HyD2002 - Objectifs - Interface graphique - Les objets du modèle - Fichiers d'entrée-sorties - Tutoriel

Cette partie propose une prise en main rapide de l'outil. Des exemples d'aménagements vous sont présentés afin de vous familiariser avec différentes fonctionnalités de l'interface et divers aspects des modèles : priorités des demandes, règles de gestion, calcul de besoins théoriques d'irrigation, etc. Ces exemples sont élaborés à partir de données sur la Guadeloupe.

Un aménagement simple

Il s'agit de construire un système d'eau très simple pour représenter une alimentation en eau potable à partir d'un captage en rivière. Vous apprenez à :

• connaître la région d'étude : ses caractéristiques physiques, ses ressources en eau, etc ;

• ajouter et définir des composants ;

• vérifier la validité de votre système ;

• simuler la desserte en eau de l'aménagement ;

• évaluer les performances en visualisant les différents types de résultats disponibles.

Construire le système

Connaître la région d'étude

Démarrez le logiciel en cliquant deux fois sur l'icone HyD Guadeloupe dans le répertoire C:\ActiveHyd. L'outil affiche une représentation graphique de votre région d'étude définie dans un fichier de configuration.

Figure D2.1. - Région d'étude - vue graphique

Vous pouvez vous familiariser avec cette interface utilisée pour la représentation graphique des systèmes. Les fonds cartographiques sont destinés à mieux cerner la problématique d'aménagement des eaux sur votre région et visent à rendre la définition des systèmes d'eau plus naturelle.

Dans la fenêtre à onglet Guadeloupe, sélectionnez les couches graphiques à afficher en cliquant sur les cases à cocher correspondantes : par exemple Cours d'eau et Stations comme sur la Figure D2.1.

Vous pouvez modifier l'affichage d'une couche par le choix d'une autre légende. Sélectionnez la couche Physique et essayez les différentes légendes disponibles : Région, Courbes de niveau, Pluie moyenne annuelle. Avec ce dernier choix, un lecteur d'animation apparaît et affiche le pas de temps courant visualisé. Lancez l'animation par l'action du bouton . Ces différentes vues illustrent la variabilité spatio-temporelle des ressources en Guadeloupe et le rôle de réservoir joué par la Basse-Terre.

Vous pouvez de même visualiser différents aspects des données hydro-météorologiques par la sélection de la couche Stations et le choix des légendes disponibles.

Vous pouvez détailler et cadrer les vues par des zooms et des déplacements panoramiques. Choisissez un mode souhaité par l'action du bouton Zoom avant   , Zoom arrière   , Pan   . Vous pouvez également rester dans le mode par défaut Sélection et utiliser les autres boutons, les barres de défilement ou le menu contextuel.

Pour consulter l'information associée à chacun des objets d'une couche, choisissez le mode Sélection    par l'action du bouton    et cliquez sur l'objet souhaité. Une fenêtre à onglet du nom de cet objet affiche alors une liste des informations disponibles.

Ajouter des noeuds

Nous voulons modéliser l'alimentation en eau potable d'une partie de la Grande-Terre à partir d'une prise sur la rivière Bras David en Basse-Terre. Il faut créer :

• une consommation en eau pour représenter l'alimentation en eau potable ;

• une jonction pour modéliser le captage d'eau sur Bras David ;

• une jonction pour représenter la sortie du système d'eau naturel de la Grande Rivière à Goyave.

    L'alimentation en eau potable

Pour créer la demande, sélectionnez, à partir du menu du haut Outils, Ajouter composant type puis Consommation en eau.

Pour accéder à la définition du composant, actionnez le bouton Objet    de la barre d'outils Sélection puis le bouton Définition    de la barre d'outils Vues.

Modifiez le nom du composant par aep.

L'information principale est la définition de la variation saisonnière de la demande en eau. Vous pouvez prendre en compte deux valeurs de la demande en eau potable journalière sur l'année : une valeur dite de pointe de 135 000 m3/j, applicable durant la période sèche de carême de février, mars, avril, et une valeur dite moyenne de 115 000 m3/j, valable tout le reste de l'année. Saisissez les valeurs correspondantes pour chaque mois, sachant que, comme vous pouvez le constater dans le menu contextuel à votre disposition par l'action du bouton droit de la souris dans une cellule de saisie, ces valeurs sont exprimés en millions de m3. Vous pouvez également rentrer ces valeurs à partir de la vue graphe de la demande en eau obtenue par l'action du bouton Objet    de la barre d'outils Sélection sur cette demande. Les mois apparaissent alors explicitement.

Figure D2.2. - Alimentation en eau potable - vue tableau

    Le captage d'eau

Pour créer le captage, sélectionnez Ajouter composant type puis Jonction à partir du menu contextuel obtenu avec l'action du bouton droit de la souris. La définition du composant s'affiche directement. Saisissez son nouveau nom : captage.

L'information principale est ici constituée par l'apport naturel disponible en ce point. Il vous faut saisir le nom de la station hydrométrique, ici DAVID130, correspondant à votre point de prise sur la rivière Bras David au nord de la Basse-Terre. Vous pouvez consulter la chronique annuelle de la ressource à partir de l'action du bouton Objet    de la barre d'outils Sélection puis du bouton graphe    de la barre d'outils Vues. Actionnez l'onglet Graphique pour une représentation de la courbe de variation.

Par l'action du bouton Systeme    de la barre d'outils Sélection, revenez sur la vue graphique du système d'eau puis déplacez l'objet Jonction, schématisé par un rond, à l'emplacement de la prise sur Bras David.

    La sortie du système

Vous pouvez créer la jonction correspondant à l'exutoire de la Grande rivière à Goyave par la simple action du bouton Ajouter composant    dans la barre Outils. Cette fonction ajoute dans le système une copie du composant sélectionné, placé au Nord Est de l'objet initial. Déplacez cette nouvelle jonction à l'endroit souhaité.

Après action du bouton Objet    de la barre d'outils Sélection puis Définition    de la barre d'outils Vues, modifiez les caractéristiques de l'objet : nom sortie, pas d'apport naturel.

Ajouter des liens

A ce stade de la construction il vous faut définir les liens hydrauliques entre vos composants. Votre système n'est en effet pas valide comme vous pouvez le constater par l'action du bouton Validité    de la barre d'outils Vues : la liste des incohérences vous signale que votre demande en eau potable n'est pas alimentée, que les jonctions ne sont pas connectées.

Ajoutez un arc de surface par l'action du bouton gauche de la souris et la touche Alt du clavier enfoncés sur le noeud amont et relachés sur le noeud aval, ici captage et aep respectivement. Pour créer le lien correspondant à la Grande rivière à Goyave, sélectionnez, à partir du menu du haut Outils, Ajouter composant type puis Arc naturel.

Vous pouvez consulter et modifier les définitions de ces liens en sélectionnant l'arc souhaité avec la souris et par l'action du bouton Objet    de la barre d'outils Sélection.

Simuler la desserte en eau

Avant d'exécuter la simulation, consultez l'ensemble des caractéristiques retenues par l'action du bouton Systeme    de la barre d'outils Sélection puis le bouton Définition    de la barre d'outils Vues. Vous pouvez renommer le système et modifier des caractéristqiues de simulation comme le pas de temps d'étude, le mois début, le nombre de mois, etc. Pensez à utiliser le menu contextuel pour disposer d'informations sur les cellules de saisie.

Démarrez l'exécution par l'action du bouton Simuler    de la barre ou du menu Outils. Une fenêtre s'affiche renseignant sur l'avancement de la simulation - voir Figure D2.3.

Figure D2.3. - Simulation du système - vue graphique

Evaluer les performances

Vous pouvez visualiser différents résultats de la desserte en eau sur le système ou sur certains composants. Vous avez accès à des chroniques sur des variables du modèle et à des cumuls et des statistiques issus de ces résultats de manière à disposer d'indicateurs synthétiques pour évaluer les performances d'un aménagement.

Ainsi, en mode Graphique sur le système d'eau, l'action du bouton Résultats    de la barre d'outils Vues affiche la fenêtre présentée sur la Figure D2.4.. Ces camemberts présentent les parts entre apport et déficit sur la desserte pour les consommations en eau, pour l'ensemble de la période simulée, pour l'année la plus déficitaire, pour la période de déficit la plus longue et pour le mois le plus déficitaire.

Figure D2.4. - Résultats globaux - vue graphique

Actionnez de nouveau le bouton Résultats    de la barre d'outils Vues. Vous disposer de :

• résultats globaux, présentés sur la Figure D2.5, sur les déficits de demande en eau où nous distinguons demande consommatrice (C), demande d'utilisation (U) et demande écologique (E) et les valeurs suivantes :

• 1. déficit total : pourcentages de déficit sur la totalité de la période simulée ;

• 2. déficit max annuel : pourcentages de déficit sur l'année avec le maximum de déficit pour les demandes consommatrices ;

• 3. plus long déficit : pourcentages de déficit sur la période la plus longue avec des déficits consécutifs pour les demandes consommatrices, nous donnons le premier mois et le nombre de mois consécutifs ;

• 4. déficit max mensuel : pourcentages de déficit sur le mois avec le maximum de déficit pour les demandes consommatrices.

Pour 2-3-4, nous nous référons au déficit maximum pour les demandes consommatrices et nous présentons les valeurs correspondantes pour les demandes d'utilisation et écologiques, ainsi que pour les rapports entre sortie et apport naturel du système et pourcentage de remplissage des différents réservoirs par rapport à leur volume objectif.

Figure D2.5. - Résultats système - vue tableau résultats

• accès, par l'action du bouton Objet   , aux chroniques relatives aux résultats précédents soit en valeurs absolues, soit en pourcentages.

• cumuls saisonniers des demandes et déficits pour les consommations d'eau (C), les besoins d'utilisation (U) et les besoins écologiques (E) qui correspondent aux débits réservés dans les arcs naturels. Sont également cumulés mois par mois les apports et les sorties naturels du système.

• comparaisons sur la desserte des demandes (consommations en eau et utilisations d'eau) à partir des valeurs de pourcentages et des dates sur leur déficit total, leur déficit max annuel, leur plus long déficit et leur déficit max mensuel. Vous pouvez directement accéder aux résultats d'une demande particulière par l'action du bouton Objet    sur l'un des éléments de la liste.

   

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Un aménagement plus complexe

Sur l'exemple précédent, vous avez expérimenté la construction d'un aménagement simple. Pour tout autre aménagement, le principe est le même. Il suffit de définir les ressources, les demandes, les jonctions éventuelles et les liens hydrauliques. A tout moment vous pouvez vérifier la validité de votre construction et corriger les incohérences éventuelles signalées.

Plutôt que vous guidez pas à pas sur l'ajout successif de composants, ce qui serait fastidieux, nous allons charger un aménagement existant.

Actionnez le bouton Ouvrir    de la barre d'outils ou du menu Fichier. Dans la boite de dialogue ouverte, sélectionnez le fichier Amenagements_A1.txt et ouvrir. Le chargement de l'aménagement s'effectue à partir de la définition complète du système sous forme de texte.

Connaître l'aménagement

Choisissez le mode Graphique, si ce n'est déjà fait, pour visualiser le schéma du système présenté sur la Figure D3.1. Amenagements_A1 correspond au système d'adduction mixte eau potable - irrigation de la Grande-Terre à partir des seules ressources du nord de la Basse-Terre.

Détailler la structure

Vous pouvez consulter la définition de l'ensemble du système ou naviguer d'un composant à l'autre pour visualiser sa définition.

Figure D3.1. - Aménagements_A1 - vue graphique

    Les besoins en eau potable

Ces besoins sont modélisés par des Consommations en eau qui représentent les stations de traitement en tête des réseaux d'adduction en eau potable des communes. Les demandes sont donc sensibles au rendement de ces réseaux. Les valeurs correspondent ici aux tranches de production des stations pour un rendement de 50% (L'hypothèse 65% de rendement est présentée dans la suite). Comme nous l'avons vu précédemment, il est pris en compte deux valeurs de la demande en eau potable journalière sur l'année : une valeur dite de pointe, applicable durant la période sèche de carême de février, mars, avril, et une valeur dite moyenne, valable tout le reste de l'année.

Tableau D3.1. - Aménagements_A - Demandes AEP en m3/j - efficience 50%

    Les besoins d'irrigation

Ces besoins sont modélisés par des Consommations en eau dont la demande est constituée par la chronique des cumuls des besoins théoriques pour l'ensemble des cultures pour chaque zone irriguée. Le calcul des ces besoins est détaillé dans le dernier exemple. Nous considérons ici les zones irriguées et les cultures suivantes :

Tableau D3.2. - Aménagements_A - surfaces irriguées en ha

    Les ressources mobilisées

Seules les ressources de surface de la Grande Rivière à Goyave au nord de la Basse-Terre sont sollicitées avec les prises en rivière de Traversée, Bras David, Vernou, modélisées par des jonctions. Les apports naturels sont constitués par des chroniques d'écoulements historiques ou reconstituées sur des stations hydrométiques. Ainsi l'apport sur la prise de Vernou correspond à 64% de l'écoulement naturel reconstitué à la station de la Traversée située en aval.

Tout ouvrage de prélèvement en rivière doit comporter un dispositif permettant de laisser en permanence dans le lit de la rivière un débit minimum dit débit réservé. Ce débit est fixé règlementairement au 1/10 du module interannuel au point de prélèvement. Ces débits réservés sont définis par les flux min dans les arcs naturels à l'aval des jonctions correspondant aux captages en rivière et aux confluences.

Tableau D3.3. - Aménagements_A - Débits réservés (l/s)

Le système comporte les deux retenues de Letaye-Amont et de Gachet en Grande-Terre. Ces retenues sont modélisées par des réservoirs caractérisés par leur courbe de remplissage. La retenue de Letaye a une capacité de 550 000 m3, celle de Gachet de 2 800 000 m3. Il est tenu compte des apports par écoulement et par pluie directe sur la retenue, et des pertes par évaporation et par infiltration.

Détailler les règles de gestion

La politique de distribution de l'eau découle de la définition de pénalités sur un non respect d'objectifs. Ces pénalités induisent un ordre de priorité dans la desserte des demandes et la mobilisation des réserves.

Nous avons adopté la même priorité pour toutes les demandes dites écologiques exprimées par les flux min au niveau des arcs naturels, à savoir une valeur de pénalité de 1 pour le non respect du débit réservé.

Pour les consommations en eau, nous différencions les demandes d'irrigation et d'eau potable, avec une priorité croissante. Nous distinguons 2 niveaux pour chaque demande.

Tableau D3.4. - Aménagements_A1 - Priorités de distribution

Pour les réservoirs, les pénalités négatives portent sur le déficit de remplissage par rapport au stockage objectif, les pénalités positives font référence à l'excès de remplissage par rapport à l'objectif. Nous distinguons 2 zones : une tranche basse où l'eau ne peut être mobilisée donc avec des pénalités négatives très importantes (1000) et la tranche de fonctionnement normal. Dans cette tranche la pénalité positive est très élevée (1000) : le remplissage n'excèdera pas le stockage objectif. La pénalité négative est de 2.9 pour Gachet et 2.95 pour Letaye.

Avec ces pénalités, l'eau est donc distribuée en priorité pour satisfaire la tranche basse des réservoirs, puis 90% de l'eau potable, puis 50% de l'irrigation et 10% d'eau potable, puis 50% de l'irrigation, puis la réserve de Letaye, puis la réserve de Gachet et enfin les débits réservés.

Evaluer les performances

Simulez la desserte en eau par l'action du bouton Simuler    de la barre ou du menu Outils. Cette desserte s'effectue au pas de temps mensuel.

Vous pouvez visualiser différents résultats de la desserte en eau du système par l'action du bouton Résultats    de la barre d'outils Vues. Vous pouvez comparer la desserte en eau sur les consommations en eau comme présentée sur la Figure D3.2. Cette desserte est bien conforme aux priorités définies.

Figure D3.2. - Amenagements_A1 mois - Comparaison desserte demandes

Modifier les règles de gestion

Une simulation est repérée par un numéro, par exemple 1 pour la desserte précédente. Après la simulation, toutes les caractéristiques de gestion et des résultats annuels et saisonniers sont sauvegardés dans un fichier objet du nom de l'aménagement et avec comme extension .s<numéro de simulation>. Vous pouvez ainsi sauvegarder et bien sûr recharger jusqu'à 99 simulations.

Modifier des règles communes

Pour modifier le numéro de simulation et le pas de temps de la desserte, sélectionnez la vue de niveau 2 sur le système d'eau, puis actionnez le bouton Objet    de la barre d'outils Sélection sur la ligne Propriétés de gestion. Saisissez 2 comme nouveau numéro de simulation et 2 comme nouveau mode pour choisir un processus de simulation avec une desserte au pas de temps décadaire. C'est ce pas de temps, couramment utilisé en agronomie, qui sera employé par la suite car il semble établir le meilleur compromis entre précision des résultats (il évite des lissages mensuels), banque de données disponibles et lourdeur des manipulations.

Après simulation de la desserte, vous pouvez comparer vos résultats avec la desserte mensuelle précédente.

Si vous visualisez la représentation graphique des aménagements, vous pouvez constater qu'une nouvelle couche a été ajoutée avec comme nom Amenagements_A1 - 2 à la suite de Amenagements_A1 - 1. Les objets de ces couches possèdent des résultats caractéristiques de la desserte. Vous pouvez ainsi choisir de visualiser les aménagements suivant ces différents aspects à partir du choix des légendes : déficit moyen, déficit maximum annuel (voir Figure C8.2.), plus long déficit, déficit maximum mensuel, retour déficit annuel > 0%, retour déficit annuel > 5%, retour déficit annuel > 25%, déficit annuel.

Vous pouvez ainsi comparer graphiquement 2 simulations, en jouant sur l'opacité ou la position (menu contextuel sur les couches) comme sur l'exemple Figure D3.3. qui permet en un coup d'oeil de voir l'effet de lissage du mensuel.

Figure D3.3. - Amenagements_A1 mois décades - Graphique retour déficit > 5%

Modifier des règles de composants

Vous pouvez bien sûr modifier des propriétés de gestion d'un composant particulier en le sélectionnant. Les alternatives de gestion considèrent souvent des modifications similaires sur plusieurs composants. Ainsi la simulation 3 fera référence à une desserte en eau où les débits réservés deviennent prioritaires.

Sous la vue de niveau 2 du système d'eau, sélectionnez tous les arcs naturels puis actionnez le bouton Sélection    de la barre d'outils Sélection. Choisissez la vue Définition pour disposer de toutes les propriétés des composants. Passez en mode Texte et supprimer toutes les propriétés à l'exception de la ligne penalites. Saisissez 5 comme nouvelles valeurs mensuelles. Pour valider vos modifications, actionnez le bouton Appliquer    de la barre Outils

Modifier les demandes en eau

Modifier les demandes en eau correspond à changer des propriétés structurales des aménagements. Il convient alors de renommer le système d'eau étudié avant de faire ces modifications. A titre d'exercice, vous pouvez créer des aménagements correspondant aux cas pratiques suivants.

Modifier l'efficience de l'AEP

Une recherche et une réparation des fuites sur le réseau d'adduction en eau potable pourrait permettre d'atteindre une efficience de 65%. Ce qui conduit à considérer les demandes de production des stations de traitement présentées dans le Tableau D3.5. La demande globale est abaissée de 9% par rapport à une efficience de 50%

Tableau D3.5. - Demandes AEP en m3/j - efficience 65%

Renommez votre système en Amenagements_A1r65. Effectuez les modifications sur les consommations en eau concernées. Simulez la desserte en eau et comparez avec les simulations précédentes.

Abaisser la demande d'irrigation

Les besoins d'irrigation considérés sont des besoins théoriques. Ils peuvent surestimer la demande effective. Aussi il est fortement conseillé d'effectuer une analyse statistique sur les consommations pour cerner l'impact des pratiques culturales et mieux évaluer les besoins. Une solution palliative consiste à considérer brutalement un coefficient d'abattement sur les demandes.

Vous pouvez ainsi étudier l'impact sur la desserte d'un abattement de 25%. Renommez votre système en Amenagements_A1i75. Effectuez les modifications sur les consommations en eau concernées en saisissant simplement 0.75 comme nouveau coefficient au niveau de demande source. Simulez la desserte en eau et comparez avec les simulations précédentes.

Des variantes d'aménagements

Etudier le schéma d'utilisation des eaux d'une région consiste à considérer de nombreuses variantes à partir d'un système d'eau existant afin de cerner les évolutions probables sur differents horizons de planification. Nous présentons des cas concrets de mobilisation de nouvelles ressources, avec des modifications structurales importantes, des augmentations de demandes en eau, une recherche d'amélioration de la qualité des eaux, etc. L'outil permet finalement de créer une synthèse graphique afin de présenter les variantes les plus plausibles.

Modifier la structure de l'aménagement

Le premier exemple consiste à mobiliser une ressource de surface supplémentaire pour améliorer la desserte du système Amenagements_A1. Il nous permet de détailler les règles de mobilisation lors d'alimentation de besoins à partir de plusieurs ressources.

La rivière Bras de Sable apparaît comme un site possible pour l'implantation d'une prise d'eau complémentaire afin de permettre une meilleure desserte des besoins tout en respectant les débits réservés. Par contre le captage proposé se situe à la cote 50 m NGG, un pompage est nécessaire pour mobiliser les ressources au niveau de l'ouvrage. En raison du coût d'une telle opération, la station devra être utilisée le moins souvent possible, c'est à dire essentiellement en période de carême.

Figure D4.1. - Amenagements_A2 - vue graphique

Il s'agit donc d'ajouter une nouvelle jonction bsable pour modéliser le captage et de la placer au niveau de la station hydrométrique existante. Une chronique d'écoulement est donc directement disponible pour définir l'apport naturel.

Créez un arc naturel entre le captage et l'exutoire de la Grande Rivière à Goyave. Le débit réservé, correspondant au 1/10 du module, est de 150 l/s.

Reliez le captage à la conduite mixte de diamètre 1400 mm alimentant la Grande-Terre conformément au schéma du système présenté sur la Figure D4.1.

Les besoins desservis par cette conduite f1400 peuvent être alimentés par la conduite f1000 en place et par la nouvelle conduite créée. Les parts de desserte attendue sont définies par les capacités de transit des liens, à savoir la définition du flux max.

La capacité de transit de la conduite f1000 est fixée à 1.95 m3/s. Si vous définissez une capacité de la nouvelle conduite de 350 l/s, le captage de Bras de Sable sera mobilisé à hauteur de 350 / (350 + 1950) soit 15% de la demande.

Pour limiter le pompage au carême, vous allez définir ce flux max de février à mai et une capacité de transit nulle le reste de l'année. Vous pouvez tester plusieurs hypothèses de gestion en jouant notamment sur les priorités des débits réservés et la capacité de transit.

Multiplier les variantes

Aménagements B

La modification majeure par rapport aux aménagements A consiste à solliciter des ressources de la Côte-au-Vent (prises de la Rose et de la Lézarde) et du Sud de la Basse-Terre (retenues de Dumanoir et Moreau).

La demande en eau subit une augmentation importante notamment du fait de l'irrigation des 2000 ha de bananes sur la Côte-au-Vent.

Si on considère une efficience des réseaux de 50%, la demande en eau potable augmente de 18% par rapport aux aménagements A. Vous pouvez étudier également l'hypothèse d'une efficience des réseaux AEP de 65%, correspondant à un abattement global de 22% de la demande.

Tableau D4.1. - Aménagements_B - Demandes AEP en m3/j

Pour l'irrigation de la Grande-Terre, on considère que seules les zones irriguées du Nord connaissent une augmentation.

Tableau D4.2. - Aménagements_B - surfaces irriguées en ha

Figure D4.2. - Amenagements_B1 - vue graphique

Vous pouvez définir des variantes avec des débits réservés plus hauts pour améliorer la qualité des cours d'eau. De même vous pouvez construire une variante Amenagements_B2 qui considère un réservoir à la place de la prise sur Bras David.

Tableau D4.3. - Aménagements_B - Débits réservés (l/s)

Aménagements C

Aucune ressource nouvelle n'est mobilisée. Mais on considère une augmentation importante de la demande en eau.

Si on considère une efficience des réseaux de 50%, la demande en eau potable augmente de 27% par rapport aux aménagements B, soit 40% par rapport aux aménagements A. Vous pouvez étudier également l'hypothèse d'une efficience des réseaux AEP de 65%, correspondant à un abattement global de 40% de la demande.

La surface irriguée de la Côte-au-Vent passe de 2000 à 3800 ha de bananes. Les zones irriguées de la Grande-Terre sont considérées inchangées.

Tableau D4.4. - Aménagements_C - Demandes AEP en m3/j

Vous pouvez construire une variante Amenagements_C2 qui considère un réservoir à la place de la prise sur Bras David et une variante Amenagements_C3 avec l'implantation d'un grand réservoir de 10 Millions de m3 dans les Grands-Fonds (voir Figure D4.3.).

Figure D4.3. - Amenagements_C3 - vue graphique

Pour pouvoir comparer les différentes variantes numériquement, vous pouvez copier les résultats globaux de chacune et coller ces caractéristiques sous un tableur. Vous pouvez considérer des chroniques de variables particulières comme les débits à l'aval des captages pour mieux appréhender la qualité des cours d'eau ou comme les stockages dans les réservoirs pour étudier leur mobilisation. Le plus simple est de sélectionner la chronique avec la commande Objet et considérer la vue Graphe qui effectue un copier automatique des données dans le presse-papiers.

Créer des synthèses graphiques

Vous pouvez créer une synthèse graphique afin de présenter les variantes les plus plausibles.

Chargez les aménagements que vous voulez présenter. Les systèmes d'eau ont été préalablement simulés donc vous pouvez ouvrir ces aménagements à partir des fichiers objets (extension hyd). Eventuellement supprimez ou déplacez des couches aménagements avec le menu contextuel dans la fenêtre à onglet Couches.

Vous pouvez alors sauvegarder les données graphiques avec vos aménagements et les résultats caractéristiques dans un fichier d'extension xmd (pour eXtensible Map Definition). Ce fichier peut être visualisé avec ActiveMap comme présenté sur la Figure D4.4..

Figure D4.4. - Synthèse graphique - visualisation avec ActiveMap

Les besoins d'irrigation

Les besoins en eau de l'irrigation dépendent de plusieurs facteurs : la surface irriguée, sa localisation, la pluie et l'évaporation sur la zone étudiée, le type de culture et les pratiques culturales. Le dernier aspect est difficile à prendre en compte sans des études spécifiques très poussées. Donc ce que nous proposons de calculer ici correspond à une estimation des besoins théoriques des cultures. Ces valeurs demandent donc à être repositionnées par une analyse statistique des chroniques réelles de consommations d'eau pour l'irrigation.

Localiser les surfaces irriguées

La Figure D5.1. présente la localisation des zones irriguées de la Grande-Terre. Le Tableau D5.1. détaille pour chaque périmètre les surfaces irriguées par type de culture.

Figure D5.1. - Localisation des zones irriguées

Tableau D5.1. - Aménagements_B - Détail des surfaces irriguées en ha

Pour calculer la pluie moyenne sur les périmètres irrigués, nous disposons de chroniques de pluie décadaires sur de nombreux postes pluviométriques.

Il faut donc calculer la part d'apports d'une station pluviométrique sur une surface donnée. On considère la méthode de Thiessen qui prend comme hypothèse, qu'un point est influencé par la station la plus proche. L'onglet Outils implémente cette méthode de Thiessen et permet de calculer la zone d'influence de chaque station, comme présenté sur la Figure D5.2. Dans la couche Irrigation, pour chaque zone irriguée, il est ajouté le pourcentage des stations les plus proches (au maximum 6).

Figure D5.2. - Influence des postes pluviométriques - Thiessen

Définir les zones irriguées

Il faut définir des objets zones irriguées pour chaque périmètre et chaque type de culture. Des études précédentes ont montré qu'il était judicieux de différencier pour chaque périmètre, le maraichage, le fourrage, et 4 assolements pour la canne à sucre, caractérisés par les dates de récolte.

Maraichage

Réserve Utilisable (RU) : 80 mm

Réserve Facilement Utilisable (RFU) : 30 mm

Coefficient cultural (Kc) : 0.95

Fourrage

Les caractéristiques retenues sont celles utilisées par le Service Météorologique, synthétisées ci-dessous :

Réserve Utilisable (RU) : 110 mm

Réserve Facilement Utilisable (RFU) : 50 mm

Coefficient cultural (Kc) : 1

Canne à sucre

Pour la canne à sucre, contrairement aux précédents types de culture, il est important de tenir compte de la pratique culturale dans la simulation.

Les résultats présentés font référence aux travaux de l'I.R.F.A. et du C.I.R.A.D. [ COMBRES 1989 ] et [ COMBRES 1990 ].

Une exploitation équilibrée comprend différentes soles, caractérisées par leur date de récolte. Ces dates de récolte s'étalent de la mi-Février à la mi-Juin.

On considère une période sans irrigation pour l'ensemble des soles du 1er octobre au 15 décembre et, pour chaque sole, durant les 2 mois qui précèdent sa récolte.

Le coefficient cultural d'une sole suit alors un cycle de 12 mois, caractérisé par 3 phases :

• 1. Phase initiale : Durant les 2 mois qui suivent la récolte, la fraction de sol nu est prédominante et le coefficient cultural est constant : Kc =0.5;

• 2. Phase de croissance active : Sur cette période de 4 mois, le coefficient cultural varie linéairement de Kc = 0.5 à Kc = 1.0;

• 3. Phase de maturité : Durant les six derniers mois, le coefficient cultural est constant, Kc = 1.0 .

Les valeurs préconisées par le Service Météorologiques respectivement pour la réserve utile, et la réserve facilement utilisable sont :

• RU = 140 mm

• RFU = 60 mm

Il convient de tenir compte des diverses soles qui cohabitent sur une zone irriguée donnée. Diverses simulations tests ont démontré que la prise en compte de plus de 4 soles sur une même zone irriguée n'apportait pas de modification significative de l'estimation de la demande en eau annuelle moyenne de la zone considérée.

Il a donc été choisi de modéliser un périmètre de culture de canne à sucre par 4 soles, dont les dates de récolte respectives sont : 15 février, 15 mars, 15 avril, et 15 mai.

Banane

Les caractéristiques retenues sont le fruit d'une concertation avec l'IRFA Capesterre-Belle-Eau.

Réserve Utilisable (RU) : 36 mm

Réserve Facilement Utilisable (RFU) : 12 mm

Coefficient cultural (Kc) : 1.1

Figure D5.3. - Définition des zones irriguées

Exploiter les résultats

Pour définir les chroniques des demandes théoriques cumulées sur les zones irriguées retenues, il s'agit de sélectionner la jonction en amont de ces zones et d'accéder à la vue Résultats qui permet de connaître l'ensemble des demandes à l'aval. Vous pouvez ainsi accéder aux chroniques cumulées correspondant aux bilans mensuels et décadaires. Utilisez un tableur du type Microsoft Excel pour coller ces chroniques et constituer des nouveaux fichiers d'apports.

L'interface homme-machine proposée vise à répondre de manière générale aux 3 grandes fonctionnalités d'un environnement d'aide à la gestion des ressources en eau :

• la construction de systèmes d'eau ;
• la simulation et/ou l'optimisation de la gestion opérationnelle ;
• l'évaluation des performances.

 

L'interface graphique définie sert ainsi à visualiser et modifier les objets de l'application (systèmes d'eau, composants, définitions...) et à naviguer d'un à l'autre. Une fenêtre centrale donne une représentation texte, tableau ou graphique d'un objet sur lequel on peut éventuellement agir.

L'application, bien que portable entre différentes plateformes (utilisation du langage de programmation Java), adopte la configuration classique sous l'environnement Microsoft Windows avec un menu principal, des barres d'outils et une fenêtre principale.

L'affichage de la fenêtre principale est conditionné par les onglets du bas permettant de choisir entre un mode texte, tableau ou graphique. La Figure C1.1 présente les vues sous forme tableau et graphique d'un même système d'eau.

Figure C2.1. - Système d'eau - vue tableau et graphique

L'interface proposée offre :

• une facilité de sélection pour une navigation aisée entre objets : système d'eau, composants, chroniques, etc ;
• des vues multiples d'un même objet : description, définition, validité, résultats divers, etc ;

• des outils pour modifier ces objets : ajouter un composant, appliquer des politiques de gestion, etc.

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La barre d'outils Sélection  permet une navigation aisée entre objets pour choisir l'objet à afficher.

  Système

affiche le système d'eau dans son ensemble. La représentation graphique est géoréférencée et utilise des fonds cartographiques plus ou moins riches rangés par couches - voir Vue graphique d'un système d'eau .

 

  Sélection

affiche une sélection de composants. Par exemple, certaines demandes en eau peuvent être sélectionnées afin de définir des caractéristiques communes. La représentation graphique utilise les mêmes fonds cartographiques que le système complet.

 

  Objet

affiche l'objet correspondant à la position du curseur. Cet objet peut être un composant ou une caractéristique d'un composant ou du système d'eau. Un objet possède dans tous les cas un label qui le qualifie et un type qui le décrit. Un objet peut être simplement une information simple du type chaine de caractères ou valeur numérique. Mais il correspond le plus souvent à des informations structurées correspondant à des agrégations plus ou moins complexes d'informations simples.

 

  Précédent

affiche l'objet précédent de la liste des objets déjà sélectionnés. Un objet n'est présent qu'une fois dans la liste.

 

  Suivant

affiche l'objet suivant dans la liste des objets déjà sélectionnés.

 

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La barre d'outils Vues            permet de visualiser différents aspects de l'objet sélectionné.

  Niveau 1

affiche le label et la description des structures de premier niveau d'un objet. Ainsi un composant en eau correspond à 2 définitions principales : structure et gestion, qui sont les boîtes contenant respectivement les caractéristiques structurales et de gestion.

 

  Niveau 2

affiche le label et la description des structures de deuxième niveau d'un objet. Il s'agit de détailler les définitions premières, comme le montre la Figure C2.1.

 

  Niveau 3

affiche le label et la description des structures de troisième niveau d'un objet.

 

  Définition

affiche la définition complète d'un objet. Pour détailler une caractéristique, il suffit de positionner le curseur sur la ligne correspondante et d'utiliser le bouton Objet de la barre Sélection pour visualiser cette propriété sous différentes facettes.

 

  Graphe

affiche les données correspondant à la vue graphique.

 

  Validité

affiche des informations relatives à la validité de la définition : Ok si l'objet est valide et la liste des incohérences sinon. Il suffit de positionner le curseur sur cette incohérence et d'utiliser le bouton Objet de la barre Sélection pour corriger la définition.

 

  Résultats

affiche les résultats associés à un objet, si ils existent.

 

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Le menu et la barre Outils       permettent de modifier les objets sélectionnés.

  Appliquer

applique les modifications du texte de définition d'un objet, c'est à dire affecte à l'objet étudié les caractéristiques définies par le texte saisi. Cette commande n'est effective qu'avec les modes d'affichage texte et tableau et assure un controle de validité sur la saisie.

 

  Mettre à jour

met à jour l'affichage sous le mode texte ou tableau en prenant en compte d'éventuelles modifications dans la définition d'un objet.

 

  Ajouter composant

crée un nouveau composant du type correspondant à la position du curseur dans le mode texte ou tableau. Sous le mode graphique, ce composant est obtenu par copie de l'objet sélectionné préalablement par l'action du bouton gauche ou par une sélection antérieure.

 

  Simuler

simule la desserte en eau du système. Une fenêtre s'affiche renseignant sur l'avancement de la simulation.

 

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Le menu et la barre d'outils Edition      permettent les échanges de données entre objets et avec d'autres applications en utilisant le Presse-Papiers du système d'exploitation. Ceci est en particulier utile pour copier des caractéristiques identiques entre composants ou pour coller des définitions ou des résultats dans des traitements de texte ou des tableurs.

  Couper

supprime de l'aménagement les composants sélectionnés dans le mode d'affichage tableau et graphique. Sous le mode texte, cette commande coupe le texte sélectionné s'il est éditable c'est à dire s'il correspond aux vues Définition et Graphe.

 

  Copier

copie le texte sélectionné dans le Presse-papiers du système d'exploitation.

 

  Coller

colle le contenu du Presse-papiers à l'emplacement sélectionné sous le mode texte, en remplacement de la définition de l'objet sous le mode tableau.

 

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Le menu et la barre d'outils Fichier      permettent l'ouverture et la sauvegarde de documents.

  Nouveau

crée un nouveau système d'eau. Cet aménagement nommé systeme1 est vide.

 

  Ouvrir

donne accès à une boîte de dialogue d'ouverture de fichiers. Cette commande permet de charger un nouvel aménagement, une simulation en remplacement des propriétés de gestion du système d'eau courant, un nouveau fond cartographique - voir 

 

  Sauvegarder

La définition se présente sous la forme d'un tableau avec 13 colonnes. La première colonne, non éditable, contient les labels des définitions. Toute cellule correspondant à un champs possède un éditeur spécifique. Une vérification sur la conformité des caractères alpha-numériques et sur un dépassement de bornes éventuel est effectué lors de la validation du champs (lors du passage à une autre cellule ou par action de la touche Enter). Une cellule vide est non éditable.

Vous pouvez obtenir des informations sur la donnée d'une cellule dans le menu contextuel (action du bouton droit de la souris) comme sur l'exemple de la Figure C4.1. Vous disposez ainsi du nom, du type de la donnée, des bornes supérieures et inférieures dans le cas d'une valeur numérique et éventuellement de l'unité dans laquelle cette valeur est exprimée.

Figure C4.1. - Consommation en eau - vue définition

Pour obtenir la description de tous les champs d'une définition, actionner le bouton Niveau 3    de la barre d'outils Vues          , comme l'exemple de la Figure C4.2.

Il peut être plus clair de décrire une variation saisonnière par exemple à partir de sa propre définition, qui précisera explicitement dans ce cas les mois, et permettra d'obtenir la courbe correspondante. A cette fin, il suffit de se positionner sur la ligne à modifier et actionner le bouton Objet    de la barre d'outils Sélection      .

Figure C4.2. - Consommation en eau - vue niveau 3

La définition sous forme texte est moins conviviale que la forme tableau. Mais elle permet une utilisation très souple du Copier - Coller, notamment dans le cas de modifications de propriétés sur plusieurs composants. Pour valider une définition, il faut utiliser la commande Appliquer par l'action du bouton    de la barre d'Outils      .

Tout objet manipulé possède sa propre représentation graphique, qui peut être visualisée à partir de l'onglet du bas Graphique. Cette représentation fait référence à certaines caractéristiques : par exemple les courbes de remplissage d'un réservoir, la variation de la demande pour une consommation en eau - voir Figure C5.1 -, la variation des débits réservés pour un arc naturel, etc.

Sur tous les graphiques, vous pouvez utiliser les fonctionnalités suivantes :

• effectuer un zoom avec le bouton gauche de la souris et la touche Maj du clavier enfoncés ;

• obtenir une vue générale du graphique, après un zoom, par action de la touche R du clavier ;

• modifier une valeur avec le bouton gauche de la souris et la touche Ctrl du clavier enfoncés ; lorsque la valeur est éditable, la modification de la définition est dynamique ;

• modifier des propriétés du graphique par l'action du bouton droit de la souris ; une fenêtre à onglets permet alors de définir des titres, de modifier des couleurs ou des symboles de courbes, etc.

Figure C5.1. - Consommation d'eau - graphique variation de la demande

Sur les présentations sous forme d'histogrammes en 3 dimensions, comme sur la Figure C5.1, vous pouvez utiliser les fonctionnalités suivantes :

• effectuer une rotation avec le bouton gauche de la souris enfoncé ;

• visualiser les valeurs par déplacement de la souris sur le graphique.

Le tableau de ces caractéristiques est obtenu par l'action du bouton Graphe    de la barre d'outils Vues (voir la Figure C5.2). Les définitions sont éditables.

Ces définitions sont également placées dans le Presse-Papiers de l'environnement graphique par exemple Microsoft Windows. Les graphiques peuvent ainsi être obtenus à partir d'un tableur du type Microsoft Excel en utilisant simplement le bouton Coller  . Ce fonctionnement de type Copier  - Coller   est généralisé à toute l'interface, il est ainsi possible d'exporter mais aussi d'importer des données d'autres applications.

Figure C5.2. - Consommation d'eau - vue tableau graphique

La représentation graphique d'un système d'eau est géoréférencée et utilise des fonds cartographiques plus ou moins riches rangés par couches comme présenté sur la Figure C6.1.

Figure C6.1. - Système d'eau - représentation graphique

L'utilisateur dispose de très nombreuses fonctionnalités afin d'adapter la vue du système en fonction de son attente du moment. Il est ainsi possible de :

• détailler et cadrer les vues, par des zooms et des déplacements panoramiques, sans déformation grâce au traitement vectoriel - boutons      et menu contextuel -

• définir les couches graphiques à afficher, correspondant à un classement des objets par thèmes, jouer sur l’opacité des couches pour visualiser de l’information correspondants à des objets superposés

• visualiser les objets d’une couche suivant le classement d'une information associée, par exemple types d'objets ou classes de valeurs. On peut ainsi décliner les vues suivant différentes légendes : régions, relief ou pluviométrie annuelle pour la couche Physique de notre exemple.

• réaliser une animation graphique si l'on utilise de l'information temporelle (voir Figure C6.2). Un lecteur d'animation affiche le pas de temps courant visualisé, permet de lancer/interrompre l'animation, passer au pas de temps suivant, etc.

• visualiser l’information associée à un objet d’une couche. Cette information peut être du texte, des valeurs numériques (simples ou des chroniques), des dates, des adresses de ressources locales ou internet pour l'affichage de documents, d'images, etc.

De manière pratique, sur la couche de l'aménagement actif, vous pouvez utiliser les fonctionnalités spécifiques suivantes :

• sélectionner un composant par l'action du bouton gauche de la souris puis visualiser sa définition par l'action du bouton Objet    de la barre d'outils Sélection ;

• déplacer un composant par l'action du bouton gauche de la souris et la touche Ctrl du clavier enfoncés sur l'objet sélectionné et relachés sur la position finale souhaitée ;

• créer un nouveau composant par l'action du bouton Ajouter composant    de la barre Outils       ; ce composant est obtenu par copie de l'objet sélectionné préalablement par l'action du bouton gauche de la souris ou par une sélection antérieure ;

• ajouter un arc par l'action du bouton gauche de la souris et la touche Alt du clavier enfoncés sur le noeud amont et relachés sur le noeud aval. L'arc est obtenu par copie du lien sélectionné préalablement par l'action du bouton gauche de la souris ou par une sélection antérieure.

Figure C6.2. - Pluies annuelles - animation graphique

Les résultats constituent une des vues les plus intéressantes d'une définition. Il s'agit de manière générale de représenter les conséquences de l'utilisation de la définition de l'objet manipulé ou de mieux cerner cette définition.

Ainsi, sur l'exemple de la Figure C7.1, la vue Résultats d'une demande en eau, définie par les volumes en hm3 pour chaque mois de l'année, est constituée par la variation saisonnière mensuelle du débit fictif continu en m3/s et dam3/jour et par les moyennes interannuelles correspondantes.

Figure C7.1. - Demande en eau - vue résultats

Il est possible de visualiser les variations décadaires (Figure C7.2) ou journalières des demandes, à partir de la ligne de label decade ou date, par action du bouton Définition    de la barre d'outils Sélection      , ce qui permet de vérifier le mode d'interpolation employé.

Figure C7.2. - Demande en eau - variation décadaire

Evaluation des performances

Vous pouvez visualiser différents résultats de la desserte en eau sur le système ou sur certains composants. Vous avez accès à des chroniques sur des variables du modèle et à des cumuls et des statistiques issus de ces résultats de manière à disposer d'indicateurs synthétiques pour évaluer les performances d'un aménagement.

Ainsi, en mode Graphique sur le système d'eau, l'action du bouton Résultats    de la barre d'outils Vues affiche une fenêtre du type présentée sur la Figure C8.1..

Figure C8.1. - Système d'eau - graphique résultats globaux

Dans le mode tableau ou texte, la commande Résultats    de la barre d'outils Vues appliquée sur le système d'eau vous permet de disposer de :

• résultats globaux sur les déficits de demande en eau où nous distinguons demande consommatrice (C), demande d'utilisation (U) et demande écologique (E) qui correspond aux débits réservés dans les arcs naturels

• accès, par l'action du bouton Objet   , aux chroniques relatives aux résultats précédents soit en valeurs absolues, soit en pourcentages.

• cumuls saisonniers des demandes et déficits pour les consommations d'eau (C), les besoins d'utilisation (U) et les besoins écologiques (E). Sont également cumulés mois par mois les apports et les sorties naturels du système.

• comparaisons sur la desserte des demandes (consommations en eau et utilisations d'eau) à partir des valeurs de pourcentages et des dates sur leur déficit total, leur déficit max annuel, leur plus long déficit et leur déficit max mensuel. Vous pouvez directement accéder aux résultats d'une demande particulière par l'action du bouton Objet    sur l'un des éléments de la liste.

Les nombreuses fonctionnalités de la vue graphique d'un système d'eau facilitent grandement l'évaluation des performances d'une alternative d'aménagement ou de gestion. En un "coup d'oeil", il est ainsi possible de repérer les demandes ayant connu des déficits et de qualifier ces pénuries dans l'espace.

Vous pouvez ainsi choisir de visualiser les aménagements suivant différents aspects à partir du choix des légendes liées à des résultats caractéristiques : déficit moyen, déficit maximum annuel (voir Figure C8.2.), plus long déficit, déficit maximum mensuel, retour déficit annuel > 0%, retour déficit annuel > 5%, retour déficit annuel > 25%, déficit annuel.

La possibilité de réaliser des animations est un plus pour mieux évaluer la desserte en eau et détailler les chroniques annuelles de pénuries, les situations extrêmes, etc.

Il est possible de superposer les couches et jouer sur les transparences pour comparer des simulations.

Figure C8.2. - Aménagements - Graphique déficits max annuels

Diverses fonctionnalités de définition d'un système d'eau ont été examinées. Mais il est important de préciser comment est assurée la persistance de ces définitions.

La sauvegarde et l'ouverture de fichiers s'effectuent très classiquement, par l'action des boutons Sauvegarder et Ouvrir ou à partir du menu Fichier, à l'aide d'une boîte de dialogue comme présentée sur la Figure C8.1.

Figure C9.1. - Système d'eau - sauvegarde

Suivant l'extension adoptée, le stockage s'effectue suivant divers formats :

• L'extension hyd correspond à un stockage sous forme binaire, qui utilise le mécanisme de persistance du langage Java. C'est le moyen le plus performant. Voir Les entrées-sorties : les fichiers .

• L'extension txt correspond au stockage de la définition complète du système d'eau sous forme de texte ASCII au format libre, utilisant les tabulations comme séparateurs. Il permet un échange aisé avec les tableurs par exemple. Voir Les entrées-sorties : les fichiers.

• L'extension xmd correspond au stockage de la représentation graphique des systèmes au format défini par ActiveMap. Voir Les entrées-sorties : les fichiers .

On peut aisément ajouter d'autres formes de stockage pour des besoins nouveaux.

HyD2002 - Objectifs - Interface graphique - Les objets du modèle - Fichiers d'entrée-sorties - Tutoriel

Description

Les systèmes considérés sont constitués d'éléments de stockage tant superficiels que souterrains, d'éléments de captage, de transport tant naturels qu'artificiels, d'utilisation et de consommation d'eau.

Les modèles proposés permettent la simulation continue du fonctionnement des systèmes basé sur des règles de gestion très souples. Ces consignes font référence à des priorités de distribution de demandes et une hiérarchisation de la mobilisation des ressources. La mobilisation s'effectue en respectant les courbes de remplissage objectif des réservoirs.

L'utilisation du modèle consiste à modifier, au fur et à mesure des simulations, les consignes de gestion pour améliorer la satisfaction des objectifs.

Formulation

Nous reprenons, ici et au niveau de chacun des composants, la formulation mathématique définie dans le programme WARSYP [WARSYP 1998]. Cette formulation est axée vers l'optimisation de la gestion stratégique, mais elle permet de rendre explicite les caractéristiques des objets et les contraintes de gestion tactique.

Le problème consiste à minimiser une fonction objectif composée de termes pénalisation et de couts sur un horizon décisionnel, sachant les conditions formulées dans les équations (1)-(30) relatives aux divers composants ; les termes de pénalisation sont relatifs aux déficits ou aux déviations par rapport à des niveaux objectifs ; et les termes de couts sont relatifs aux pompages de surface ou dans les aquifères. La fonction objectif peut être exprimée comme suit :

{tex}\small \sum _{t \in T}\left[\sum _{i \in NE}\sum _{m \in M+it}\lambda^+_{imt.} V^+_{imt}+\sum _{i \in NE}\sum _{m \in M-it}\lambda^-_{imt.} V^-_{imt} + \\ \sum _{(e,f) \in NAN} \alpha_{eft.}Q^-_{eft}+ \sum _{n \in ND \cup NC}\sum _{f \in Fn} \delta_{nft.}D^-__{nft.}+ \sum _{n \in NS Ynt.}S^-_{nt} \\ +\sum _{k \in NR} \sigma_{kt}.R^-_{kt}+ \sum _{k \in NP} \sum _{n \in Nk} \mu_ {knt.} Y_{knt}+\sum _{(e,f) \in NA} \phi_{eft.}Q_{eft}+\ \\ \sum _{i \in NC} \omega_i (\sum _{f \in Pi}Q_{ift}- (d_{it}- \sum _{l \in Fi}D^-_{ilt})) \right]{/tex}

Le stockage dans le réservoir et les aquifères et la limitation des déficits cumulés des demandes nécessitent un couplage multipériodes, qui conduit à l'adoption d'un modèle complexe de résolution d'équations linéaires.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Systeme
nom Amenagements_A2
description amenagements "1995" - Bras de Sable - AEP 50%
simulation 2
mode 2.decade
periodes 1962 1 1 348
ecoulement C:\ActiveHyd\guadelou\flows\hm3\
lame ecoulee C:\ActiveHyd\guadelou\flows\m\
sorties global an mois decade jour

Figure B2.1. - Système d'eau - graphique associé

Ensembles principaux

Ensembles secondaires

Les paramètres du modèle

Paramètres d'état

Paramètres de niveaux objectifs

Paramètres de pénalisation

  Les variables du modèle

Réservoir

Description

Un réservoir est considéré comme un noeud de surface possédant une capacité de stockage.

A chaque pas de temps, le volume d'eau stocké dans un réservoir est diminué des pertes par évaporation et infiltration et augmenté par les dessertes des arcs amont, par les apports nets naturels, et éventuellement par réalimentation souterraine. Le volume net est en partie déversé en aval et en partie stocké pour le pas de temps suivant.

Le réservoir peut être découpé en zones où l'on pénalisera plus ou moins des déficits et des surplus de stockage par rapport à une courbe objectif. Il est par exemple ainsi possible de définir une tranche de stockage d'eau de moindre qualité qu'il faut au maximum éviter de solliciter ou de constituer un creux pour l'amortissement des crues.

Formulation

Bilan en eau dans les réservoirs {tex}\small \forall i \in NE{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Déficits et surplus de stockage par rapport à une courbe objectif

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Reservoir
nom Letaye
index noeud 1
localisation 55.30 43.40
hauteurs 9
hauteur 18 19 20 21 22 23 24 25 26
surface 0 1.44 3.53 5.99 8.7 11.63 14.74 18.01 21.43
stockage 0 0.006 0.031 0.078 0.151 0.253 0.385 0.548 0.745
apport naturel LETAYE 1
L evaporation 0.123 0.131 0.162 0.167 0.169 0.17 0.175 0.166 0.142 0.126 0.107 0.109
pluie directe RETENUE1 1
C perte 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04 0.04
infiltration 0
stockage objectif 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55 0.55
zones 2
volume 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
volume 1 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05 0.05
volume 2 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745 0.745
penalites positives 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
penalites negatives 1 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
penalites positives 2 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
penalites negatives 2 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95 2.95
stockage initial 0.5
sorties global an mois

Figure B6.1. - Réservoir - graphique associé

Jonction

Description

Une jonction est un noeud de surface où l'écoulement connaît une modification : confluence, prise en rivière, apport intermédiaire, etc.

Pour chaque pas de temps, le volume d'eau entrant à un noeud jonction correspond à la desserte par les arcs amont et éventuellement aux apports nets naturels, à la réalimentation par un aquifère et à la restitution d'une partie d'une demande. Le volume sortant correspond à l'alimentation des arcs aval et éventuellement aux pertes par infiltration et à la recharge artificielle d'un aquifère.

Formulation

Bilan en eau dans les jonctions {tex} \small\forall j{\in}NJ, t{\in}NT {/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Jonction
nom vernou
index noeud 3
localisation 17.60 27.21
apport naturel TRAVERSE 0.64
C perte 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
infiltration 0
sorties global an mois

Figure B7.1. - Jonction - graphique associé

Pompage

Description

Un pompage est un noeud de surface où une certaine quantité d'eau peut être dérivée vers des arcs artificiels.

Pour chaque pas de temps, le volume d'eau entrant correspond à la desserte par les arcs amont. Le volume sortant correspond à l'alimentation des arcs aval, avec une limite supérieure pour la desserte des arcs artificiels.

Formulation

Bilan en eau dans les pompages et les demandes non consommatrices {tex}\small \forall i \in NCF \cup NU {/tex}, {tex}\small t \in NT {/tex}

Contrainte de limite de pompage {tex}\small \forall u \in NU{/tex}, {tex}\small t\in NT {/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Pompage
nom Pompa1
index noeud 1
localisation 5.00 5.00
limite 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
sorties global an mois

Figure B8.1. - Pompage - graphique associé

Consommation en eau

Description

Une consommation en eau est un noeud de surface correspondant à une demande où l'eau est consommée totalement ou partiellement : demande urbaine, demande industrielle, demande d'irrigation, etc.

Pour chaque pas de temps, le volume d'eau entrant correspond à la desserte par les arcs amont et éventuellement au pompage dans un aquifère. Le volume sortant correspond à la restitution éventuelle d'une partie de l'eau au système à partir d'un noeud jonction à l'aval de la demande.

La demande peut être découpée en différents niveaux où les déficits de desserte en eau sont pénalisés de manière croissante.

Formulation

Déficit de demande en eau{tex}\small \forall n \in ND{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Les contraintes suivantes ne sont utilisées que pour les modèles d'optimisation prenant en compte un horizon prévisionnel.

Limite de déficits cumulés dans des mois consécutifs {tex}\small \forall n \in ND, t=1,...,|NT|- \tau + 1, \tau \in \Gamma{/tex}

Volume réservé dans des réservoirs {tex}\small \forall i \in NE{/tex},{tex}\small t \in NT{/tex}

Déficit de stockage réservé dans des réservoirs amont pour satisfaire des besoins futurs potentiels {tex}\small \forall i \in NE{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Consommation en eau
nom deshaut
index noeud 26
localisation 43.80 37.00
demande 0.62 0.7 0.775 0.75 0.62 0.6 0.62 0.62 0.6 0.62 0.6 0.62
source - 1
retour 0 0
aquifere 0
niveaux 2
taux 1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
taux 2 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
penalites 1 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4
penalites 2 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 5
restriction 0 0 -
sorties global an mois

Figure B9.1. - Consommation en eau - graphique associé

Description

Une zone irriguée est une aire de consommation d’eau où le besoin est calculé à partir d’un bilan hydrique prenant en compte la réserve en eau du sol pour une culture.

Pour chaque pas de temps, le volume d'eau entrant correspond à la desserte par les arcs amont et éventuellement au pompage dans un aquifère. Le volume sortant correspond à la restitution éventuelle d'une partie de l'eau au système à partir d'un noeud jonction à l'aval de la demande.

La demande peut être découpée en différents niveaux où les déficits de desserte en eau sont pénalisés de manière croissante.

Bilan hydrique

Le modèle classique simple à réservoir a été retenu pour le calcul du bilan hydrique. On considère ainsi que toute la pluie arrivant sur le sol s'infiltre jusqu'à saturation du sol, qui correspond au remplissage du réservoir dont la capacité constitue la réserve utile (RU). Tout apport d'eau supérieur est considéré comme perdu : la partie correspondant à l'eau gravitaire le sera par percolation, le reste par ruissellement de surface.

Le bilan peut donc s'écrire simplement :

Niveau_reserve_final = Niveau_reserve_initial + Pluie + Dose_apport - ETR
où   ETR : évapotranspiration réelle.

L'évapotranspiration

L'évapotranspiration réelle donne la consommation réelle de la culture en fonction du stress hydrique. Elle est difficile à évaluer, on se contente des résultats semi-empiriques visant à donner sa variation en fonction de l'humidité du sol ou plutôt en fonction de l'état de la réserve.

La réserve utile (RU) est décomposée en réserve facilement utilisable (RFU) et en réserve difficilement utilisable (RDU). RU et RFU dépendent de la profondeur du sol. Trois types de fonctions sont disponibles pour exprimer leurs variations dans l'année.

Tant qu'il y a de l'eau dans la RFU, c'est à dire que la réserve reste supérieure à la RDU, on considère que la plante reste à son niveau de consommation optimal, ETR = ETM. Lorsque la réserve R devient inférieure à RDU, on considère la relation ETR / ETM = R / RDU.

L'ETM, évapotranspiration maximale d'une culture, correspond donc à la consommation du périmètre planté quand celui-ci est convenablement approvisionné en eau.

Dans la pratique, ETM est calculé par ETM = Kc . ETP, où Kc, coefficient cultural, dépend du stade de développement du végétal.

On peut ainsi définir la variation du coefficient cultural au cours de l'année. L'ETP -EvapoTranspiration Potentielle - est définie à partir d'une (ou plusieurs) chroniques d'évaporation.

Demande en eau

Pour assurer une récolte optimale, il faut maintenir la réserve en eau à un niveau supérieur à la RDU. Mais la réserve ne doit pas être forcément pleine.

On a donc introduit la notion de niveau d'irrigation. Ce seuil est exprimé par le pourcentage de remplissage de RFU. Par convention il n'y a pas d'irrigation si la réserve en eau du sol est supérieure à ce seuil d'alerte ou si ce seuil est nul. Ce seuil peut être variable sur l'année.

Le volume de demande en eau peut ainsi s'exprimer :

Vol_demande = Deficit x Surface_irriguee / Efficience_apport

où   Deficit : déficit hydrique par rapport à la réserve pleine

soit   Deficit = max (Niveau_RFU - Niveau_reserve_initial + ETM - Pluie, 0)

où   ETM : évapotranspiration maximale ;
       Efficience_apport : rapport entre volume réellement utilisé et volume d'apport

Formulation

Déficit de demande en eau {tex}\small \forall n \in ND{/tex} , {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Zone irriguee
nom ban_Pcov
index noeud 147
localisation 27.36 21.01
surface 2000
pluie DUMANOIR 0.24 NEUFCHAT 0.23 DOUVIRFA 0.21 NESTY 0.12 MOREAU 0.12 BOISDEBO 0.08
evaporation 0.108 0.107 0.152 0.137 0.162 0.164 0.149 0.139 0.131 0.149 0.101 0.091
Kc 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1
ru 0.036
rfu 0.012
prof.rac. 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
niveau 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
efficience 1
retour 0 0
aquifere 0
niveaux 2
taux 1 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2
taux 2 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
penalites 1 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7 7
penalites 2 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
restriction 0 0 -
sorties global an mois

Figure B10.1. - Zone irriguée - graphique associé

Utilisation d'eau

Description

Une utilisation d'eau correspond à une demande non consommatrice. Elle associe une demande à un noeud de surface dont l'apport en eau est restitué complètement au système : centrale hydro-électrique, définition de droits d'eau, etc. La demande peut être découpée en différents niveaux où les déficits de desserte en eau sont pénalisés de manière croissante.

Formulation

Bilan en eau dans les pompages et les demandes non consommatrices {tex}\forall i \in NC \cup NU{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Déficit dans les demandes non consommatrices {tex} \small \forall i \in NC {/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion  

Découpage en zones

Exemple

# Utilisation d'eau
nom AepInTrav
index noeud 39
localisation 19.03 31.64
demande 2.2 2 2.2 2.1 2.2 2.1 2.2 2.2 2.1 2.2 2.1 2.2
source - 0
niveaux 1
taux 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
penalites 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
restriction 0 0 -
sorties global an mois

Figure B11.1. - Utilisation d'eau - graphique associé

Aquifère

Description

Un aquifère est considéré comme un noeud souterrain possédant une capacité de stockage.

Pour chaque pas de temps, le volume d'eau entrant à un aquifère correspond aux apports extérieurs naturels, à l'infiltration à partir de réservoirs ou de noeuds de jonction et éventuellement à de la recharge artificielle à partir d'un noeud jonction. Le volume sortant correspond à la réalimentation de réservoirs ou de noeuds de jonction et à des pompages si le volume net de l'aquifère les permet.

Formulation

Bilan en eau dans les aquifères {tex}\small \forall k \in NK{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Déficit de recharge artificielle {tex}\small \forall k \in NR{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Limite de pompage dans les aquifères {tex}\small \forall k \in NP{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Aquifere
nom Aquif1
index noeud 1
localisation 5.00 5.00
stockage mini 0
stockage maxi 0
apport naturel - 1
noeuds sortie 1
noeud sortie 1
C sortie 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
pompage 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
recharge totale 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
noeuds recharge 1
noeud recharge 1
limite recharge 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
recharge objectif 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
penalites recharge 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
stockage initial 0
sorties global an mois

Figure B12.1. - Aquifère - graphique associé

Arc de surface

Description

Un arc de surface est un lien qui assure le transit d'eau entre 2 noeuds de surface : un noeud amont et un noeud aval.

Formulation

Limite de transit dans les arcs {tex}\small \forall (e,f) \in NA-NAN{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Arc
nom c900_lez
noeuds 8 28
flux max 4.018 3.629 4.018 3.888 4.018 3.888 4.018 4.018 3.888 4.018 3.888 4.018
sorties global an mois

Figure B13.1. - Arc de surface - graphique associé

Arc naturel

Description

Un arc naturel est un lien qui assure l'écoulement entre 2 noeuds du bassin hydrographique. On lui associe généralement un débit réservé qui peut varier au cours de l'année.

Formulation

Déficit sur le débit réservé {tex}\small \forall (e,f) \in NAN{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Arc naturel
nom vernou
noeuds 6 7
flux max 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
flux min 0.375 0.339 0.375 0.363 0.375 0.363 0.375 0.375 0.363 0.375 0.363 0.375
penalites 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
sorties global an mois

Figure B14.1. - Arc naturel - graphique associé

Arc artificiel

Description

Un arc artificiel est un lien qui assure le transit d'eau, entre 2 noeuds de surface, sous une certaine limite : canal, conduite, etc.

Les arcs artificiels peuvent être associés à un pompage qui introduit une autre limite de prélèvement.

Formulation

Limite de transit dans les arcs {tex}\small \forall (e,f) \in NA-NAN{/tex}, {tex}\small t \in NT{/tex}

Note : Les différents termes sont décrits dans les ensembles d'objets , les paramètres et les variables du modèle.

Définition

Propriétés structurales

Propriétés de gestion

Exemple

# Arc artificiel
nom Arc a1
noeuds 1 2
flux max 2.491 2.25 2.491 2.411 2.491 2.411 2.491 2.491 2.411 2.491 2.411 2.491
sorties global an mois

ZonAgri est une plateforme de modélisation et de simulation des activités agricoles à l’échelle d’un territoire.

HyD2002 - Objectifs - Interface graphique - Les objets du modèle - Fichiers d'entrée-sorties - Tutoriel

Présentation générale

Le développement vise un environnement pour l'aide à la gestion des ressources des eaux au sens large, allant de la planification à long terme jusqu'à l'optimisation de la gestion opérationnelle. Cet environnement doit être assez ouvert pour recourir, suivant les prises de décision, à différentes technologies, optimisations et simulations plus ou moins complexes de processus physiques. Plusieurs types d'utilisateurs potentiels ont été identifiés : bureaux d'étude, décideurs, unités de recherche et développement, gestionnaires, usagers des systèmes d'eau, etc. Ils font appel à des degrés divers aux trois grandes fonctionnalités de l'environnement, présentées sur la figure A.1 :

Il est possible de séparer le processus de gestion des ressources en eau, présenté sur la Figure A.1, en deux phases principales : une phase d'études regroupant les études de planification et de conception plus ou moins détaillée et une phase de mise en oeuvre regroupant la construction ou l'installation de nouveaux systèmes, la gestion opérationnelle, et la maintenance des systèmes.

Bien que ces phases sont généralement abordées de manière séquentielle, dans la réalité le processus est continu et, sur les systèmes d'eau existants, les tâches de planification, de gestion opérationnelle et de maintenance sont menées en parallèle.

Figure A.2. - Processus de gestion des ressources en eau

L'importance de la phase de mise en oeuvre, initialement plus négligée dans les études, est aujourd'hui grandement soulignée, ne serait-ce que pour des raisons économiques. Une amélioration de la gestion opérationnelle peut sursoir la nécessité de nouveaux ouvrages, donc éviter des investissements financiers importants. Mais il y a également une volonté de répondre de manière plus effective aux objectifs et d'intégrer les divers impacts de la gestion pour aboutir à un développement durable.

• Différents acteurs peuvent collaborer dans la phase d'études. Des organismes publics sont généralement en charge de la planification, qui se réfère à des études de stratégie à long terme concernant le développement des ressources en eau dans une région donnée et la formulation d'alternatives de développement.

  Dans un sens plus restreint, La planification et le dimensionnement consistent à définir des ouvrages à réaliser pour répondre aux divers besoins constatés ou prévus, en précisant l'échéancier dans le temps des réalisations [VALIRON 1988]. Des bureaux d'études peuvent ainsi être retenus pour l'établissement de schémas directeurs et plus généralement pour des études plus techniques, correspondant à la phase de conception, pour la mise en oeuvre des directives d'aménagements arrêtées.

  Les décideurs, en charge des investissements, ont un rôle central dans le choix des alternatives et la validation d'une solution. Des unités de recherche et développement peuvent aussi intervenir pour proposer de nouveaux modèles de connaissance. Ces collaborations seront détaillées dans la section La phase d'études.

• La construction des aménagements ou l'installation de nouveaux ouvrages correspond à la charnière de la phase de mise en oeuvre. Elle fait appel à des acteurs spécifiques (bureau d'études, entreprises de travaux publics, etc) et à une gestion administrative propre (appels d'offre, maîtrise d'oeuvre et d'ouvrage, test et réception d'ouvrage). Cette phase demande à être coordonnée avec la gestion opérationnelle du système déjà en place.

  La gestion opérationnelle recouvre bien sûr le fonctionnement des installations . Mais cette phase intègre aussi des aspects plus administratifs comme le fonctionnement financier et la gestion des personnels. La figure A.3 schématise le rôle du gestionnaire dans le fonctionnement d'un système d'eau.

  
  Figure A.3 - Entrées - sorties d'un système de ressource en eau

  Le gestionnaire joue sur des entrées contrôlables par des commandes sur les prélèvements, les lachures, voire sur les demandes par une politique de tarification, etc. Les entrées non controlables sont constituées par les pluies, les écoulements superficiels et souterrains, l'évolution de la population, etc. Les sorties désirées, objectifs du gestionnaire, peuvent être la production hydroélectrique, la réduction du risque d'inondation, la satisfaction de la demande en eau agricole, urbaine, industrielle, le respect des débits dans les cours d'eau et de la qualité de l'eau pour des besoins écologiques, récréatifs, de navigation, etc. Les sorties non désirées, comme les phénomènes d'érosion, de salinisation, de sédimentations de réservoirs, de pertes de fertilité pour les cultures de décrue, etc peuvent conduire le gestionnaire à modifier ses pratiques.

  Il y a, pour le moins, nécessité d'assurer la maintenance des installations, en vue de s'assurer de leur bon fonctionnement technique. Cette phase peut recouvrir une gestion administrative propre (budget, personnel) et passe par la mise en place d'une politique d'inspections.

  Dans la réalité, il y a rarement un gestionnaire unique sur un bassin hydrographique. Plusieurs gestionnaires peuvent ainsi avoir des objectifs divergents. Les usagers peuvent développer leur propre stratégie, qui peut influencer grandement le fonctionnement d'un système d'eau. Ceci est notamment vrai pour l'importante demande en eau agricole. Les prises de décision font référence à des dimensions politiques, sociales et organisationnelles qu'il faudrait pouvoir intégrer dans les modèles (cf article Reitsma dans [Journal of Hydrology 1996]). Ainsi, l'Etat se désengage peu à peu de la gestion des sous-systèmes (irrigation, eau potable et industrielle notamment) en la confiant à des structures régionales ou des organisations locales de gestion collective. Les sociétés humaines sont de plus en plus impliquées (gestion sociale de l'eau) [Le Goulven & al. 1999].

  Dans la section La gestion opérationnelle, nous détaillerons notamment les stratégies de prise en compte de l'aléa climatique, important dans le fonctionnement de systèmes où la décision de lachures sur des réservoirs peut influer grandement sur le respect d'objectifs dans le futur.

La figure A.4 présente un exemple de collaboration dans la phase d'études. Les études sont initiées par l'identification d'un ou plusieurs problèmes à résoudre, ce peut être la prévention de pénuries d'eau, de risques d'inondations, etc. Ces problèmes doivent être traduits en termes d'objectifs. Il faut définir les critères d'évaluation avec les objectifs économiques et des critères coûts-bénéfices. Le but final est de proposer des alternatives d'aménagement qui satisfont au mieux l'ensemble des critères et permettent un choix éclairé des décideurs.

Figure A.4 - Exemple de collaboration dans la phase d'études

Pour traiter les problèmes, différents modèles peuvent être proposés. Suivant la spécifité du problème, le travail de modélisation sera plus ou moins long. La modélisation résumant finalement l'expertise du chercheur, de l'ingénieur d'étude et de l'utilisateur (ingénieur d'exploitation ou décideur), il y a, dans la chaîne conduisant au produit opérationnel, du travail pour chacun d'eux, et le succès vient bien souvent de la qualité de leur collaboration [VALIRON 1988]. Si le problème est vraiment spécifique, le chercheur devra élaborer un modèle de connaissance pour représenter le processus. Si le problème est vraiment standard, le bureau d'étude aura déjà à sa disposition plusieurs modèles opérationnels.

Les données disponibles sont de différentes natures : données sur les conditions d'apports (quantité, qualité et variabilité), données sur les demandes en eau et le degré d'assurance de desserte en quantité et en qualité, données sur les alternatives techniques potentielles (différents sites de retenues, possibilités d'adduction, etc).

La sophistication des modèles utilisés dépend grandement des données disponibles. Il convient notamment de représenter au mieux la variabilité hydrologique. Une étape préliminaire à toute étude consiste donc en la critique et l'analyse de données historiques disponibles, qui feront appel à des modèles plus ou moins complexes de corrélations entre stations, de reconstitutions, de synthèses d'information à l'échelle régionale, etc. Des modèles pluies-débit peuvent être élaborés pour étendre des chroniques d'écoulement ou pour spatialiser les apports. Des modèles statistiques de crues et d'étiages peuvent servir à la description des caractéristiques hydrologiques extrêmes qui interviennent dans le dimensionnement.

Mais dans les problèmes de planification à long terme, il devient très important de savoir traiter l'incertitude sur des états futurs de développement, correspondant à des projections économiques et des choix de société. L'examen a posteriori de nombreux projets d'aménagements montre des écarts considérables entre prévisions et réalités. Mais en prenant en compte l'incertitude, on peut penser pouvoir adopter des solutions plus flexibles, et moins risquées en regard de certaines alternatives.

L'étude de sensibilité des alternatives peut être réalisée par des modèles de simulation d'aménagements. Ces outils permettent de représenter sur de longues chroniques historiques ou pour des événements particuliers l'influence d'ouvrages (réservoirs, captages, etc) sur la satisfaction des objectifs (modèles MAGRE de BRL, HYDRAM de l'IRD, etc). Certains modèles permettent de coupler cycle superficiel et cycle souterrain de l'eau (modèles AquaTool de l'UPV, Geolab, etc).

Aux outils de simulation, on adjoint parfois des modèles d'optimisation des choix de ces aménagements, fondés sur des critères économiques : par exemple le système HEC-5 de l'U.S. Corps of Engineers recherche le coût minimum de réalisation d'une combinaison d'ouvrages destinés à satisfaire un objectif déterminé. La représentation économique est généralement très simplifiée dans ces modèles, et notamment l'existence d'objectifs multiples, difficiles à comparer entre eux, y est rarement prise en compte. Les méthodes de classement de nombreuses alternatives, comme ELECTRE, sont utilisées pour les choix d'aménagement [VALIRON 1988].

La gamme des modèles utilisés est, on le constate, très étendue. Par rapport aux modèles, les différents acteurs ont des attentes différentes :

• pour le chercheur, il s'agit d'améliorer la représentation des connaissances, de tester des hypothèses pour la compréhension des processus. Il peut rechercher la complexité si elle est source de savoir, même si dans la pratique les données nécessaires peuvent faire défaut.

• le bureau d'étude veut pouvoir simuler des hydrosystèmes naturels et aménagés, créer interactivement les systèmes à étudier, disposer d'une grande souplesse dans les simulations intégrant éventuellement des optimisations, évaluer les impacts et performances de différentes stratégies, disposer d'outils opérationnels, donc pas trop complexes à mettre en oeuvre. La simulation de systèmes d'eau constitue un outil pratique de dialogue et d'exploration.

• le décideur veut choisir en pouvant mesurer les conséquences de ses décisions malgré la complexité croissante des hydrosystèmes : connexions entre ouvrages, transferts d'eau entre bassins, multiplication des ouvrages, etc.

La gestion opérationnelle consiste pour un ensemble d'ouvrages existant à règler le fonctionnement des organes de commande, fonctionnement qui va conditionner les flux d'eau dans le système. Mais, dans le fonctionnement de systèmes où la décision de lachures sur des réservoirs peut influer grandement le respect d'objectifs sur un futur plus ou moins lointain suivant les stockages en jeu, il est important de définir des stratégies qui prennent en compte l'aléa climatique.

Etablissement des consignes de gestion par simulation

Une des stratégies est d'utiliser les modèles de simulation pour tester des consignes de gestion sur de longues chroniques de données hydro-climatiques, considérées comme représentatives. La vérification des objectifs se fait a posteriori, notamment par l'analyse d'apparition de défaillances et leur répartition (fiabilité), de l'ampleur des déficits (vulnérabilité) et de la durée des pénuries (flexibilité). Les consignes de gestion vont être modifiées, au fur et à mesure des simulations, pour améliorer la satisfaction des objectifs. Il y a apprentissage, par l'utilisateur du modèle de simulation, de la réponse du système, par un processus du type essais-erreurs. L'objectif est de se rapprocher de la réalité de l'application des consignes d'où la nécessité de simuler au pas de temps journalier ou décadaire pour ne pas lisser des phénomènes.

Les consignes de gestion peuvent être plus ou moins complexes. Elles font généralement référence à des priorités de distribution de demandes et une hiérarchisation de la mobilisation des ressources. La mobilisation s'effectue en respectant les courbes de remplissage et de vidange des réservoirs. La définition du niveau objectif tiendra notamment compte de la constitution d'un creux pour l'amortissement des crues.

D'autres règles de gestion peuvent être reproduites :

• le déclenchement de restrictions sur la desserte en eau d'une demande suivant la valeur d'un indicateur ; cet indicateur peut être un niveau de réservoir, une valeur d'écoulement ou un indicateur calculé a priori de manière plus ou moins complexe (cf l'indicateur état de disponibilité défini dans l'outil HYDRAM [POUGET 1997] ) ;
• l'application de contrats annuels de desserte, il y arrêt de la desserte lorsque l'apport est égal au volume nominal du contrat ;
• des règles de gestion liées à la qualité, etc.

Cet établissement des consignes de gestion par simulation demande le savoir-faire du gestionnaire du système pour équilibrer la satisfaction des objectifs et peut être difficile à mettre en oeuvre lors de changements structuraux importants ou sur des cas complexes.

Approche intégrée de la gestion opérationnelle

La figure A.5 présente les nombreuses collaborations que peut impliquer la gestion au niveau de l'ensemble d'un bassin. Trois couches de décision peuvent être identifiées [JAMIESON 1986] : les décisions stratégiques, tactiques et de contrôle local. Elles peuvent correspondre à divers gestionnaires, un gestionnaire central, des gestionnaire de sous-systèmes, des gestionnaires d'ouvrages. Les décisions stratégiques définissent ce qui doit être fait à moyen terme en termes d'allocations de ressources ; des modèles d'optimisation sur des mois futurs sont utilisés. Les décisions stratégiques conditionnent les modèles de gestion tactique qui correspondent à des décisions à court terme, en journalier généralement.

Les décisions tactiques servent à règler le fonctionnement des organes de commande, qui correspond à un contrôle en temps réel, généralement asservi par des automatismes. Des boucles de rétro-action peuvent exister entre ces modes de décision pour prendre en compte des écarts entre directives et réalité.

Figure A.5 - Collaborations possibles dans la gestion opérationnelle d'un bassin

Cette approche intégrée de la gestion opérationnelle couple en fait modèles d'optimisation et de simulation, en détaillant plus ou moins les processus physiques à divers moments du procédé de prise de décision. Les modèles d'optimisation de la gestion stratégique peuvent utiliser des algorithmes de programmation linéaire. Cette simplification est acceptable au regard de l'incertitude sur le futur à prendre en compte pour la satisfaction des objectifs. Dans le projet WARSYP par exemple, l'incertitude sur le futur est traitée par la représentation d'un arbre de scénarios stochastiques. L'avantage de ces méthodes, même si c'est une de leur principales difficultés, réside dans la formalisation des objectifs.

On note l'importance du recours à un modèle de simulation, reproduisant l'approche intégrée des prises de décisions stratégiques et tactiques, notamment pour la phase de test du mode d'optimisation de la gestion stratégique. La robustesse de différentes options peut être évaluée : mode uniquement déterministe avec un horizon prévisionnel plus ou moins grand (on peut se placer dans le cas irréaliste mais optimal où le futur est connu, puisque l'on va simuler sur des données historiques), complexité plus ou moins grande d'un arbre de scénarios stochastiques, etc.

Il est possible d'évaluer les gains par rapport à l'établissement des consignes de gestion uniquement par simulation.

Le Programme de recherches Coordonnées sur les Systèmes Irrigués (PCSI) avait pour objectif principal de caractériser le fonctionnement des systèmes irrigués et des bassins versants, puis d’élaborer des outils et des méthodes de gestion de l’eau plus performants, adaptés aux contextes socio-économiques variés des grandes régions irriguées. Ceux-ci ont permis :

• d’améliorer l’accès à la ressource en eau et son usage par divers acteurs, en tenant compte des besoins locaux et des contraintes économiques et environnementales.
• d’aider les différents acteurs à définir et d’assurer leur responsabilité dans la gestion des ressources (eau et sol), l’amélioration des aménagements hydroagricoles et des performances des filières irriguées (riz, maraîchage…).
• d’assurer la rentabilité de la production en prenant en compte les contraintes liées à la préservation et la durabilité des ressources : qualité de l’eau de consommation, fertilité des sols irrigués, partage de l'eau entre les différents acteurs, etc.

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Formation : Les personnels de l'UMR interviennent sous différentes formes :

• Master, Mastère, formation d'ingénieur : 1500 à 2000 heures de cours (2/3 au Nord dans les formations de 3 tutelles de l'Unité et dans le Master Eau, 1/3 au Sud avec des chercheurs expatriés dans des établissements d'envergure régionale).
• Formation continue (Ministères, Agences de l'eau...).
• Chaire d'enseignement et de recherche : accueil de la chaire « Eau Pour Tous » (OPT) d’AgroParisTech, MinesParisTech et la fondation Suez environnement pour 6 ans.
• Doctorats : l'UMR est équipe d'accueil de 4 écoles doctorales : SIBAGHE et EDEG (Montpellier), ABIES (Paris), Physique, Modélisation et Sciences pour l'ingénieur (Marseille).

Photo : © G. Abrami

Modélisation

Les compétences en matière de gestion d’hydrosystèmes sont en partie fondées sur la maîtrise d’un certain nombre d’outils informatiques, capables de reproduire le fonctionnement de bassins versants aménagés complexes en tenant compte des formes de gestion en cours, capables aussi de simuler le fonctionnement des mêmes bassins sous différents scénarios (forcages climatiques ou anthropiques, changements d’infrastructures ou d’objectifs de gestion).