Development of methodologies and numerical tools to evaluate the flow rate in free surface hydraulic systems

L’évaluation du débit en réseaux hydrauliques à surface libre est une problématique actuelle sur le plan scientifique, à forts enjeux technologiques, économiques et écologiques. Dans cette thèse, de nouvelles méthodologies d’instrumentation, basées sur une synergie entre mesures non intrusives de hauteur d’eau et modélisation numérique ont été développées. Celles-ci s’appliquent d’une part à des collecteurs dont le fonctionnement hydraulique est complexe et, d’autre part, à des ouvrages non-standard (Venturi, déversoirs d’orage). Ce travail de thèse multidisciplinaire vise une meilleure compréhension de l’écoulement pour en déduire des relations Q=f(hi) plus robustes, spécifiques à chaque site et associées à leurs incertitudes; mais également l’identification de possibles modifications du site de mesure afin d’améliorer l’estimation du débit. Au final, l’applicabilité des méthodologies développées a été éprouvée au travers de plusieurs études sur sites réels.The evaluation of the flow rate in free surface water systems is a current scientific problem, related to high technological, economical and ecological issues. In this study, new methods of instrumentation based on a synergy between non-intrusive water level measurements and numerical modeling have been developed. These methods are applied first to sewer pipes with complex hydraulic conditions then to non-standard hydraulic structures (Venturi flumes, Combined Sewer Overflows). This multidisciplinary work aims at a better understanding of the flow to identify more robust site-specific Q=f(hi) relationships related to their uncertainties. It also aims at the identification of possible modification of the measurement site in order to improve the flow rate evaluation. Finally, the applicability of the developed methodologies has been tested through several real site studies

Développement de méthodologies et d'outils numériques pour l'évaluation du débit en réseau hydraulique à surface libre

The evaluation of the flow rate in free surface water systems is a current scientific problem, related to high technological, economical and ecological issues. In this study, new methods of instrumentation based on a synergy between non-intrusive water level measurements and numerical modeling have been developed. These methods are applied first to sewer pipes with complex hydraulic conditions then to non-standard hydraulic structures (Venturi flumes, Combined Sewer Overflows). This multidisciplinary work aims at a better understanding of the flow to identify more robust site-specific Q=f(hi) relationships related to their uncertainties. It also aims at the identification of possible modification of the measurement site in order to improve the flow rate evaluation. Finally, the applicability of the developed methodologies has been tested through several real site studies.L’évaluation du débit en réseaux hydrauliques à surface libre est une problématique actuelle sur le plan scientifique, à forts enjeux technologiques, économiques et écologiques. Dans cette thèse, de nouvelles méthodologies d’instrumentation, basées sur une synergie entre mesures non intrusives de hauteur d’eau et modélisation numérique ont été développées. Celles-ci s’appliquent d’une part à des collecteurs dont le fonctionnement hydraulique est complexe et, d’autre part, à des ouvrages non-standard (Venturi, déversoirs d’orage). Ce travail de thèse multidisciplinaire vise une meilleure compréhension de l’écoulement pour en déduire des relations Q=f(hi) plus robustes, spécifiques à chaque site et associées à leurs incertitudes; mais également l’identification de possibles modifications du site de mesure afin d’améliorer l’estimation du débit. Au final, l’applicabilité des méthodologies développées a été éprouvée au travers de plusieurs études sur sites réels

Development of methodologies and numerical tools to evaluate the flow rate in free surface hydraulic systems

L’évaluation du débit en réseaux hydrauliques à surface libre est une problématique actuelle sur le plan scientifique, à forts enjeux technologiques, économiques et écologiques. Dans cette thèse, de nouvelles méthodologies d’instrumentation, basées sur une synergie entre mesures non intrusives de hauteur d’eau et modélisation numérique ont été développées. Celles-ci s’appliquent d’une part à des collecteurs dont le fonctionnement hydraulique est complexe et, d’autre part, à des ouvrages non-standard (Venturi, déversoirs d’orage). Ce travail de thèse multidisciplinaire vise une meilleure compréhension de l’écoulement pour en déduire des relations Q=f(hi) plus robustes, spécifiques à chaque site et associées à leurs incertitudes; mais également l’identification de possibles modifications du site de mesure afin d’améliorer l’estimation du débit. Au final, l’applicabilité des méthodologies développées a été éprouvée au travers de plusieurs études sur sites réels.The evaluation of the flow rate in free surface water systems is a current scientific problem, related to high technological, economical and ecological issues. In this study, new methods of instrumentation based on a synergy between non-intrusive water level measurements and numerical modeling have been developed. These methods are applied first to sewer pipes with complex hydraulic conditions then to non-standard hydraulic structures (Venturi flumes, Combined Sewer Overflows). This multidisciplinary work aims at a better understanding of the flow to identify more robust site-specific Q=f(hi) relationships related to their uncertainties. It also aims at the identification of possible modification of the measurement site in order to improve the flow rate evaluation. Finally, the applicability of the developed methodologies has been tested through several real site studies

Évaluation des incertitudes de la méthode h2Q : détermination du débit par la mesure de deux hauteurs d'eau

Cet article présente l'étude réalisée pour évaluer l'incertitude attachée à chaque valeur de débit calculé par la méthode h2Q. Le principe de la méthode h2Q repose sur la mesure de deux hauteurs d'eau distinctes d'une certaine distance couplée à un modèle hydraulique basé sur la résolution de l'équation différentielle de la courbe de remous. Le débit est ainsi déterminé à l'aide d'une différence de cotes piézométriques. Après avoir identifié les différentes sources d'incertitudes, une évaluation de chacune d'entre elles est effectuée. L'incertitude de mesure issue de la précision des capteurs de hauteur d'eau est obtenue en appliquant et en comparant trois méthodes distinctes. La méthode dite de propagation des incertitudes, la méthode des bornes et la méthode de Monte Carlo. À la suite de cette comparaison, une corrélation entre l'incertitude de mesure sur le débit et la différence de cotes piézométriques est mise en exergue. C'est l'invariabilité de l'incertitude relative vis-à-vis d'une différence de cotes piézométriques donnée qui permet d'établir une loi valable sur n'importe quel site d'étude. Par conséquent, l'incertitude de mesure est obtenue grâce à la différence de cotes piézométriques. En combinant les différentes sources d'incertitudes, l'incertitude globale sur le débit est ainsi déterminée

Les dispositifs hors norme de mesure du débit

Cet article présente, à travers trois exemples concrets de stations de mesure, trois méthodologies de détermination du débit en fonction de mesures de hauteur d'eau et éventuellement de vitesse dans le cas où aucune norme internationale n'est applicable. La première méthode s'intéresse à l'instrumentation du débit déversé d'un déversoir d'eau excédentaire. Hydrauliquement similaires à des seuils, les déversoirs ont néanmoins une géométrie souvent complexe et parfois même unique. La méthodologie proposée repose sur une analyse hydraulique, l'utilisation de la mécanique des fluides numérique 3D et un traitement des résultats dans le but de créer une loi hauteur - débit facilement exploitable. La deuxième méthode concerne le cas d'une station de jaugeage du débit par cordes de vitesse dans un collecteur. La difficulté de ce type de station vient du fait qu'elles sont généralement sous l'influence hydraulique de nombreuses singularités rendant complexe le lien entre les vitesses mesurées et la vitesse moyenne. La méthodologie proposée dans ce cas est très proche de la précédente, à la différence près que le choix des modèles doit être adapté aux variables investiguées (distribution de la vitesse et plus seulement distribution de la hauteur d'eau). Enfin, la troisième méthode s'intéresse à la détermination du débit transitant dans un collecteur au moyen de deux mesures de hauteur d'eau placées dans des regards distants. La méthodologie repose sur une analyse hydraulique, l'utilisation de l'équation de la courbe de remous (modèle 1D) et le traitement des résultats dans l'objectif de les rendre facilement exploitables

Simplified Discontinuous Galerkin Schemes for Shallow Water Simulations

International audienc

Les dispositifs hors norme de mesure du débit

Non-normalized gauging stations. This paper proposes three methodologies for the determination of discharge using water depth and velocity measurements when international standards are not applicable. Each methodology is illustrated through the use of a practical application. The first methodology deals with the instrumentation of the overflow discharge of a combined sewer overflow chamber. Even if these works are hydraulically very similar to standard weirs, their geometry is generally very complex and sometimes unique. The proposed methodology consists in a hydraulic analysis, the use of 3D computational fluid dynamics and the analysis of the simulated results in order to build simple head – discharge relationships that can be easily used by sewer managers. The second methodology deals with ultrasonic (transit-time) gauging stations where singularities have a significant influence on the link between the measured velocities and the mean velocity. The methodology for such stations is very similar to the previous one, with the exception that the models have to be chosen for simulating the velocity distribution and not only the water level distribution. Finally, the third method deals with the determination of the discharge in a sewer using two water level measurements located in two distant manholes. The methodology here consists in a hydraulic analysis, the use of the backwater curve equation (1D model) and an analysis of the simulated results to build an exploitable relationship.Cet article présente, à travers trois exemples concrets de stations de mesure, trois méthodologies de détermination du débit en fonction de mesures de hauteur d’eau et éventuellement de vitesse dans le cas où aucune norme internationale n’est applicable. La première méthode s’intéresse à l’instrumentation du débit déversé d’un déversoir d’eau excédentaire. Hydrauliquement similaires à des seuils, les déversoirs ont néanmoins une géométrie souvent complexe et parfois même unique. La méthodologie proposée repose sur une analyse hydraulique, l’utilisation de la mécanique des fluides numérique 3D et un traitement des résultats dans le but de créer une loi hauteur – débit facilement exploitable. La deuxième méthode concerne le cas d’une station de jaugeage du débit par cordes de vitesse dans un collecteur. La difficulté de ce type de station vient du fait qu’elles sont généralement sous l’influence hydraulique de nombreuses singularités rendant complexe le lien entre les vitesses mesurées et la vitesse moyenne. La méthodologie proposée dans ce cas est très proche de la précédente, à la différence près que le choix des modèles doit être adapté aux variables investiguées (distribution de la vitesse et plus seulement distribution de la hauteur d’eau). Enfin, la troisième méthode s’intéresse à la détermination du débit transitant dans un collecteur au moyen de deux mesures de hauteur d’eau placées dans des regards distants. La méthodologie repose sur une analyse hydraulique, l’utilisation de l’équation de la courbe de remous (modèle 1D) et le traitement des résultats dans l’objectif de les rendre facilement exploitables.Dufresne Matthieu François Daniel, Vazquez José, Bardiaux Jean-Bernard, Isel Sandra, Solliec Laurent. Les dispositifs hors norme de mesure du débit. In: 35es journées de l’hydraulique de la Société Hydrotechnique de France. Hydrométrie 2013. Paris, 15-16 mai 2013. 2013

Validation of wastewater data using artificial intelligence tools and the evaluation of their performance regarding annotator agreement

To prevent the pollution of water resources, the measurement and the limitation of wastewater discharges are required. Despite the progress in the field of data acquisition systems, sensors are subject to malfunctions that can bias the evaluation of the pollution flow. It is therefore essential to identify potential anomalies in the data before any use. The objective of this work is to deploy artificial intelligence tools to automate the data validation and to assess the added value of this approach in assisting the validation performed by an operator. To do so, we compare two state-of-the-art anomaly detection algorithms on turbidity data in a sewer network. On the one hand, we conclude that the One-class SVM model is not adapted to the nature of the studied data which is heterogeneous and noisy. The Matrix Profile model, on the other hand, provides promising results with a majority of anomalies detected and a relatively limited number of false positives. By comparing these results to the expert validation, it turns out that the use of the Matrix Profile model objectifies and accelerates the validation task while maintaining the same level of performance compared to the annotator agreement rate between two experts. HIGHLIGHTS The subjective nature of manual validation of wastewater data limits the agreement rate between different experts.; Artificial intelligence approaches based on binary clusterings, such as OC-SVM, are not adapted to anomaly detection in turbidity data.; Matrix profile is being evaluated on wastewater data for the first time and shows promising results.

Evaluación de la prescripción de medicamentos en consultas de Gastroenterología

Se realizó un estudio descriptivo y transversal, de tipo farmacoepidemiológico, de 426 pacientes atendidos en las consultas de Gastroenterología del Hospital General Docente "Dr. Juan Bruno Zayas Alfonso" y del Policlínico Docente "Ramón López Peña" de Santiago de Cuba, de mayo del 2011 a igual mes del 2012, quienes consumían medicamentos bajo indicación facultativa (o se automedicaban), con vistas a evaluar dichas prescripciones. En la serie, el grupo farmacológico más prescrito fue el de los antiácidos, con un mayor consumo del Alusil® y el Silogel®, y entre las prescripciones inadecuadas predominaron las asociaciones medicamentosas para la cimetidina y la metoclopramida, así como la incorrecta individualización al recetar el Alusil®; de igual manera, la polimedicación resultó el factor más relacionado con la prescripción inadecuad