doc/salome/tutorial/preliminaires.rst

   1 ..
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   6    SALOME HYDRO module is free software: you can redistribute it and/or modify
   7    it under the terms of the GNU General Public License as published by
   8    the Free Software Foundation, either version 3 of the License, or
   9    (at your option) any later version.
  10
  11    SALOME HYDRO module is distributed in the hope that it will be useful,
  12    but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  13    MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
  14    GNU General Public License for more details.
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  16    You should have received a copy of the GNU General Public License
  17    along with SALOME HYDRO module.  If not, see <http://www.gnu.org/licenses/>.
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  19 #########################################
  20 Notions préliminaires
  21 #########################################
  22
  23  * **Géoréférencement** : Le système de projection à utiliser dépend de
  24    la localisation géographique de l'étude et doit être choisi et noté
  25    pour faciliter la reprise de l'étude. En France métropolitaine, la
  26    projection de référence est Lambert 93.
  27    **Toutes les données importées dans SALOME-HYDRO doivent être dans le même réferentiel.**
  28    SALOME-HYDRO ne propose pas de convertisseur.
  29
  30  * **Repère Local** : Les coordonnées planes, **toujours exprimées en mètres**,
  31    dans la projection utilisée correspondent souvent à des grands nombres.
  32    Par exemple, les coordonnées en Lambert 93 d'un point du territoire
  33    métropolitain sont par exemple de l'ordre de (400 000, 6 500 000).
  34    Le repère local consiste en un simple décalage de l'origine, permettant
  35    de manipuler de plus petits nombres.
  36    Pour améliorer la précision numérique dans les différentes étapes de
  37    l'étude (géométrie, maillage, calcul...),
  38    **il est très fortement recommandé de prendre un repère local**.
  39    SALOME-HYDRO affiche les coordonnées dans les deux repères (local et global)
  40    et assure les translations automatiquement à l'import et à l'export.
  41
  42  * **ligne de contrainte** : Ligne sur laquelle le maillage va s'appuyer.
  43    Dans SALOME, ces lignes sont définies dans la Géométrie (module GEOM) en tant que "edge".
  44    Toutes les lignes que l'on construit dans le module HYDRO ne sont pas forcément gardées dans la géométrie.
  45
  46  * **axe hydraulique** : Ligne d'écoulement d'une rivière.
  47    Souvent obtenue en reliant les points bas d'une succession de profils en travers.
  48
  49  * **ligne de crête** : Ligne reliant les points les plus hauts d'une digue.
  50
  51  * **partition** : Il s'agit d'une partition de l'espace en **zones** et **régions**.
  52    Les concepts de zones et de régions sont introduits par la pratique dans l'exercice plus bas.
  53    Les frontières d'une région correspondent aux lignes de contrainte du maillage. Les régions peuvent
  54    être découpées en plusieurs zones. Une zone correspond à un mode de calcul de la bathymétrie.
  55
  56  * **Land Cover Map** : Carte d'occupation des sols, qui donne la nature des terrains, selon une codification
  57    *Corine Land Cover*.
  58
  59  * **Table de Strickler** : Donne le *coefficient de Stricker* (frottement au sol) par type de Zone *Corine Land Cover*.
  60    Ces coefficients sont à ajuster au cas par cas, selon le type de calcul.
  61
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  63 ################################################
  64 Principales étapes d'une étude avec SALOME-HYDRO
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  67 .. |etapesEtude| image:: /_static/etapesEtude.png
  68    :align: middle
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  70 .. |SALOME_Memo| image:: /_static/SALOME_Memo.png
  71    :align: middle
  72
  73 SALOME contient l’ensemble des modules nécessaires au lancement d’une étude Telemac.
  74
  75 L’application SALOME-HYDRO concentre les modules HYDRO et HYDRO-SOLVER au sein de la plate-forme SALOME
  76 et intègre le système Telemac2D.
  77
  78 La figure ci-dessous résume les étapes générales et les outils utilisés au sein de la plate-forme SALOME.
  79
  80   |etapesEtude|
  81
  82 L’étude se déroulera en passant par les différents modules de SALOME :
  83
  84  * HYDRO
  85
  86  * GEOM
  87
  88  * MESH
  89
  90  * HYDROSOLVER
  91
  92  * PARAVIS
  93
  94 Fonctionnement :
  95
  96   |SALOME_Memo|
  97
  98  * HYDRO : on importe des images et/ou des plans
  99
 100  * HYDRO : on crée ou importe des lignes de contour d'**objets naturels** (rivières, iles...)
 101    et **artificiels** (digues, canaux, obstacles...),
 102
 103  * HYDRO : on importe des champs de bathymétrie / altimétrie, ou des séries de profils de rivière,
 104
 105  * HYDRO : on constitue des objets naturels et artificiels,
 106
 107  * HYDRO : on importe ou crée une carte des occupations des sols (Land Cover Map)
 108    et une table donnant les coefficients de Strickler par type de zone (frottements au sol),
 109
 110  * HYDRO : on constitue un **cas de calcul** en choisissant les objets utiles au cas,
 111    on regroupe les **zones** (une zone correspond à un mode de calcul particulier de la bathymétrie)
 112    en **régions** (Les frontières des régions correspondent aux lignes de contrainte du maillage,
 113    ce sont les faces de la géométrie finale SALOME), on associe au cas la Land Cover Map et la table de Strickler,
 114
 115  * HYDRO : on exporte le cas vers GEOM,
 116
 117  * GEOM : on reprend le cas dans GEOM, pour compléter l'identification des groupes liés aux différentes régions du domaine
 118    et des conditions limites,
 119
 120  * SMESH : on choisit les algorithmes et hypothèses de maillage, on calcule le maillage et exporte le fichier MED du maillage,
 121
 122  * HYDROSOLVER : on génère et exécute le script Python qui permet le calcul de l'interpolation en Z aux noeuds du maillage,
 123    à partir du fichier MED et du cas de calcul,
 124
 125  * HYDROSOLVER : on génère et exécute le script Python qui permet l'affectation des coefficients de Strickler aux noeuds du maillage,
 126    à partir du fichier MED et du cas de calcul,
 127
 128  * HYDROSOLVER : on définit les zones de conditions limites (fichier xxx.bcd)
 129
 130  * HYDROSOLVER : on definit les évolutions des valeurs des conditions limites au cours du temps (fichier xxx.lqd ?)
 131
 132  * HYDROSOLVER : on définit le paramétrage physico numérique du calcul (fichier cas),
 133
 134  * HYDROSOLVER : on exécute le calcul,
 135
 136  * PARAVIS : on dépouille les résultats
 137
 138 Dans le module HYDRO lui-même, la logique d’enchaînement des étapes est la suivante
 139 (voir les différents types d’objets manipulés dans l’arbre de gauche) :
 140
 141 Il s’agit ici de la description d’un déroulement type, des allers-retours entre les différentes étapes
 142 sont tout à fait possibles et se produiront certainement.
 143
 144  * IMAGES :
 145
 146 L’idée est de partir d’images satellitaires et/ou de cartes de la zone à mailler
 147 pour situer les différents éléments de l’étude., Ces images devront être géoréférencées
 148 dans le même système de coordonnées que l’ensemble des données (Lambert93 par exemple).
 149 Il peut s’agir de capture d’écran du géoportail par exemple.
 150
 151  * BATHYMETRIE :
 152
 153 Les bathymétries constituées de nuages de points et/ ou de profils qui constituent le modèle de terrain
 154 sur lequel va s’appuyer le maillage sont importées dans le projet.
 155
 156  * POLYLINES :
 157
 158 Les polylignes (importées et/ou construites dans SALOME) permettent de définir les contours des différents objets
 159 naturels et artificiels qui vont intervenir dans le cas de calcul. Ce sont des lignes fermées dans le cas général.
 160 Certaines de ces lignes constitueront les lignes de contrainte du maillage.
 161 Les polylignes splines permettent de définir des contours sans que le maillage qui
 162 s’y appuiera ne doive utiliser strictement les points de la ligne. Seule la forme générale compte.
 163 On peut tracer les lignes à la souris ou les importer à partir d’un fichier.
 164
 165  * NATURAL OBJECTS :
 166
 167 Il s’agit des éléments constitués par exemple de l’emprise d’un domaine, d’îles, de lacs...
 168 On sait en général leur associer une bathymétrie.
 169
 170  * ARTIFICIAL OBJECTS :
 171
 172 Il s’agit de construire des éléments tels que des digues ou des canaux de géométrie connue.
 173
 174  * CALCULATION CASES :
 175
 176 Lors de la définition du cas de calcul on sélectionne les objets à mailler et on résout les conflits
 177 de recouvrement des bathymétries.
 178
 179 données préalables
 180 ==================
 181
 182 * Pour les fichiers image : disposer de fichiers images des fonds carto ou photo et avoir repéré dans le système de travail
 183   les coordonnées de 2 ou 3 points bien répartis sur l’image (suffisament éloignés pour améliorer la précision).
 184   Avec trois points, on peut faire une transformation affine de l'image, pour le cas improbable ou celle-ci ne
 185   correspondrait pas à une projection verticale.
 186
 187 * Disposer des données de bathy au format ASCII.
 188
 189 Pour l’instant les fichiers de bathymetrie doivent porter l’extension .xyz (3 colonnes x,y,z) ou .asc
 190 (format de type grille a pas régulier, tel que fourni dans la BD Alti de l'IGN, par exemple).
 191
 192 * Si l'on dispose de profils en travers pour le lit mineur, il peuvent être fournis au format .xyz
 193   avec une ligne blanche séparant chaque profil, ou au format SinusX décrit plus loin.
 194
 195 Import d'images
 196 ================
 197
 198 Il est possible d’importer des plans, cartes, et photos dans le module Hydro dans le dossier Images de l’arbre de l'étude.
 199 L’idée est de partir d’images satellitaires et/ou de cartes de la zone à mailler,
 200 géoréférencées dans le même système de coordonnées que l’ensemble des données (Lambert93 par exemple).
 201 Il est possible de récupérer l’intersection de deux images, de les fusionner, de restreindre une image à partir d’une polyline.
 202
 203 Les manipulations d'images sont introduites dans l'exercice plus bas.
 204
 205 Choix d'un repère local
 206 =======================
 207
 208 **Il est vivement conseillé de changer l’origine du système de coordonnées local**
 209 pour éviter de manipuler de très grands nombres et avoir plus de précisions dans les différents calculs, notamment pour le maillage.
 210
 211 Pour cela il faut utiliser le menu *Hydro/change local CS* et renseigner les coordonnées de la nouvelle origine.
 212
 213 Import de Bathymetries
 214 =======================
 215
 216 Le mode opératoire est expliqué dans l'exercice plus bas.
 217
 218  * **remarque** : Si les altitudes sont inférieures à 0, la bathymétrie peut être cachée par les cartes ou photos
 219    (qui sont à Z = 0 par convention). Si l'on a besoin de voir simultanément la bathymétrie et les images,
 220    on peut, par exemple, soit passer en vue de dessous, soit éditer la bathymetrie (menu contextuel "edit imported bathymetry")
 221    pour inverser les z, le temps de contrôler la superposition des cartes et de la bathymétrie
 222    (ne pas oublier d'enlever l'inversion de z après !).
 223
 224 Récupération de données de bathymétrie d'un ancien maillage
 225 -----------------------------------------------------------
 226
 227 Pour les différentes opérations ci-dessous, le mode opératoire précis reste à détailler. Les scripts Python cités
 228 ne sont pas fournis avec cette version, is nécesitent des adaptations au cas par cas.
 229
 230  * Il est possible de récupérer un ancien maillage d’un cas d’étude, en le transformant  avec un convertisseur
 231    intégré dans SALOME-HYDRO du format selafin (.slf) au format .med (format dédié pour la plate-forme Salomé en général).
 232
 233  * A partir de l’ancien maillage, il peut être nécessaire d’appliquer une translation (par exemple +2 000 000)
 234    à la position y des nœuds pour passer en système de géoréférencement connu (par exemple LambertIIEtendu).
 235
 236  * Puis la bathymétrie (champ de fond Z) est récupérée à l’aide d’un script Python qui crée un fichier .xyz
 237    (position x du nœud, position y du nœud, Champ Z associé).
 238
 239  * Ce fichier .xyz est converti en Lambert93 grâce au logiciel libre Circé (sous Windows).
 240
 241  * Ensuite les positions des nœuds des bords sont récupérées à l’aide d’un script Python qui parcourt les nœuds,
 242    constate s'ils sont au bord et crée un fichier dans lequel chaque bord récupéré est mis en forme pour un import direct
 243    dans le module HYDRO.
 244
 245  * On peut isoler de cette façon le contour de l’emprise, des piles de ponts, et les îles éventuelles.
 246
 247 Import d'objets de type lignes
 248 ==================================
 249
 250 Le format SinusX (ASCII) décrit en annexe permet de décrire plusieurs types de lignes et de profils.
 251 Les fichiers au format SinusX qui respectent les conventions décrites en annexe peuvent être importés
 252 dans SALOME HYDRO.
 253
 254 polylignes
 255 -----------
 256
 257 définition : lignes dans le plan XY, généralement utilisées pour définir des contours, des zones.
 258
 259 profils
 260 ----------
 261
 262 Deux types de profils : géoréférencés ou non.
 263
 264 Les profils géoréférencés sont définis dans XYZ, les autres dans XZ (XY).
 265 Utilité : section de digue, de canal, de rivière.
 266
 267 On définit une seule section pour un canal ou une digue, une série de profils pour une rivière.
 268
 269 Pour une digue, la valeur Z=0 correspond à la ligne de crête, pour un canal, c'est la ligne de fond.
 270
 271 On considère uniquement des profils symétriques (par rapport à la ligne de crête ou de fond).
 272
 273
 274 Streams
 275 --------
 276
 277 Rivière décrite par une succession de profils en travers, ordonnés via une ligne amont-aval qui passe par ces profils.
 278 Cette ligne peut être l'axe hydraulique, mais ce n'est pas obligatoire.
 279
 280 Les fichiers de stream peuvent être des fichiers XYZ pour lequels chaque profil est séparé par une ligne vide.
 281
 282
 283 Dessin de lignes
 284 =================
 285
 286 Les contours de type polyligne sont nécessaires à la création de la géométrie.
 287 Ils permettent la construction de l’emprise du modèle, des îles, du lit mineur d’un fleuve, ainsi que des digues, des canaux, des routes...
 288
 289 On peut afficher la bathymetrie ou les cartes lors de la saisie des contours pour se repérer.
 290
 291 polylines
 292 ---------
 293
 294 Dans SALOME les polylignes sont de deux types :
 295
 296  *  polylignes (ligne brisée constituée d'une série de segments droits, pour décrire un objet géométrique)
 297
 298  *  splines (suite d’arcs qui donne une courbe à dérivée continue,
 299     pour décrire une courbure naturelle, qui s’adaptera à la finesse de la discrétisation).
 300
 301 L’utilisation de splines permet de définir des contours sans que le maillage qui s’appuie dessus
 302 ne s’accroche à tous les points de la ligne : seule la forme générale compte.
 303
 304 Le mode opératoire est détaillé dans l'exercice ci-dessous.
 305
 306 Il est possible de créer des lignes combinant polylignes et splines.
 307 Voir plus loin le pararaphe de manipulation des polylignes.
 308
 309 profils de digue ou canal
 310 --------------------------
 311
 312 On peut importer ou dessiner ce type de profils.
 313 Le mode opératoire du dessin est détaillé dans l'exercice ci-dessous.
 314
 315 profils de rivière
 316 ------------------
 317
 318 Seul l'import de ces profils est prévu.
 319
 320 Création d'objets "naturels" type "zone immersible"
 321 ===================================================
 322
 323 Une **zone immersible** est une zone qui sera maillée. Les iles qui ne sont pas submersibles peuvent être exclues du maillage.
 324 Dans SALOME HYDRO, on distingue les îles du reste en désactivant leur attribut **Submersible**.
 325
 326 Créer une zone immersible consiste à créer une face géométrique à partir d’un des contours dessinés précédemment.
 327 On renseigne donc pour cela la polyline (obligatoire) sur laquelle va reposer la face et la bathymétrie (facultative)
 328 que l’on souhaite associer à cette zone géographique.
 329
 330  * Remarque : la bathymétrie est facultative dans la création des objets naturels, notamment dans le cas des îles.
 331
 332  * Remarque : Il est  possible de changer l’ordre d’affichage des différents objets naturels et artificiels qui sont tous par convention
 333    dans le plan z=0, pour remettre "dessus" les petits objets.
 334
 335 Création d'objets "naturels" type "stream"
 336 ==========================================
 337
 338 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 339
 340 Création d'objet "artificiel" type digue ou canal
 341 =================================================
 342
 343 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 344
 345 Obstacles
 346 ============
 347
 348 Objets géométriques complexes (bâtiments...) importés depuis GEOM,
 349 pour constituer des zones non submersibles ("iles" ou assimilés).
 350 Il faut mettre ces objets dans le repère local avant des les importer.
 351
 352 Tables de coefficients de Strickler, Land Cover maps
 353 ====================================================
 354
 355 Il est possible définir une carte des coefficients de Strickler (frottements sur le fond) couvrant le domaine d'étude.
 356
 357 Des cartes décrivant la nature des sols (Land cover Map) peuvent être récupérées sur différents sites.
 358 Il est notamment possible de télécharger et d'éditer dans un outil de SIG (Systeme d'Information Géographique)
 359 comme *qgis* les cartes "Corine Land Cover".
 360 Ces cartes s'appuient sur une nomenclature standard des différents types de territoire.
 361
 362 On définit en parallèle une table des coefficients de Strickler qui donne le coefficient pour chaque type défini dans la nomenclature.
 363 Les coefficients de Strickler sont en général ajustés pour une étude donnée, pour recaler le modèle.
 364
 365 Les Land Cover Map peuvent être importées depuis qgis ou créées "from scratch" dans SALOME-HYDRO.
 366 Il est également possible d'éditer ces cartes dans SALOME-HYDRO : ajout, suppression, regroupement, modification de zones...
 367
 368 Constitution d'un cas de calcul
 369 ================================
 370
 371 Lors de la constitution d'un cas de calcul, il est possible de ne sélectionner que certains des objets définis précedemment.
 372 A partir d'une même base d'objets, on peut créer plusieurs cas de calculs plus ou moins complexes (prise en compte ou non
 373 de détails comme des piles de ponts, par exemple).
 374
 375 L'emprise du domaine est définie par un contour polygonal particulier.
 376
 377 Le chevauchement des différents objets crée des zones "en conflit" pour lesquelles il faut faire des choix pour le calcul de
 378 la bathymétrie.
 379
 380 Le résultat du découpage en zones des différents objets se chevauchant constitue l'opération dite de **partition**.
 381
 382 On peut regrouper des zones en régions homogènes dans la structure du maillage visée,
 383 pour s’affranchir des contours que l'on ne veut pas garder en tant que lignes de contraintes.
 384
 385 Dans le cas de calcul, il est possible d'identifier certaines lignes qui serviront de support aux conditions limites.
 386
 387 Le resultat est exporté dans le module de géométrie.
 388
 389 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 390
 391 Géométrie: Module GEOM
 392 ======================
 393
 394 Une fois le cas de calcul terminé et exporté il apparaît dans le module GEOM.
 395
 396 Il faut activer ce module pour pouvoir visualiser et modifier le cas exporté.
 397
 398 Il est conseillé de faire un *show only* sur la géométrie :
 399 dans l'arbre, se placer sur le cas de calcul dans la géométrie et menu contextuel clic droit *show only*.
 400
 401 Dans GEOM, on voit notre cas de calcul sous le nom <nom de cas>_N auquel est attaché le (ou les) contour(s)
 402 choisis au moment au moment de la définition du cas de calcul.
 403
 404 Il se peut qu’on ait besoin d'identifier certaines parties :
 405
 406  * Faces : pour mailler de façon différentes certaines zones
 407
 408  * Segments : pour définir les conditions aux limites.
 409
 410 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 411
 412  * remarque : Il est possible d'utiliser le module de géométrie pour définir un certain nombre de
 413    contraintes sur le maillage. par exemple, on peut définir des points fixes de notre maillage
 414    (qui vont par exemple correspondre à des points de mesure).
 415    **Toute modification de la géométrie se traduit par la création d'un nouvel objet et la perte des groupes
 416    définis dans l'objet initial. Il faut donc créer les groupes en dernier, sur la géométrie finale,
 417    et, si possible éviter les modifications qui font perdre les définitions automatiques du module HYDRO.**
 418
 419 Maillage: Module SMESH
 420 =======================
 421
 422 On se réferera aux formations SALOME pour l'utilisation du module SMESH.
 423
 424 Le mode opératoire pour SALOME-HYDRO est détaillé dans l'exemple plus bas.
 425
 426 Interpolation en Z
 427 ===================
 428
 429 principes
 430 ---------
 431
 432 En hydrodynamique il est primordial de connaître la valeur de la bathymétrie en chaque nœud de calcul.
 433
 434 Le calcul de la bathymétrie est fait zone par zone, a chaque zone est associé un mode de calcul de la bathymétrie :
 435
 436  * à partir des nuages de points
 437
 438  * à partir des profils de rivière
 439
 440  * à partir de l'axe et de la section des digues et canaux
 441
 442  * à partir de la CAO des obstacles
 443
 444 Pour les nuages de points, on dispose dans HYDROSOLVER d’un utilitaire générant un script Python
 445 qui permet d’interpoler la bathymétrie sur le maillage.
 446 Ce script utilise un algorithme qui prend soit la valeur du Z du point le plus proche, soit la valeur Z interpolée
 447 sur une triangulation préalable du nuage.
 448
 449 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 450
 451 Mise en données Physico-numérique pour TELEMAC
 452 ===============================================
 453
 454 Cette mise en données fait intervenir le module HYDROSOLVER pour l'assemblage du cas de calcul.
 455
 456 description des conditions limites
 457 ----------------------------------
 458
 459 Chaque zone de condition limite correspond à un groupe nommé dans le maillage.
 460 Les types de conditon limites associés à un groupe sont définis dans un fichier.
 461 Dans le module HYDROSOLVER, un outil permet d'associer des types de condition limites aux groupes concernés ans le maillage,
 462
 463
 464 édition du fichier Cas
 465 ----------------------
 466
 467 Les paramètres de calcul sont définis dans le fichier Cas avec la syntaxe TELEMAC 2D (avec un éditeur de texte standard).
 468
 469 inventaire des fichiers utilisés par TELEMAC 2D
 470 -----------------------------------------------
 471
 472 A compléter, voir l'exemple ci-dessous.
 473
 474 Lancement et suivi du calcul
 475 ============================
 476
 477 Le module HYDROSOLVER permet de lancer TELEMAC 2D.
 478
 479 Le mode opératoire est détaillé dans l'exemple plus bas.
 480
 481 Dépouillement des résultats
 482 ===========================
 483
 484 Le module PARAVIS est utilisé pour l'exploitation des résultats.
 485 On se réferera aux formations SALOME pour l'utilisation du module PARAVIS.