r.sim.watergrass – En ligne dans le Cloud

PROGRAMME:

Nom

r.sim.eau - Simulation hydrologique des écoulements de surface à l'aide de la méthode d'échantillonnage de trajectoire (SIMWE).

MOTS-CLÉS

raster, hydrologie, sol, écoulement, ruissellement de surface, modèle

SYNOPSIS

r.sim.eau
r.sim.eau --Aidez-moi
r.sim.eau [-t] élévation=nom dx=nom dy=nom [pluie=nom] [valeur_pluie=flotter]
[infiltrer=nom] [infil_value=flotter] [man=nom] [valeur_homme=flotter] [contrôle de flux=nom]
[observation=nom] [profondeur=nom] [décharger=nom] [erreur=nom]
[walkers_output=nom] [fichier journal=nom] [nwalkers=int] [nitrations=int]
[étape_de_sortie=int] [coefficient de diffusion=flotter] [hmax=flotter] [halfa=flotter]
[hbêta=flotter] [--écraser] [--vous aider] [--verbeux] [--calme] [--ui]

Drapeaux:
-t
Sortie de séries chronologiques

--écraser
Autoriser les fichiers de sortie à écraser les fichiers existants

--Aidez-moi
Imprimer le récapitulatif d'utilisation

--verbeux
Sortie du module verbeux

--silencieux
Sortie module silencieuse

--interface utilisateur
Forcer le lancement de la boîte de dialogue GUI

Paramètres:
élévation=nom [obligatoire]
Nom de la carte raster d'altitude en entrée

dx=nom [obligatoire]
Nom de la carte raster des dérivées x [m/m]

dy=nom [obligatoire]
Nom de la carte raster des dérivées y [m/m]

pluie=nom
Nom de la carte raster du taux d'excès de précipitations (infiltration de pluie) [mm/h]

valeur_pluie=flotter
Valeur unique du taux de précipitations excédentaires [mm/h]
Valeur par défaut: 50

infiltrer=nom
Nom de la carte raster du taux d'infiltration des eaux de ruissellement [mm/h]

infil_value=flotter
Valeur unique du taux d'infiltration des eaux de ruissellement [mm/h]
Valeur par défaut: 0.0

man=nom
Nom de la carte raster n de Manning

valeur_homme=flotter
La valeur unique de Manning
Valeur par défaut: 0.1

contrôle de flux=nom
Nom de la carte raster des contrôles de flux (rapport de perméabilité 0-1)

observation=nom
Nom des points vectoriels des emplacements d'échantillonnage
Ou source de données pour un accès OGR direct

profondeur=nom
Nom de la carte raster de profondeur d'eau en sortie [m]

décharger=nom
Nom de la carte raster du débit d'eau de sortie [m3/s]

erreur=nom
Nom de la carte raster d'erreur de simulation de sortie [m]

walkers_output=nom
Nom de base de la carte des points vectoriels des marcheurs en sortie
Nom de la carte vectorielle de sortie

fichier journal=nom
Nom du fichier texte de sortie des points d'échantillonnage. Pour chaque point du vecteur d'observation, l'heure
une série de transports de sédiments est stockée.

nwalkers=int
Nombre de marcheurs, la valeur par défaut est le double du nombre de cellules

nitrations=int
Temps utilisé pour les itérations [minutes]
Valeur par défaut: 10

étape_de_sortie=int
Intervalle de temps pour la création des cartes de sortie [minutes]
Valeur par défaut: 2

coefficient de diffusion=flotter
Constante de diffusion de l'eau
Valeur par défaut: 0.8

hmax=flotter
Profondeur d'eau du seuil [m]
La diffusion augmente une fois cette profondeur d'eau atteinte
Valeur par défaut: 0.3

halfa=flotter
Constante d'augmentation de la diffusion
Valeur par défaut: 4.0

hbêta=flotter
Facteur de pondération pour le vecteur de vitesse d'écoulement de l'eau
Valeur par défaut: 0.5

DESCRIPTION

r.sim.eau est un modèle de simulation à l'échelle du paysage d'écoulement de surface conçu pour une
terrain, sol, couverture et conditions pluviométriques variables. Un écoulement en eau peu profonde en 2D est
décrit par la forme bivariée des équations de Saint Venant. La solution numérique est basée
sur le concept de dualité entre la représentation du champ et des particules du modèle
quantité. La méthode de Monte Carlo de la fonction de Green, utilisée pour résoudre l'équation, fournit
robustesse nécessaire pour des conditions spatialement variables et des résolutions élevées (Mitas et
Mitasova 1998). Les principales données d'entrée du modèle comprennent l'altitude (élévation carte raster), flux
vecteur de gradient donné par les dérivées partielles du premier ordre du champ d'élévation (dx et dy
cartes raster), taux d'excès de précipitations (pluie carte raster ou valeur_pluie valeur unique) et un
coefficient de rugosité de surface donné par le n de Manning (man carte raster ou valeur_homme unique
valeur). Des cartes raster à dérivées partielles peuvent être calculées avec l'interpolation d'un MNT
en utilisant l'option -d du module v.surf.rst. Si une carte raster d'élévation est déjà fournie,
Les dérivées partielles peuvent être calculées à l'aide du module r.slope.aspect. Les dérivées partielles sont
utilisé pour déterminer la direction et l'amplitude de la vitesse d'écoulement de l'eau. Inclure un
direction d'écoulement prédéfinie, l'algèbre cartographique peut être utilisée pour remplacer les valeurs partielles dérivées du terrain
dérivés avec des dérivées partielles prédéfinies dans des cellules de grille sélectionnées telles que les cellules artificielles
canaux, fossés ou ponceaux. Les équations (2) et (3) de ce rapport peuvent être utilisées pour
calculer les dérivées partielles du flux prédéfini en utilisant sa direction donnée par l'aspect et
pente.

Le module convertit automatiquement les distances horizontales des pieds au système métrique en utilisant
Informations de base de données/projections. L'excès de précipitations est défini comme l'intensité des précipitations.
Le taux d'infiltration doit être indiqué en [mm/h]. L'intensité des précipitations est généralement
disponibles auprès des stations météorologiques. Le taux d'infiltration dépend des propriétés du sol et
Couverture terrestre. Elle varie dans l'espace et le temps. Pour un sol saturé et un débit d'eau constant
il peut être estimé en utilisant les taux de conductivité hydraulique saturée basés sur le terrain
mesures ou en utilisant des valeurs de référence disponibles dans la littérature. L'utilisateur peut également
peut fournir une carte du taux d'infiltration des écoulements de surface infiltrer ou une valeur unique infil_value in
[mm/h] qui contrôlent efficacement le taux d'infiltration de l'eau déjà en circulation
réduisant la profondeur et le débit de l'écoulement. Le ruissellement de surface peut être davantage contrôlé par
barrages de contrôle perméables ou types de structures similaires, l'utilisateur peut fournir une carte de ceux-ci
structures et leur rapport de perméabilité sur la carte contrôle de flux qui définit le
probabilité que des particules traversent la structure (les valeurs seront de 0 à 1).

La sortie comprend une carte raster de la profondeur de l'eau profondeur en [m], et une carte raster du débit d'eau
décharger en [m3/s]. L'erreur de la solution numérique peut être analysée à l'aide de la erreur
Carte raster (la profondeur d'eau résultante est une moyenne, et err est son RMSE). Le résultat
carte de points vectoriels marcheurs de sortie peut être utilisé pour analyser et visualiser la distribution spatiale
des marcheurs à différents moments de simulation (notez que la profondeur d'eau résultante est basée sur
la densité de ces marcheurs). La distribution spatiale de l'erreur numérique associée
avec une solution d'échantillonnage de chemin peut être analysée à l'aide du fichier raster d'erreur de sortie [m]. Ceci
l'erreur est une fonction du nombre de particules utilisées dans la simulation et peut être réduite
en augmentant le nombre de marcheurs donné par le paramètre nwalkers. Durée de la simulation
est contrôlé par le nitrations paramètre. La valeur par défaut est de 10 minutes, atteignant la
l'état stationnaire peut nécessiter beaucoup plus de temps, en fonction du pas de temps, de la complexité de
Terrain, occupation du sol et superficie de la zone. Cartes de sortie, de profondeur et de débit d'eau.
peut être sauvegardé pendant la simulation à l'aide de l'indicateur de série chronologique -t et étape_de_sortie paramètre
Définition du pas de temps en minutes pour l'écriture des fichiers de sortie. Les fichiers sont enregistrés avec un suffixe.
représentant le temps depuis le début de la simulation en minutes (par exemple wdepth.05, wdepth.10).
La surveillance de la profondeur de l'eau à des points précis est prise en charge. Une carte vectorielle avec observations est disponible.
Des points et un chemin vers un fichier journal doivent être fournis. Pour chaque point de la carte vectorielle
situé dans la région de calcul, la profondeur de l'eau est enregistrée à chaque pas de temps dans le
Fichier journal. Le fichier journal est organisé sous forme de tableau. Un en-tête unique identifie la catégorie.
nombre de points vectoriels enregistrés. En cas de données de profondeur d'eau invalides, la valeur -1 est
utilisé.

Le ruissellement de surface est acheminé en fonction des dérivées partielles du champ d'élévation ou d'autres données du paysage.
Caractéristiques influençant l'écoulement de l'eau. Les équations de simulation incluent un terme de diffusion.
(coefficient de diffusion paramètre) qui permet à l'écoulement de l'eau de surmonter les dépressions d'altitude ou
obstacles lorsque la profondeur de l'eau dépasse une valeur seuil de profondeur de l'eau (hmax), donné dans [m].
Lorsqu'il est atteint, le terme de diffusion augmente comme indiqué par halfa et terme d'advection
(direction de l'écoulement) est donnée comme direction « dominante » de l'écoulement calculée comme moyenne de l'écoulement
directions du précédent hbêta nombre de cellules de la grille.

NOTES

Un écoulement d'eau peu profond en 2D est décrit par la forme bivariée des équations de Saint Venant
(par exemple, Julien et al., 1995). La relation de continuité de l'écoulement de l'eau est couplée à la
équation de conservation de la quantité de mouvement et pour un écoulement de surface en eau peu profonde, le rayon hydraulique
est approximée par la profondeur normale d'écoulement. Le système d'équations est clos à l'aide de
Relation de Manning. Le modèle suppose que l'écoulement est proche de l'onde cinématique.
approximation, mais nous incluons un terme de type diffusion pour intégrer l'impact de la diffusion
Effets des vagues. Une telle intégration de la diffusion dans la simulation de l'écoulement de l'eau n'est pas nouvelle.
et un terme similaire a été obtenu dans les dérivations des équations de diffusion-advection pour
écoulement de surface, par exemple par Lettenmeier et Wood (1992). Dans notre reformulation, nous simplifions
le coefficient de diffusion à une constante et nous utilisons un terme de diffusion modifié.
constante de diffusion que nous avons utilisée est plutôt petite (environ un ordre de grandeur
grandeur inférieure au coefficient réciproque de Manning) et donc le résultat
L'écoulement est proche du régime cinématique. Cependant, le terme de diffusion améliore le régime cinématique.
solution, en surmontant les petites fosses peu profondes courantes dans les modèles numériques d'élévation (MNE) et en
lisser l'écoulement sur les discontinuités de pente ou les changements brusques de la pente de Manning
coefficient (par exemple, dû à une route ou à d’autres changements anthropiques d’altitude ou de couverture).

Légumes verts fonction stochastique méthode of Solution.
Les équations de Saint Venant sont résolues par une méthode stochastique appelée Monte Carlo (très
similaire aux méthodes de Monte Carlo en dynamique des fluides numérique ou à Monte Carlo quantique
approches pour résoudre l'équation de Schrödinger (Schmidt et Ceperley, 1992, Hammond et
al., 1994 ; Mitas, 1996). On suppose que ces équations sont une représentation de
processus stochastiques avec composantes de diffusion et de dérive (équations de Fokker-Planck).

La technique de Monte Carlo présente plusieurs avantages uniques qui deviennent de plus en plus
important en raison des nouveaux développements de la technologie informatique. Peut-être l'un des plus
Une des propriétés importantes de Monte Carlo est la robustesse qui nous permet de résoudre les équations
pour les cas complexes, tels que les discontinuités dans les coefficients des opérateurs différentiels
(dans notre cas, des changements brusques de pente ou de couverture, etc.). Des solutions approximatives peuvent également être estimées.
assez rapidement, ce qui nous permet de réaliser des études quantitatives préliminaires ou de
extraire rapidement des tendances qualitatives par balayage des paramètres. De plus, les méthodes stochastiques
sont adaptés à la nouvelle génération d'ordinateurs car ils offrent une évolutivité à partir d'un seul
poste de travail aux grandes machines parallèles en raison de l'indépendance des points d'échantillonnage.
Par conséquent, les méthodes sont utiles à la fois pour le travail exploratoire quotidien à l'aide d'un ordinateur de bureau
ordinateur et pour les applications de pointe de grande envergure utilisant le calcul haute performance.

EXEMPLE

Région de Spearfish :
g.region raster=élévation.10m -p
r.slope.aspect elevation=elevation.10m dx=elev_dx dy=elev_dy
# cartes synthétiques
r.mapcalc "pluie = si(élévation.10m, 5.0, null())"
r.mapcalc "manning = if(élévation.10m, 0.05, null())"
r.mapcalc "infilt = if(élévation.10m, 0.0, null())"
# simuler
r.sim.élévation de l'eau=élévation.10m dx=elev_dx dy=elev_dy \
pluie=pluie homme=manning infil=infiltration \
nwalkers=5000000 profondeur=profondeur

L'eau profondeur plan in le Spearfish (SD la surface

ERREUR MESSAGES

Si le module échoue avec
ERREUR : nwalk (7000001) > maxw (7000000) !
puis un plus bas nwalkers la valeur du paramètre doit être sélectionnée.

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