Logiciels FullSWOF_1D, FullSWOF_2D et FullSWOF_UI

« Full Shallow-Water equations for Overland Flow »
(Équations de Saint-Venant complètes pour le ruissellement)

Le ruissellement sur un champ et l’écoulement dans une rivière sont des phénomènes difficiles à mesurer sur le terrain et à reproduire expérimentalement. On a alors recours à des logiciels spécialisés capables de simuler informatiquement ces phénomènes.

En hydrologie de surface, les équations de Saint-Venant décrivent précisément l’écoulement de l’eau sur une surface. Malheureusement, ces équations n’ont pas de solutions simples. On utilise donc des logiciels pour trouver des solutions approchées. Pour le ruissellement, les méthodes de résolution utilisées jusqu’à présent manquaient de fiabilité.

Afin de disposer d’un logiciel plus fiable, mettant en œuvre des méthodes mathématiques modernes, nous avons développé, en collaboration avec le laboratoire de mathématiques de l’Université d’Orléans (Mapmo), les logiciels FullSWOF_1D, FullSWOF_2D et  FullSWOF_UI :

• FullSWOF_1D simule un écoulement en une dimension (le long d’un versant ou d’une rivière, par exemple). FullSWOF_1D sert de base au développement de la version bidimensionnelle « FullSWOF_2D ».

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FullSWOF_1D : Simulation d’un écoulement avec transition sous-critique – critique. La ligne rouge représente la solution analytique calculée avec SWASHES. (Auteur : Olivier DELESTRE)

• FullSWOF_2D simule un écoulement en 2 dimensions (sur une surface).

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FullSWOF_2D : Simulation du ruissellement sur une parcelle (averse d’intensité variable) (Auteur : Minh Hoang LE)

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FullSWOF_2D : Simulation de la rupture du barrage de Malpasset (Var) (Auteur : Olivier Delestre)

• FullSWOF_UI est l’interface graphique commune à FullSWOF_1D et FullSWOF_2D.

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Interface graphique (Auteur : Frédéric DARBOUX)

• Ces logiciels sont mis à disposition de la communauté. Une version parallèle est en cours de développement pour FullSWOF_2D.

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FullSWOF_2D en parallèle : un cylindre d’eau dans une boite carrée. Calcul avec 16 processeurs (identifiés par leur couleur). Les murs latéraux ne sont pas représentés. (Auteur : Christian LAGUERRE)

Méthodes

Dans FullSWOF_1D et FullSWOF_2D, les équations de Saint-Venant sont résolues en utilisant la méthode des volumes finis et un schéma équilibre. Les méthodes numériques ont été choisies afin de simuler correctement des situations critiques en hydrodynamique, telles que les transitions sec-mouillé. L’apport d’eau peut se faire latéralement ou par de la pluie. De l’infiltration peut être paramétrée.

Qualité des simulations

La qualité des simulations effectuées par FullSWOF_1D et FullSWOF_2D est assurée en comparant les résultats de ces codes avec des cas tests analytiques extraits de SWASHES.

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Cas test « Canal court avec transition douce puis choc ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

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Cas test « Surface plane dans un paraboloïde ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

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Cas test « Surface plane dans un paraboloïde ».
Hauteurs d’eau de la solution analytique et selon FullSWOF_1D.

Codes sources

FullSWOF_1D, FullSWOF_2D, et FullSWOF_UI sont des logiciels libres distribués sous la licence CeCILL-V2 (compatible GPL). Vous avez donc accès à l’ensemble des codes sources (en C++ pour FullSWOF_1D et FullSWOF_1D ; en java pour FullSWOF_UI), et vous êtes libre de les utiliser, de les modifier et de les redistribuer à condition d'inclure une citation.

Des forges dédiées permettent de regrouper les développements (FullSWOF_1D, FullSWOF_2D, FullSWOF_UI).

La structure modulaire de FullSWOF_1D et FullSWOF_2D facilite l’ajout d’un composant (par exemple, un nouveau type de frottement). Si vous redistribuez une version modifiée, celle-ci doit être sous licence CeCILL-V2 et doit porter un nouveau nom. En pratique, le plus simple pour faire profiter la communauté de vos améliorations est d’intégrer vos développements dans FullSWOF_1D/2D/UI. Pour être informé des évolutions de FullSWOF_1D/2D/UI, souscrivez à la liste de diffusion fullswof.infos@listes.univ-orleans.fr.

Interface graphique : FullSWOF_UI est l’interface graphique commune à FullSWOF_1D et FullSWOF_2D. Programmée en Java, elle est multi-plateforme.

Distribution : Codes sources libres, en anglais.

Téléchargement :

• FullSWOF_1D
• FullSWOF_2D
• FullSWOF_UI

Contact :Frédéric DARBOUX

Voir aussi :

• • STREAM, un logiciel opérationnel pour prédire le ruissellement et l’érosion sur des bassins-versants agricoles.
  • OpenLISEM, un logiciel libre opérationnel prédisant le ruissellement, l’érosion et les crues, et utilisant FullSWOF_2D.
  • GARS, un générateur de surfaces rugueuses.
  • SWASHES, une compilation de solutions analytiques aux équations de Saint-Venant servant à valider les codes (dont FullSWOF_1D et FullSWOF_2D).

Bibliographie :

2014

Morgan Abily, Olivier Delestre, Laura Amossé, Nathalie Bertrand, Christian Laguerre, Claire-Marie Duluc, Philippe Gourbesville. Use of 3D classified topographic data with fullswof for high resolution simulation of a river flood event over a dense urban area. Proceeding of the 3rd IAHR Europe Congress, Porto, 2014. www.researchgate.net/publication/273798985_Use_of_3D_classified_topographic_data_with_fullswof_for_high_resolution_simulation_of_a_river_flood_event_over_a_dense_urban_area

2013

O. Delestre, C. Lucas, P.-A. Ksinant, F. Darboux, C. Laguerre, T. N. T. Vo, F. James, S. Cordier, SWASHES: a compilation of Shallow Water Analytic Solutions for Hydraulic and Environmental Studies, International Journal for Numerical Methods in Fluids, 72(3): 269-300, 2013, doi:10.1002/fld.3741

2012

Ulrich Razafison, Stéphane Cordier, Olivier Delestre, Frédéric Darboux, Carine Lucas, François James, A shallow water model for the numerical simulation of overland flow on surfaces with ridges and furrows European Journal of Mechanics - B/Fluids 31 , 44--52, (2012)

Olivier Delestre, Stéphane Cordier, Frédéric Darboux, Mingxuan Du, François James, Christian Laguerre, Carine Lucas, Olivier Planchon FullSWOF: A software for overland flow simulation proceedings, SimHydro, 2012

M.-H. Le, Modélisation multi-echelle et simulation numerique de l'erosion des sols de la parcelles au bassin versant, Thèse de doctorat, Université d'Orléans , Novembre 2012

S. Cordier, H. Coullon, O. Delestre, C. Laguerre, M.-H. Le, D. Pierre, G. Sadaka, FullSWOF PARAL: Comparison of two parallelization strategies (MPI and SkelGIS) on a sofware designed for hydrology application, Proceedings CEMRACS, 2012

2011

Darboux, F.; Cordier, S.; Delestre, O.; François, J.; Ksinant, P.-A.; Laguerre, C.; Lucas, C. & Razafison, U. Simuler un écoulement mince sur une surface complexe. Cas du ruissellement sur des parcelles agricoles 5ème Biennale Française des Mathématiques Appliquées et Industrielles (2011).

2010

Olivier Delestre. Simulation du ruissellement d'eau de pluie sur des surfaces agricoles. PhD thesis, Université d'Orléans, France, July 2010.

2009

Olivier Delestre, Stéphane Cordier, François James, and Frédéric Darboux. Simulation of rain-water overland-flow. Proceedings of the 12th International Conference on Hyperbolic Problems, pages 537-546, Amer. Math. Soc. (2009)