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Echelles limnimétriques emportée par la Loire (Orléans, 2012). © BRGM - Benjamin Francois

GARDÉNIA : un logiciel de modélisation hydrologique globale d’un bassin versant

02.06.2016
Développé par le BRGM, le logiciel GARDÉNIA sert à la modélisation hydrologique globale d’un bassin versant par bilan Pluie - Débit de rivière - Niveau de nappe.

Nouveau

GARDÉNIA est maintenant disponible en libre accès.

 

Présentation du logiciel GARDÉNIA

Le logiciel GARDÉNIA (Modèle Global À Réservoirs pour la simulation de DÉbits et de NIveaux Aquifères) permet de calculer, à partir de la séquence des données météorologiques (précipitations, évapotranspiration potentielle) sur son bassin d’alimentation :

  • le débit à l’exutoire d’un cours d’eau (ou d’une source) ;
  • et / ou le niveau piézométrique en un point de la nappe libre sous-jacente

Les effets d’un pompage, ou d’un ensemble de pompages, situés dans le bassin versant peuvent être pris en compte.

GARDÉNIA est un modèle hydrologique global à réservoirs. Il simule les principaux mécanismes du cycle de l’eau dans un bassin versant (pluie, évapotranspiration, infiltration, écoulement) par des lois physiques simplifiées. Ces lois physiques simplifiées correspondent à un écoulement à travers une succession de réservoirs.

Les calculs peuvent être réalisés au pas de temps journalier, décadaire (dix jours) ou mensuel. Il est également possible d’utiliser des pas de temps fins au choix de l’utilisateur : par exemple 5 mn ou ½ heure.

Il est possible de prendre en compte la fonte de la neige.

GARDÉNIA : un logiciel de modélisation hydrologique

  • Schéma du modèle GARDÉNIA avec un réservoir souterrain à deux orifices de vidange. © BRGM

  • Schéma de principe de GARDÉNIA. © BRGM

  • Simulation Pluie - Niveau de nappe au piézomètre du CIEH (Ouagadougou - Burkina Faso). © BRGM

  • Simulation Pluie - Niveau de nappe au piézomètre de Saint Martin - Chennetron (Calcaires de Champigny). © BRGM

  • Simulation au pas de temps horaire des débits du bassin de la "Rivière des Mats" de l’île de la Réunion lors de six cyclones de 2000 à 2003. © BRGM

  • Simulation au pas de temps mensuel des débits de l’Isère à Val d’Isère de 1995 à 2005. Les débits maximum qui surviennent en été sont bien simulés grâce au module de fonte de la neige. © BRGM

Le code de calcul GARDÉNIA est exploité de façon courante pour l’extension de données, tant dans l’espace que dans le temps. Il permet les fonctionnalités suivantes :

  • établissement d’un bilan Pluie - Évapotranspiration réelle - Ruissellement - Infiltration à la nappe sous-jacente,
  • génération de longues séries de débits ou de niveaux piézométriques à partir d’historiques de pluies, après calibration préalable sur une période relativement courte,
  • analyse de cohérence entre observations climatiques et observations de débits ou de niveaux piézométriques,

Le schéma de calcul de GARDÉNIA est utilisé dans le logiciel MARTHE pour calculer le ruissellement dirigé vers les cours d’eau et l’infiltration introduite dans la zone non saturée du modèle ou dans l’aquifère qui affleure.

Dans la pratique, GARDÉNIA permet d’analyser le fonctionnement hydrologique d’un bassin versant, d'étendre des données de débits et / ou de niveaux. Il peut ainsi aider au dimensionnement de différents types d’ouvrages (barrages) ou aménagements (parkings, ouvrages de captage en rivière, microcentrales électriques), etc.

En effet, le modèle, une fois calibré, est en mesure :

  • De reconstituer, pour un bassin versant donné, les débits d’une rivière ou d’une source, et / ou les niveaux piézométriques en un point d’une nappe, durant une période pendant laquelle on ne possède pas de mesures,
  • De simuler :
    • des débits résultant de périodes de sécheresse (débits d’étiage ou dimensionnement de barrage) ou de séquences de précipitations exceptionnelles (dimensionnement de fondations, de parkings, d’ouvrages enterrés),
    • des niveaux piézométriques ponctuels de nappe à partir de précipitations effectivement observées, prolongées par des scénarios de précipitations prévisionnels (sécheresses, périodes de hautes eaux).

Le code de calcul GARDÉNIA est conçu pour enchaîner le traitement de plusieurs bassins avec des options communes. Il constitue donc un outil tout particulièrement adapté aux synthèses régionales pour lesquelles on désire réaliser, avec une certaine cohérence, l’analyse de plusieurs bassins versants.

GARDÉNIA v.8.3 dispose en particulier des nouvelles fonctionnalités suivantes :

  • Possibilité de calibrer les paramètres du modèle simultanément sur la série des débits mesurés à l’exutoire du bassin et sur une série de niveaux piézométriques en un point représentatif du bassin. Cette fonctionnalité permet une amélioration significative de la fiabilité de la calibration.
  • Possibilité de prendre en compte une série temporelle de prélèvements (ou d’injection) de débits dans le bassin versant.

Principe de fonctionnement du logiciel GARDÉNIA

GARDÉNIA est un modèle hydrologique global à réservoirs. Il simule les principaux mécanismes du cycle de l’eau dans un bassin versant (pluie, évapotranspiration, infiltration, écoulement) par des lois physiques simplifiées. Ces lois physiques simplifiées correspondent à un écoulement à travers une succession de réservoirs.

Les transferts d’un réservoir à l’autre sont régis par des lois simples décrites par les paramètres dimensionnels du modèle (capacité de rétention du sol, temps de transfert, seuils de débordement, etc.).

En raison du caractère global de cette schématisation et de la complexité du système hydrologique réel, ces paramètres, bien qu’ayant un sens physique, peuvent difficilement être déduits a priori des caractéristiques physiographiques ponctuelles du bassin versant (géologie, couverture végétale, etc.).

Les paramètres doivent donc être déterminés :

  • soit par ajustement (calibration) sur une ou deux séries d’observations,
  • soit, exceptionnellement, par transposition à partir de la modélisation de bassins versants proches et de caractéristiques similaires.

Données nécessaires pour utiliser GARDÉNIA

Les données nécessaires à la calibration des paramètres sont :

  • des séries temporelles ininterrompues d'« entrées » du modèle : pluie et évapotranspiration (éventuellement température de l’air, s’il y a prise en compte de la fonte de la neige) ;
  • éventuellement une série temporelle de débits de prélèvement (ou d’injection) dans le bassin ;
  • une ou deux série temporelle d’observations, (débits à l’exutoire et / ou niveaux piézométriques), non nécessairement continues, mais pour une période concomitante aux séries précédentes. Cette série, ou ces deux séries, seront comparées avec les "sorties" du modèle.

Logiciel EROS

Le logiciel EROS (Ensemble de Rivières Organisé en sous bassins) est une généralisation de GARDÉNIA. Il permet de modéliser un bassin versant hétérogène sous forme d’une grappe hiérarchisée de modèles GARDÉNIA. Chaque modèle GARDÉNIA étant appliqué à un sous bassin.

Actuellement le logiciel EROS n’est pas diffusé en dehors du BRGM.

En savoir plus sur le logiciel EROS

Mise à disposition de licences d’utilisation gratuite

Il est possible télécharger gratuitement GARDÉNIA v8.3 pour une utilisation sous Windows XP, 7, 8 ou 10. Le logiciel fonctionne indifféremment sur les machines 32 bits ou 64 bits.

Télécharger le logiciel GARDÉNIA

CONTACT

Logiciel GARDÉNIA
BRGM
Direction D3E / unité GDR
BP 36009
45060 Orléans Cedex 2 (France)

Courriel : gardenia@brgm.fr

BRGM - 3 avenue Claude-Guillemin - BP 36009 45060 Orléans Cedex 2 - France Tél. : +33 (0)2 38 64 34 34