Hydraulic structure

[maximejay]

Implémentation de structures hydrauliques dans smash:

Deux ouvrages sont actuellement codées :

• les barrages
• des injections d'eau

Dans le code fortran:

• Nouveau type dérivé : hydraulic_structureDT
• Nouveaux sous type dérivés : DamDT et InflowDT

Ces type dérivés permettent de stocker des data relative aux fonctionnements des ouvrages hydrauliques dans input_dataDT. D'autres structure peuvent être développé facilement sur ce principe (prélèvement, écrêtement)

Le calcul lié à ces ouvrages est réalisé dans la routine de routage, pour l'instant uniquement pour le module lr !! . Une nouvelle variable d'états permet de stocker la cote d'eau des barrages

Au niveau du maillage:

• chaque ouvrage est défini comme un exutoire
• une nouvelle liste dans generate_mesh permet de définir sir un exutoire est: un exutoire, une jauge, un barrage, une injection d'eau ...

A prévoir:

• ne pas lire les débits si l'exutoire est typé autre que 'jauge'
• standardiser les données relatives aux barrages et aux injection d'eau pour permettre leurs lectures automatiques dans smash (et aux future ouvrage) : necessite rélfexion commune.
• Comment sortir le débit avant ouvrage si un exutoire est défini, et après l'ouvrage si une structure hydraulique est définie ? utilitée ?
• Doublons dans le tableau response.q jauge/structurehydraulique si des jauge et des ouvrages sont identifiés au memes coordonnées ? est-ce problématique ?
• Documentation
• Tests: nécessite de regénérer la baseline car nouvelle variable d'état. Pb test de prcp_indices qui ne passe pas => Raison inconnu (on dirait que les valeurs de np.nan ne passe pas le test !)

Pour tester le code voici un script d'exemple:

import smash
import numpy as np
from smash.factory import load_dataset, generate_mesh
import matplotlib.pyplot as plt
import pandas as pd
import os
import smashbox as sb #seulement pour les graphiques et pour lire les paramètres

flwdir = load_dataset("flwdir")

mesh = generate_mesh(
    flwdir_path=flwdir,
    x=[778306.4, 778306.4],
    y=[6349743, 6349743],
    area=[115 * 1e6, 115 * 1e6],
    code=["V7155035", "Barrage_StCecile"],
    outlet_type=["gauge", "dam"],
)

mesh_no_dam = generate_mesh(
    flwdir_path=flwdir,
    x=[778306.4],
    y=[6349743],
    area=[115 * 1e6],
    code=["V7155035"],
    outlet_type=["gauge"],
)

setup = {}
setup["hydrological_module"] = "gr4"
setup["routing_module"] = "lr"
setup["qobs_directory"] = "/home/maxime/DATA/QOBS_60min"
setup["prcp_directory"] = "/home/maxime/DATA/PLUIE"
setup["pet_directory"] = "/home/maxime/DATA/ETP-SFR-FRA-INTERA_L93"
setup["prcp_conversion_factor"] = 0.1
setup["read_prcp"] = True
setup["read_pet"] = True
setup["read_qobs"] = True
setup["daily_interannual_pet"] = True

# période de chauffe
setup["start_time"] = "2014-01-01 00:00"
setup["end_time"] = "2015-10-27 00:00"
# setup["end_time"] = "2014-02-27 00:00"

model = smash.Model(setup, mesh)
model_no_dam = smash.Model(setup, mesh_no_dam)

smash.io.read_grid_parameters(
    model, path="/home/maxime/DEV/smashbox/smashbox/asset/params"
)
smash.io.read_grid_parameters(
    model_no_dam, path="/home/maxime/DEV/smashbox/smashbox/asset/params"
)

# lecture des données du barrage
rel_hv = pd.read_csv(
    os.path.join("/home/maxime/DATA/Barrage", "loi_H_V.txt"), sep=" "
).to_numpy()
rel_hq = pd.read_csv(
    os.path.join("/home/maxime/DATA/Barrage", "loi_Z_Q.txt"), sep=" "
).to_numpy()
arr_rel_hv = np.expand_dims(rel_hv.transpose(), axis=0)
arr_rel_hq = np.expand_dims(rel_hq.transpose(), axis=0)

# copie des donnée du barrage dans smash
model.set_dam_structure_data("dam_hv", arr_rel_hv)
model.set_dam_structure_data("dam_hq", arr_rel_hq)

model.forward_run()
model_no_dam.forward_run()

final_states = model.rr_final_states.copy()
final_states_no_dam = model_no_dam.rr_final_states.copy()

# simulation d'un evenement
setup["start_time"] = "2015-10-27 00:00"
setup["end_time"] = "2015-10-30 00:00"

model_event = smash.Model(setup, mesh)
model_event_no_dam = smash.Model(setup, mesh_no_dam)

smash.io.read_grid_parameters(
    model_event, path="/home/maxime/DEV/smashbox/smashbox/asset/params"
)
smash.io.read_grid_parameters(
    model_event_no_dam, path="/home/maxime/DEV/smashbox/smashbox/asset/params"
)

model_event.set_dam_structure_data("dam_hv", arr_rel_hv)
model_event.set_dam_structure_data("dam_hq", arr_rel_hq)

# copy des états du modèle
model_event.rr_initial_states = final_states.copy()
model_event_no_dam.rr_initial_states = final_states_no_dam.copy()

model_event.forward_run()
model_event_no_dam.forward_run()

# test en calage
model_event_calib = model_event.copy()

model_event_calib.optimize(
    mapping="distributed",
    optimizer="lbfgsb",
    optimize_options={
        "bounds": {
            "cp": (1, 4000),
            "ct": (1, 2000),
            "kexc": (-10, 5),
            "llr": (1, 2000),
        },
    },
    cost_options={
        "gauge": ["V7155035"],
    },
)

# model sans barage avec param calibré pour pouvoir récupérer les débits entrant dans le barrage 
model_event_no_dam_calib = model_event_no_dam.copy()
model_event_no_dam_calib.rr_parameters = model_event_calib.rr_parameters.copy()
model_event_no_dam_calib.forward_run()

fig, ax = sb.plot.plot.plot_hydrograph(
    model_event,
    plot_rainfall=True,
    plot_settings_sim={"color": "blue", "label": "Simulated with dam"},
)
fig, ax = sb.plot.plot.plot_hydrograph(
    model_event_no_dam,
    figure=(fig, *ax),
    plot_rainfall=False,
    plot_qobs=False,
    plot_settings_sim={"color": "green", "label": "Simulated with no dam"},
)
fig, ax = sb.plot.plot.plot_hydrograph(
    model_event_calib,
    figure=(fig, *ax),
    plot_rainfall=False,
    plot_qobs=False,
    plot_settings_sim={"color": "red", "label": "Calibrated with dam"},
)
fig, ax = sb.plot.plot.plot_hydrograph(
    model_event_no_dam_calib,
    figure=(fig, *ax),
    plot_rainfall=False,
    plot_qobs=False,
    plot_settings_sim={"color": "orange", "label": "Calibrated with no dam"},
)
sb.plot.plot.save_figure(
    fig, figname=os.path.join("/home/maxime/Images", "QSmash_Saint-cecile2.pdf")
)

Voici le graphique obtenu:

QSmash_Saint-cecile2.pdf

et les données du barrage

loi_H_V.txt
loi_Z_Q.txt