Manuel d'utilisation du logiciel HEC-HMS



Sommaire


Avant propos

Nous allons ici donner les points principaux pour simuler le ruissellement des précipitations sur un bassin versant avec HEC-HMS. Nous prendrons pour cela comme référence le manuel de l'utilisateur fourni avec le logiciel et auquel le lecteur pourra se reporter pour des explications plus complètes. Nous essaierons de dégager certaines "astuces" découvertes lors de notre expérience personnelle de l'utilisation de ce logiciel.

Remarque importante: Ce logiciel étant développé par un organisme américain, il est nécessaire (et impératif!) de changer la virgule en point dans les paramètres de configuration régionaux de l'ordinateur.

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Modèle de bassin

Création d'un nouveau modèle de bassin

Après avoir créé un modèle de bassin (EDIT-Basin Model-New), l'utilisateur doit rentrer les différents éléments hydrologiques caractéristiques participant au ruissellement sur le bassin versant. On peut inclure sept types d'éléments différents:

  • des sous bassins :
    C'est un élément qui n'a pas d'entrée et juste une sortie. Son débit sortant est calculé par soustraction des pertes au ruissellement issu des précipitations, en ajoutant le débit de l'écoulement souterrain.
  • des biefs (reach):
    C'est un élément avec une ou plusieurs entrées et une seule sortie. Le débit entrant provient des autres éléments du bassin, et le débit sortant est calculé à partir des différents modèles d'écoulements fluviaux à surface libre. Il est utilisé pour modéliser les rivières et les ruisseaux.
  • des réservoirs:
    C'est un élément avec une ou plusieurs entrées et une seule sortie. Le débit entrant provient des autres éléments du bassin, et le débit sortant est calculé à partir d'une relation stockage/débit spécifié par l'utilisateur tout en considérant que la surface de l'eau reste horizontale.
  • des jonctions:
    C'est un élément avec une ou plusieurs entrées et une seule sortie. Le débit sortant est calculé par simple conservation du débit. Elle représente la confluence entre deux ou plusieurs cours d'eau.
  • des bifurcations (diversion):
    Cet élément possède deux sorties et permet de modéliser comme son nom l'indique des bifurcations de rivières. L'utilisateur doit préciser la relation entre le débit entrant et le débit de la branche dérivée.
  • des sources:
    Elle permettent comme les sous bassins de générer un débit dans le bassin versant. Elles peuvent être utilisées pour représenter les conditions aux limites du bassin.
  • des puits (sink):
    Ce sont des éléments sans débit sortant qui peuvent modéliser le point bas d'une zone d'infiltration ou l'exutoire du bassin versant.

  • Tous ces éléments peuvent être créés à partir de l'écran Modèle de Bassin :

    Lien entre les différents éléments

    Les éléments hydrologiques définis précédemment doivent être reliés pour créer un réseau. Cette création s'effectue en deux étapes:

    En cas d'erreur, l'option Delete Element permet de détruire un élément.

    Les éditeurs d'éléments

    Chacun des éléments précités possède un éditeur qui permet de selectionner les méthodes de calcul permettant de les modéliser, mais aussi d'entrer les données caractéristiques. Pour accéder à un éditeur d'élément, il suffit de double-cliquer avec le bouton gauche de la souris sur l'élément en question.

    Pour chacun de ces modèles, un tableau permet de donner des valeurs de calage pour les différents paramètres ( par ex., les débits observés en fonction du volume d'eau dans le réservoir pour le premier modèle). Attention, le logiciel n'extrapole pas de relation à partir des données fournies; les valeurs données doivent donc couvrir entièrement la plage que l'on veut étudier.


    Les caractéristiques du modèle de bassin

    On peut définir dans le menu File-Basin Model Attributes des caractéristiques par défaut du modèle de bassin :

    Remarque: Une carte du basin versant peut être entrée sous forme de fichier de coordonnées, mais servira uniquement de support visuel et n'entre en ancun cas dans les calculs.

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    Modèles météorologiques


    Les modèles météorologiques sont au même titre que le modèle de bassin indispensables à la simulation. Ils regroupent les données des précipitations et d'évapo-transpiration nécessaires au calcul de la réponse hydrologique du bassin versant.

    Après avoir créé un nouveau modèle météorologique (Edit-Météorologic Model-New), l'écran modèle météorologique apparaît avec deux onglets (Précipitation, Evapotranspiration).

    Le bouton Subbasin list en haut à droite de la fenêtre permet d'afficher la liste des sous bassins auxquels va être appliqué le modèle météorologique. On peut alors ajouter ou supprimer des sous bassins grâce aux fonctions Add et Delete.

    Dans l'onglet Evapotranspiration, on peut définir des zones d'évapotranspiration homogène en utilisant le bouton ET Zone List.

    Les modèles de précipitations

    Il existe plusieurs modèles de précipitations disponibles dans HEC-HMS. L'utilisteur doit choisir un modèle dans le case Method de l'onglet Precipitation puis selectionner avec le bouton Subbasin List, les sous bassins auxquels il s'applique.

    La compréhension des champs à remplir pour chaque modèle pourra être facilitée par la lecture du manuel de références techniques qui décrit chacun de ces modèles.

    N.B: les hyetogrammes fournis par l'utilisateur ou les relevés pluviométriques réels doivent être entrés antérieurement à cette étape dans le menu Data lors de la définition du projet (Project Definition).

    Pour les méthodes de pondératon des données pluviométriques (User Gage Weigthing), l'utilisateur peut utiliser des données enregistrées lors de la définition du projet en pressant le bouton Recording ou définir une pluie non mesurée grâce au bouton
    Total Storm, il faudra alors donner impérativement la hauteur totale de pluie.

    L'index de précipitation est une option facultative.

    Les modèles d'évapotranspiration

    Dans l'onglet Evapotranspiration, il faut selectionner dans le champ Method, No Evapotranspiration dans la majorité des cas. Le seul cas où l'on selectionne Monthly Average est le cas où l'on a choisi le modèle de perte SMA. Dans ce dernier cas il faudra selectionner "allow evapotranspiration method in model" dans les attributs du modèle météorologique (File/ Met Model Atttribute)pour obtenir le tableau d'évapotranspiration.

    Remarque: penser à vérifier que l'on est en système métrique dans les attributs du modèle météorologique.

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    Spécifications de Contrôle

    Les spécifications de contrôle sont la dernière composante indispensable pour effectuer une simulation. C'est à cette étape que l'on définit les instants de départ et de fin de la simmulation ainsi que le pas de temps de calcul.

    Dates et Temps:

    Le logiciel est assez flexible quant à la manière de rentrer les dates.Nous conseillons toutefois de les rentrer de la façon suivante:

    09 jun 2000

    Le mois est donc indiqué par ses 3 premières lettres en Anglais!!

    Les heures sont entrées de la manière suivante: 08:15 ( pour 8 heures 15 du matin).

    Les pas de temps.

    Les pas de temps peuvent varier entre 1 minute et 24 heures.
    HEC-HMS réalise une interpolation linéaire pour obtenir les valeurs correspondant à un multiple entier du pas de temps dans les données hydro-météorologiques.

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    Réalisation de Simulations et Visualisation des Résultats

    Créer et gérer une exécution

    L'outil principal est le gestionnaire d'exécution que l'on obtient à partir de l'écran Basin Model: Simulate/Run Manager. L'exécution est lancée après avoir selectionné un "Run" dans la colonne Run ID, puis en appuyant sur Compute.

    Si aucune simulation (Run) n'est disponible dans le gestionnaire il faut la créer à partir de l'écran Run Manager: File / New Run.
    On accède alors à une fenêtre de configuration où l'on choisit un élément de chaque type ( modèle de bassin: Basin ID, modèle météorologique: Met Model ID et spécification de contrôle: Control ID).

    Configuration et options de la simulation

    Il est nécessaire de définir les composantes et certaines options de la simulation dans la fenêtre prévue à cet effet, accéssible à partir du gestionnaire ( Run Manager) en faisant: Edit / Run Options.


    Visualisation des résultats

    Les résultats peuvent être visualisés sous forme de tableau ou de graphes à partir de l'écran des modèles de bassin.

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    Le calage du modèle

    Nous allons expliquer ici comment caler les modèles hydrologiques utilisés lors de l'execution du logiciel HEC-HMS.

    On se sert pour cela d'un hydrographe observé et le logiciel HEC-HMS compare cet hydrographe à celui qu'il a calculé.

    Ce calage du modèle s'effectue à partir de l'écran du gestionnaire de l'optimisation (Optimization Manager) et s'effectue en trois étapes:

    La barre de menu

    Elle se compose des fonctions suivantes :

    Les icones affichées sur l'écran ne sont que des raccourcis des fonctions présentées dans le menu View.

    Création d'un calage du modèle

    Comme on l'a vu, on crée un calcul d'optimisation en cliquant sur Simulate-Optimization Run Configuration et en choisissant les différents modèles utilisés. Puis on lance les essais de calage en selectionnant le bouton New Trial

    Résultats des essais

    Afin de visualiser les résultats concernant les différentes tentatives d'optimisation plusieurs alternatives sont disponibles :

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