re Figure 8 La hauteur d eau qu il contient un instant donn est not e G1 Percolation Recharge ALIMG t R servoir souterrain coulement lent QG1 G1 Infiltration profonde ALIMG2 Figure 8 Sch ma du r servoir souterrain G1 Il est aliment en eau par le r servoir interm diaire H Dans le cas le plus g n ral il est vidang par deux exutoires par coulement vers l exutoire du bassin sous forme de d bit lent QG1 suivant une loi de vidange exponentielle de constante de temps TG1 QG1 G1 dt TG1 par drainance dans le r servoir souterrain lent G2 aquif re profond suivant une vidange exponentielle de constante de temps TG12 ALIMG2 G1 dt TG12 Cette drainance vers le r servoir suterrain lent peut tre supprim e dans la plupart des cas o il n est pas n cessai
129. r de d part conseill e sans importance si elle est optimis e e Optimisation Oui Le calcul tant effectu par r gression lin aire la valeur de d part n a pas d importance et il n est pas possible de donner de bornes ce param tre e Temps de r action du d bit de la rivi re au pompage C est le temps qui caract rise la vitesse de r action du d bit de la rivi re une variation de d bit de pompage e Unit mois e Valeur de d part conseill e 0 2 mois e Optimisation Oui e Temps de stabilisation de l influence du pompage sur le d bit de la rivi re C est le temps qui caract rise la vitesse de stabilisation de l influence d un chelon de variation de d bit de pompage sur le d bit de la rivi re e Unit mois e Valeur de d part conseill e 1 mois e Optimisation Oui e Coefficient d influence du pompage sur les niveaux de nappe Ce coefficient caract rise l amplitude de l influence sur le niveau de la nappe des d bits pomp s ou inject s La valeur de ce param tre d pend de l unit de d bit utilis e dans la s rie des d bits e Unit m par unit de d bit de pompage e Valeur de d part conseill e sans importance si elle est optimis e e Optimisation Oui Le calcul tant effectu par r gression lin aire la valeur de d part n a pas d importance et il n est pas possible de donner de bornes ce param tre BRGM RP 62797 FR 75 Logiciel GARDENIA
130. rain n 2 r servoir souterrain lent Il est utilis en pr vision pour la r partition des corrections de niveaux entre les diff rents r servoirs du mod le Cet cart type est calcul automatiquement lors de la phase de pr paration de la pr vision BRGM RP 62797 FR 61 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation G I Param tres G n raux Yal Valeur Maximale des Niveaux Nappe Observ s pris en compte 0 toutes 90 000 Description Valeur Minimale des Niveaux Nappe Observ s pris en compte 0 toutes a se Figure 24 D finition de la plage des observations prendre en compte Options du bassin Ces options d finies par des nombres entiers sont relatives au bassin courant e Nombre d ann es des s ries de donn es Pluie ETP Temp ratures Observations Pompages C est le nombre d ann es dans les s ries de donn es climatiques et les s ries temporelles de donn es d observations Ce nombre d ann es doit tre le m me pour toutes les s ries pluie vapotranspiration potentielle ETP temp rature de l air d bit de rivi re observ niveau de nappe observ pompages Remarque Quand on utilise un pas de temps non standard par exemple un pas de temps de 1 heure ou de 10 minutes la notion d ann es ne s applique pas Une ann e d signe alors arbitrairement une suite de 12 pas de temps par analogie 12 mois par an On consid
131. rapide Unit mm Valeur de d part conseill e 50 mm Optimisation conseill e si on a choisi ce sch ma Si on a identifi le niveau de nappe NIV en m tres partir duquel le niveau de la nappe semble se stabiliser il est possible de calculer le seuil du r servoir SEUIL en mm SEUIL NIV Niveau_Base x Coeff_Emmagasinement x 1000 e Temps de 1 2 tarissement souterrain n 2 composante souterraine lente 72 Si on a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma avec un seul r servoir souterrain option 1 cas g n ral ce param tre n est pas utilis BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Sion a choisi dans les Param tres G n raux un sch ma avec deux r servoirs souterrains option 2 ou bien un sch ma avec un r servoir souterrain deux exutoires s par s par un seuil option 3 ce temps de demi tarissement est le temps n cessaire pour qu en l absence d alimentation du r servoir correspondant le d bit de la composante souterraine lente soit divis par deux Ce temps de demi tarissement devrait tre de pr f rence au moins gal au temps de tarissement de la composante souterraine rapide e Unit mois e Valeur de d part conseill e 3 5 mois pour un calcul de d bit classique 4 a 8 mois pour un calcul de d bit de source ou un calcul de niveau de nappe libre tendue e Optimisation conseill e si on a choisi ce s
132. ration significative de la fiabilit de la calibration Possibilit de prendre en compte une s rie temporelle de pr l vements ou d injection de d bits dans le bassin versant Ce rapport est une actualisation du rapport Logiciel GARD NIA version 6 0 Guide d utilisation rapport BRGM RP 52832 FR Thi ry 2003 Le rapport est constitu de plusieurs parties La premi re partie d crit le principe global de fonctionnement du code de calcul GARDENIA le domaine d application les donn es n cessaires son utilisation l analyse et laboration des jeux de donn es le fonctionnement d taill du mod le la calibration le calage quoi s ajoutent des conseils d utilisation La deuxi me partie est le manuel d utilisation d taill du code de calcul La troisi me partie pr sente un exemple de mise en uvre du code de calcul mais le lecteur consultera avec profit un didacticiel Thi ry 2013 qui pr sente par ailleurs la mise en uvre pratique de nombreuses mod lisations dans des contextes vari s Une quatri me partie pr sente cinq exemples de validation destin s montrer que les lois d crivant le fonctionnement du code de calcul GARDENIA correspondent une simplification des lois physiques complexes r gissant les coulements dans un bassin versant r el Le but de cette validation est de montrer que le sch ma de fonctionnement du code de calcul GARD NIA n est pas de type bo te noire ou tr
133. rd journalier pentadaire d cadaire ou mensuel ce num ro n est pas utilis e Heure initiale si le pas de temps est non standard C est le num ro de l heure du d but de la simulation quand le pas de temps est un pas de temps non standard Par exemple si le d but de la simulation se produit a 15h37 la valeur a donner est 15 Si le pas de temps est un pas de temps standard journalier pentadaire d cadaire ou mensuel ce num ro n est pas utilis e Minute initiale si le pas de temps est non standard C est la minute de l heure du d but de la simulation quand le pas de temps est un pas de temps non standard Par exemple si le d but de la simulation se produit a 15h37 la valeur a donner est 37 Si le pas de temps est un pas de temps standard journalier pentadaire d cadaire ou mensuel ce num ro n est pas utilis Options du bassin pour une utilisation avanc e e D calage de la s rie des pluies C est un nombre entier qui peut permettre de d caler d un certain nombre de pas de temps la s rie des pluies Si le d calage est positif par exemple 5 la s rie des pluies est retard e puisque la pluie du pas de temps n est affect e au pas de temps n 5 donc 5 pas de temps plus tard Si le nombre est n gatif par exemple 2 la s rie des pluies est avanc e Ce param tre peu utilis est accessible uniquement avec le profil d utilisation avanc e e D calage de la s rie des d bits de rivi re et
134. re a pu tre mesur directement tandis que l vapotranspiration r elle ETR mm a t calcul e partir du bilan hydrique des sols ETR Pluie Drainage Diff_ Stock 6 1 1 Mod lisation avec le code MARTHE Ces donn es ont t mod lis es avec diff rents codes de calcul et en particulier avec le code de calcul MARTHE du BRGM Les Figure 37 Figure 41 montrent que le code MARTHE permet de simuler correctement le cumul de l ETR le cumul du drainage les teneurs en eau a 25 cm et 85 cm ainsi que la variation de stock en eau dans le sol estim e partir des mesures disponibles 25 cm et 85 cm vapotranspiration r elle 1000 Gard nia Marthe m Mesures 800 600 400 200 05 1989 07 1989 09 1989 11 1989 4 01 1990 4 03 1990 4 05 1990 4 07 1990 4 09 1990 T Q ice fon a m e 11 1988 01 1989 Figure 37 Lysim tre cumul de l vapotranspiration r elle 92 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 93 0661 60 N 0661 30 g 0661 80 066T Z0 lf D D 0661 90 0661 90 066T SO g eg S 5 S E o6et ro a CR L 0661 r0 N O 0661 0 z S D Eg 5 Q 0661 20 5 e 0661 Z0 0661 10 TS gt eog E 686T ZT E
135. re de faire intervenir deux composantes lentes Comme dans le r servoir interm diaire H le calcul s effectue de la mani re suivante apport d eau ALIMG1 provenant du r servoir H vidange QG1 et ventuellement ALIMG2 e Le r servoir souterrain lent G2 Ce r servoir facultatif quand il existe repr sente un aquif re profond ou une partie inf rieure de l aquif re La hauteur d eau qu il contient un instant donn est not e G2 Il est aliment en eau par le r servoir souterrain G1 il est vidang uniquement par un d bit tr s lent ou coulement souterrain lent QG2 Un tel d bit QG2 est parfois n cessaire pour repr senter une composante tr s lente dans un coulement Figure 9 Il est possible sur option de d cider que ce d bit tr s lent QG2 s infiltre vers des horizons plus profonds non contr l s par les mesures de d bit l exutoire Cette option peut tre int ressante pour tenir compte d un d bit de perte par infiltration variable au cours du temps vers un horizon profond BRGM RP 62797 FR 31 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation ll faut cependant tre conscient que ce d bit peut g n ralement difficilement tre estim directement Il faudra donc v rifier que les valeurs calcul es par le mod le sont plausibles Infiltration profonde ALIMG2 t R servoir souterrain profond G2 coulement tr s lent OG2 Figure 9 Sch ma du r serv
136. rentes entr es pluies ETP peut appara tre comme une solution de facilit Il est certain que l on ne peut accepter des corrections tr s importantes sur chaque type de donn es sans remettre en cause ou bien leur validit en tant qu indicateurs des ph nom nes physiques r els ou bien la validit des hypoth ses de mod lisation Cependant l laboration des donn es d entr e comme nous l avons vu nest pas une proc dure rigoureuse et d finitive la repr sentativit des postes pluviom triques n est pas acquise la m thode d interpolation peut tre choisie de diff rentes fa ons etc Pour les ETP la nature m me du ph nom ne physique et les mesures dont on dispose montrent que celles ci repr sentent correctement les fluctuations saisonni res du ph nom ne mais peuvent s carter de la r alit d un facteur multiplicatif non n gligeable BRGM RP 62797 FR 39 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation C est pourquoi dans des limites raisonnables des corrections peuvent tre envisag es pour rechercher l quilibre du bilan La d marche conseill e est dans un premier temps d optimiser tous les param tres ce qui produira la meilleure calibration possible qui ne pourra donc pas tre d pass e puis dans un deuxi me temps d imposer progressivement des valeurs fixes aux param tres e Confiance accorder la calibration Comment d cider qu une simulation est satisfaisante C
137. res de drainage et des mesures de teneur en eau par sondes neutrons e Mod lisation de parcelles exp rimentales de sol nu ou avec culture de mais pendant 3 ans validation du sch ma de calcul de ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesures de drainage et des mesures de teneur en eau par sondes neutrons e Mod lisation des variations de niveau d une nappe fortement influenc e par des pompages proches validation du sch ma de calcul de l influence de pompages Comparaison avec la mod lisation avec le code MARTHE de l influence des pompages e Mod lisation des d bits a l exutoire d un bassin versant avec une forte composante souterraine validation du sch ma de calcul des coulements souterrains Comparaison avec les d bits calcul s avec le code MARTHE dans un aquif re a transmissivit et coefficient d emmagasinement uniformes e Mod lisation d un bassin versant avec des mesures de d bits l exutoire et ayant un niveau de nappe pr sentant des fluctuations de plus de 20 m tres d amplitude en r action aux pluies efficaces validation du sch ma de calcul des d bits et des niveaux pi zom triques Comparaison avec les niveaux et d bits calcul s avec le code discr tis MARTHE dans un aquif re travers par un cours d eau spatialis avec propagation amont aval 6 1 VALIDATION DU SCH MA DE CALCUL D EVAPOTRANSPIRATION DANS LE SOL ET DE PERCOLATION ECOULEMENT DANS UN LYSIMETRE Cet
138. rs des carts importants observ s lors de la comparaison des simulations et des observations pourront galement inciter revoir cette analyse Lorsqu on dispose de plusieurs s ries de d bit dans des stations relativement proches il peut tre int ressant d tudier les similarit s de comportement de ces s ries par une approche statistique du m me type que celle utilis e pour les pluies Pour les niveaux pi zom triques il est galement important de conna tre la position du point de mesure des niveaux par rapport au cours d eau afin de pouvoir estimer si les variations de niveaux sont surtout dues la pluie ou l influence du cours d eau 2 4 4 Connaissance du bassin Pr cision des mesures e Les termes du bilan Les mod les utilis s sont des mod les de bilan des entr es et des sorties d eau l chelle du bassin versant contr l par une station de jaugeage et ou par des mesures de variations de niveau pi zom trique Il faut bien concevoir que ce bilan n a de sens que si l on peut n gliger les flux non pris en compte ou si on peut les estimer de fa on suffisamment pr cise On s attachera donc v rifier que la structure hydrog ologique n est pas susceptible d entrainer des changes souterrains importants avec l ext rieur du bassin versant en dehors de l exutoire changes lat raux ou SOUS la section de jaugeage des interventions humaines canaux d rivations pr l
139. rvenir deux r servoirs souterrains les niveaux de nappe observ s et calcul s peuvent correspondre au choix lt gt Au r servoir souterrain n 1 nappe superficielle composante souterraine rapide lt gt Au r servoir souterrain n 2 nappe profonde composante souterraine lente On donnera donc selon le cas le num ro 1 ou le num ro 2 Par d faut si on laisse ce num ro gal 0 c est le r servoir souterrain n 1 qui sera utilis Si on utilise un sch ma avec un seul r servoir souterrain cas g n ral cette option est sans objet BRGM RP 62797 FR 65 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Options de pr vision Ces options sont disponibles uniquement avec le profil d utilisation avanc e et si on a choisi une op ration de pr vision e Nombre d ann es de donn es du fichier de pluies etc pour la pr vision C est un nombre d ann es de donn es du fichier des donn es climatiques pluie ETP Temp rature pour l mission de pr visions Remarque Quand on utilise un pas de temps non standard par exemple un pas de temps de 1 heure ou de 10 minutes la notion d ann es ne s applique pas Une ann e d signe alors arbitrairement une suite de 12 pas de temps par analogie 12 mois par an On consid rera ainsi qu une s rie horaire de 1824 heures 152 x 12 comprend 152 ann es e Jour d mission de la pr vision 1 31 C est le num ro du jour de 1 31 de l mission de la p
140. rvoirs Il simule les principaux m canismes du cycle de l eau dans un bassin versant pluie vapotranspiration infiltration coulement par des lois physiques simplifi es Ces lois physiques simplifi es correspondent un coulement travers une succession de r servoirs Les calculs peuvent tre r alis s au pas de temps journalier d cadaire dix jours ou mensuel Il est galement possible d utiliser des pas de temps fins au choix de l utilisateur par exemple 5 mn ou 2 heure Il est possible de prendre en compte la fonte de la neige Le code de calcul GARDENIA est utilis de fa on courante pour l extension de donn es tant dans l espace que dans le temps II permet les fonctionnalit s suivantes g n ration de longues s ries de d bits ou de niveaux pi zom triques partir d historiques de pluies apr s calibration pr alable sur une p riode relativement courte analyse de coh rence entre observations climatiques et observations de d bits ou de niveaux pi zom triques analyse des diff rents termes du cycle hydrologique infiltration vapotranspiration coulement Dans la pratique GARDENIA permet d analyser le fonctionnement hydrologique d un bassin versant d tendre des donn es de d bits et ou de niveaux Il peut ainsi aider au dimensionnement de diff rents types d ouvrages barrages ou am nagements parkings ouvrages de captage en rivi re microcentrales lectriques etc
141. s Excel Date avec plusieurs colonnes de donn es chaque colonne correspondant un bassin ou un site Pour chaque bassin on peut choisir le num ro de la colonne la m me pour chaque fichier de donn es fichier des d bits de rivi re des pluies des ETP des temp ratures des pr cipitations neigeuses des pompages dans laquelle seront lues les donn es Par exemple on peut choisir que les donn es du bassin n 1 sont lues dans la colonne n 1 des fichiers de d bits de pluies d ETP de temp ratures de neige de pompages les donn es du bassin n 2 seront lues dans la colonne n 7 les donn es du bassin n 3 seront lues dans la colonne n etc La date est toujours plac e dans la colonne n 1 et les num ros de colonne s entendent comme les num ros sans compter la colonne de la date la colonne n 1 est la 1 colonne de donn es donc en r alit la 2 colonne du fichier Si les p riodes d observations des bassins n ont pas toutes la m me longueur on veillera prolonger les p riodes les plus courtes pour permettre au code de calcul d acc der dans tous les cas aux colonnes les plus loign es sans tre perturb par des champs vides Avec cette option il est ainsi possible de mod liser facilement 400 bassins avec un seul fichier de pluies de 400 colonnes en plus de la colonne de la date 0 Pr sentation par d faut des donn es dans les fichiers de type Excel_Date Il ny a qu une seule colonne de d
142. s calcul es avec le code MARTHE Variation de stock en eau dans le sol Gard nia Marthe N Q oO me u1 me Q oO uI oO Variation de stock mm oO 11 1988 01 1989 03 1989 05 1989 07 1989 09 1989 11 1989 01 1990 03 1990 05 1990 07 1990 09 1990 Figure 44 Lysim tre comparaison des variation de stock en eau dans le sol calcul es par les codes GARDENIA et MARTHE 6 2 VALIDATION DU SCHEMA DE CALCUL D EVAPOTRANSPIRATION DANS LE SOL COULEMENT TRAVERS UNE PARCELLE EXP RIMENTALE Cette application montre la possibilit de simuler des coulements travers la zone non satur e Elle permet galement de valider le sch ma de bilan de Gard nia pour simuler l vapotranspiration dans le sol partir des pluies et des ETP Les donn es de cet exemple proviennent du site exp rimental de La c te Saint Andr en Is re elles nous ont t fournies gracieusement par le LTHE de Grenoble et en particulier par B atrice Normand que nous remercions BRGM RP 62797 FR 95 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Les donn es concernent deux parcelles de sol une parcelle en sol nu et une parcelle cultiv e avec du ma s Le bilan hydrique a t suivi pendant les ann es 1991 1993 Pendant la p riode de culture les variations de teneur en eau et de succion en conditions naturelles ont t suivies sur une paisseur de 80 c
143. s chapitres suivants vont pr ciser les m canismes de fonctionnement du mod le GARD NIA en examinant successivement le principe de fonctionnement d un mod le hydrologique global le domaine d application de GARDENIA les donn es n cessaires a son utilisation l analyse et l laboration de ces donn es les sch mas de fonctionnement L utilisateur d j familier avec ces notions peut se reporter directement au chapitre Notice d utilisation du code de calcul GARDENIA Il est cependant vivement conseill de lire avec soin le chapitre Conseils d utilisation 2 1 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D UN MODELE HYDROLOGIQUE GLOBAL A RESERVOIRS Un mod le hydrologique global simule les principaux m canismes du cycle de l eau dans un bassin versant pluie vapotranspiration infiltration coulement par des lois physiques simplifi es Ces lois physiques simplifi es correspondent un coulement travers une succession de r servoirs Les transferts d un r servoir l autre sont r gis par des lois simples d crites par les param tres dimensionnels du mod le capacit de r tention du sol temps de transfert seuils de d bordement etc En raison du caract re global de cette sch matisation et de la complexit du syst me hydrologique r el ces param tres bien qu ayant un sens physique peuvent difficilement tre d duits a priori des caract ristiques physiographiques ponctuelles du bassi
144. s des changements climatiques et socio conomiques sur la ressource en eau l chelle d un bassin versant des Pyr n es Orientales Le Tech M moire d Ing nieur IDEA AgroParisTech Yvan Caballero Dir http dumas ccsd cnrs fr dumas 00748510 Acc s F vrier 2014 Herbst M Fialkiewicz W Chen T Putz T Thi ry D Mouvet C Vachaud G Vereecken H 2005 Intercomparison of Flow and Transport Models Applied to Vertical Drainage in Cropped Lysimeters Vadose Zone J 2005 4 2 p 240 254 ISSN 1539 1663 doi org 10 2136 vzj2004 0070 Nash J E and J V Sutcliffe 1970 River flow forecasting through conceptual models part A discussion of principles Journal of Hydrology 10 3 282 290 Roche P A Thi ry D 1984 Simulation globale de bassins hydrologiques Introduction a la mod lisation et description du mod le GARDENIA Rap BRGM 84 SGN 337 EAU Rosenbrock H H 1960 An automatic method for finding the greatest or the least value of a function Computer journal 3 3 p 175 184 Oct 1960 Thi ry D 1990 Logiciel MARTHE Mod lisation d Aquif re par un maillage rectangulaire en r gime transitoire pour un calcul hydrodynamique des coulements version 4 3 Rapport BRGM R 32210 EAU 4S 90 356 pp Thi ry D 1993 Mod lisation des aquif res complexes Prise en compte de la zone non satur e et de la salinit Calcul des intervalles de confiance Revue Hydrog ologie 1993 n 4 pp
145. s niveaux de nappes souterraines est identique celle de la vidange d un r servoir Le comportement d un syst me aquif re peut donc tre repr sent par un ensemble de r servoirs se vidant les uns dans les autres Des fonctions de transferts non lin aires permettent en outre d am liorer cette approche un peu sch matique e R servoirs du mod le Le mod le GARDENIA comprend au maximum quatre ou cinq r servoirs cependant par l interm diaire des param tres et des options il est possible d utiliser un sch ma simplifi ne faisant intervenir que deux ou trois r servoirs Le sch ma des r servoirs est pr cis sur les Figure 2 Figure 4 Le mod le r alise un bilan entre les apports pr cipitations et les sorties coulements ou vapotranspiration chacun des pas de calcul e Fonction production et fonction transfert Le calcul comporte deux parties traditionnellement appel es fonction production et fonction transfert BRGM RP 62797 FR 23 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation La fonction production d termine quelle quantit d eau sera apport e au mod le et quelle quantit sera vapor e ou s infiltrera dans les horizons inf rieurs pour ressortir plus tard a exutoire du bassin La fonction transfert d termine quel moment l eau qui n a pas t vapotranspir e ressortira l exutoire du bassin ou arrivera la nappe Le
146. s sont bissextiles est utilis uniquement si le pas de temps est journalier Si le pas de temps n est pas journalier fixer cette date O Position des donn es du bassin dans les fichiers Cette option est disponible uniquement avec le profil d utilisation avanc e e Num ro de la colonne de donn es des fichiers correspondant ce bassin Si on a choisi l option Donn es de tous les sites dans diff rentes colonnes d un m me fichier dans les Options g n rales on donne ici le num ro de la colonne la m me pour chaque fichier de donn es fichier des d bits de rivi re des pluies des ETP des 66 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation temp ratures des pr cipitations neigeuses des pompages dans laquelle seront lues les donn es La date est toujours plac e dans la colonne n et les num ros de colonne s entendent au dela de la colonne de la date la colonne n 1 est la 1 colonne de donn es donc en r alit la 2 colonne du fichier 0 Par d faut colonne num ro 1 1 La colonne est le num ro d ordre du bassin par ex donn es du bassin n 5 dans la colonne n 5 K Les donn es du bassin sont dans la colonne nK Fr G Param tres G n raux Nombre Ann es d marage pou gener om e moy fives de d marane 6 Nombre de cycles de d marage CYC Nombre de R servoirs Souterrains 1 ou 2 ou 3 Double seuil def 1 Nu
147. s sont donc inutilis es Pour viter cet inconv nient il est conseill d acqu rir les donn es climatiques pluies ETP temp ratures pompages d une ou plusieurs ann es pr c dant la premi re ann e d observations de d bits et ou de niveaux On cr era alors la ou les ann es correspondantes de d bits et ou de niveaux observ s au moyen de valeurs fictives qui ne seront pas prises en compte dans les calculs mais serviront seulement occuper une place dans les fichiers de donn es Les valeurs fictives qui sont aussi celles utilis es pour les lacunes d observations sont o 2 pour les d bits de rivi re o 9999 pour les niveaux de nappe e Nombre de cycles de d marrage Pour rallonger la p riode de d marrage quand on ne dispose pas de suffisamment de donn es climatiques avant le d but des observations on peut r aliser plusieurs cycles d initialisation Par exemple si on a d fini 2 ann es de d marrage et qu on r alise 3 cycles de d marrage il y aura 3 cycles r p tant les 2 ann es de d marrage soit 6 ann es de d marrage au total Par d faut si on laisse la valeur 0 Il y a 1 cycle de d marrage e Nombre d ann es finales ignorer pour la calibration C est le nombre d ann es finales qui ne sont pas prises en compte pour la calibration automatique des param tres Par d faut toutes les ann es de donn es sont prises en compte apr s la p riode de d marrage Cependant dans certains
148. s une phase de son fonctionnement il adopte une capacit de r servoir superficiel suffisante et corrige la trop grande abondance des apports par une r duction de la superficie du bassin Ainsi dans ce cas si le volume global au niveau du bassin est respect l apport efficace par unit de superficie du bassin est erron BRGM RP 62797 FR 41 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Difficult s particuli res en cas de calibration uniquement sur des observations de niveaux pi zom triques ll est possible de calibrer caler les param tres du mod le GARDENIA partir uniquement d une s rie d observations de niveaux pi zom triques sans s rie d observation de d bits de rivi re Cependant cette pratique pr sente des risques En effet le niveau pi zom trique est reli par une relation lin aire au niveau dans le r servoir souterrain du mod le GARDENIA C est alors l inverse du coefficient d emmagasinement qui joue alors le r le de facteur d amplitude comme la superficie du bassin versant dans le cas d un calcul de d bit de rivi re Ceci peut poser quelques difficult s particuli res 42 le coefficient d emmagasinement n est pas connu m me en ordre de grandeur aussi bien que l est g n ralement la superficie du bassin versant En effet il s agit dun coefficient d influence globale des fluctuations de stock sur un niveau pi zom trique particulier Ce coefficient d influence correspon
149. t Dans la pratique GARDENIA permet d analyser le fonctionnement hydrologique d un bassin versant d tendre des donn es de d bits et ou de niveaux Il peut ainsi aider au dimensionnement de diff rents types d ouvrages barrages ou am nagements parkings ouvrages de captage en rivi re microcentrales lectriques etc En effet le mod le une fois calibr est en mesure De reconstituer pour un bassin versant donn les d bits d une rivi re ou d une source et ou les niveaux pi zom triques en un point d une nappe durant une p riode pendant laquelle on ne poss de pas de mesures BRGM RP 62797 FR 3 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation De simuler O des d bits r sultant de p riodes de s cheresse d bits d tiage ou dimensionnement de barrage ou de s quences de pr cipitations exceptionnelles dimensionnement de fondations de parkings d ouvrages enterr s des niveaux pi zom triques ponctuels de nappe partir de pr cipitations effectivement observ es prolong es par des sc narios de pr cipitations pr visionnels s cheresses p riodes de hautes eaux Enfin le code de calcul GARD NIA est con u pour encha ner le traitement de plusieurs bassins avec des options communes Il constitue donc un outil tout particuli rement adapt aux synth ses r gionales pour lesquelles on d sire r aliser avec une certaine coh rence l analyse de plusieurs bassins versants
150. t Percolation C est la hauteur du r servoir H conduisant une gale r partition entre coulement rapide ruissellement et percolation alimentant l coulement lent Quand le niveau dans le r servoir interm diaire est gal n fois cette hauteur l coulement rapide instantan est gal n fois la percolation R ciproquement quand le niveau est gal 1 n fois cette hauteur la percolation est gale n fois l coulement rapide Remarque Lors d une calibration uniquement sur des observations de niveaux de nappe il faut tre assez prudent pour viter que la majeure partie des pr cipitations efficaces ne soit vacu e en coulement rapide coulement superficiel la faible composante lente composante souterraine tant compens e par un fort coefficient d amplitude faible coefficient d emmagasinement apparent e Unit mm e Valeur de d part conseill e 70 mm difficile pr ciser peut atteindre 500 mm ou davantage e Optimisation conseill e e Temps de 1 2 mont e temps de 1 2 percolation C est le temps caract risant la vitesse de r action entre une pluie efficace et un accroissement de la composante lente du d bit e Unit mois e Valeurs de d part conseill es 0 5 mois pour un calcul de d bit de rivi re r agissant rapidement 1 5 mois pour un calcul de d bit de source ou une simulation de niveau d une nappe libre profonde e Optimisation conseill e e Temps de 1
151. t les valeurs extr mes des donn es d observations d bits et niveaux qui seront prises en compte la fois pour la calibration automatique et pour le calcul des statistiques Les observations ext rieures cet intervalle seront ignor es e Valeur maximale des d bits de rivi re observ s pris en compte Valeur maximale de d bit prise en compte pour la calibration automatique 60 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation e Valeur minimale des d bits de rivi re observ s pris en compte Valeur minimale de d bit prise en compte pour la calibration automatique Par d faut Si la valeur minimale et la valeur maximale donn e pour les d bits de rivi re sont toutes les deux gales 0 toutes les valeurs seront prises en compte c est le cas g n ral e Valeur maximale des niveaux de nappe observ s pris en compte Valeur maximale de niveau prise en compte pour la calibration automatique e Valeur minimale des niveaux de nappe observ s pris en compte Valeur minimale de niveau prise en compte pour la calibration automatique Par d faut Si la valeur minimale et la valeur maximale donn e pour les niveaux de nappe sont toutes les deux gales 0 toutes les valeurs seront prises en compte c est le cas g n ral e Valeur minimale possible pour les d bits de rivi re simul s Valeur minimale possible pour les d bits simul s Par d faut cette valeur est gale 0 Dans les sch mas avec
152. t tout autre rep re de niveau est acceptable On notera cependant qu il s agit de niveaux et non de profondeurs en l absence de nivellement on pourrait cependant utiliser l oppos de la profondeur c est dire par exemple 23 7 m pour une profondeur de 23 7 m Pour une calibration sur des niveaux de nappe il faut s assurer que le pi zom tre pris en compte n est pas trop pr s d un cours d eau car l influence de ce dernier pourrait masquer les variations de niveau de la nappe dans le pi zom tre 2 4 ANALYSE ET ELABORATION DES DONN ES Les donn es d entr e du mod le lame d eau ETP d bits mesur s et ou niveaux pi zom triques doivent tre analys es et labor es a partir d informations fournies par des mesures ponctuelles souvent incompl tes 2 4 1 Analyse des pluies Plusieurs d marches d analyse des donn es existantes sont possibles Nous distinguerons deux cas tude rapide d un bassin pas de temps mensuel pour toutes les donn es recueillir plusieurs s ries de pluies et de d bits dessiner chaque s rie rep rer les p riodes concomitantes de donn es compl ter les s ries des pluies par r gression multiple avec les postes voisins choisir une pond ration et calculer la lame d eau pour la p riode la plus longue possible calculer les ETP en utilisant si n cessaire une s rie de moyennes mensuelles interannuelles tude tr s d taill e d un bassin pas de t
153. t un fichier pour les d bits de pr l vements ou d injections ventuellement un fichier pour les donn es de temp rature de lair s il y a lieu de mod liser la fonte de la neige ventuellement un fichier pour les donn es d quivalent en eau des pr cipitations neigeuses ventuellement un fichier pour les donn es de d bits observ s l exutoire du bassin pour la calibration des param tres ventuellement un fichier pour les donn es de niveaux observ s d un pi zom tre situ dans le bassin pour la calibration des param tres Le pas de temps de chaque s rie doit tre constant mais chaque s rie peut avoir un pas de temps diff rent des autres Classiquement on utilisera un pas de temps journalier pour chaque s rie mais on pourrait galement avoir la configuration une s rie de pluie journali re une s rie d vapotranspiration potentielle mensuelle une s rie de d bits d cadaires Dans tous les cas o les pas de temps sont diff rents le pas de temps le plus fin doit tre celui de la pluie car les calculs de bilan sont effectu s au pas de temps de la pluie Les pas de temps possibles sont un pas de temps journalier un pas de temps d cadaire 10 jours un pas de temps mensuel un pas de temps autre d finit par l utilisateur par exemple 1 heure ou 15 minutes Remarque ll est possible de traiter simultan ment plusieurs bassins la
154. te GARDENIA v8 1d R 0 980 Observ Simul C Copy P Print EscapeorEnter Net F9 Stop FB Cancel Graphs ES _ Figure 29 Graphique de la s rie observ e rouge et de la s rie simul e vert 3 3 13 Edition sur fichiers des r sultats la fin des calculs les noms des diff rents fichiers cr s lors de l ex cution de GARDENIA sont affich s l cran Les fichiers cr s ont des noms standards Figure 30 ils sont donc cras s chaque ex cution de GARD NIA dans le m me dossier Pour conserver ces fichiers il est n cessaire de les renommer avant de relancer l ex cution de GARDENIA BRGM RP 62797 FR 77 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation FE G Message 9 Fin des calculs Les fichiers suivants ont t cr es gardepara out contient les nouveaux param tres ce fichier DOIT tre renomm avant r utilisation tabl_param pm contient le tableau des param tres hydrologiques tabl_neig prn contient le tableau des param tres de Fonte de Neige tabl_criter pm contient le tableau des crit res d ajustement minmaxmoy prn contient le tableau des Mini Maxi Moyennes moybilan pm contient le tableau des Bilans moyens en mm an bilmens prn contient les Bilans Mensuels ou autre de chaque ann e gardelis txt contient le Listing total gardesim out contient les D bits Niveaux calcul s gatdesim prn contient
155. te r serve utile est compl tement pleine e Unit mm e Valeur de d part conseill e 70 mm e Optimisation conseill e On obtient cependant g n ralement de meilleurs r sultats en utilisant uniquement une r serve superficielle progressive sans r serve superficielle de type r serve utile donc avec e Valeur de d part conseill e 0 mm e Optimisation Non e Capacit de la r serve superficielle progressive C est la capacit de la r serve superficielle progressive Cette r serve a un comportement plus physique qu une r serve utile en tout ou rien Dans la r serve progressive l vaporation r elle et la production de pluie efficace suivent des lois quadratiques fonction de l tat de remplissage de cette r serve 70 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation On note Satur Remplissage Capacit e Sila pluie est sup rieure l ETP la pluie efficace est calcul e par la relation Pluie_Efficace Pluie ETP x Satur e Sil ETP est sup rieure la pluie l ETR est calcul e par la relation ETR ETP Pluie x Satur x 2 Satur e Unit mm e Valeur de d part conseill e 250 mm e Optimisation conseill e On obtient g n ralement de meilleurs r sultats en utilisant uniquement une r serve superficielle progressive sans faire intervenir de r serve superficielle de type r serve utile e Hauteur de r partition Ruissellemen
156. te application montre la possibilit de simuler des coulements a travers un sol non satur Elle permet de valider le sch ma de bilan de Gard nia pour simuler vaporation dans le sol partir des pluies et des ETP Les donn es de cet exemple proviennent d un ensemble de cinq grands lysim tres de 1 1 m tre de haut et de 1 m de surface soumis des cultures de c r ales et suivis pendant une p riode de 21 mois Herbst et al 2005 BRGM RP 62797 FR 91 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Cinq monolithes de sol non perturb lysim tres drainage libre contenant un Luvisol orthique ont t utilis s pour suivre le bilan hydrique du sol Les monolithes avaient une profondeur de 1 1 m et une surface de 1 0 m Du bl d hiver a t sem en premier avec une p riode de pr germination en novembre 1988 Pendant la p riode de v g tation suivante c est de l orge d hiver Hordeum vulgare L qui a t sem puis r colt le 11 mai 1990 La culture suivante tait de l avoine Avena sativa L qui a t r colt le 13 ao t 1990 Pendant les 627 jours de la p riode du 25 novembre 1988 au 13 ao t 1990 les pr cipitations l humidit de l air la temp rature de l air la vitesse du vent et le rayonnement ont t suivis sur une base quotidienne La teneur en eau du sol a t mesur e environ tous les 4 5 jours avec une sonde neutrons diff rentes profondeurs Le drainage du lysim t
157. temps plus fin Ce param tre est accessible uniquement avec le profil d utilisation avanc e Par d faut si on laisse ce param tre 0 la pluie survient pendant 100 du pas de temps e Nombre de r servoirs souterrains C est un nombre qui d finit le sch ma utilis pour l coulement souterrain 1 Un seul r servoir souterrain 2 Deux r servoirs souterrains donc deux composantes souterraines 3 Un r servoir souterrain double avec une composante souterraine lente et une deuxi me composante souterraine rapide qui appara t uniquement quand le niveau dans ce r servoir d passe un seuil c est dire quand le niveau de la nappe est haut Un tel sch ma avec un r servoir double est utile en particulier pour repr senter un niveau de nappe avec un effet de d bordement Dans un tel cas on observe que le niveau de la nappe n augmente plus ou quasiment plus partir d un certain niveau Ce sch ma peut aussi permettre de prendre en compte l effet de fractures ou bien une augmentation de la perm abilit pr s de la surface Il est conseill de ne conserver qu un seul r servoir souterrain a chaque fois que c est possible pour privil gier la stabilit de la calibration Par d faut si on laisse le nombre de r servoirs gal 0 c est un sch ma avec un seul r servoir souterrain qui sera utilis e Num ro du r servoir souterrain lt gt Niveau de nappe s il a 2 r servoirs souterrains Quand le sch ma fait inte
158. transfert s effectue par passage a travers les deux ou trois r servoirs inf rieurs du mod le ECOULEMENT TOTAL 24 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Surface du bassin versant semn a es ee Sbrgm guronana nn PLUIE ma _RUMAX d ficit maximal du sol PLUIE EFFICACE RUIPER Hauteur d qui i Ruissellement Percolation THG Temps 2 percolation D bit Q REA TER Niveau Pi zom NP a LA t Q SURF EC Qo Percolation t NP G S NB RECHARGE de la nappe SO ODO B de oe coulement total DEBIT du cours d eau Figure 1 Sch ma de principe du mod le GARD NIA Pluie Evapotranspiration Neige ETP R serve superficielle U Pluie efficace t R servoir interm diaire Ecoulement rapide q H Percolation Recharge t Niveau nappe R servoir souterrain Ecoulement lent Gl Figure 2 Sch ma le plus simple un seul r servoir souterrain BRGM RP 62797 FR 25 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Pluie Evapotranspiration Neige ETP v R serve superficielle U Pluie efficace R servoir interm diaire Ecoulement rapide H Percolation Recharge R servoir souterrain Ecoulement lent Gi Infiltration profonde ES R servoir souterrain profond Ecoulement tr s lent G2 Figure 3 Sch ma complexe deux r servoirs souterrains 26 BRGM RP 6279
159. ts Pluie Neige D bit de Pompage Temp rature de l air vapotranspiration potentielle ETP D bits de rivi re et ou Niveaux de nappe 58 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Le pas de temps et le format de chacun de ces groupes sont d crits par 2 param tres Pas de temps possibles 0 1 2 3 4 Pas de temps journalier Pas de temps pentadaire 72 pas de temps d environ 5 jours par an Pas de temps d cadaire 36 pas de temps d environ 10 jours par an Les deux premi res d cades du mois ont une dur e de 10 jours la derni re s tend du 21 du mois jusqu la fin du mois Pas de temps mensuel 12 pas de temps par an Pas de temps autre non standard Chaque groupe de donn es peut avoir un pas de temps diff rent cependant le pas de temps de la pluie doit tre le plus fin Par exemple il est possible de calculer des d bits moyens mensuels a partir de pluies journali res et d ETP d cadaires mais sauf exception choisie par une option il n est pas possible de calculer des d bits de rivi re ou des niveaux de nappe journaliers partir de pluies d cadaires Il convient de remarquer que les seuls pas de temps uniformes sont le pas de temps journalier et les pas de temps non standards Les pas de temps d cadaires ont des dur es qui varient de 8 11 jours et les pas de temps mensuels des dur es qui varient de 28 31 jours ce qui introduit
160. udi les param tres fix s sont la superficie qui est de 36 km et les corrections de pluie et d ETP fix es 0 e Critique des bilans calcul s La simulation a t effectu e sans facteur correctif sur l ETP Le meilleur ajustement Figure 35 avec un coefficient de Nash 0 785 coefficient d ajustement 0 914 a t obtenu avec les param tres de calculs suivants Capacit de la r serve superficielle 88 mm Hauteur d qui ruissellement 37 mm Temps de 2 percolation 1 68 mois Temps de 2 tarissement 1 56 mois BRGM RP 62797 FR 87 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation r G Dessin Simulation Lo S Copy Graph SaveGraph Print Graph Arr t Dessins Stop Now neg amp Logiciel GARDENIA v8 1d Bassin des Ondes Avec Calage D bit 1965 GARDENIA v8 1d R 0 914 Date bserv Simul C Copy P Print EscapeorEnter Next F9 Stop F8 Cancel Graphs Figure 35 Bassin des Ondes comparaison des d bits observ s et simul s coefficient de corr lation gal 0 914 En terme global le temps de demi tarissement de la composante lente du d bit est assez rapide 1 5 mois La proportion moyenne d coulement rapide estim e apr s calibration repr sente 33 des pr cipitations La lame de recharge moyenne est valu e 229 mm soit 17 5 des pr cipitations ce qui est plausible compte tenu des conditions morphologiques du bassin Il
161. uette sans intervention de l utilisateur L op ration d actualisation permet d actualiser un fichier des param tres sans aucun calcul Un nouveau fichier des param tres de nom gardepara out est alors g n r Ce nouveau fichier des param tres est au format le plus r cent de GARDENIA Il int gre donc la possibilit d utiliser les fonctionnalit s les plus r centes Par pr caution il est cependant conseill de renommer ce fichier avant de l utiliser 3 3 5 Noms des fichiers lire En cas de cr ation d un nouveau projet les noms des fichiers de pluie d ETP de temp rature de l air pour les calculs avec fonte de neige et d observations de d bits et ou de niveaux sont s lectionn s par des boites de dialogue classiques Figure 20 r Hl Nom du fichier des Pluies jsi OW p DATAS D Gardenia Exemples ty il Rechercherd Exe 2 p Organiser v Nouveau dossier LE v 3 Biblioth ques Documents Abb_90jou_Glisy plu Abb_90jou_Glisy_Incompl plu z Allainv plu Mul plu t Images Amiens plu Onde plu d Musique Amiens_Lib plu Orne plu E Vid os Buchy plu OUAGS990 plu Luchon plu Plu_Deca_Huitrelle prn M Ordinateur Luchon_plu prn Plu_Deca_Rouen_1969_2006 plu amp SYSTEM C S Luchon_plu_Neig xis Plu_Glisy 1988 _2007 prn cm DATAS D Luchon_Plu_Pure plu Plu_Irr_Bare_1991_1993 plu d Gardenia Luchon_Plu_Pure prn Plu_Irr_Corn_1991_1993 plu d Anglais ttt t 1 Luchon_Plu_Pur
162. ug e peut rester tout fait n gligeable au pas de temps mensuel De la connaissance de la pr cision des mesures on retiendra dans chaque cas une id e de ce qu il est raisonnable d attendre d une simulation des d bits et des niveaux pi zom triques par un mod le Il est inutile de s attendre a ou de rechercher une calibration quasi parfaite si la qualit des donn es est douteuse 2 5 FONCTIONNEMENT DU MOD LE 2 5 1 Introduction Le mod le GARDENIA repr sente le cycle de l eau depuis les pr cipitations sur un bassin versant jusqu au d bit l exutoire via le niveau aquif re en un point du bassin Figure 1 Le mod le est global car il consid re des entr es globales une lame d eau sur le bassin et une vapotranspiration potentielle moyenne sur le bassin et une ou deux sorties qui sont le d bit l exutoire du bassin et ou les variations de niveau pi zom trique en un point de la nappe sous jacente Le mod le simule le cycle de l eau par un syst me de trois ou quatre r servoirs en cascade qui repr sentent respectivement les premi res dizaines de centim tres du sol dans lesquelles se produit l vapotranspiration zone d influence des racines de la v g tation une zone interm diaire qui produit un coulement rapide une ou deux zones aquif res qui produisent de l coulement lent L allure exponentielle du tarissement des d bits de rivi res et de
163. uide d utilisation 2 3 LES DONN ES N CESSAIRES L UTILISATION DU MOD LE ll faut disposer des donn es suivantes une s rie continue de pr cipitations lames d eau une s rie continue d vapotranspirations potentielles ETP L ETP peut ventuellement tre calcul e partir d une s rie continue de dur e d insolation et de temp ratures de l air et ventuellement d humidit s relatives Voir chapitre Utilisation du module Etpturc ventuellement une s rie temporelle de d bits de pr l vement ou d injection dans son bassin ventuellement une s rie continue de temp ratures de lair uniquement si l on prend en compte la fonte de la neige ventuellement une s rie continue de pr cipitations neigeuses quivalent en eau facultative ventuellement une s rie pas forc ment continue de d bits l exutoire du bassin versant ventuellement une s rie pas forc ment continue de niveaux en un pi zom tre situ dans le bassin Ces 2 7 s ries doivent tre disponibles sur la m me p riode d observations et il est bon de disposer de pr cipitations et d vapotranspirations potentielles ETP pendant au moins un an avant le d but des mesures de d bit ou m me pendant plusieurs ann es auparavant en cas de simulation de niveaux pi zom triques pour faciliter l initialisation du mod le Par ailleurs la calibration du mod le fait intervenir des param tr
164. ul e par GARD NIA au pas de temps d cadaire On a extrait la recharge calcul e par GARDENIA au pas de temps d cadaire sur la p riode 1994 2007 On a alors introduit cette recharge dans le code de calcul hydrodynamique MARTHE de simulation d aquif res par volumes finis selon la loi de Darcy On a mod lis l coulement souterrain a l exutoire d un bassin versant de 157 km ayant la forme d un secteur de disque de 45 c est dire un secteur form par 1 8 de disque Figure 53 On a alors d termin les param tres hydrodynamiques uniformes qui permettent de calculer avec le code de calcul physique MARTHE un d bit souterrain d cadaire le plus proche possible de celui obtenu avec GARDENIA Pour avoir une superficie de 157 km un secteur de disque de 45 doit avoir un rayon de 20 km On a mod lis le domaine d tude en radial avec 40 mailles de 0 5 km de long et 45 de large On a fix arbitrairement un coefficient d emmagasinement uniforme gal 1 On a alors d termin la transmissivit uniforme qui permet de simuler correctement au pas de temps d cadaire le d bit souterrain des 468 d cades de 1994 2007 L ann e 1994 a t utilis e comme p riode de d marrage BRGM RP 62797 FR 103 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Source Figure 53 Sch ma physique mod lis avec le code de calcul MARTHE pour la validation des calculs avec GARDENIA du d bit l exutoire d
165. un bassin versant On obtient un d bit souterrain d cadaire quasi identique Figure 54 avec une transmissivit de 0 481 m s soit une perm abilit de 9 63 10 m s sur 50 m tres d paisseur Comme l inertie du syst me est contr l e par la diffusivit qui est le rapport de la transmissivit au coefficient d emmagasinement on aurait obtenu exactement le m me ajustement sur les d bits souterrains avec par exemple un coefficient d emmagasinement double et une transmissivit double R ciproquement le fait de reproduire parfaitement avec GARDENIA le d bit souterrain calcul avec un mod le hydrodynamique physique est une validation forte du sch ma de GARDENIA pour le calcul de ces coulements souterrains i Q_Sout Garden SE RE A hae a mn E 25 z Q wo Q 1 1 1 Po N Figure 54 L Austreberthe Saint Pa r D bit souterrain Simulation GARDENIA en bleu et simulation physique MARTHE en rouge Les courbes sont superpos es et indiscernables 104 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 6 5 VALIDATION DE LA MOD LISATION D UN HYDROSYSTEME REEL Le bassin utilis pour cette validation est celui de la Voulzie Jutigny qui draine un bassin versant de 280 km pr s de la ville de Provins On lui associe le niveau pi zom trique du pi zom tre Saint Martin Chennetron d indice BSS 02603X0009 S1 situ en Seine et Marne dans les calcaires de Champigny 6
166. uniquement a un usage didactique Pour des raisons de propri t intellectuelle elles ne doivent en aucun cas tre utilis es a un autre usage Elles ont d ailleurs pu tre volontairement modifi es ou d natur es BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Sommaire 1 Lutte CU CTION EPP EE PP a Aaa a ESE Eaa daae Ee 11 2 Description du mod le GARD NIA rene 15 3 Notice d utilisation du code de calcul GARDENIA s cssscssssessesseseeeeeceeseees 43 4 Mise en forme des donn es temporelles Utilisation du module Shalimar 81 5 Exemple d utilisation de GARD NIA Le bassin des Ondes msi 87 6 Validation des lois physiques de GARDENIA s ss ssssssssssseseseseseererarreaesees 91 7 Calcul des ETP par la formule de Turc Utilisation du module Etpturc 111 8 R f rences bibliographiques 115 Liste des annexes Annexe 1 Sch ma de fonctionnement du mod le GARD NIA ere 117 Annexe 2 Coefficient d ajustement et principe du processus it ratif c eceeeeeeeteeeeeteees 123 BRGM RP 62797 FR 7 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Liste des illustrations Figure 1 Sch ma de principe du mod le GARDENIA een 25 Figure 2 Sch ma le plus simple un seul r servoir souterrain 2 0 ceeeeeeeeteeeeteeeteeeeeeeteeeeees 25 Figure 3 Sch ma complexe deux r servoirs souterrains 26 Figure 4 Sch ma complexe un seul r servoir s
167. validation du sch ma de calcul de l ETR et du sch ma de percolation Comparaison avec des mesures de drainage et des mesures de teneur en eau par sonde neutrons Mod lisation des variations de niveau d une nappe fortement influenc e par des pompages proches validation du sch ma de calcul de l influence de pompages Comparaison avec la mod lisation effectu e avec le code MARTHE de l influence des pompages Mod lisation des d bits l exutoire d un bassin versant ayant une forte composante souterraine validation du sch ma de calcul des coulements souterrains Comparaison avec les d bits calcul s avec le code MARTHE dans un aquif re transmissivit et coefficient d emmagasinement uniformes Mod lisation d un bassin versant disposant des mesures de d bits l exutoire et ayant un niveau de nappe pr sentant fluctuations de plus de 20 m tres en r action aux pluies efficaces validation du sch ma de calcul des d bits et des niveaux pi zom triques Comparaison avec les niveaux et d bits calcul s par le code discr tis MARTHE dans un aquif re travers par un cours d eau spatialis avec propagation amont aval Un didacticiel Thi ry 2013 pr sente la mise en uvre pratique de nombreuses mod lisations dans des contextes vari s et en particulier quatre des exemples de validation Avertissement Les donn es hydroclimatiques qui sont fournies avec la distribution du code de calcul sont destin es
168. vent correspondre aux donn es relatives a diff rents bassins versants ou bien correspondre a diff rents types de donn es hydroclimatiques donn es de Pluies d ETP de D bits de rivi re etc Dans tous les cas le s parateur d cimal doit tre un point d cimal jamais une virgule BRGM RP 62797 FR 59 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Dur e des pas de temps non standards Quand le pas de temps n est pas standard Par exemple des pas de temps de 1 2 heure ou de 6 minutes le pas de temps est d fini par 2 param tres e L unit de dur e des pas de temps Les unit s possibles sont Seconde Minute Heure Jour Mois Ann e 1 mois 365 25 12 jours 1 ann e 365 25 jours e La dur e du pas de temps dans l unit choisie Quand on utilise une dur e non standard pour un groupe de s ries temporelles la m me dur e de pas de temps doit tre utilis e pour tous les groupes de s ries temporelles m Message Nom du Bassin simul Pi zom tre Tilloloy Demonstration logiciel GARDENIA r E Message beka 9 Fichier des Param tres lu miens_V8_Oc gar Fichier des Pluies lu Amiens plu Fichier des ETP lu Amiens etp Fichier des Niveaux lu Amiens niv STOP Figure 23 D but des calculs et contr le des fichiers lus 3 3 8 Param tres g n raux Figure 24 et Figure 25 Plage des observations prises en compte Ce son
169. versant d une superficie de 157 km est situ dans le pays de Caux Seine Maritime On dispose des donn es suivantes e Pluie d cadaires a Rouen de 1969 2006 e Evapotranspiration potentielle ETP d cadaire a Rouen de 1969 2006 e D bit moyen d cadaire de l Austreberthe Saint Pa r de mars 1997 2006 6 4 1 Mod lisation avec GARD NIA La mod lisation de ce site avec GARD NIA est d crite en d tails par Thi ry 2013 Le coefficient d ajustement est tr s lev Il est gal 0 961 soit un coefficient de Nash gal a 0 923 Figure 51 La mod lisation permet de d composer le d bit en deux composantes e La composante rapide e La composante lente correspondant l coulement souterrain qui repr sente 90 de l coulement Figure 52 Austreberthe St Pa r Figure 51 D bit de l Austreberthe St Pa r simul par le code GARDENIA 102 BRGM RP 62797 FR Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation Austreberthe St Pa r Figure 52 Composante souterraine du d bit de l Austreberthe St Pa r calcul e par le code GARDENIA 6 4 2 Validation avec le code MARTHE du sch ma GARD NIA de calcul des coulements souterrains Dans un but de validation du sch ma de calcul de l coulement souterrain avec le code de calcul GARDENIA on a proc d de la mani re suivante On a extrait la composante souterraine du d bit calc
170. ws XP Vista Windows 7 Windows 8 pr sentant les caract ristiques minimales suivantes une capacit de m moire RAM de 1 5 Go minimum ventuellement un lecteur de cl USB pour l installation L espace n cessaire sur le disque dur doit tre d au moins 30 Mo pour l installation compl te de GARDENIA avec la documentation 3 1 3 Installation de GARD NIA L installation de GARDENIA se fait en double cliquant sur le fichier d installation setup Gardenia exe BRGM RP 62797 FR 43 Logiciel GARDENIA version 8 2 Guide d utilisation 3 1 4 Ex cution Une fois l installation termin e le lancement du code de calcul se fait partir du menu D marrer ou Programmes Lors de l installation il est possible de cr er sur le Bureau de Windows un raccourci de l ex cutable Gardenia exe suffit alors de double cliquer sur l ic ne de ce raccourci pour lancer l ex cution Il est galement possible de d poser par glisser d placer un fichier projet rga sur cette ic ne pour ex cuter ce fichier projet 3 2 LES FICHIERS N CESSAIRE L UTILISATION DE GARDENIA Les donn es climatiques et hydrologiques et les param tres sont tous sur des fichiers s par s Les fichiers n cessaires l utilisation de GARDENIA sont les suivants un fichier pour les param tres de d part du mod le un fichier pour la pluie un fichier pour l vapotranspiration potentielle ventuellemen
171. xutoire du bassin ou e une s rie d observations des niveaux pi zom triques repr sentatifs en un point du bassin ou e une s rie d observations des d bits l exutoire et une s rie d observations des niveaux pi zom triques repr sentatifs en un point du bassin C est cette configuration qui permet le maximum de fiabilit La calibration se fait par une m thode semi automatique L utilisateur fournit un jeu de param tres initiaux et indique les param tres qui seront optimiser partir de ceux ci le mod le fait varier ces param tres dans une gamme de valeurs d finie par l utilisateur et recherche par un algorithme d optimisation non lin aire adapt de la m thode de Rosenbrock 1960 un jeu de param tres fournissant les r sultats les plus proches possibles de la s rie d observations Il fournit l utilisateur des bilans des diff rentes composantes de l coulement vapotranspiration r elle infiltration coulement une repr sentation graphique permettant de comparer observations et simulations des crit res num riques d valuation de la qualit de l ajustement Muni de ces renseignements l utilisateur juge de la n cessit d essayer une nouvelle optimisation partir d un jeu de param tres qu il est libre de modifier sa guise Lorsqu a la fois les crit res num riques d ajustement et les graphiques de comparaison visuelle sont satisfaisants il peut consid rer qu il

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