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EP3455819A1 - Outil de gestion de multiples ressources en eau - Google Patents

Outil de gestion de multiples ressources en eau

Info

Publication number
EP3455819A1
EP3455819A1 EP17754760.1A EP17754760A EP3455819A1 EP 3455819 A1 EP3455819 A1 EP 3455819A1 EP 17754760 A EP17754760 A EP 17754760A EP 3455819 A1 EP3455819 A1 EP 3455819A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
water
production
demand
weighting function
produced
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP17754760.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Magali DECHESNE
Sébastien KECH
Boris DAVID
Johann MAZZELLA
Pierre MANDEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Veolia Environnement SA
Original Assignee
Veolia Environnement SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Veolia Environnement SA filed Critical Veolia Environnement SA
Publication of EP3455819A1 publication Critical patent/EP3455819A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F22/00—Methods or apparatus for measuring volume of fluids or fluent solid material, not otherwise provided for
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B1/00—Methods or layout of installations for water supply
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B1/00—Methods or layout of installations for water supply
    • E03B1/02—Methods or layout of installations for water supply for public or like main supply for industrial use
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/06—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from underground
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/05—Digital input using the sampling of an analogue quantity at regular intervals of time, input from a/d converter or output to d/a converter
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/20—Pc systems
    • G05B2219/26—Pc applications
    • G05B2219/2625—Sprinkler, irrigation, watering

Definitions

  • the invention relates to a system and method for optimizing the allocation of a plurality of water resources to meet the demand for water produced by at least two interconnected water generating entities, by reducing the consumption of water. energy and by increasing the water autonomy of the system.
  • the present invention relates to a quantitative management tool, or tool for operating assistance, dedicated to interconnected water production systems, that is to say systems comprising:
  • treated water is any water that has undergone treatment before its distribution, and in particular before its transmission to the water-seeking elements. This treated water can be potable or not, and dedicated to agricultural, industrial or community applications.
  • raw water is any water that has been taken from a water resource, whether natural or artificial.
  • the raw water or water resources can be of all types such as streams, bodies of water, groundwater, etc.
  • water stress is defined as a water resource level that is lower than the average statistical level.
  • autonomy is understood to mean a system capable of satisfying at least part of the demand for water without importing water from an element, device, or system external to the system according to the invention. 'invention.
  • DAOs Decision Support Tools
  • the term "strategy" means a set of states defining each of the elements of the system and in particular each of the production entities and water resources of the system.
  • the subject of the invention is a quantitative water management system comprising the following elements:
  • At least one water resource supplying at least one production unit, each water resource being defined by a maximum sampling rate
  • At least one product water demand element defined by a pre-established time curve of water demand produced as a function of time
  • each link between production entities, water resources and requesting elements being provided by a transfer structure having a predetermined maximum and / or minimum transfer rate, these transfer works being able to be interconnected, and each production entity and each water resource being further associated with a weighting function P.
  • the water resources can be of all types such as streams, bodies of water, groundwater, etc.
  • water production entities are said to be interconnected, directly or indirectly, because they can be directly connected to each other or can be interconnected indirectly by being connected to a common element.
  • the system according to the invention is characterized in that it comprises a first computer adapted to minimize the overall weighting function Pg of the system, sum of all the weighting functions of the various elements of the system, while ensuring compliance with the pre-established time curve of demand for produced water of each requesting element and under constraint respecting the maximum flow rates and / or minimum flow rates of the various elements of the system .
  • the weighting function P of an element of the system is understood to mean a mathematical weighting function defined as being a multiplying coefficient of the flow of water flowing through the element in question. This multiplier is defined as a value that can be set arbitrarily, or from the energy consumption associated with that element. The value of this multiplier depends on constant values and variable values.
  • constant values within the meaning of the present invention, are meant arbitrary values, defined by the user, prioritizing the allocation of water in the elements of the system. Constant values represent constraints that constrain the system and limit water transfers between the different elements of the system. These constant values are characteristic of each or a combination of system elements.
  • constraints within the meaning of the present invention, is meant the minimum and / or maximum capacities of transfer between the elements of the system, the production capacities of water of the production entities and the water resources, the capacities of storage of production entities and water resources, or discharge rates downstream of water resources. It should be noted that these constraints may be technical or regulatory.
  • variable values within the meaning of the present invention, are meant values which are a function of the water flow allocations in the system.
  • transfer structure is intended to mean any construction capable of transferring water between two relatively distant points.
  • a weighting function P is associated with each production entity and with each water resource of the system.
  • each water resource and each production entity of the system corresponds to a weighting function.
  • global weighting function Pg is meant the sum of the different weighting functions P of the various production entities and water resources of the system.
  • the overall weighting function Pg must be minimized, while taking into account the availability of water resources.
  • the objective of the first calculator is to generate a production strategy determined according to the objective of minimizing the weighting functions P of each water resource and of each production entity for a demand satisfaction of 100%.
  • the first calculator achieves a single objective optimization that constrains the water allocation and the distribution of water flows in the system to meet the demand for produced water.
  • the single objective optimization algorithm generates results defining the production strategy.
  • object optimization algorithm means a sequence of operating rules applied in a given order, to a finite number of data, on the elements of the system in order to determine, in a number finished stages, the optimal strategy meeting the objective of meeting the demand for produced water, taking into account the hydrology of the resources mobilized by the system and respecting the constraints of the system.
  • the satisfaction of the pre-established temporal curve of the demand for produced water of each applicant element of produced water is furthermore constrained by respect of the volumes of water that can be sampled from the water resources, the volumes of water produced. by production entities and system constraints.
  • the various transfer structures comprise valves controlled by the first computer so that the system delivers to the requesting elements, in real time, water produced according to the preset time curve by minimizing the overall weighting function Pg. , while respecting the constraints of the system.
  • the production entity associated with the lowest weighting function P transmits water produced in priority to the water generating entity associated with the highest weighting function P and / or transmits water produced in priority to the requesting element associated with the highest weighting function P.
  • a production entity connected to a plurality of water resources firstly takes a volume of water from the source associated with the weakest P-weighting function.
  • the system according to the invention further comprises a second computer adapted to define production strategies to meet the demand by minimizing energy consumption, each strategy corresponding to a percentage of the preset time curve of the applicant element. and said second computer being connected to the first computer so that said first computer generates a minimum value of the overall weighting function Pg for each production strategy, said second computer being further adapted to determine the best strategy defined as the strategy. providing the maximum percentage of satisfaction of the demand for a ratio variation of the overall weighting function Pg on variation of the minimized demand.
  • the second calculator achieves a multi-objective optimization constraining water allocation and distribution of water flows in the system to meet the demand for produced water and to minimize energy consumption.
  • the multi-objective optimization algorithm generates results defining the production strategies.
  • multi-objective optimization algorithm within the meaning of the present invention is meant a sequence of operating rules applied in a determined order, to a finite number of data, on the elements of the system in order to determine, in a finite number of steps, the set of optimal strategies satisfying the objective of satisfaction of the request and the objective of minimization the energy consumption of the system, taking into account the hydrology of the resources mobilized by the system and respecting the constraints of the system.
  • This second calculator aims to generate different scenarios defining different percentages of satisfaction of the request.
  • This second calculator in collaboration with the first calculator, is also intended to associate with each percentage of satisfaction of the request, a global weighting function Pg.
  • This global weighting function Pg corresponds to the lowest weighting function Pg overall. satisfying the selected scenario.
  • This weaker global weighting function Pg is defined by the sum of the P weighting functions of the production entities and the water resources, and this global weighting function Pg then represents the best strategy that satisfies a particular scenario.
  • the system according to the invention further comprises a third computer adapted to define the hydrology of the resources and the pre-established temporal curve of demand for water produced on requesting elements, as a function of historical data analyzed by statistical algorithms .
  • the objective of this third calculator is to generate several scenarios characterizing the resource states of the system and / or characterizing the state of the water demand of the requesting elements. These scenarios can be generated statistically and can be a function of raw historical data introduced by the user.
  • the third calculator includes a set of statistical algorithms that generate the input data used by the first two computers. These input data are relating either to the hydrological scenarios on water resources or to the pre-established time curve of demand for produced water.
  • scenario is intended to mean the pre-established and predictive course of a situation as a function of the hydrology of the water resources and / or the water demand of the simulated demand elements.
  • the scenarios serve as input data to the single or multi objective optimization algorithms of the first and second calculators.
  • This third calculator thus allows, for example, to directly import, by the user, data on the hydrology of resources and / or a pre-established temporal curve of water demand, with or without statistical modeling.
  • first two computers or the three computers mentioned above may be the subject of only one computer assembly, which would be adapted to carry and exercise each of the functionalities of the first two or three computers mentioned above.
  • At least one water resource is an aquifer whose volume of water is determined by the piezometric level.
  • the subject of the invention is also a method for quantitative water management of a system comprising the following elements:
  • At least one water resource connected to at least one of the production entities, each water resource being defined by a maximum sampling rate
  • At least one product water demand element defined by a pre-established time curve of demand for water produced as a function of time, each link between production entities, water resources and requesting elements being provided by a transfer structure having a predetermined maximum transfer rate, these transfer works being able to be interconnected,
  • each production entity and each water resource being furthermore associated with a weighting function P.
  • the method according to the invention is essentially characterized in that it comprises the following steps:
  • the method according to the invention further comprises a step of determination by the piezometric level of an available and / or removable volume of a water resource of the system.
  • This step of determination by the piezometric level of an available and / or withdrawable volume of a system water resource can be applied to any type of system independently of the system of the invention. It can be used outside the scope of the invention to improve the operating practices of groundwater catchments, through the definition of a critical level of exploitation and the determination of groundwater volumes. leviable.
  • the step of determination by the piezometric level of a volume of water available and / or withdrawable from a water resource comprises the following steps: • determination of historical time series of the aquifer at the point of sampling by measuring the pseudo-static piezometric dimension of the water resource over a predefined period;
  • the step of determination by the piezometric level of a volume of water available and / or which can be taken from a water resource also comprises the steps of:
  • the objectives of the invention are, on the one hand, to minimize the overall weighting function Pg of a quantitative water management system in order to obtain the most autonomous system possible, using the most low energy consumption possible, while respecting its constraints.
  • the present invention notably describes a quantitative water management system comprising the following elements:
  • each water resource S being defined by a maximum sampling rate
  • the production entity U of water any entity adapted to produce water, drinking or not, and any entity adapted to transfer water to any element to which it is connected, without this transferred water being necessarily treated.
  • produced water, treated water and transferred water are understood to mean all the volumes of water coming from one of the production entities U of the system according to the invention.
  • the production entities U of water have the function of producing water without there being any treatment and / or treating a volume of water. water introduced into the entity of production U, or to transfer a volume of water to another entity of the system to which it is connected.
  • the water resources S of the system can be underground raw water resources (sources, aquifers, karts %) equipped with catchments.
  • the water resources S can also be surface waters equipped with water catchments (lakes, streams ).
  • At least one water resource S of the system to which at least one production unit U is connected is an aquifer whose sample water volume is determined by the piezometric level. .
  • a water resource S can be connected to one or more production entities U of the system according to the invention.
  • the demand elements D of produced water may be communities, industrialists, agricultural entities, or any other applicant element D wishing to be supplied with treated water or not.
  • a requesting element D is generally connected to a single production entity U. However, according to the invention, a requesting element D may be connected to different production entities U. In this configuration, according to the invention, the Applicant element D will be supplied with water from the production entity U associated with the lowest weighting function P. It should be noted that a water tower element can also be located between one or more production entities P and one or more requesting elements D.
  • a requesting element D can be connected to one or more production entities U of the system according to the invention.
  • the demand for water by the requesting elements D is instantaneous and can be monitored on a temporal curve.
  • a temporal water demand curve by simulation in order to anticipate the demand, or to observe differences according to the simulated requests in order to plan for a predetermined duration the volumes of water to be sampled and to produce according to the demand for water.
  • This pre-established water demand curve can therefore be obtained by simulation, using the third computer (see below), following the use of previous data related to the system and relating to past situations, or to the using data to anticipate future demand.
  • the C transfer structures of the system connecting each of the elements may comprise valves V in order to regulate the water exchanges between the various elements of the system according to the invention.
  • the C transfer works that can be used are aqueducts, galleries, channels, pipes, overhead or underground water transfer devices.
  • each production entity U and each water resource S of the system is associated with a weighting function P.
  • Weighting function P takes into account many variable and constant technical criteria and is defined as a sum of variable values and constant values.
  • constant values can be arbitrary, user-defined values, prioritizing the allocation of water in system elements.
  • Variable values for their part, may for example be a function:
  • transfer transfer works C of the system, each transfer structure C of the system being characterized by a coefficient. The higher this coefficient, the more the transfer structure C in question consumes energy to carry out a transfer of water.
  • the objective is to deliver the least energy consuming water possible while guaranteeing the best possible the autonomy of the system according to the invention, and while respecting the existing constraints relating to the water resources S and the production entities U, to at least one applicant element D, also according to its constraints. Therefore, preferably, a production entity U connected to a plurality of water resources S firstly takes a volume of water from the resource associated with the lowest weighting function P so as to minimize its weighting function.
  • each production entity U of water and each water resource S of the system is associated with several weighting functions respecting the allocation of water to the requesting elements and the water transfers satisfying the water demand.
  • a particular strategy is determined for a given period according to the hydrology of water resources S (stream flows, piezometric levels of aquifers) and the water demand of requesting elements D.
  • a global weighting function Pg therefore defines each strategy and corresponds to the sum of all the weighting functions P of each of the elements of the system for a particular scenario.
  • the system according to the invention comprises a first computer adapted, at first, to determine and calculate the set of functions P weighting of each of the elements of the system for a particular strategy that satisfies 100% of the water demand of the requesting elements D.
  • this first calculator is adapted to calculate and determine the overall weighting function Pg, sum weighting functions for each of the elements of the system, the lowest that makes it possible to satisfy 100% of the water demand by the requesting elements D.
  • valves V of the various transfer structures C are controlled by this first computer so that the system delivers to the requesting elements D, in real time, the water produced according to the pre-established time curve by minimizing the overall weighting function Pg.
  • the production entity U associated with the lowest weighting function P transmits water produced in priority to the water production entity U associated with the highest P weight.
  • the weighting function P of this production entity U can be adjusted following exchanges of water with one or more other entities.
  • production U of the system to which it is connected in order to allow the transmission of the least energy-consuming water possible to the applicant element D.
  • These water exchanges are controlled by the first computer which actuates or not the valves V of the transfer structures C to thus allow water exchanges between the various interconnected production entities U of the system.
  • a second computer can also be used and adapted to define different demand satisfaction strategies.
  • This second calculator is adapted to generate, according to the scenarios, production strategies responding to different percentages of satisfaction of the demand. These different percentages of satisfaction may be, for example, equivalent to 70%, 80%, 85%, 92% of the water demand.
  • this second calculator in collaboration with the first calculator, is able to associate a global weighting function Pg according to a production strategy.
  • This second calculator is further adapted to highlight the system's lowest overall weighting function Pg for a particular satisfaction percentage of the request.
  • the second computer is further adapted to determine the optimal strategies that form the Pareto front for a production entity U in particular.
  • These optimal strategies are defined as the strategies providing a maximum percentage for a minimized ratio defined as the change in energy consumption, on which the P-weighting function of the particular production entity depends, on the change in demand.
  • a demand satisfaction percentage curve (in%) as a function of the energy consumption of a particular production unit U of the system according to the invention.
  • Pg of the production entity U increases as a function of the satisfaction rate of the demand, up to a satisfaction rate, for example close to 99%.
  • a slope break the slope decreases
  • a second decrease in slope can for example be observed around 99.6% satisfaction of the demand.
  • the first computer can open a valve V which connects this production entity U to another so that this entity, when it reaches, in our example, 99% of satisfaction, can receive the water from another entity in order not to increase its energy consumption and thus does not increase the overall weighting function Pg of the system.
  • a third computer can also be used to define the input data of the first computer and the second computer: the scenarios of the hydrology of the resources S (flow rates of water, piezometric levels of aquifers), as well as water demand time curve scenarios produced on the water demand entities D.
  • this third calculator simulates the scenarios of the hydrology of the resources S and water demand. on requesting elements D based on historical data introduced by a user.
  • the input data is not necessarily simulated by the third computer, and can be created by a user from raw data.
  • This third calculator is suitable, for example, for generating prospective data series over different time horizons (1 month, 3 months, 6 months), based on the statistical frequency analysis of historical time series data. of each resource S and element Applicant D, quantifying the probabilistic return time of the events observed.
  • this third calculator can for example propose three typical scenarios: wet year (return periods of 2.5 years, 5 years, 10 years), median year, dry year (return period of 2.5 years, 5 years, 10 years).
  • this third calculator can propose the following standard scenarios: minimum demand, median demand, maximum demand, quantile fixed by the user.
  • the use of the three computers makes it possible, for example, to simulate the hydrology of one or more water resources S, over a predetermined and predetermined duration, and to simulate water volume values desired by one or more several applicant elements D in order to better anticipate the quantities of water that would need to be taken from the water resources S and the volumes of water to be produced by the production units U of the system to satisfy the water demands.
  • This anticipation can make it possible to minimize the overall weighting function Pg of the system insofar as if the water demand is too high in view of the volume of water that can be produced and / or taken, it is possible to anticipate the exchanges. of water between the different interconnected production units U of the system.
  • the three calculators can be used to plan for a predetermined period the volumes of water to be taken in at least one water resource S and the volumes of water to be produced depending on the pre-defined demand time curve defined on at least one requesting element D.
  • This set of three computers is further adapted to replay past situations in order to improve and / or improve the system by minimizing the weighting functions P of the elements of the system, to better understand future situations.
  • This set of three computers also makes it possible to simulate the effects of modifications of the system according to the invention: deletion or addition of a production entity U, deletion or addition of a water resource S, deletion or addition of a transfer structure C connecting a production entity U to any element of the system, adding, modifying, or deleting a constraint.
  • deletion or addition of a production entity U deletion or addition of a water resource S
  • deletion or addition of a transfer structure C connecting a production entity U to any element of the system
  • adding, modifying, or deleting a constraint adding, modifying, or deleting a constraint.
  • This set of three calculators can be used in "Operational Management” mode for weekly and monthly sampling and production planning, or in "Study and Development” mode to replay past situations in order to better manage future situations. , or to evaluate the effect of new developments.
  • At least one water resource S of the system to which at least one production unit U is connected is an aquifer whose volume of water can be determined by the piezometric level.
  • the method of determination by the piezometric level makes it possible to indirectly take into account the hydrogeological situation of the aquifer, and the natural and anthropogenic phenomena having an effect on the quantitative state of the aquifer.
  • This method is simple, robust and applicable to continuous aquifers (non-karst, non-fractured), for multiple catchment configurations (boreholes, drains, capture fields) with the exception of source catchments.
  • This method makes it possible to evaluate the volumes of water that can be removed from an aquifer, and thus to determine data that are essential for evaluating the P-weighting function of such a water resource. then transmitted to the first computer so that it can calculate the variable values that define such a water resource S, then the weighting function P of this source S to calculate the global weighting function Pg of the system in real time, and minimize it .
  • groundwater withdrawable volumes within an aquifer or aquifer system also requires a good knowledge of the state of the water resources S, an accurate water balance of all inputs and outputs of the system (natural or man-made), and to evaluate its intrinsic storage capacity. These limits are defined according to the general characteristics of the exploitation capture.
  • the operating data transmitted to the first computer thus comprise data relating to: - the general characteristics of the catchment of exploitation: for example, the geological section which is a schematic representation of the succession of the geological formations on a vertical profile, with indication of the associated dimensions, or the technical section which is a schematic representation of the characteristics and the dimensions of the equipment of an underground structure on a vertical profile [examples: bare hole, characteristics of the pre-casing and the casing, massive filtering, cementation, protection in head]),
  • Operational data for example, readings on the level and dimension of the marker, the volumes taken, the nominal flow rates of one or more of the pumps.
  • This methodology includes, on the one hand, the following calibration steps:
  • time series can be analyzed over a minimum of two years.
  • the relationship between the pseudo-static piezometric dimension and the transmissivity at the point of sampling can be determined from the aquifer exploitation data by the analytical relationship of Cooper-Jacob.
  • a regional reference piezometer requires the listing of all the piezometers capturing the groundwater body studied. These piezometers can be easily identified by consulting the ADES database, (www, ad es, ea uf ra n ce .fr), for France for example, and by searching for water level monitoring stations. mass of water. Among these piezometers, only those that are active and have a sufficient history (ideally greater than 10 years) will be considered.
  • the regional reference piezometer will be selected as follows: minimization of the RMSE between the monthly average of the pseudo-static piezometric score at the capture and the translation of the monthly average of the static piezometric score measured at the piezometer on the common observation time.
  • the methodology may include, on the other hand, the following simulation steps:
  • s max variable over time t, is defined as the difference between the pseudo-static piezometric level h ps and the critical operating level, denoted z NC .
  • the value of t exp is set by default to 20 hours / day.
  • the maximum volume that can be sampled will be the volume that can be sampled by all the captures it contains.
  • this methodology indirectly takes into account the hydrological situation, the recharge / discharge effects of the water table and the natural phenomena, which influence the pseudo-static dimensions measured at the catchment. It also takes into account indirectly the effects of global water withdrawals and anthropogenic activities, which influence the pseudo-static ratings measured at the catchment.
  • the quantitative monitoring of the groundwater is monitored, according to the preferred mode of the invention, by monitoring the piezometric level variations of the groundwater.
  • this quantitative monitoring can also be monitored by measuring the flow of emergences (sources) according to the type of aquifer.
  • quantitative management of groundwater amounts to setting objective piezo levels, which amounts to fixing the volumes that can be sampled.
  • two production entities U1 and U2 a first production entity U1 and a second production entity U2 of water are interconnected by two transfer works C1 and C2 each comprising a valve V1 and V2;
  • the first production entity U1 is connected to two water resources S1 and S1 'by two transfer structures C3 and C4 and the second production entity U2 is connected to a single water resource S2 via a transfer structure C5;
  • each requesting element D1, D1 'and D1 "are connected to the first production entity U1 by transfer structures C6, C7 and C8, and a single requesting element D2 is connected to the second production entity U2 by a control structure U2.
  • C9 transfer, each requesting element being characterized by a pre-established time curve of demand for produced water.
  • Applicant elements are characterized by a pre-established time curve of demand for produced water that must be 100% met. However, it may not be possible to meet 100% of the demand. However, using the calculators, it is possible to maximize the satisfaction of the request while minimizing the overall weighting function Pg 'of the system.
  • each entity of the system is associated with a weighting function P.
  • the first production entity U1 is associated with the weighting function PU1
  • the second production entity U2 is associated with the weighting function PU2
  • the water resources S1, S1 'and S2 are respectively associated with the weighting functions PS1, PS1' and PS2.
  • the goal is to minimize the global weighting function Pg ', the sum of all the weighting functions of the elements of the system.
  • an optimization algorithm determines the set of global weighting functions Pg ', making it possible to satisfy the predetermined water demand time curve, as a function of the different weighting functions P of the elements of the system. And finally, the algorithm selects the lowest overall weighting function Pg '.
  • the first computer which can collect the data of the algorithm, controls the valves V1 and V2 so that the production entities U1 and U2 exchange water between them in order to reduce the maximum the global weighting function Pg 'of the system in order that this global weighting function Pg' corresponds to that selected by the algorithm.
  • the weighting function PU2 is higher than that of PU1. This may be due, for example, to the fact that the exploitation of the resource S2 is more energy consuming than that of S1 and / or that of S1 ', in other words that the weighting function PS2 is higher. than PS1 or PS1 '.
  • the second production unit U2 transmits water from from the first production entity U1 to the requesting element D2. Indeed, the first production unit U1 produces water with a lower weight compared to the water produced by the second entity U2. Thus, it is advisable to stop the production of water from the second production unit U2, or at least to reduce the water withdrawal at the resource S2.
  • the second production entity U2 transmits water with a lower weight to the requesting element D2 and the first production entity U1 transmits water to the requesting elements D1, D1 'and D1 ". which come from the resources S1 and S1 'It should be noted that if the weighting function PS1 is higher than that of PS1', the production entity U1 will take water first from the resource S1 '.

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Abstract

L'invention se rapporte à un système de gestion quantitative d'eau comprenant les éléments suivants : au moins deux entités de production (U) d'eau interconnectées, chaque entité de production (U) étant définie par un débit maximal de production, au moins une ressource en eau (S) reliée à l'une au moins des entités de production (U), chaque ressource en eau (S) étant définie par un débit maximal de prélèvement, au moins un élément demandeur (D) d'eau produite définie par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps, chaque liaison entre entités de production (U), ressources en eau (S) et éléments demandeurs (D) étant assurée par un ouvrage de transfert (C) ayant un débit maximal prédéterminé, ces ouvrages de transfert (C) pouvant être interconnectés, chaque entité de production (U) et chaque ressource en eau (S) étant en outre associée à une fonction de pondération P, ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un calculateur adapté pour minimiser la fonction de pondération globale Pg du système, somme de toutes les fonctions de pondération P des différents éléments du système, tout en garantissant le respect de la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite de chaque élément demandeur (D) sous contrainte de respect des débits maximaux des différentes éléments du système. L'invention a également pour objet un procédé de gestion quantitative d'eau du système précité.

Description

OUTIL DE GESTION DE MULTIPLES RESSOURCES EN EAU
[01 ] L'invention se rapporte à un système et un procédé permettant d'optimiser l'allocation de plusieurs ressources en eau pour satisfaire la demande en eau produite par au moins deux entités de production d'eau interconnectées, en réduisant la consommation d'énergie et en renforçant l'autonomie en eau du système. Domaine technique
[02] De nos jours, des tensions hydriques existent, avec une intensité variable selon les zones géographiques, et notamment selon les ressources hydriques locales. Il confirme le besoin d'outils pour la gestion quantitative de ressources en eau.
[03] Ainsi, la présente invention se rapporte à un outil de gestion quantitative, ou outil d'aide à l'exploitation, dédié aux systèmes de production d'eau interconnectés, c'est-à-dire aux systèmes comprenant :
• plusieurs entités de production, chacune s'alimentant dans une ou plusieurs ressources,
• des éléments demandeurs en eau, et
• des ressources en eau.
[04] Ces entités de production sont interconnectées dans le but de transférer de l'eau brute ou de l'eau traitée entre-elles. Cet outil d'aide à l'exploitation permet d'assurer la continuité du service de production d'eau en période de stress hydrique ou non, en limitant notamment la consommation d'énergie liée à l'exploitation des systèmes de production d'eau, en maintenant au mieux l'équilibre ressource/demande, et en renforçant l'autonomie du système en utilisant autant que faire se peut l'eau du système. [05] Il est à noter qu'au sens de la présente demande, on entend par eau traitée toute eau ayant subie un traitement avant sa distribution, et notamment avant sa transmission aux éléments demandeurs d'eau. Cette eau traitée peut être potable ou non, et dédiée à des applications agricoles, industrielles ou relatives à des collectivités.
[06] Il est à noter qu'au sens de la présente demande, on entend par eau brute toute eau ayant été prélevée d'une ressource en eau, que celle-ci soit d'ordre naturel ou artificiel. Les eaux brutes ou ressources en eau peuvent être de tous types tels que des cours d'eau, des plans d'eau, des eaux souterraines, etc ..
[07] Au sens de la présente demande, on entend par stress hydrique un niveau de la ressource en eau inférieur au niveau statistique moyen.
[08] Au sens de la présente demande, on entend par autonomie un système capable de satisfaire à une partie au moins de la demande en eau sans importer de l'eau provenant d'un élément, dispositif, ou système extérieur au système selon l'invention.
État de la technique [09] De nos jours, de multiples outils informatiques dédiés à la gestion quantitative de ressources en eau sont utilisés et peuvent être répertoriés en quatre grandes catégories : les Outils d'Aide à la Décision (OAD), les plateformes génériques d'interfaçage et de gestion de données, les environnements de développement avec des librairies spécifiques associées, et les logiciels de modélisation autonomes.
[10] Toutefois, aucun des systèmes actuellement utilisés ne permet de répondre à l'ensemble des attentes. En effet, aucun d'eux ne permet notamment de simuler des périodes de stress hydrique prospectives ou de nouvelles interconnexions entre les systèmes de distribution permettant d'allouer de l'eau à l'ensemble des éléments demandeurs. Par système de distribution, on entend au sens de la présente invention l'ensemble ressources en eau, entités de production et éléments demandeurs reliés à l'une au moins des entités de production du système de distribution. Il est à noter également que les systèmes actuellement utilisés ne déterminent les priorités de transfert et d'allocation d'eau que selon le critère de consommation d'énergie liée à la production d'eau (optimisation monoobjectif), et non selon les critères de consommation d'énergie liée à la production d'eau et d'équilibre entre les ressources en eau et la demande (optimisation multi-objectifs). Par ailleurs, actuellement, les eaux souterraines (ou aquifères) ne peuvent être des sources à considérer par les systèmes actuellement utilisés qu'à condition qu'un modèle de simulation complexe soit mis en place (modélisation 2D ou 3D des aquifères).
[1 1 ] Il existe donc un réel besoin de fournir un système de gestion quantitative des ressources en eau palliant ces défauts, inconvénients et obstacles de l'art antérieur. En particulier, il existe un besoin de fournir un système permettant de simuler des stratégies de production d'eau, ces stratégies étant optimisées selon l'équilibre entre les ressources en eau et la demande, en optimisant la consommation d'énergie et en rationalisant les transferts d'eau brute et/ou d'eau traitée entre les éléments interconnectés du système, le but étant de réduire les consommations d'énergie liées aux transferts des volumes d'eau des entités de production aux éléments demandeurs, de façon à fournir l'eau la moins consommatrice d'énergie possible.
[12] Par stratégie, on entend au sens de la présente invention, un ensemble d'états définissant chacun des éléments du système et en particulier chacune des entités de production et ressources en eau du système.
Description de l'invention [13] Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, l'invention a pour objet un système de gestion quantitative d'eau comprenant les éléments suivants :
• au moins deux entités de production d'eau interconnectées, directement ou indirectement, chaque entité de production étant définie par un débit maximal de production,
• au moins une ressource en eau alimentant au moins une entité de production, chaque ressource en eau étant définie par un débit maximal de prélèvement,
· au moins un élément demandeur d'eau produite définie par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps,
chaque liaison entre entités de production, ressources en eau et éléments demandeurs étant assurée par un ouvrage de transfert ayant un débit de transfert maximal et/ou minimal prédéterminés, ces ouvrages de transfert pouvant être interconnectés, et chaque entité de production et chaque ressource en eau étant en outre associée à une fonction de pondération P.
[14] Selon l'invention, les ressources en eau peuvent être de tous types tels que des cours d'eau, des plans d'eau, des eaux souterraines, etc ..
[15] Il est à noter que les entités de production d'eau sont dites interconnectées, directement ou indirectement, car celles-ci peuvent être directement reliées entre-elles ou peuvent être reliées entre-elles indirectement en étant connectées à un élément commun.
[16] Avec cet objectif en vue, le système selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est caractérisé en ce qu'il comprend un premier calculateur adapté pour minimiser la fonction de pondération globale Pg du système, somme de toutes les fonctions de pondération des différents éléments du système, tout en garantissant le respect de la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite de chaque élément demandeur et sous contrainte de respect des débits maximaux et/ou des débits minimaux des différents éléments du système. [17] On entend par fonction de pondération P d'un élément du système, au sens de la présente invention, une fonction de pondération mathématique définie comme étant un coefficient multiplicateur du flux d'eau circulant au travers de l'élément en question. Ce coefficient multiplicateur est défini comme étant une valeur qui peut être fixée arbitrairement, ou à partir de la consommation énergétique associée à cet élément. La valeur de ce coefficient multiplicateur dépend de valeurs constantes et de valeurs variables.
[18] Par valeurs constantes, au sens de la présente invention, on entend des valeurs arbitraires, définies par l'utilisateur, priorisant l'allocation d'eau dans les éléments du système. Les valeurs constantes représentent des contraintes qui contraignent le système et limitent les transferts d'eau entre les différents éléments du système. Ces valeurs constantes sont caractéristiques de chacun ou d'un ensemble d'éléments du système.
[19] Par contraintes, au sens de la présente invention, on entend les capacités minimales et/ou maximales de transfert entre les éléments du système, les capacités de production d'eau des entités de production et des ressources en eau, les capacités de stockage des entités de production et des ressources en eau, ou encore les débits de restitution en aval des ressources en eau. Il est à noter que ces contraintes peuvent être d'ordre technique ou réglementaire.
[20] Par valeurs variables, au sens de la présente invention, on entend des valeurs qui sont fonction des allocations de flux d'eau dans le système.
[21 ] On entend par ouvrage de transfert, au sens de la présente invention, toute construction apte à transférer de l'eau entre deux points relativement éloignés.
[22] Selon l'invention, une fonction de pondération P est associée à chaque entité de production et à chaque ressource en eau du système. Pour une stratégie donnée, à chaque ressource en eau et chaque entité de production du système correspond une fonction de pondération. [23] Au sens de la présente invention, on entend par fonction de pondération globale Pg, la somme des différentes fonctions de pondération P des différentes entités de production et ressources en eau du système.
[24] Selon l'invention, la fonction de pondération globale Pg doit être minimisée, tout en tenant compte de la disponibilité des ressources en eau.
[25] Ainsi, pour minimiser les fonctions de pondération P de chaque ressource en eau et de chaque entité de production du système, et donc de minimiser la fonction de pondération globale Pg, il est nécessaire de minimiser les valeurs variables qui définissent chacune des fonctions de pondération.
[26] Le premier calculateur a pour objectif de générer une stratégie de production déterminée selon l'objectif de minimisation des fonctions de pondération P de chaque ressource en eau et de chaque entité de production pour une satisfaction de la demande de 100%. Le premier calculateur réalise une optimisation mono objectif contraignant l'allocation en eau et la répartition des flux d'eau dans le système pour satisfaire la demande en eau produite. L'algorithme d'optimisation mono objectif génère des résultats définissant la stratégie de production.
[27] Par algorithme d'optimisation mono objectif, au sens de la présente invention, on entend une suite de règles opératoires appliquées dans un ordre déterminé, à un nombre fini de données, sur les éléments du système afin de déterminer, en un nombre fini d'étapes, la stratégie optimale répondant à l'objectif de satisfaction de la demande en eau produite, tout en tenant compte de l'hydrologie des ressources mobilisées par le système et en respectant les contraintes du système.
[28] Avantageusement, la satisfaction de la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite de chaque élément demandeur d'eau produite est en outre sous contrainte de respect des volumes d'eau prélevables dans les ressources en eau, des volumes d'eau produite par les entités de production et des contraintes du système. [29] Avantageusement, les différents ouvrages de transfert comprennent des vannes commandées par le premier calculateur de sorte que le système délivre aux éléments demandeurs, en temps réel, de l'eau produite selon la courbe temporelle préétablie en minimisant la fonction de pondération globale Pg, tout en respectant les contraintes du système.
[30] Avantageusement, l'entité de production associée à la fonction de pondération P la plus faible transmet de l'eau produite en priorité à l'entité de production d'eau associée à la fonction de pondération P la plus élevée et/ou transmet de l'eau produite en priorité à l'élément demandeur associé à la fonction de pondération P la plus élevée.
[31 ] Avantageusement, une entité de production reliée à plusieurs ressources en eau prélève en priorité un volume d'eau de la source associée à la plus faible fonction de pondération P.
[32] Avantageusement, le système selon l'invention comprend en outre un second calculateur adapté pour définir des stratégies de production pour satisfaire la demande en minimisant la consommation énergétique, chaque stratégie correspondant à un pourcentage de la courbe temporelle préétablie de l'élément demandeur, et ledit second calculateur étant connecté au premier calculateur de sorte que ledit premier calculateur génère une valeur minimale de la fonction de pondération globale Pg pour chaque stratégie de production, ledit second calculateur étant en outre adapté pour déterminer la meilleure stratégie définie comme étant la stratégie fournissant le pourcentage maximal de satisfaction de la demande pour un ratio variation de la fonction de pondération globale Pg sur variation de la demande minimisé. Le second calculateur réalise une optimisation multi objectifs contraignant l'allocation en eau et la répartition des flux d'eau dans le système pour satisfaire la demande en eau produite et pour minimiser la consommation énergétique. L'algorithme d'optimisation multi objectifs génère des résultats définissant les stratégies de production.
[33] Par algorithme d'optimisation multi objectifs, au sens de la présente invention, on entend une suite de règles opératoires appliquées dans un ordre déterminé, à un nombre fini de données, sur les éléments du système afin de déterminer, en un nombre fini d'étapes, l'ensemble des stratégies optimales répondant à l'objectif de satisfaction de la demande et à l'objectif de minimisation de la consommation énergétique du système, tout en tenant compte de l'hydrologie des ressources mobilisées par le système et en respectant les contraintes du système.
[34] Ce second calculateur a pour objectif de générer différents scénarios définissant différents pourcentages de satisfaction de la demande. Ce second calculateur, en collaboration avec le premier calculateur, a également pour but d'associer à chaque pourcentage de satisfaction de la demande, une fonction de pondération globale Pg. Cette fonction de pondération globale Pg correspond à la plus faible fonction de pondération globale Pg satisfaisant au scénario sélectionné. Cette plus faible fonction de pondération globale Pg est définie par la somme des fonctions de pondération P des entités de production et des ressources en eau, et cette fonction de pondération globale Pg représente alors la meilleure stratégie qui satisfait à un scénario particulier.
[35] Avantageusement, le système selon l'invention comprend en outre un troisième calculateur adapté pour définir l'hydrologie des ressources et la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite sur des éléments demandeurs, en fonction de données historiques analysées par des algorithmes statistiques.
[36] Ce troisième calculateur a pour objectif de générer plusieurs scénarios caractérisant les états des ressources du système et/ou caractérisant l'état de la demande en eau des éléments demandeurs. Ces scénarios peuvent être générés statistiquement et peuvent être fonction de données historiques brutes introduites par l'utilisateur.
[37] Le troisième calculateur, dont l'usage est facultatif, comprend un ensemble d'algorithmes statistiques qui génèrent les données d'entrée utilisées par les deux premiers calculateurs. Ces données d'entrées sont relatives soit aux scénarios hydrologiques sur les ressources en eau, soit à la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite.
[38] Par scénario, on entend au sens de la présente demande, le déroulement préétabli et prévisionnel d'une situation en fonction de l'hydrologie des ressources en eau et/ou de la demande en eau des éléments demandeurs simulées. Les scénarios servent de données d'entrée aux algorithmes d'optimisation mono ou multi objectifs du premier et du second calculateur.
[39] Ce troisième calculateur permet donc, par exemple, d'importer directement, par l'utilisateur, des données sur l'hydrologie des ressources et/ou une courbe temporelle préétablie de demande en eau, avec ou sans modélisation statistique.
[40] Il est à noter que les deux premiers calculateurs ou les trois calculateurs précités peuvent ne faire l'objet que d'un seul ensemble calculateur, qui serait adapté pour porter et exercer chacune des fonctionnalités des deux premiers ou des trois calculateurs précités.
[41 ] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, au moins une ressource en eau est une nappe aquifère dont le volume d'eau prélevable est déterminé par le niveau piézométrique.
[42] L'invention a également pour objet un procédé de gestion quantitative d'eau d'un système comprenant les éléments suivants :
• au moins deux entités de production d'eau interconnectées, directement ou indirectement, chaque entité de production étant définie par un débit maximal de production,
· au moins une ressource en eau reliée à l'une au moins des entités de production, chaque ressource en eau étant définie par un débit maximal de prélèvement,
• au moins un élément demandeur d'eau produite définie par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps, chaque liaison entre entités de production, ressources en eau et éléments demandeurs étant assurée par un ouvrage de transfert ayant un débit maximal de transfert prédéterminé, ces ouvrages de transfert pouvant être interconnectés,
chaque entité de production et chaque ressource en eau étant en outre associée à une fonction de pondération P.
[43] Avec cet objectif en vue, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme au préambule cité ci-avant, est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
· détermination de l'ensemble des fonctions de pondération globales
Pg, et
• sélection de la fonction de pondération globale Pg la plus basse.
[44] Il est à noter que toutes les fonctions de pondération globales Pg déterminées respectent les contraintes de débit des entités de production et des ressources en eau.
[45] Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé selon l'invention comprend en outre une étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau du système.
[46] Cette étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau du système peut être appliquée à tout type de système indépendamment du système de l'invention. Elle peut être utilisée en dehors du cadre de l'invention afin d'améliorer les pratiques d'exploitation des captages d'eau souterraine, grâce à la définition d'un niveau critique d'exploitation et à la détermination de volumes d'eau souterraine prélevables.
[47] De préférence, l'étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume d'eau disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau comprend les étapes suivantes : • détermination des chroniques temporelles historiques de la nappe aquifère au point de prélèvement en mesurant la cote piézométrique pseudo-statique de la ressource en eau sur une durée prédéfinie ;
• détermination d'une relation entre la cote piézométrique pseudo- statique et la transmissivité au point de prélèvement ;
• détermination du niveau critique d'exploitation au point de prélèvement ;
• sélection d'une cote piézométrique régionale de référence ;
• détermination d'une relation empirique entre la cote piézométrique régionale moyenne mensuelle de référence et la cote pseudostatique moyenne mensuelle au point de prélèvement.
[48] Avantageusement, l'étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume d'eau disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau comprend en outre les étapes :
· transformation de la cote piézométrique régionale mensuelle moyenne de référence mesurée en cote pseudo-statique mensuelle moyenne au point de prélèvement en appliquant la relation empirique ;
• calcul du rabattement maximum admissible à chaque pas de temps par interpolation linéaire ;
• calcul du volume maximum d'eau prélevable.
Brève description de la figure
[49] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite uniquement à titre d'exemple, et en référence à la figure en annexe qui représente un exemple de système selon l'invention. Description détaillée Introduction
[50] Les objectifs de l'invention sont, d'une part, de minimiser la fonction de pondération globale Pg d'un système de gestion quantitative d'eau dans le but d'obtenir un système le plus autonome possible, utilisant la plus faible consommation d'énergie possible, tout en respectant ses contraintes. Particulièrement, la présente invention décrit notamment un système de gestion quantitative d'eau comprenant les éléments suivants :
a) au moins deux entités de production U d'eau interconnectées, chaque entité de production U étant définie par un débit maximal de production,
b) au moins une ressource en eau S reliée à l'une au moins des entités de production U, chaque ressource en eau S étant définie par un débit maximal de prélèvement,
c) au moins un élément demandeur D d'eau produite défini par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps.
Les entités de production d'eau interconnectées
[51 ] Au sens de la présente invention, on entend par entité de production U d'eau, toute entité adaptée pour produire de l'eau, potable ou non, ainsi que toute entité adaptée pour transférer de l'eau à un élément quelconque auquel elle est reliée, sans que cette eau transférée ne soit nécessairement traitée.
[52] Ainsi, par eau produite, eau traitée, eau transférée, on entend au sens de la présente invention, tous les volumes d'eau en provenance de l'une des entités de production U du système selon l'invention.
[53] Il est à noter que, dans l'invention, les entités de production U d'eau ont pour fonction de produire de l'eau sans pour autant qu'il y ait de traitement et/ou de traiter un volume d'eau introduit dans l'entité de production U, ou de transférer un volume d'eau vers une autre entité du système à laquelle elle est reliée.
Les ressources en eau
[54] Les ressources en eau S du système peuvent être des ressources en eau brute souterraines (sources, nappes aquifères, karts...) équipées de captages. Les ressources en eau S peuvent également être des eaux de surface équipées de captages (de prises) d'eau (lacs, cours d'eau...).
[55] Selon une variante de réalisation de l'invention, au moins une ressource en eau S du système à laquelle est reliée au moins une entité de production U est une nappe aquifère dont le volume d'eau prélevable est déterminé par le niveau piézométrique.
[56] Il est à noter qu'une ressource en eau S peut être reliée à une ou plusieurs entités de production U du système selon l'invention.
Les éléments demandeurs d'eau produite
[57] Les éléments demandeurs D d'eau produite peuvent être des collectivités, des industriels, des entités agricoles, ou tout autre élément demandeur D désirant être alimenté en eau traitée ou non.
[58] Un élément demandeur D est en général relié à une seule entité de production U. Toutefois, selon l'invention, un élément demandeur D peut être relié à différentes entités de production U. Dans cette configuration, selon l'invention, l'élément demandeur D sera alimenté par l'eau en provenance de l'entité de production U associée à la fonction de pondération P la plus faible. Il est à noter qu'un élément de type château d'eau peut également se situer entre une ou plusieurs entités de production P et un ou plusieurs éléments demandeurs D.
[59] Il est à noter qu'un élément demandeur D peut être relié à une ou plusieurs entités de production U du système selon l'invention. La courbe temporelle préétablie de demande en eau
[60] La demande en eau par les éléments demandeurs D est instantanée et peut être suivie sur une courbe temporelle. Cependant, il est également possible de réaliser une courbe temporelle de demande en eau par simulation afin d'anticiper la demande, ou d'observer des différences en fonction des demandes simulées afin de planifier sur une durée prédéterminée les volumes d'eau à prélever et à produire en fonction de la demande en eau. Cette courbe de demande en eau préétablie peut donc être obtenue par simulation, à l'aide du troisième calculateur (voir ci-après), suite à l'utilisation de données antérieures liées au système et relatives à des situations passées, ou à l'aide de données permettant d'anticiper la demande future.
Les liaisons entre chaque entité
[61 ] Pour que les différents éléments du système puissent échanger de l'eau entre eux, il est nécessaire que chaque liaison entre entités de production U, ressources en eau S et éléments demandeurs D soit assurée par un ouvrage de transfert C ayant un débit maximal de transfert prédéterminé limitant ainsi les débits d'échange entre les différents éléments du système.
[62] Il est à noter que selon l'invention, les ouvrages de transfert C du système reliant chacun des éléments peuvent comprendre des vannes V afin de réguler les échanges d'eau entre les différents éléments du système selon l'invention.
[63] Par exemple, selon l'invention, les ouvrages de transfert C pouvant être utilisés sont les aqueducs, les galeries, les canaux, les canalisations, les dispositifs aériens ou souterrains de transfert d'eau.
Fonction de pondération
[64] Selon l'invention, chaque entité de production U et chaque ressource en eau S du système est associée à une fonction de pondération P. Cette fonction de pondération P tient compte de nombreux critères techniques variables et constants et est définie comme étant une somme de valeurs variables et de valeurs constantes.
[65] Par exemple, les valeurs constantes peuvent être des valeurs arbitraires, définies par l'utilisateur, priorisant l'allocation d'eau dans les éléments du système.
[66] Les valeurs variables, quant à elles, peuvent par exemple être fonction :
- des priorités définies par l'utilisateur sur les éléments demandeurs D qui régissent l'allocation de flux dans le système ; ainsi, les éléments demandeurs D à plus forte priorité seront desservis les premiers ;
et peuvent être également fonction :
- des ouvrages de transfert C du système, chaque ouvrage de transfert C du système étant caractérisé par un coefficient. Plus ce coefficient est élevé, plus l'ouvrage de transfert C en question consomme de l'énergie pour réaliser un transfert d'eau.
[67] Ces coefficients sont intégrés aux fonctions de pondération P de chaque ressource en eau S et de chaque entité de production U pour satisfaire la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite. De cette façon, par exemple, la fonction de pondération P d'une ressource en eau S du système reliée à une entité de production U du système par un ouvrage de transfert C consommant une importante quantité d'énergie est plus élevée que celle considérant un ouvrage de transfert C consommant une faible quantité d'énergie.
[68] Selon l'invention, plus la fonction de pondération P d'un élément du système est élevée, plus l'eau qu'elle délivre a demandé une consommation d'énergie élevée et/ou plus les contraintes hydrologiques / hydrauliques / réglementaires s'appliquant à l'élément du système en question sont restrictives. Il est à noter que l'objectif est de délivrer l'eau la moins consommatrice d'énergie possible tout en garantissant au mieux l'autonomie du système selon l'invention, et tout en respectant les contraintes en vigueur relatives aux ressources en eau S et aux entités de production U, à au moins un élément demandeur D, en fonction également de ses contraintes. Donc, de préférence, une entité de production U reliée à plusieurs ressources en eau S prélève en priorité un volume d'eau de la ressource associée à la plus faible fonction de pondération P de façon à minimiser sa fonction de pondération.
[69] Pour une stratégie particulière, c'est-à-dire pour un état caractérisant les ressources du système S et/ou caractérisant la demande en eau des éléments demandeurs D, chaque entité de production U d'eau et chaque ressource en eau S du système est associée à plusieurs fonctions de pondération respectant l'allocation d'eau aux éléments demandeurs et les transferts d'eau satisfaisant à la demande en eau. Ainsi, une stratégie particulière est déterminée pour une période donnée selon l'hydrologie des ressources en eau S (débits des cours d'eau, niveaux piézométriques des aquifères) et de la demande en eau des éléments demandeurs D.
[70] Il est à noter que plusieurs stratégies peuvent être le résultat d'un scénario particulier. En effet, le système, pour un scénario particulier, est défini par un ensemble de fonction de pondération P attribué à chaque entité de production U et ressource en eau S du système. Toutefois, pour un scénario donné, différentes stratégies sont possibles, donc différents ensembles de fonctions de pondération P sont possibles.
[71 ] Une fonction de pondération globale Pg définit donc chaque stratégie et correspond à la somme de toutes les fonctions de pondération P de chacun des éléments du système pour un scénario particulier.
[72] Il est à noter que la meilleure stratégie pour un scénario particulier correspond à la fonction de pondération globale Pg la plus faible.
Le premier calculateur
[73] Le système selon l'invention comprend un premier calculateur adapté, dans un premier temps, pour déterminer et calculer l'ensemble des fonctions de pondération P de chacun des éléments du système pour une stratégie particulière qui satisfait à 100% de la demande en eau des éléments demandeurs D. Dans un second temps, ce premier calculateur est adapté pour calculer et déterminer la fonction de pondération globale Pg, somme des fonctions de pondération de chacun des éléments du système, la plus faible qui permet de satisfaire à 100 % de la demande en eau par les éléments demandeurs D.
[74] Il est à noter que selon un mode préférentiel de l'invention, les vannes V des différents ouvrages de transfert C sont commandées par ce premier calculateur de sorte que le système délivre aux éléments demandeurs D, en temps réel, de l'eau produite selon la courbe temporelle préétablie en minimisant la fonction de pondération globale Pg.
[75] Il est également à noter que, selon l'invention, plusieurs entités de production U sont reliées entre elles. Ainsi, selon un mode préférentiel de l'invention, l'entité de production U associée à la fonction de pondération P la plus faible transmet de l'eau produite en priorité à l'entité de production d'eau U associée à la fonction de pondération P la plus élevée. De cette façon, si un élément demandeur D n'est relié qu'à une seule entité de production U, la fonction de pondération P de cette entité de production U peut être ajustée suite à des échanges d'eau avec une ou plusieurs autres entités de production U du système auxquelles elle est reliée afin de permettre la transmission d'eau la moins consommatrice d'énergie possible à l'élément demandeur D. Ces échanges d'eau sont commandés par le premier calculateur qui actionne ou non les vannes V des ouvrages de transfert C pour ainsi permettre des échanges d'eau entre les différentes entités de production U interconnectées du système.
[76] Aussi, dans le cas où plusieurs entités de production U d'eau sont connectées entre-elles, il est possible selon l'invention que l'entité de production U définie par la plus grande fonction de pondération P transmette de l'eau à celle définie par la plus faible fonction de pondération. Par succession, les entités de production U définies par des fonctions de pondération élevées peuvent transmettre de l'eau à celles définies par des fonctions de pondération plus faibles. De cette façon, les fonctions de pondération des éléments du système tendent à s'harmoniser pour, autant que faire se peut transmettre l'eau la moins consommatrice d'énergie aux éléments demandeurs D.
[77] Dans cette configuration, les fonctions de pondération P et l'équilibre entre les ressources en eau S et la demande en eau sont pris en compte pour réaliser une optimisation mono-objectif : satisfaire 100% de la demande.
Second calculateur
[78] De préférence, un second calculateur peut également être utilisé et adapté pour définir différentes stratégies de satisfaction de la demande. Ce second calculateur est adapté pour générer, en fonction des scénarios, des stratégies de production répondant à différents pourcentages de satisfaction de la demande. Ces différents pourcentages de satisfaction peuvent être, par exemple, équivalents à 70%, 80%, 85%, 92% de la demande en eau. Pour chaque pourcentage de satisfaction, ce second calculateur, en collaboration avec le premier calculateur, est apte à lui associer une fonction de pondération globale Pg selon une stratégie de production. Ce second calculateur est en outre adapté pour mettre en avant la fonction de pondération globale Pg la plus faible du système pour un pourcentage de satisfaction particulier de la demande.
[79] Ainsi, il est possible de simuler, en fonction de différents paliers de satisfaction de la demande, les échanges d'eau entre les différents éléments du système et également les volumes d'eau à prélever aux ressources en eau S.
[80] Il est à noter également que le second calculateur est en outre adapté pour déterminer les stratégies optimales qui forment le front de Pareto pour une entité de production U en particulier. Ces stratégies optimales sont définies comme étant les stratégies fournissant un pourcentage maximal pour un ratio minimisé défini comme la variation de la consommation d'énergie, dont dépend la fonction de pondération P de l'entité de production particulière, sur la variation de la demande. Ainsi, on peut réaliser, par simulation, une courbe de pourcentage de satisfaction de la demande (en %) en fonction de la consommation d'énergie d'une entité de production U particulière du système selon l'invention. À l'aide de cette courbe, on peut observer que la fonction de pondération globale Pg de l'entité de production U augmente en fonction du taux de satisfaction de la demande, jusqu'à un taux de satisfaction, par exemple proche de 99%. On peut alors observer une rupture de pente (la pente diminue) ce qui signifie, qu'après la rupture de pente, la consommation d'énergie va augmenter plus vite que la satisfaction de la demande. Une seconde diminution de pente peut par exemple être observée aux environs de 99,6% de satisfaction de la demande.
[81 ] En conséquence, le résultat le plus intéressant, c'est-à-dire pour lequel la consommation d'énergie est la plus faible, au vu de la courbe pour de telles demandes, correspond au premier changement de pente. En effet, lorsque le taux de satisfaction de la demande est de 99% pour une fonction de pondération X, cette fonction de pondération X augmente plus rapidement au-dessus d'une satisfaction de la demande supérieure à 99%. Ainsi, à l'aide de cette courbe générée par le second calculateur, il est remarquable que pour satisfaire 100% de la demande, il serait plus judicieux d'importer de l'eau provenant d'une autre entité de production U extérieure au système.
[82] En d'autres termes, à partir d'un taux de satisfaction de la demande de
99%, la consommation d'énergie de l'entité de production U en question augmente. En conséquence, selon l'invention, le premier calculateur peut ouvrir une vanne V qui relie cette entité de production U à une autre pour que cette entité, lorsqu'elle atteint, dans notre exemple, 99 % de satisfaction, puisse recevoir de l'eau d'une autre entité dans le but de ne pas augmenter sa consommation d'énergie et d'ainsi ne pas augmenter la fonction de pondération globale Pg du système.
[83] Ainsi, à l'aide de ce second calculateur, il est possible d'apprécier à quel moment il est judicieux, par exemple, d'échanger de l'eau entre éléments du système. Dans cette configuration, les fonctions de pondération P et l'équilibre entre les ressources en eau S et les entités demandeurs en eau D sont pris en compte pour réaliser une optimisation multi-objectifs : satisfaire au mieux la demande pour une fonction de pondération globale Pg la plus faible possible, tout en minimisant la consommation d'énergie liée à la production de cette eau. Il est ainsi possible de proposer des stratégies de production d'eau produite déterminées selon deux objectifs antagonistes, la satisfaction de la demande définie par la courbe temporelle préétablie et la consommation en énergie associée. Troisième calculateur
[84] Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, un troisième calculateur peut également être utilisé pour définir les données d'entrée du premier calculateur et du deuxième calculateur : les scénarios de l'hydrologie des ressources S (débits des cours d'eau, niveaux piézométriques des aquifères), ainsi que les scénarios de courbes temporelles de demande en eau produite sur les entités de demande en eau D. Ainsi, ce troisième calculateur simule les scénarios de l'hydrologie des ressources S et de demande en eau sur les éléments demandeurs D en se basant sur des données historiques introduites par un utilisateur.
[85] Toutefois, les données d'entrée ne sont pas nécessairement simulées par le troisième calculateur, et peuvent être créées par un utilisateur de à partir de données brutes.
[86] Ce troisième calculateur est adapté, par exemple, pour générer des séries de données prospectives sur différents horizons de temps (1 mois, 3 mois, 6 mois), en se basant sur l'analyse statistique fréquentielle des séries de données temporelles historiques de chaque ressource S et élément demandeur D, quantifiant le temps de retour probabiliste des événements observés.
[87] Concernant l'état de la ressource en eau S (débits, niveaux piézométriques), ce troisième calculateur peut par exemple proposer trois scénarios types : année humide (périodes de retour de 2,5 ans ; 5 ans ; 10 ans), année médiane, année sèche (période de retour de 2,5 ans, 5 ans, 10 ans).
[88] Et concernant la demande en eau, ce troisième calculateur peut proposer les scénarios types suivants : demande minimale, demande médiane, demande maximale, quantile fixé par l'utilisateur.
Liens entre les trois calculateurs
[89] Il est à noter que les trois calculateurs précédemment mentionnés peuvent ne faire l'objet que d'un seul calculateur (ou deux) adapté pour répondre aux différentes attentes, et apporter les mêmes fonctionnalités de ces trois calculateurs.
[90] L'utilisation des trois calculateurs permet, par exemple, de simuler l'hydrologie d'une ou plusieurs ressources en eau S, sur une durée donnée et prédéterminée, et de simuler des valeurs de volume d'eau souhaité par un ou plusieurs éléments demandeurs D afin d'anticiper au mieux les quantités d'eau qu'il serait nécessaire de prélever aux ressources en eau S et les volumes d'eau à produire par les entités de production U du système pour satisfaire les demandes en eau. Cette anticipation peut permettre de minimiser la fonction de pondération globale Pg du système dans la mesure où si la demande en eau est trop élevée au vu du volume d'eau qui peut être produit et/ou prélevé, il est possible d'anticiper les échanges d'eau entre les différentes entités de production U interconnectées du système.
[91 ] Ou encore, les trois calculateurs peuvent être utilisés pour planifier sur une durée prédéterminée les volumes d'eau à prélever dans au moins une ressource en eau S ainsi que les volumes d'eau à produire en fonction de la courbe temporelle de demande préétablie définie sur au moins un élément demandeur D.
[92] Cet ensemble de trois calculateurs est en outre adapté pour rejouer des situations passées afin d'améliorer et/ou perfectionner le système en minimisant les fonctions de pondération P des éléments du système, pour mieux appréhender des situations futures.
[93] Cet ensemble de trois calculateurs permet également de simuler les effets de modifications du système selon l'invention : suppression ou ajout d'une entité de production U, suppression ou ajout d'une ressource en eau S, suppression ou ajout d'un ouvrage de transfert C reliant une entité de production U à un quelconque élément du système, ajout, modification, ou suppression d'une contrainte. Ainsi, on peut simuler des aménagements du système et contrôler les variations des fonctions de pondération P des éléments du système, et notamment celles des fonctions de pondérations globales Pg en fonction des scénarios appliqués.
[94] Cet ensemble de trois calculateurs peut être utilisé en mode « Gestion opérationnelle » pour une planification hebdomadaire et mensuelle des prélèvements et de la production, ou en mode « Étude et perfectionnement » pour rejouer des situations passées afin de mieux gérer des situations futures, ou pour évaluer l'effet de nouveaux aménagements.
Module Volume Prélevable
[95] Selon un mode préférentiel de l'invention, au moins une ressource en eau S du système à laquelle est reliée au moins une entité de production U est une nappe aquifère dont le volume d'eau prélevable est déterminé par le niveau piézométrique. Dans cette configuration, selon l'invention, la méthode de détermination par le niveau piézométrique permet de prendre indirectement en compte la situation hydrogéologique de la nappe, et les phénomènes naturels et anthropiques ayant un effet sur l'état quantitatif de l'aquifère. Cette méthode est simple, robuste et applicable à des aquifères continus (non karstiques, non fracturés), pour de multiples configurations de captages (forages, puits à drains, champs captants) à l'exception des captages de sources.
[96] Il est à noter que l'on peut se trouver dans la configuration où les volumes d'eau prélevables sont déterminés par le débit de la ressource en eau S et non par la valeur de niveau piézométrique.
[97] Il est à noter que cette méthode peut être appliquée à tout type de système indépendamment du système décrit dans la présente invention.
[98] Cette méthode permet d'évaluer les volumes d'eau prélevables d'une nappe aquifère, et ainsi de déterminer des données essentielles à l'évaluation de la fonction de pondération P d'une telle ressource en eau S. Ces données sont alors transmises au premier calculateur pour qu'il puisse calculer les valeurs variables qui définissent une telle ressource en eau S, puis la fonction de pondération P de cette source S pour calculer la fonction de pondération globale Pg du système en temps réel, et la minimiser.
[99] Il est à noter que la gestion quantitative des eaux souterraines et la définition de volumes prélevables au sein d'un aquifère ou d'un système aquifère nécessite de définir au préalable les limites spatiales de l'ensemble considéré. Ces limites sont définies en fonction des caractéristiques géologiques et hydrogéologiques locales.
[100] La définition de volumes prélevables d'eau souterraine au sein d'un aquifère ou d'un système aquifère nécessite également de disposer d'une bonne connaissance de l'état des ressources en eau S, d'un bilan hydraulique précis de toutes les entrées et sorties d'eau du système (naturelles ou anthropiques), et d'évaluer sa capacité de stockage intrinsèque. Ces limites sont définies en fonction des caractéristiques générales du captage d'exploitation.
[101 ] La gestion quantitative des eaux souterraines nécessite donc une connaissance de l'état des ressources en eau S, des prélèvements et des besoins.
[102]Ainsi, selon l'invention, les données d'exploitation transmises au premier calculateur comprennent donc des données relatives : - aux caractéristiques générales du captage d'exploitation : par exemple, la coupe géologique qui est une représentation schématique de la succession des formations géologiques sur un profil vertical, avec indication des cotes associées, ou encore la coupe technique qui est une représentation schématique des caractéristiques et des cotes des équipements d'un ouvrage souterrain sur un profil vertical [exemples : trou nu, caractéristiques du pré-tubage et du tubage, massif filtrant, cimentation, protection en tête]),
- aux données géolog iq ues et hydrogéologiques : par exemple la piézométrie régionale, la transmissivité ou encore le coefficient d'emmagasinement, et
- a ux données d'exploitation : par exemple les mesures de niveau et cote du repère, les volumes prélevés, les débits nominaux d'une ou plusieurs des pompes.
[103] D'autres données d'exploitation comme le nombre d'heures journalières de pompage et le débit instantané moyen journalier sont facultatives.
[104] Par ailleurs, cette méthodologie s'appuie sur l'utilisation de la solution analytique de Cooper-Jacob (Cooper, H. H. and CE. Jacob, 1946. A generalized graphical method for evaluating formation constants and summarizing weil field history, Am. Geophys. Union Trans., vol. 27, pp. 526- 534) couramment utilisée en hydrogéologie quantitative. Elle fournit une estimation du volume maximum d'eau souterraine prélevable en fonction du rabattement, lui-même dépendant du niveau piézométrique statique de la nappe.
[105] Cette méthodologie comprend, d'une part, les étapes suivantes de calibration :
• détermination des chroniques temporelles historique de la nappe aquifère au point de prélèvement en mesurant la cote piézométrique pseudo-statique de la ressource en eau S sur une durée prédéfinie ;
• détermination d'une relation entre la cote piézométrique pseudostatique et la transmissivité au point de prélèvement ;
• détermination du niveau critique d'exploitation au point de prélèvement ;
• sélection d'une cote piézométrique régionale de référence ;
• détermination d'une relation empirique entre la cote piézométrique régionale mensuelle moyenne de référence et la cote pseudostatique mensuelle moyenne au point de prélèvement.
[106] Par exemple, les chroniques temporelles peuvent être analysées sur un minimum de deux ans.
[107] La relation entre la cote piézométrique pseudo-statique et la transmissivité au point de prélèvement peut être déterminée, à l'aide des données d'exploitation de la nappe aquifère, par la relation analytique de Cooper-Jacob.
[108] Il est à noter que le niveau critique d'exploitation d'un puits ou d'un forage peut être conditionné par :
• la cote altimétrique supérieure de la partie crépinée du tubage ;
• la cote d'exploitation locale limite de la nappe, qui peut être :
• une cote de maintien de captivité de la nappe,
• une cote de non-invasion de biseau salé,
• une cote de non-dénoyage d'une zone productive,
• une cote réglementaire (piézométrie objectif, seuil d'alerte...)
• la cote de la crépine d'aspiration de la pompe ou la cote de sécurité déclenchant l'arrêt de la pompe.
[109] La cote la plus élevée, donc la plus défavorable, sera retenue comme niveau critique d'exploitation de l'ouvrage, notée zNC. La détermination du niveau critique nécessite donc de disposer de la coupe technique et de la coupe géologique de l'ouvrage, et de l'existence éventuelle de cotes réglementaires de gestion de la nappe. [1 10] Dans le cas d'un champ captant, le niveau critique le plus défavorable sera retenu et appliqué au captage conceptuel.
Il est à noter que la sélection d'un piézomètre régional de référence nécessite de lister l'ensemble des piézomètres captant la masse d'eau souterraine étudiée. Ces piézomètres peuvent être identifiés facilement en consultant la base de données ADES, (www, ad es . ea uf ra n ce .f r ) , pour la France par exemple, et en effectuant une recherche des stations de suivi du niveau d'eau par masse d'eau. Parmi ces piézomètres, seuls ceux qui sont en activité et qui disposent d'un historique suffisant (idéalement supérieur à 10 ans) seront considérés.
[1 1 1 ] Le piézomètre régional de référence sera retenu de la manière suivante : minimisation de la RMSE entre moyenne mensuelle de la cote piézométrique pseudo-statique au captage et la translation de la moyenne mensuelle de la cote piézométrique statique mesurée au piézomètre sur la durée d'observation commune.
[1 12] Cette translation (notée hs ) est obtenue en ajoutant à chaque valeur de la chronique mensuelle statique (hs ) du piézomètre l'écart relatif entre la moyenne des cotes mensuelles pseudo-statiques au captage (fûT) et la moyenne des cotes mensuelles statiques au piézomètre {hs ).
hsptit = pit) + {hTc - h^)
[1 13] Dans le cas de plusieurs piézomètres avec une RMSE proche, celui qui dispose de l'historique le plus long sera retenu.
[1 14] Une relation empirique, le plus souvent linéaire, ou constituée de plusieurs segments linéaires, sera retenue et permettra d'exprimer la cote piézométrique pseudo-statique mensuelle moyenne théorique au captage en fonction de la cote piézométrique mensuelle moyenne au piézomètre de référence. Cette relation empirique pourra être obtenue en utilisant une ou plusieurs régressions linéaires sur un graphique de type scatter-plot, ou d'autres fonctions de corrélation.
[1 15] La méthodologie peut comprendre, d'autre part, les étapes suivantes de simulation :
• transformation de la cote piézométriques régionale mensuelle moyenne de référence mesurée en un temps donné en cote pseudo-statiques mensuelle moyenne au point de prélèvement en appliquant la relation empirique ;
• calcul du rabattement maximum admissible à chaque pas de temps par interpolation linéaire ;
• calcul du volume maximum d'eau prélevable, à chaque pas de temps, en fonction du rabattement maximum admissible et de la relation entre la cote piézométrique pseudo-statique et la transmissivité au captage, à l'aide de la relation de Cooper-Jacob.
[1 16] Il est à noter que cette méthode permet de calculer un volume maximum prélevable théorique sur la base d'une cote piézométrique pseudo-statique et d'un niveau critique d'exploitation sur un captage. Ce volume maximum prélevable théorique n'est pas nécessairement atteignable en conditions d'exploitation.
[1 17] La sous-étape de transformation de la cote statique au piézomètre de référence en cote piézométrique pseudo-statique à la ressource en eau S sera réalisée uniquement dans le cas d'une simulation prédictive. Une chronique piézométrique mensuelle prédictive de niveaux statiques sera générée sur le piézomètre de référence à l'aide du troisième calculateur.
[1 18] La relation ou l'ensemble de relations linéaires empiriques, obtenues lors de la précédente étape, permettant de calculer la cote piézométrique pseudo-statique mensuelle moyenne théorique au captage en fonction de la cote piézométrique mensuelle moyenne au piézomètre de référence, seront utilisées.
[1 19] La longueur de l'historique disponible sur les piézomètres régionaux de suivi, et la fiabilité des données mesurées, rend plus fiable l'utilisation du troisième calculateur sur ce point plutôt que directement le captage, d'où l'utilisation d'une méthode de transposition.
[120] Le rabattement maximum admissible, smax, variable au cours du temps t, est défini comme la différence entre le niveau piézométrique pseudo- statique hps et le niveau critique d'exploitation, noté zNC .
[121 ] Le volume maximum prélevable Vmax est calculé, à chaque pas de temps de la simulation, à l'aide de la relation de Cooper-Jacob (1946) et de la relation T = f(hps) obtenue lors de la précédente étape. Il dépend du rabattement maximum admissible smaYJ :
texp étant la durée maximum d'exploitation.
[122] Dans le calcul du volume maximum prélevable, la valeur de texp est fixée par défaut à 20 heures/jour. Dans le cas d'un champ captant, le volume maximum prélevable sera le volume prélevable par l'ensemble des captages qu'il contient.
[123] Ainsi, cette méthodologie prend en compte indirectement la situation hydrologique, les effets de recharge/décharge de la nappe et les phénomènes naturels, qui influencent les cotes pseudo-statiques mesurées au captage. Elle prend également en compte indirectement les effets des prélèvements globaux sur la nappe et les activités anthropiques, qui influencent les cotes pseudo-statiques mesurées au captage.
[124] Ainsi, selon cette méthode préférentielle selon l'invention, il est possible de réaliser des prévisions de disponibilité future de la ressource en eau S basées sur :
• les tendances hydriques connues au jour le jour, • l'intégration comme variable du changement climatique dans les scénarios à moyen et long terme,
[125] Le suivi quantitatif des eaux souterraines est surveillé, selon le mode préférentiel de l'invention, en surveillant les variations de niveau piézométrique des nappes. Toutefois ce suivi quantitatif peut également être surveillé en mesurant le débit des émergences (sources) selon le type d'aquifère. La gestion quantitative des eaux souterraines revient dans la plupart du temps à fixer des niveaux piézo métriques objectifs, ce qui revient à fixer des volumes prélevables.
[126] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. Exemple de système selon l'invention
[127] Selon l'invention, on peut avoir un système de gestion quantitative d'eau comprenant les éléments suivants (voir figure) :
- deux entités de production U1 et U2 : une première entité de production U1 et une seconde entité de production U2 d'eau sont interconnectées par deux ouvrages de transfert C1 et C2 comprenant chacun une vanne V1 et V2 ;
- la première entité de production U1 est reliée à deux ressources en eau S1 et S1 ' par deux ouvrages de transfert C3 e C4 et la seconde entité de production U2 est reliée à une seule ressource en eau S2 par un ouvrage de transfert C5 ;
- trois éléments demandeurs D1 , D1 ' et D1 " sont reliés à la première entité de production U1 par des ouvrages de transfert C6, C7 et C8, et un seul élément demandeur D2 est relié à la seconde entité de production U2 par un ouvrage de transfert C9, chaque élément demandeur étant caractérisé par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite. [128] Les éléments demandeurs sont caractérisés par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite à laquelle il faut satisfaire à 100%. Toutefois, il se peut qu'il ne soit pas possible de satisfaire à 100% la demande. Cependant, à l'aide des calculateurs, il est possible de maximiser la satisfaction de la demande tout en minimisant la fonction de pondération globale Pg' du système.
[129] Dans cette configuration, chaque entité du système est associée à une fonction de pondération P. En d'autres termes, la première entité de production U1 est associée à la fonction de pondération PU1 , la seconde entité de production U2 est associée à la fonction de pondération PU2, les ressources en eau S1 , S1 ' et S2 sont respectivement associées aux fonctions de pondérations PS1 , PS1 ' et PS2. Le but étant de minimiser la fonction de pondération globale Pg', somme de toutes les fonctions de pondération des éléments du système.
[130] Pour ce faire, un algorithme d'optimisation détermine l'ensemble des fonctions de pondération globales Pg', permettant de satisfaire à la courbe temporelle préétablie demande en eau, en fonction des différentes fonctions de pondération P des éléments du système. Et finalement, l'algorithme sélectionne la fonction de pondération globale Pg' la plus basse.
[131 ] Selon l'invention, le premier calculateur, qui peut récolter les données de l'algorithme, commande les vannes V1 et V2 pour que les entités de production U1 et U2 s'échangent de l'eau entres elles afin de réduire au maximum la fonction de pondération globale Pg' du système dans le but que cette fonction de pondération globale Pg' corresponde à celle sélectionnée par l'algorithme.
[132] Par exemple, on peut supposer que la fonction de pondération PU2 est plus élevée que celle de PU1 . Ceci peut être dû, par exemple, au fait que l'exploitation de la ressource S2 soit plus consommatrice d'énergie que celle de S1 et/ou celle de S1 ', en d'autres termes que la fonction de pondération PS2 soit plus élevée que PS1 ou PS1 '. Dans cette situation, il est préférable que la seconde entité de production U2 transmette de l'eau en provenance de la première entité de production U1 à l'élément demandeur D2. En effet, la première entité de production U1 produit de l'eau à moindre pondération par rapport à l'eau produite par la seconde entité U2. Ainsi, il est judicieux de stopper la production d'eau de la seconde entité de production U2, ou tout du moins de diminuer le prélèvement d'eau à la ressource S2.
[133]À l'aide de cet échange entre les entités de production U1 et U2, la fonction de pondération globale Pg' du système peut être minimisée dans la mesure où la fonction de pondération de la ressource en eau S2 n'est plus totalement à considérer.
[134] Ainsi, la seconde entité de production U2 transmet de l'eau à moindre pondération à l'élément demandeur D2 et la première entité de production U1 transmet quant à elle de l'eau aux éléments demandeurs D1 , D1 ' et D1 " qui proviennent des ressources S1 et S1 '. Il est à noter que si la fonction de pondération PS1 est plus élevée que celle de PS1 ', l'entité de production U1 prélèvera de l'eau en priorité de la ressource S1 '.
[135] Les indications ci-dessus prévalent lorsque l'on se trouve dans une configuration instantanée, avec commande de vannes, mais aussi en configuration de simulations.
[136] Dans les revendications, le mot « comprenant » n'exclut pas d'autres éléments et l'article indéfini « un/une » n'exclut pas une pluralité.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Système de gestion quantitative d'eau comprenant les éléments suivants :
· au moins deux entités de production (U) d'eau interconnectées, directement ou indirectement, chaque entité de production (U) étant définie par un débit maximal de production,
• au moins une ressource en eau (S) alimentant au moins une entité de production (U), chaque ressource en eau (S) étant définie par un débit maximal de prélèvement,
• au moins un élément demandeur (D) d'eau produite définie par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps,
chaque liaison entre entités de production (U), ressources en eau (S) et éléments demandeurs (D) étant assurée par un ouvrage de transfert (C) ayant un débit maximal prédéterminé, ces ouvrages de transfert (C) pouvant être interconnectés,
chaque entité de production (U) et chaque ressource en eau (S) étant en outre associée à une fonction de pondération P,
ledit système étant caractérisé en ce qu'il comprend un premier calculateur adapté pour minimiser la fonction de pondération globale Pg du système, somme de toutes les fonctions de pondération P des différents éléments du système, tout en garantissant le respect de la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite de chaque élément demandeur (D) et sous contrainte de respect des débits maximaux et/ou des débits minimaux des différents éléments du système.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la satisfaction de la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite de chaque élément demandeur (D) d'eau produite est en outre sous contrainte de respect des volumes d'eau prélevables dans les ressources en eau (S), des volumes d'eau produite par les entités de production (U) et des contraintes du système.
3. Système selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les 5 différents ouvrages de transfert (C) comprennent des vannes (V) commandées par le premier calculateur de sorte à ce que le système délivre aux éléments demandeurs (D), en temps réel, de l'eau produite selon la courbe temporelle préétablie en minimisant la fonction de pondération globale Pg, tout en respectant les contraintes du système.
0
4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'entité de production (U) associée à la fonction de pondération P la plus faible transmet de l'eau produite en priorité à l'entité de production (U) d'eau associée à la fonction de pondération P la plus élevée et/ou5 transmet de l'eau produite en priorité à l'élément demandeur (D) associé à la fonction de pondération P la plus élevée.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une entité de production (U) reliée à plusieurs ressources en eau o (S) prélève en priorité un volume d'eau de la source associée à la plus faible fonction de pondération P.
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un second calculateur adapté pour définir des 5 stratégies de production pour satisfaire la demande en minimisant la consommation énergétique, chaque stratégie correspondant à un pourcentage de la courbe temporelle préétablie de l'élément demandeur (D), et ledit second calculateur étant connecté au premier calculateur de sorte que ledit premier calculateur génère une valeur minimale de la fonction de 0 pondération globale Pg pour chaque stratégie de production, ledit second calculateur étant en outre adapté pour déterminer la stratégie optimale définie comme étant la stratégie fournissant le pourcentage maximal de satisfaction de la demande pour un ratio variation de la fonction de pondération globale Pg sur variation de la demande minimisé.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un troisième calculateur adapté pour définir l'hydrologie des ressources (S) et la courbe temporelle préétablie de demande en eau produite sur les éléments demandeurs (D), en fonction de données historiques analysées par des algorithmes statistiques.
8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une ressource en eau (S) est une nappe aquifère dont le volume d'eau prélevable est déterminé par le niveau piézométrique.
9. Procédé de gestion quantitative d'eau d'un système comprenant les éléments suivants :
• au moins deux entités de production (U) d'eau interconnectées, directement ou indirectement, chaque entité de production (U) étant définie par un débit maximal de production,
· au moins une ressource en eau (S) reliée à l'une au moins des entités de production (U), chaque ressource en eau (S) étant définie par un débit maximal de prélèvement,
• au moins un élément demandeur (D) d'eau produite définie par une courbe temporelle préétablie de demande en eau produite en fonction du temps,
chaque liaison entre entités de production (U), ressources en eau (S) et éléments demandeurs (D) étant assurée par un ouvrage de transfert (C) ayant un débit maximal de transfert prédéterminé, ces ouvrages de transfert (C) pouvant être interconnectés,
chaque entité de production (U) et chaque ressource en eau (S) étant en outre associée à une fonction de pondération P, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
• détermination de l'ensemble des fonctions de pondération globales Pg, et
• sélection de la fonction de pondération globale Pg la plus basse.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau (S) du système.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume d'eau disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau (S) comprend les étapes suivantes :
• détermination des chroniques temporelles historiques de la nappe aquifère au point de prélèvement en mesurant la cote piézométrique pseudo-statique de la ressource en eau (S) sur une durée prédéfinie ;
• détermination d'une relation entre la cote piézométrique pseudostatique et la transmissivité au point de prélèvement ;
• détermination du niveau critique d'exploitation au point de prélèvement ;
• sélection d'une cote piézométrique régionale de référence ;
• détermination d'une relation empirique entre la cote piézométrique régionale moyenne mensuelle de référence et la cote pseudostatique moyenne mensuelle au point de prélèvement.
12. Procédé selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que l'étape de détermination par le niveau piézométrique d'un volume d'eau disponible et/ou prélevable d'une ressource en eau (S) comprend en outre les étapes · transformation de la cote piézométrique régionale mensuelle moyenne de référence mesurée en cote pseudo-statique mensuelle moyenne au point de prélèvement en appliquant la relation empirique ;
• calcul du rabattement maximum admissible à chaque pas de temps par interpolation linéaire ;
· calcul du volume maximum d'eau prélevable.
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