Pamhyr2/doc/users/Tuto1/pas-a-pas.tex

%% LyX 2.0.2 created this file.  For more info, see http://www.lyx.org/.
%% Do not edit unless you really know what you are doing.
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\begin{document}
\includegraphics[width=5cm]{img/Logo-INRAE_Transparent.png}

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\begin{center}

Tutoriel pour Pamhyr2

Janvier 2024

\par\end{center}

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\begin{center}

\textbf{\LARGE Modélisation 1D de la rivière  } \\
\textbf{\LARGE Hogneau (Nord, France) avec Pamhyr2}

\par\end{center}{\LARGE \par}

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\begin{center}
{\large INRAE Lyon-Grenoble Auvergne-Rhône-Alpes}
\par\end{center}{\large \par}

\begin{center}

RiverLy, Hydraulique des rivières

\par\end{center}

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\begin{center}
\begin{tabular}{lll}
Autors : & Pierre-Antoine Rouby & pierre-antoine.rouby@inrae.fr\tabularnewline
& Théophile TERRAZ & theophile.terraz@inrae.fr\tabularnewline
& Lionel Pénard & lionel.penard@inrae.fr\tabularnewline

\end{tabular}
\par\end{center}

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\pagebreak{}

\begin{center}
\tableofcontents{}
\par\end{center}

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\pagebreak{}

% \section{Introduction}
%
% TODO
%
% \pagebreak{}


\section{Installer Pamhyr2}

Pamhyr2 peut être téléchargé ici : \url{https://gitlab.irstea.fr/theophile.terraz/pamhyr}.

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/dl.png}
\par\end{center}


Utilisez le bouton de téléchargement GNU Linux ou Windows en fonction de votre système. Sous Windows, lancez le programme d'installation. Sous Linux, décompressez l'archive et lancez Pamhyr2.


\section{Créer une première étude}

Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Fichier] => [Nouvelle étude]} pour créer une nouvelle étude. Choisissez un nom, par exemple Hogneau, et validez.

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/NEWSTUDY.png}
\par\end{center}

Pendant que vous travaillez sur votre étude, noubliez pas de sauvegarder régulièrement, à l'aide du bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/save.png} de la fenêtre principale.

\section{Créer la structure de la rivière}

Cliquez sur \texttt{[Réseau] => [Modifier le réseau]} ou sur l'icône \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/network.png} pour créer la structure de votre rivière.
Nous voici dans la fenêtre \textit{Réseau}.
Dans cette fenêtre, nous allons définir un graphe orienté qui représente les biefs de notre réseau fluvial : les arêtes sont les biefs, les n½uds sont soit des conditions limites amont, soit des conditions limites aval, soit des jonctions entre biefs.
Un bief par défaut existe dans la nouvelle étude.
Pour les besoins de ce tutoriel, nous allons le suprimer :
cliquez sur le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/del.png} pour entrer dans le mode \textit{Supression} puis cliquez sur les n½uds.
Nous voilà repartis sur une fenêtre vierge.
Appuyez sur le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} pour entrer dans le mode \textit{Ajout}. Créez deux n½uds en cliquant dans la zone grise de la fenêtre, et créez un lien en cliquant à nouveau sur chaque n½ud.
Appuyez à nouveau sur \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} pour quitter le mode \textit{Ajout}.
Vous avez créé votre premier bief, avec un n½ud amont et un n½ud aval.
Dans la partie inférieure de la fenêtre \textit{Réseau}, vous pouvez renommer les n½uds et les biefs.
Comme le bief que nous avons créé est automatiquement sélectionné, toutes les étapes suivantes s'appliqueront à ce bief.
La fenêtre doit se présenter comme suit :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/network.png}
\par\end{center}

Fermez la fenêtre \textit{Réseau}.

\section{Éditer la géometrie de la rivière}

Cliquez sur \texttt{[Géometrie] => [Modifier la géometrie]} pour définir la géométrie du bief sélectionné.
Pour Importer une géométrie depuis un fichier, cliquez sur le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/import.png}.
Sélectionnez le fichier \texttt{Data/Bief\_1.st}.
Vous devriez voir :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/Geo.png}
\par\end{center}

Le panneau de gauche contient une liste de toutes les sections en travers avec leur nom et leur abscisse longitudinale (PK).
Dans le graphique en haut à gauche, vous pouvez voir la vue de dessus de la rivière; dans le panneau en haut à droite, la coupe longitudinale de la rivière et dans le graphique en bas, vous pouvez voir la section en travers sélectionnée (bleu) ainsi que la suivante (pointillés violets) et la précédente (pointillés noirs).
Vous pouvez vous déplacer dans la liste des sections en cliquant dans le tableau ou sur les sections dans les deux vues du haut.

Vous pouvez éditer la section en travers sélectionnée en cliquant sur l'icône \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/edit.png"}.

Sélectionnez la section en travers nommée \textit{PontRD101m} et ouvrez la fenêtre d'édition. Vous devriez voir :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/editsect.png}
\par\end{center}

Sur le panneau de gauche se trouve la liste de tous les points de la section, avec leurs coordonnées, leur nom et leur abscisse transversale. La coordonnée Z du point le plus haut est inscrite en bleu et celle du point le plus bas en rouge. Les points peuvent avoir un nom. Si un point portant le même nom existe dans toutes les sections d'un bief, il forme une ligne longitudinale (ou ligne directrice). Par exemple, nous avons ici \textit{rg} et \textit{rd} qui représentent la rive gauche et la rive droite du lit mineur.

Sur le graphique figure une projection de la section en travers.
Vous pouvez utiliser \texttt{[clic droit]} pour afficher une ligne d'eau fictive et visualiser des données géométriques utiles. Vous pouvez ensuite enlever cette ligne avec \texttt{[clic molette]}.
Vous pouvez maintenant fermer la fenêtre d'édition de la section en travers.

Revenons à la fenêtre \textit{Géométrie}.
Le jeu de sections importé est inégalement espacé, ce qui peut entrainer des difficultés de calcul.
Nous allons utiliser l'outil de maillage pour interpoler des nouvelles sections entre les sections trop espacées.
Cliquez sur \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/meshing.png"}.
Dans la fenêtre \textit{Maillage}, vous avez accès à quelques options basiques.
L'option \textit{Limites} vous permet de définir deux sections entre lesquelles le maillage sera effectué.
L'option \textit{Lignes directrices pour le calcul des distances} permet de spécifier au mailleur les points sur lesquels calculer les distances entre les sections.
La distance sera la moyenne des deux distances entre les points de chaque sections qui portent ces lignes directrices.
Pour ne choisir qu'une seule ligne, rentrez simplement deux fois la même valeur.
Il existe toujours au moins deux lignes directrices : les deux extrémités des sections, nommés \textit{un} et \textit{np}, même si les points correspondants ne portent pas de nom.
Les options \textit{Paramètres} permettent de définit l'interval souhaité entre les nouvelles sections, et la méthode d'interpolation.
Choisissez les options suivantes, et cliquez sur \texttt{[OK]} :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/maillage.png}
\par\end{center}

L'option d'interpolation \textit{Spline} modifie les longueurs longitudinales.
Les absices en long (Pk) des sections sont donc obsolètes.
Pour les recalculer, cliquez sur \texttt{[Mise à jour des PK]} dans la fenêtre \textit{Géométrie}.
Vous êtes maintenant dans la fenêtre \textit{Mise à jour des PK}.
Vous pouvez choisir la section d'origine pour le calcul des PK, ainsi que la valeur du PK à cette section.
Le choix des deux lignes directrices sert à calculer les distances entre sections, comme dans la fenêtre \textit{Maillage}.
L'orientation vous permet de choisir dans quelle direction les PK seront croissants.
Cette option n'a pas d'impact sur les résultats du calcul hydraulique.
Choisissez les options suivantes, et cliquez sur \texttt{[OK]} :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/mjpk.png}
\par\end{center}

La fenêtre \textit{Géométrie} doit maintenant ressembler à ça :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/Geo2.png}
\par\end{center}


\section{Éditer les conditions aux limites}

Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Hydraulique] => [Conditions aux limites et apports ponctuels]} ou sur l'icône \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/boundary_condition.png"}. Vous arrivez sur la fenêtre \textit{Conditions aux limites} :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/boundary.png}
\par\end{center}

Utilisez le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} en haut à gauche de la fenêtre pour ajouter une condition limite pour le liquide.
Nous pouvons cliquer sur la nouvelle ligne pour sélectionner la ligne en entier, et double-cliquer pour sélectionner une seule cellule.
Sélectionnez la cellule \textit{Nom} pour donner un nom à la condition limite.
Ici, nous définirons le débit mesuré lors de la crue de février 2002.
Vous pouvez nommer cette condition limite "crue2002".
Sélectionner la cellule \textit{Type} et utiliser la combo box pour mettre une loi Q(t) : débit en fonction du temps.
Sélectionnez la cellule \textit{Noeud} et attribuez cette condition au noeud amont.
Les noms des noeuds sont rappelés dans le panneau de droite, avec une vue du réseau.
Sélectionnez maintenant la ligne entière et cliquez sur le bouton d'édition \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/edit.png"}.
Vous avez ouvert la fenêtre \textit{Modifier les conditions aux limites}.
Dans un éditeur de texte, ouvrez le fichier \texttt{data/Fevrier\_2002.txt}.
Copiez le contenu du fichier (par exemple avec \textit{ctrl+a} puis \textit{ctrl+c}) et collez-le dans le panneau de gauche de la fenêtre \textit{Modifier les conditions aux limites} avec \textit{ctrl+v}.
Vous pouvez maintenant voir la courbe de débit :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/fev2002.png}
\par\end{center}

Fermer cette fenêtre.
Revenez sur la fenêtre \textit{Conditions aux limites}.
Ajoutez une nouvelle ligne, donnez lui un nom, donnez lui le type \textit{Q(Z)} (courbe de tarage) et associez-la au noeud aval du réseau.
Cette condition limite se trouve au niveau d'un seuil.
A cet endroit, l'écoulement passe d'un régime fluvial à un régime torentiel.
Nous allons donc calculer une courbe de tarage qui correspond au régime critique de l'écoulement au niveau du seuil.
Sélectionnez la condition limite et ouvrez la fenêtre \textit{Modifier les conditions aux limites} :  (\includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/edit.png"}).
Dans la fenêtre \textit{Modifier les conditions aux limites} cliquez sur \texttt{[Générer régime critique]} pour générer cette courbe.
Cliquez enduite sur \texttt{[Rendre croissant]} pour suprimer les points de la courbe qui ne sont pas strictement croissants.
Vous pouvez fermer les fenêtres \textit{Modifier les conditions aux limites} et \textit{Conditions aux limites}.

\section{Créer les conditions initiales}

Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Hydraulique] => [Conditions initiales]}.
Pour démarer, le code de calcul hydraulique a besoin de connaitre le débit et la cote de la surface libre de la rivière en tout point à l'instant initial.
Si vous ne connaissez pas ces conditions initiales, vous pouvez utiliser les boutons \texttt{[Générer une profondeur uniforme]}, \texttt{[Générer un débit uniforme]} ou \texttt{[Générer une cote uniforme]} pour laisser Pamhyr2 estimer une condition initiale à l'aide de la formule de Manning-Strickler.
Cliquez sur \texttt{[Générer un débit uniforme]} et saisissez un débit de $4 m^3/s$ dans la fenêtre contextuelle, et cochez \texttt{[Générer une profondeur]} pour générer une condition initiale de hauteur d'eau basée sur la formule de Manning-Strickler pour le débit donné.
Vous devriez voir :


\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/ic.png}
\par\end{center}

Vous pouvez également utiliser \texttt{[Générer une cote uniforme]} et saisir une cote de $21 m$ à l'amont et à l'aval avec un débit nul.
Cela revient à créer une bassine et à laisser le solveur la vider pour trouver un écoulement initial satisfaisant.

Lors des prochaines simulations, vous pouvez utiliser l'état final de la simulation précédente comme état initial.
Pour cela, cliquez sur \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/import.png} et retrouvez le résultat sous forma de fichier \textit{.BIN}.
Ce fichier de résultats se trouve normalement dans le sous-dossier \textit{\_PAMHYR\_/Hogneau/default-mage}.

Fermer la fenêtre \textit{Conditions initiales}


\section{Éditer les coefficients de frottement}

Nous allons maintenant définir les coefficients de frottement du fond de la rivière.
Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Hydraulique] => [Éditer les frottements]} ou sur l'icône \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/friction.png"}.
Dans un premier temps, vous devez définir des jeux de coefficients de Strickler.
Cliquez sur \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/edit.png"} pour ouvrir la fenêtre \textit{coefficients de Strickler}.
Vous pouvez y créer des couples de coefficients de Strickler, le premier pour le lit mineur, le second pour le lit moyen.
Cliquez quatre fois sur \textit{add} pour créer quatre nouveaux couples. Donnez-leur les valeurs suivantes :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/K.png}
\par\end{center}

Vous pouvez utiliser le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/sort_A-Z.png} pour trier les couples par ordre alphadétique.
Fermez la fenêtre \textit{Strickler}.

Dans la fenêtre \textit{Éditer les frottements}, ajoutez quatre lignes avec le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} pour créer quatre zones de frottement.
Chaque zone est définie par un PK \textit{début} et de \textit{fin} PK et un couple \textit{begin} et \textit{end} couple de Strickler.
Les couples de coefficients de Strickler à l'intérieur d'une zone sont interpolés à partir des couples \textit{begin} et \textit{end}.
Dans notre cas, nous utiliserons des coefficients uniformes par zone.
Définissez les zones comme suit :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/frictions2.png}
\par\end{center}

La zone sélectionnée est surlignée en bleu.
Vous pouvez maintenant fermer la fenêtre \textit{Éditer les frottements}.

\section{Modélisation des ouvrages hydrauliques}

Parfois, il peut y avoir des sections en travers dans lesquelles les équations de Saint-Venant ne peuvent pas être utilisées pour modéliser l'écoulement de l'eau.
Dans ce cas, nous devons définir une autre loi pour relier la côte de l'eau et le débit.
C'est le cas, par exemple, au niveau des ponts lorsque la hauteur d'eau est trop élevée et que l'écoulement passe en charge.
Pamhyr2 permet de définir différents ouvrages hydrauliques avec des lois paramétrisables.
Dans notre cas, nous allons devoir modéliser deux ponts par des ouvrages hydrauliques.
Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Hydraulique] => [Ouvrages hydrauliques]} pour ouvrir la fenêtre des ouvrages hydrauliques.
Cliquez deux fois sur le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} pour créer deux ouvrages hydrauliques.
Chaque structure peut avoir un nom et doit avoir un bief et un PK. Définissez-les comme suit :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/hs.png}
\par\end{center}

Sélectionnez le pont RD101 et cliquez sur \includegraphics[width=0.5cm]{"../../../src/View/ui/ressources/edit.png"} pour éditer les lois de cet ouvrage. Les ouvrages hydrauliques sont composés d'ouvrages hydrauliques élémentaires. Vous pouvez combiner les lois de plusieurs ouvrages hydrauliques élémentaires pour créer votre ouvrage. Un pont peut être modélisé comme une combinaison d'un orifice pour l'écoulement sous le pont et d'un déversoir pour l'écoulement au-dessus du pont. Créez deux ouvrages hydrauliques élémentaires à l'aide du bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} et définissez-les comme suit :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/SeuilRD101.png}

\includegraphics[width=15cm]{img/OrificeRD101.png}
\par\end{center}


Revenez à la fenêtre \textit{Ouvrages hydrauliques} et appliquez la même procédure pour le pont de Thivencelle :

\begin{center}
\includegraphics[width=15cm]{img/SeuilThivencelle.png}

\includegraphics[width=15cm]{img/OrificeThivencelle.png}
\par\end{center}


Vous pouvez maintenant fermer les fenêtres \textit{Ouvrages hydrauliques}.
Si vous réouvrez la fenêtre \textit{Géométrie} vous pouvez voir apparaitre la position des ouvrages hydrauliques sur la vue longitudinale.

\section{Paramètres du solveur}

Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Exécuter] => [Parameters numériques des solveurs]}.
Dans la fenêtre \textit{Paramètres du solveur}, sélectionnez l'onglet \textit{Mage v8}.
Gardez les paramètres du solveur par défaut, sauf le pas de temps minimum, que vous mettrez à 0.1.
En effet, durant la montée du pic de crue, le solveur a besoin de réduire le pas de temps suffisament pour permettre la convergence des itérations.
Pour accélérer les calculs, nous pouvons également dégrader la précision, à l'aide des facteurs de réduction de la précision.
Les précisions internes du solveur sont de $10{-9}$.
Cette précision est multipliée par le facteur de réduction de la précision : un facteur de 1000 ramènera donc la précision à $10{-5}$.
Pour utiliser ce facteur de réduction de la précision, il faut donner un \textit{nombre d'itérations à précision maximum} inférieur au \textit{nombre maximum d'itérations} : le solveur va d'abord tenter de converger avec un certain nombre d'itératons à la précision maximum avant de basculer sur une précision dégradée pour le reste des itérations.
Fermer la fenêtre \textit{Paramètres du solveur}.

\section{Lancer la simulation}

Dans la fenêtre principale, cliquez sur \texttt{[Exécuter] => [Lancer le solveur]}.
Sélectionnez \textit{Defaut-Mage - (Mage8)} et cliquez sur le bouton \textit{Exécuter}.
Deux fenêtres s'ouvrent : la fenêtre \textit{check list} et la fenêtre \textit{Log du solveur}.
La fenêtre \textit{Check list} donne quelques indications sur la validité de votre modèle, et la fenêtre \textit{Log du solveur} affiche les informations de calcul du solveur.
À partir de la fenêtre \textit{Log du solveur}, vous pouvez réexécuter le calcul en cliquant sur  ou sur l'icône \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png}, et vous pouvez cliquer sur le bouton \textit{Résultats} pour ouvrir la fenêtre \textit{Résultats}.

\section{Visualiser les résultats}

il est aussi possible d'ouvrir la fenêtre \textit{Résultats} si vous avez fermé la fenêtre \textit{Log du solveur}, en cliquant sur \texttt{[Résultats] => [Visualiser les derniers résultats]} à partir de la fenêtre principale.
Le panneau supérieur vous permet de sélectionner le bief, le panneau inférieur gauche vous permet de sélectionner une section dans ce bief.
Les trois diagrammes sur la droite montrent le bief et la section en travers de la même manière que dans la fenêtre \textit{Géométrie}. Vous pouvez utiliser le curseur du bas pour visualiser la cote de l'eau à différents pas de temps.
Les croix rouges dans les deux vues du haut correspondent aux points ou l'eau déborde de la géométrie.
En pratique il n'y a pas de perte de volume par débordement en dehors du modèle, car le solveur ajoute un mur virtuel aux extrémités des sections.
Pour visualiser le débit, passez à l'onglet \textit{Hydrogramme}.
Pour créer des tracés 2D personnalisés, cliquez sur le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/add.png} en haut à gauche de la fenêtre.
Sélectionnez les valeurs que vous voulez sur les axes $X$ et $Y$ et cliquez sur \texttt{[OK]}.
Vous pouvez maintenant voir un nouvel onglet avec le tracé 2D personnalisé dans le panneau droit de la fenêtre \textit{Résultats}.
Le bouton \includegraphics[width=0.5cm]{../../../src/View/ui/ressources/export.png} vous permet d'exporter les résultats au format CSV pour une utilisation en dehors de Pamhyr2.

\pagebreak{}
\end{document}