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PROGRAMME:

Nom

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

MOTS-CLÉS

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

SYNOPSIS

r.sim.eau
r.sim.eau --Aidez-moi
r.sim.eau [-t] élévation=prénom dx=prénom dy=prénom [pluie=prénom] [valeur_pluie=flotter]
[infiltrer=prénom] [valeur_infil=flotter] [man=prénom] [valeur_homme=flotter] [contrôle de flux=prénom]
[observation=prénom] [profondeur=prénom] [décharger=prénom] [erreur=prénom]
[marcheurs_sortie=prénom] [fichier journal=prénom] [les marcheurs=entier] [itérations=entier]
[étape_sortie=entier] [coeff_diffusion=flotter] [hmax=flotter] [alpha=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=prénom [obligatoire]
Nom de la carte raster d'altitude en entrée

dx=prénom [obligatoire]
Nom de la carte raster x-derivatives [m/m]

dy=prénom [obligatoire]
Nom de la carte raster des dérivés y [m/m]

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

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

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

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

man=prénom
Nom de la carte raster n de Manning

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

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

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

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

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

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

marcheurs_sortie=prénom
Nom de base de la carte des points vectoriels des marcheurs de sortie
Nom de la carte vectorielle de sortie

fichier journal=prénom
Nom du fichier texte de sortie des points d'échantillonnage. Pour chaque point de vecteur d'observation, le temps
série de transport sédimentaire est stockée.

les marcheurs=entier
Nombre de marcheurs, la valeur par défaut est le double du nombre de cellules

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

étape_sortie=entier
Intervalle de temps pour créer des cartes de sortie [minutes]
Valeur par défaut: 2

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

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

alpha=flotter
Augmentation de la diffusion constante
Valeur par défaut: 4.0

hbêta=flotter
Facteur de pondération pour le vecteur 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 de l'écoulement de surface conçu pour
conditions variables de terrain, de sol, de couverture et de précipitations excessives. Un écoulement d'eau peu profond 2D est
décrit par la forme bivariée des équations de Saint Venant. La solution numérique est basée
sur le concept de dualité entre le champ et la représentation particulaire 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 entrées clés du modèle incluent l'altitude (élévation carte raster), flux
vecteur gradient donné par les dérivées partielles du premier ordre du champ d'élévation (dx et dy
cartes matricielles), taux d'excès de précipitations (pluie carte raster ou valeur_pluie valeur unique) et un
coefficient de rugosité de surface donné par Manning n (man carte raster ou valeur_homme unique
valeur). Des cartes raster de dérivées partielles peuvent être calculées avec l'interpolation d'un MNT
en utilisant l'option -d dans le module v.surf.rst. Si une carte raster d'altitude est déjà fournie,
les dérivées partielles peuvent être calculées en utilisant le module r.slope.aspect. Les dérivés partiels sont
utilisé pour déterminer la direction et l'amplitude de la vitesse d'écoulement de l'eau. Pour inclure un
direction d'écoulement prédéfinie, l'algèbre cartographique peut être utilisée pour remplacer les parties partielles dérivées du terrain
dérivées avec des dérivées partielles prédéfinies dans des cellules de grille sélectionnées telles que artificielles
canaux, fossés ou ponceaux. Les équations (2) et (3) de ce rapport peuvent être utilisées pour
calculer des dérivées partielles du flux prédéfini en utilisant sa direction donnée par aspect et
pente.

Le module convertit automatiquement les distances horizontales des pieds au système métrique en utilisant
informations de base de données/projection. L'excès de précipitations est défini comme l'intensité des précipitations -
taux d'infiltration et doit être fourni en [mm/h]. L'intensité des précipitations est généralement
disponible dans les stations météorologiques. Le taux d'infiltration dépend des propriétés du sol et
couverture terrestre. Il varie dans l'espace et dans le temps. Pour sol saturé et débit d'eau constant
il peut être estimé en utilisant des taux de conductivité hydraulique saturés basés sur le champ
mesures ou en utilisant des valeurs de référence qui peuvent être trouvées dans la littérature. En option, l'utilisateur
peut fournir une carte du taux d'infiltration d'écoulement de surface infiltrer ou une seule valeur valeur_infil in
[mm/h] qui contrôlent efficacement le taux d'infiltration de l'eau qui coule déjà
réduire la profondeur d'écoulement et le débit. Le débit de surface peut être davantage contrôlé par
barrages de retenue perméables ou structures de type similaire, l'utilisateur peut fournir une carte de ces
structures et leur rapport de perméabilité dans la carte contrôle de flux qui définit le
probabilité de passage des particules à travers la structure (les valeurs seront 0-1).

La sortie comprend une carte raster de profondeur d'eau profondeur en [m], et une carte raster de débit d'eau
décharger en [m3/s]. L'erreur de la solution numérique peut être analysée en utilisant le erreur
carte raster (la profondeur d'eau résultante est une moyenne, et err est son RMSE). Le résultat
carte des points vectoriels sortie_marcheurs peut être utilisé pour analyser et visualiser la distribution spatiale
de 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 la solution d'échantillonnage de chemin peut être analysé à l'aide du fichier raster d'erreur de sortie [m]. Cette
l'erreur est fonction du nombre de particules utilisées dans la simulation et peut être réduite
en augmentant le nombre de marcheurs donné par paramètre les marcheurs. Durée de la simulation
est contrôlé par le itérations paramètre. La valeur par défaut est de 10 minutes, atteignant le
l'état d'équilibre peut nécessiter un temps beaucoup plus long, selon le pas de temps, la complexité de
terrain, la couverture terrestre et la taille de la zone. Cartes du marcheur de sortie, de la profondeur de l'eau et du débit
peut être enregistré pendant la simulation à l'aide de l'indicateur de série temporelle -t et étape_sortie paramètre
définissant le pas de temps en minutes pour l'écriture des fichiers de sortie. Les fichiers sont enregistrés avec un suffixe
représentant le temps écoulé 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 spécifiques est prise en charge. Une carte vectorielle avec observation
points et un chemin vers un fichier journal doivent être fournis. Pour chaque point de la carte vectorielle qui est
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 seul en-tête identifie la catégorie
nombre de points vectoriels enregistrés. En cas de données de profondeur d'eau invalides, la valeur -1 est
utilisé.

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

NOTES

Un écoulement d'eau peu profond 2D est décrit par la forme bivariée des équations de Saint Venant
(par exemple, Julien et al., 1995). La continuité de la relation d'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 d'écoulement normale. Le système d'équations est fermé en utilisant le
La 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 incorporer l'impact de la diffusion
effets de vagues. Une telle incorporation de la diffusion dans la simulation d'écoulement d'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. Les
constante de diffusion que nous avons utilisée est assez petite (environ un ordre de
plus petite que le coefficient de Manning réciproque) et donc le résultat
l'écoulement est proche du régime cinématique. Cependant, le terme de diffusion améliore la cinématique
solution, en surmontant les petites fosses peu profondes courantes dans les modèles numériques d'élévation (MNE) et en
lissage de l'écoulement sur les discontinuités de pente ou les changements brusques de Manning
(par exemple, en raison d'une route ou 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 computationnelle 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 des composantes de diffusion et de dérive (équations de Fokker-Planck).

La technique de Monte Carlo présente plusieurs avantages uniques qui deviennent encore plus
important en raison des nouveaux développements de la technologie informatique. Peut-être l'un des plus
propriétés de Monte Carlo importantes 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, changements brusques de pente ou de couverture, etc.). En outre, des solutions approximatives peuvent être estimées
assez rapidement, ce qui nous permet de réaliser des études quantitatives préalables ou de
extraire rapidement des tendances qualitatives par des analyses de 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 de prélèvement.
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 grandes applications de pointe utilisant le calcul haute performance.

EXEMPLE

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

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

ERREUR MESSAGES

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

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