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Modélisation hydrogéologique :quelques logiciels et applications
Charles.Danquigny@univ‐avignon.fr
8 octobre 2014 Formation Modélisation ECCOREV 1
Introduction : l’arbre qui cache la forêt
Modflow Codedecalculdéveloppéparl’U.S.Geological Survey(USGS,1984)
Modflow‐88,‐96,‐2000,‐2005
Codedecalcullibre&noninterfacé
Résolutiondel’équationdeDiffusivité,écoulementenmilieuporeuxsaturé
Différencesfinies
http://water.usgs.gov/ogw/modflow/MODFLOW.html
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 2
Introduction : l’arbre qui cache la forêt
Modflow
Développementducontenu lescodesdecalcul
Développementducontenant lesinterfaces
Etlesautres
Feflow,…
Lequelchoisir?
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 3
Codes de calcul – Hydrodynamique
Modflow écoulementenmilieuporeuxsaturé– Différencesfinies Maillage Modflow – USG(UnStructured Grid) Modflow – LGR(Locally Refined Grid)
Méthodederésolution Modflow – NWT(Newton‐Raphsonformulation)pourtraiter lesnon‐linéarités /imbibition‐drainage
Modéliseret/oucouplerd’autrestypesd’écoulements Modflow VSF(Variably Saturated Flow)
Milieuporeuxnonsaturé GSFLow =couplagePRMS&Modflow
Eauxdesurface&Eauxsouterraines CFP(ConduitFlowProcess)
Ecoulementsnondarcéens (Conduitskarstiques)
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 4
Codes de calcul – Transport
Del’hydrodynamiqueautransport:codesdecalculcouplésàModflow
Modpath lignesdecourant– particle tracking
MT3D Traceur– équationd’advection‐dispersion
MT3DMS
RT3D
SEAWAT transportavecdensitévariable(ex.:biseausalé,géothermie)
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 5
Multi‐Species,i.e.MT3D+transportréactif
Codes de calcul ‐ Paramétrisation
Estimationdeparamètres Analysedesensibilité PEST UCODE
Interprétation GWM Aideàladécision pourlesgestionnaires delaressource en eau
EstimationdynamiqueFarmProcess(FMP) desapports/demandes agricoles
intégrée dans Modflow8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 6
&
Interfaces
Ducodedecalculgratuit…aulogicielpayant ModelMuse (USGS):http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 7
Interfaces
Ducodedecalculgratuit…aulogicielpayant ModelMuse (USGS):http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
Processing ModflowTM PMWIN(Kinzelbach &Chiang)http://www.simcore.com/ Version8:Logicielpayant– Licencegratuitepourl’ESR Version5:Freeware
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 8
Interfaces
Ducodedecalculgratuit…aulogicielpayant ModelMuse (USGS):http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
Processing ModflowTM PMWIN(Chiang&Kinzelbach)http://www.simcore.com/ Version8:Logicielpayant– Licencegratuitepourl’ESR Version5:Freeware
Groundwater Vistahttp://www.scisoftware.com/products/groundwater_vistas_details/groundwater_vistas_details.html
Logicieltrèsorientécalibrationetparamétrisation :priseenchargepousséeducodePEST
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 9
Interfaces
Ducodedecalculgratuit…aulogicielpayant ModelMuse (USGS):http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
Processing ModflowTM PMWIN(Chiang&Kinzelbach)http://www.simcore.com/ Version8:Logicielpayant– Licencegratuitepourl’ESR Version5:Freeware
Groundwater Vistahttp://www.scisoftware.com/products/groundwater_vistas_details/groundwater_vistas_details.html
Logicieltrèsorientécalibrationetparamétrisation :priseenchargepousséeducodePEST
VisualModflowModflow Surfact //VisualModflow Flex http://www.swstechnology.com/visual‐modflow/
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 10
Interfaces
Ducodedecalculgratuit…aulogicielpayant ModelMuse (USGS):http://water.usgs.gov/nrp/gwsoftware/ModelMuse/ModelMuse.html
Processing ModflowTM PMWIN(Chiang&Kinzelbach)http://www.simcore.com/ Version8:Logicielpayant– Licencegratuitepourl’ESR Version5:Freeware
Groundwater Vistahttp://www.scisoftware.com/products/groundwater_vistas_details/groundwater_vistas_details.html
Logicieltrèsorientécalibrationetparamétrisation :priseenchargepousséeducodePEST
VisualModflowModflow Surfact //VisualModflow Flex http://www.swstechnology.com/visual‐modflow/
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 11
Visual Modflow
Fonctionnalités:Pré‐processing Maillage Import‐exportdedonnéessources:SIG&Géomodeleur Visualisationen3D Traitementdedonnéessources:géostatistiques DonnéessourcesModèleconceptuelMaillage
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 12
Visual Modflow
Fonctionnalités:Pré‐processing Maillage Import‐exportdedonnéessources:SIG&Géomodeleur Visualisationen3D Traitementdedonnéessources:géostatistiques DonnéessourcesModèleconceptuelMaillage
(maillagematriciel‐‐>maillagedéstructuré)
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 13
Visual Modflow
Fonctionnalités:Pré‐processing Maillage Import‐exportdedonnéessources:SIG&Géomodeleur Visualisationen3D Traitementdedonnéessources:géostatistiques DonnéessourcesModèleconceptuelMaillage
Saisieetimportationdesconditionsauxlimitesetdesconditionsinitiales Couplageouimport‐exportdeCLàpartird’autreslogiciels Ex.:couplagedeModflow etdeMikepourleséchangesnappes‐rivières Paramétrisation desCLetCI Traitementdedonnéessources:géostatistiques Critèresdevariabilitéspatialeet/outemporelle
CouplageavectousleslogicielsdeSchlumbergerWaterServices
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 14
Visual Modflow
Fonctionnalités:Processing Priseencompte« transparente »deprocessusnonDarcéens Zonenonsaturée(loideRichards ) Doublemilieu EcoulementsturbulentsouloidePoiseuilledansdesconduits
Optimisationdescalculs Méthodesnumériques Gestiondelamémoire(&Parallélisation) Outilsd’analysedesnon‐convergences
Approchesstochastiques PEST
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 15
Visual Modflow
Fonctionnalités:Post‐Processing Visualisation Calculsdebilansdemasses,… Graphes,2D,3D,Dynamique(films),…
Exportdesdonnées
Paramétrisation Confrontationdescalculsaveclesmesures Inversionautomatique(PEST)etanalysesdesensibilités
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 16
Les autres : Feflow
DifférencesmajeuresavecFeflow Elémentsfinis
Age
Géométriescomplexes Topographie Géologie Milieuxfracturésetkarstiques Plusieursniveauxaquifères
Processuscomplexes Milieuxnonsaturés Contrastesdedensités Transfertsdemasseetdechaleur Doublemilieu&processusnondarcéens
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 17
Les autres : Feflow
DifférencesmajeuresavecFeflow Interfacecomplexe
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 18
Les autres : les géomodeleurs
Pré‐processing Modèleconceptueletgéométrie utiliserungéomodèle
MAISlecouplageaveclemodèlehydrogéologiquen’estpassouventévident!
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 19
Conclusion : lequel choisir ?
Préalable: Lerecoursàunmodèlenumériqueest‐ilindispensable?
Letempsest‐ilsuffisammentdisponible?
Lemodèlenumériquea‐t‐il lacapacitéderépondreauxquestions?
Limitesliéesàlaformulationmathématique(ex.:karst)
Lesdonnéessont‐ellessuffisantes? Quantité,qualité,distributiongéographique,… Synthèsehydrogéologiquemodèleconceptuel Donnéesnouvellesàacquérir?
3questions: Quel(s)objectif(s)?
Quellescontraintes?
Quelsmoyens?8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 20
Conclusion : lequel choisir ?
Quel(s)objectif(s)? Finalité Vérificationdelacohérencedesdonnées Quantificationdesprocessusetreproductiondufonctionnementactuel Simulationdescénariosd'évolution
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 21
Conclusion : lequel choisir ?
Quellescontraintes? Contraintes« négatives » Structureàdiscrétiser Géométriedumilieuetdesconditionsauxlimites Milieuporeux,fissuré,mixte,karstique,… 1D,2D,3D Processusàmodéliseret/oucoupler Ecoulementsmono/multiphasiques EcoulementsDarcéens/non‐Darcéens Variationsdedensité,température Transport(dégradation,sorption,T.réactif)
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 22
Conclusion : lequel choisir ?
Quellescontraintes? Contraintes« positives »:donnéesdisponibles Nature‐ diversité Format Spatialisation Chroniques Besoind’unpré‐traitement ?
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 23
La mise en forme et la synthèse des donnéespeut représenter
plus de 50% du travail de modélisation !
Conclusion : lequel choisir ?
Quelsmoyens? Compétencesetmaîtrise(ousupport)desoutilsdemodélisation
Tempsallouableàlamodélisationhydrogéologique Modélisationprédictived’unpetitaquifère(RP&RT,transportsimple)
env.200hdetravail
Outilsoubudgetdisponible Licence(ESR)VisualModflow FlexouFeflow ≈ 5000 €
8octobre2014 FormationModélisationECCOREV 24
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