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Couplage des outils SIG avec MODFLOW en vue de la simulation des écoulements dans les
eaux souterraines
(Modèle de la Géodatabase)
Hazar BOUZOURRAA
E. N. I. T. - BP. 37, Le Belvédère - 1002 Tunis - Tél : (216 1) 874 700 - Fax : (216 1) 872 729
Laboratoire de Modélisation en Hydraulique et Environnement (LMHE), ENIT
hazar.bouzourra@gmail.com
Présentée par:
CONGRES INTERNATIONAL GEOTUNIS 2009
Sur l’:
« Apport des Technologies Géomatiques dans l’étude des ressources en eau et le
suivi du phénomène de la désertification » CORMMUNICATION SUR
2Hazar BOUZOURRAA
Plan
I. Présentation de la zone d’étudeI. Présentation de la zone d’étude
II. Étude de la qualité et des sources de salinisation des II. Étude de la qualité et des sources de salinisation des eaux souterraineseaux souterraines
III. Modélisation hydrodynamique de la nappe de Ghar el III. Modélisation hydrodynamique de la nappe de Ghar el Melh –Aousja Utique (Couplage du modèle de la Melh –Aousja Utique (Couplage du modèle de la Géodatabase et du modèle numérique de la simulation de Géodatabase et du modèle numérique de la simulation de l’écoulement)l’écoulement)
Conclusion et perspectivesConclusion et perspectives
3Hazar BOUZOURRAA
But de cette étude :
La mise en place d’une base de données hydrogéochimique qui supporte les investigations hydrogéologiques et les processus de modélisation des écoulements souterraines , comme suit:
Modélisation géochimique des eaux souterraines par étude de leurs qualités et les sources potentielles de salinisation.
Optimisation des ressources d’eaux souterraines de la nappe phréatique de Ghar el Melh-Aousja-Utique .
4Hazar BOUZOURRAA
Problématiques liés à la phase de réalisation
Site d’étude
Aucune investigation géochimique isotopique a été mise pour la caractérisation des eaux souterraines de la nappe de Ghar el Melh
Dépourvu des données hydrodynamiques, et si elles existaient-elles sont soit non archivées, soit dans les carnets des anciens techniciens
Aucune optimisation des ressources des eaux souterraines
5
Cadre Géographique
-Fait partie de la Tunisie orientale
-limitée par les reliefs de bordure :
Fig.1 -Localisation géographique de la zone d'étude Cadre Géologique
- Affleurements d’age Mio-Pliocène et Quaternaire.
Cadre Structural
-Le plissement général est d’age Quaternaire attribué
au Villafranchien (Ben Ayed et al. (1996) )
Fig.2- Carte géologique de Porto Farina, Feuille n°7, OTC 48-49
I. Présentation de la zone d’étude
Hazar BOUZOURRAA
J.Demnia , J.Ennadour,J.Kéchabta, J.Menzel Ghoul, -
-les exutoires naturels :la lagune de Ghar el Melh et
la mer Méditerranéenne.
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Cadre Agricole
Cadre Climatique
-Un climat de type Méditerranéen chaud
-des températures moyennes de l’ordre de : 11°C en Janvier
27°C en Juillet - La moyenne interannuelle des pluies ≈ 450 mm/an.
- L’évapotranspiration annuelle est de l’ordre de ≈ 1500 mm/an.
-Une activité agricole très intense:
Fig 4: Carte d’Aménagement hydro agricole
Hazar BOUZOURRAA
I. Présentation de la zone d’étude
*** l’irrigation y est soutenue par les eaux saumâtres de l’oued Medjerda ( origine: barrage de Sidi Salem).
** avec un réseau de drainage très développé
•Multiplicité des périmètres irrigués sur plus de 7193 ha,
implantés depuis 1990.
(PPI de Aousja, d’Utique, de Tobia et de Kalâat Landalous).
7
Cadre Hydrologique
Cadre Hydrogéologique
Bassin versant qui couvre d’environ 25624 ha,
subdivisé en sous bassins :
Fig.5- Modèle numérique de terrain de la zone d’étude
- de Ghar el Melh, de Gournata et d’Ezzouaouine
-Le réseau hydrographique de la région est
Assez développé du fait de la présence d’un relief
important qui favorise les écoulements de surface.
-Nappe côtière logée dans le Plio-Quaternaire (formations de PortoFarina et les alluvions récents du
Quaternaire), dont le mur est les marnes de Rafraf.
- Nappe captée par les eaux de surface
Hazar BOUZOURRAA
I. Présentation de la zone d’étude
8Hazar BOUZOURRAA
Phase d’Acquisition des données hydro chimiques
• GPS:Trimble GeoXTPositionnement géographique
Des puits en activité
Echantillonnage et Analyses
Chimique (2007 -2008)
•Éléments majeurs (Na, Ca, Mg, K, Cl, SO4, HCO3, NO3)
• Éléments traces (Br,F)
Mesures in situ la conductivité électrique ,le pH et les hauteurs piézométriques
Base de données hydrogéochimique
Importation des données acquises sous « AquChem »
(Rockware; www.rockware.com)
MsAccess SGBD Relationnelle
9Hazar BOUZOURRAA
Étude de la qualité et des sources de salinisation des eaux souterraines
10Hazar BOUZOURRAA
Modélisation de la qualité des eaux souterraines « AquaChem »U
tilis
atio
ns
des
trac
eurs
géo
chim
iqu
es
Calcul des équilibres chimique : indices de saturation module de « PhreeqC »
Br/Cl : des faibles rapports sont très inférieurs
au rapport marin, montrent ainsi que le chlore
provient de la dissolution des dépôts évaporites
d’origine sédimentaires.
L’eau de cette nappe est sous-saturée vis-à-vis de la halite ,le gypse et vis-à-vis la fluorine .
La dissolution de la halite contribue donc à l’enrichissement du milieu en ions très solubles en Na , Cl, Ca et SO4.
Classification et filtration des faciès géochimiques
Représentation en classes majeurs par le diagramme de « Piper » Représentation en sous classes par le « Stiff »
Origines des eaux souterraines : classification de de Fetter (1994) et Méthode d’Hounslow (1995)
La majorité des eaux de cette nappe sont des eaux saumâtres
dont les solutés dérivent d’une origine évaporitique.
11Hazar BOUZOURRAA
Mise en place d’un modèle de simulation
des écoulements des eaux souterraines
« Modèle de la Géodatabase personnelle »
12Hazar BOUZOURRAA
Modèle de la « Géodatabase personnelle » : ArcGIS - ESRI
MsAccess: « SGBDR »
Modèle Orienté Objet( UML: Unified Modeling Language)
Modèle de Structuration des données SIG :
Notion de classes d’objets vectorielles « feature class »
l’objet de classe peut avoir des méthodes et des évènements
Relations topologiques entre les classes d’objets vectorielles (règles d’intégrités et de validités)
Notion d’héritage : dérivation d’entités de classes
Des tables attributaires
Des matrices « raster Datasets »
13Hazar BOUZOURRAA
Environnement de travail « Softwares »
Géodatabase personnelle ArcGIS-ESRI
Arc Hydro Groundwater
(AHGW) Tools
-Modèle conceptuel de la Géodatabase
Impl
émen
tatio
n du
sch
éma
de la
Géo
data
base
XML
eXtensible Markup Language Schéma conceptuel du modèle
numérique
Implém
entation du
Modèle de Sim
ulation
hydrodynamique
http://www.aquaveo.com/archydro-groundwater
•Modèle de structuration de données géo spatiales et attributaires
•Un environnement de visualisation et de stockage de données
•Environnement de traitement et d’analyse des données géospatiales
- Entités- Entités
- Attributs- Attributs
-RelationsRelations
-Jeu de données RASTERJeu de données RASTER
Base de données Base de données hydrogéochimiquehydrogéochimique
AquChem
Import
MsAccess: « SGBDR »
- Outil de modélisation
(pré/post traitement)
modèles numériques de simulation
14Hazar BOUZOURRAA
- Modèle de données de simulation de l’écoulement souterrain
Arc Hydro Groundwater
(AHGW) Tools
Observations
OUTNAMISCALSTOMULTHEVHTOMULTGBEVFGBTOMULTDREVFDRTOMULTRVEVFRVTOMULTCHEVFCH
OBSVars
TextLong Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDouble
HOBIDOBSNAMIJROFFCOFFITT
HOB
OIDTextLong Int.DoubleDoubleShort Int.
HOBIDLayerPR
HOBLayers
Long Int.Long Int.Double
HOBIDOBSNAMIREFSPTOFFSETHOBSHSIMSTAThSTATddSTATFLAGPLOTSYMBOL
HOBTimes
Long Int.TextLong Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleShort Int.Long Int.
1
1..*
1..*
FLOBIDFLOBTypeOBSNAMIREFSPTOFFSETHOBSHSIMSTATISTICSTATFLAGPLOTSYMBOL
FLOB
OIDTextTextLong Int.DoubleDoubleDoubleDoubleShort Int.Long Int.
FLOBIDIJKFactor
FLOBFactors
Long Int.Long Int.Double
1
1..*
Solvers
MXITERNPARMACCLHCLOSEIPCALCWSEEDIPRSIP
SIP
Long Int.Long Int.DoubleDoubleShort Int.DoubleLong Int.
MXITERACCLHCLOSEIPRSOR
SOR
Long Int.DoubleDoubleLong Int.
MXITERITER1NPCONDHCLOSERCLOSERELAXNBPOLIPRPCGMUTPCGDAMP
PCG
Long Int.Long Int.Short Int.DoubleDoubleDoubleShort Int.Long Int.Short Int.Double
ITMXMXUPMXLOWMXBWIFREQMUTD4ACCLHCLOSEIPRD4
DE4
Long Int.Long Int.Long Int.Long Int.Short Int.Short Int.DoubleDoubleLong Int.
RCLOSEIITERHCLOSEMXITERDAMPIADAMPIOUTGMGISMISCRELAX
GMG
DoubleLong Int.DoubleLong Int.DoubleShort Int.Short Int.Short Int.Short Int.Double
STOR1STOR2STOR3ICGMXITERMXCYCBCLOSEDAMPIOUTAMGDUPDLOW
LMG
DoubleDoubleDoubleShort Int.Long Int.Long Int.DoubleDoubleShort Int.DoubleDouble
Output
TimeIDSPNumTSNumTotalTimePeriodTimeAbsoluteTime
OutputTime
OIDLong Int.Long Int.DoubleDoubleDate
TimeIDIJKFlowTypeFlow
OutputFlow
Long Int.Long Int.Short Int.Double
FileTypeDescriptionFormatCompressFilePath
OutputFiles
TextTextTextTextBlobText
TimeIDIJKHead
OutputHead
Long Int.Long Int.Double
TimeIDIJKDrawdown
OutputDrawdown
Long Int.Long Int.Double
Parameters
ZoneIDIJIZON
Zones
Long Int.Long Int.Long Int.
ParamIDPARNAMPARTYPETableCodeFieldCodeParvalBKeyvalBLBUBSCALLNISENSLogInterpLogMinValTiedSource
Params
OIDTextTextTextTextDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleShort Int.Short Int.Short Int.DoubleTextShort Int.
ClusterIDParInstIDLayerZoneIDMultID
Clusters
OIDLong Int.Long Int.Long Int.Long Int.
MultIDIJRMLT
Multipliers
OIDLong Int.Double
ParamIDPointNameParvalBISENSMultIDSourceID
PilotPts
Long int.TextDoubleDoubleShort Int.Long Int.Long Int.
ParInstIDInstNameParamID
ParInstances
OIDTextLong Int.
1
0..*
MultIDMultNameArrayMultFunction
MultNames
OIDTextLong Int.Text
ZoneIDZoneNameArrayMult
ZoneNames
OIDTextLong Int.
1
1..*
1
1..*
1..*
1
1..*
1
1
1..*
0..*ClusterIDIZ
IZ
Long Int.Long Int.
1..*
1
ParInstIDSPID
ParInstSP
Long Int.Long Int.
0..*
1
Block-Centered Flow (BCF6)
HDRYIWDFLGWETFCTIWETITIHDWET
BCFVars
DoubleShort Int.DoubleLong Int.Short Int.
LayerLAYAVGLAYCONTRPYAM_Sf1AM_TranAM_HYAM_VcontAM_Sf2AM_WETDRY
BCFLayers
Long Int.Short Int.Short Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDouble
IJKHYTranVcontSf1Sf2WETDRY
BCFProperties
Long Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDouble
List-Based Stress Packages
IJKSPIDStageCondRbotIFACECondfactSourceID
RIV
Long Int.Long Int.DoubleDoubleDoubleLong Int.DoubleLong Int.
IJKSPIDQQfactIFACESourceID
WEL
Long Int.Long Int.DoubleDoubleLong Int.Long Int.
IJKSPIDElevationCondIFACECondfactSourceID
DRN
Long Int.Long Int.DoubleDoubleLong Int.DoubleLong Int.
IJKSPIDSheadEheadShdfactEhdfactSourceID
CHD
Long Int.Long Int.DoubleDoubleDoubleDoubleLong Int.
IJKSPIDBheadCondIFACECondfactSourceID
GHB
Long Int.Long Int.DoubleDoubleLong Int.DoubleLong Int.
IJK1IJK2HydchrFactorSourceID
HFB6
Long Int.Long Int.DoubleDoubleLong Int.
Array-Based Stress Packages
Recharge (RCH)
NRCHOP
RCHVars
Short Int. IJSPIDRECHIRCH
RCHArrays
Long Int.Long Int.DoubleLong Int.
Evapotranspiration (EVT)
NEVTOP
EVTVars
Short Int. IJSPIDSURFEVTREXPDIEVT
EVTArrays
Long Int.Long Int.DoubleDoubleDoubleLong Int.
SPIDAM_RECHAM_IRCH
RCHArrayMult
Long Int.DoubleLong Int.
SPIDAM_SURFAM_EVTRAM_EXPDAM_IEVT
EVTArrayMult
Long Int.DoubleDoubleDoubleLong Int.
Basic (BAS6)
IJKIBOUNDSTRT
Basic
Long Int.Long Int.Double
OptionsHNOFLOHEADNG1HEADNG2
BASVars
TextDoubleTextText
LayerAM_IBOUNDAM_STRT
BasicArrayMult
Long Int.Long Int.Double
MODFLOW_VersionDataModelVersion
MDFGlobals
TextText
Global Settings
FileTypeNunitFnameUse
NameFile
TextLong Int.TextShort Int.
Arc Hydro Groundwater
HydroIDHydroCodeIJ
Cell2D
Long Int.TextLong Int.
HydroIDHydroCodeIJ
Node2D
Long Int.TextLong Int.
HydroIDHydroCodeIJK
Cell3D
Long Int.TextLong Int.
HydroIDHydroCodeIJK
Long Int.TextLong Int.
Node3D
IJKIJIJK
CellIndex
Long Int.Long Int.Long Int.Long Int.Long Int.
Discretization (DIS)
DirectionNumWidth
DELRC
TextLong Int.Double
IJKTopElev
TopElev
Long Int.Double
IJKBotmElevBotmElevCBD
BotmElev
Long Int.DoubleDouble
SPIDPERLENNSTPTSMULTSSorTrRIV_ITMPWEL_ITMPDRN_ITMPGHB_ITMPCHD_ITMPRCH_INRECHRCH_INIRCHEVT_INSURFEVT_INEVTREVT_INEXDPEVT_INIEVT
StressPeriods
Long Int.DoubleLong Int.DoubleTextShort Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.
LayerLAYCBDAM_TopElevAM_BotmElevAM_BotmElevCBD
DISLayers
Long Int.Short Int.DoubleDoubleDouble
NLAYNROWNCOLITMUNILENUNIRefTime
DISVars
Long Int.Long Int.Long Int.Short Int.Short Int.Date
Output Control (OC)
IBCFCBILPFCBIRIVCBIWELCBIDRNCBIGHBCBIRCHCBIEVTCB
CBFlags
Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.
IHEDFMIDDNFMIHEDUNIDDNUNIBDOPTIAUXSV
OCVars
Short Int.Short Int.Long Int.Long Int.Long Int.Short Int.
SPIDTSNumIHDDFLIBUDFLICBCFLHdprDdprHdsvDdsv
OCTS
Long Int.Long Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.
SEN, PES Processes
ISENALLIUHEADIPRINTSISENSUISENPUISENFM
SEN
Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.Short Int.
MAXITERMAXCHANGETOLSOSCIBEFLGIYCFLGIOSTARNOPTNFITSOSRRMARRMARMIAPIPRCOVIPRINTLPRINTCSAFCONVLASTX
PES
DoubleDoubleDoubleDoubleShort Int.Short Int.Short Int.Short Int.Long Int.DoubleDoubleDoubleShort Int.Short Int.Short Int.Short Int.DoubleDoubleDouble
Layer-Property Flow (LPF)
HDRYWETFCTIWETITIHDWET
LPFVars
DoubleDoubleLong Int.Short Int.
LayerLAYTYPLAYAVGCHANILAYVKALAYWETAM_HKAM_HANIAM_VKAAM_SsAM_SyAM_WETDRYAM_VKCB
LPFLayers
Long Int.Short Int.Short Int.DoubleShort Int.Short Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDouble
IJKHKHANIVKASsSyWETDRYVKCB
LPFProperties
Long Int.DoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDoubleDouble
MODFLOW 2000-USGS
Module: Modflow Analyst
module: MOFLOW Data Model
•la recharge (RCH),
•l’exploitation (WEL),
•La rivière (RIV),
•le drainage (DRN) et
•Evapotranspiration (EVT)
PMWIN
(MODFLOW-USGS)
Fichiers d’entrés /sorties:
-Données rasters (ASCII)
-Fichiers (.dat)
Des entités de classes qui représentent
les données de simulation
(Domaine, Cellule 2D et 3D, Noeuds ) Un jeu de Données entrés /sorties
- Tables attributaires
Un modèle de « Géodatabase » Même Approximation de l'équation
d'écoulement par les différences finies
Le même schéma numérique
Les modules sont groupés dans les paquets qui traitent des aspects simples de la simulation:
Ces paquets ont été employés dans cette étude.
15Hazar BOUZOURRAA
III. Modèle conceptuel de la Géodatabase
le domaine, les classes d’entités, les tables attributaires, La topologie, les relations,
les sous-type ont été créés dans la « Géodatabase »
16Hazar BOUZOURRAA
III. Modélisation de la nappe de Ghar el Melh -Aousja -Utique
État de référence
-Année de 1972 état piézométrique établi à partir de 42observations de puits de surface.
Fig. - Amélioration de l’état piézométrique de référence ( Avril 1972 )
Écoulement en régime permanent
* Équation de l’écoulement:
* Méthode numérique:
Des différences finis
17Hazar BOUZOURRAA
Fig.26- Modèle conceptuel : Discrétisation du domaine en mailles carrées spatialisée « 2D » et les conditions aux limites
III.1.Conceptualisation du modèle hydrogéologique
- Nœuds 2D
- Cellule 2D
Discrétisation du domaine en mailles carrées
Spatialisées « 2D »
Dimensions adoptés de chaque maille carrée :
100 m x 100 m
Type est « confiné »
Système aquifère Plio-Quaternaire considéré comme un seul domaine en continuité hydraulique (monocouche).
18Hazar BOUZOURRAA
III.2.Les conditions aux limites et le processus de calibration
charge imposée pour h=cte
condition de Dirichlet
condition de Neumann
ET est une fonction linéaire qui dépend de La hauteur d’extinction et de la surface topographique ( MNT raster)
Paquets: -flux de recharge
-flux d’exploitation-flux d’évaporation
Charge imoséepour h=0
19Hazar BOUZOURRAA
-Les résultats sont exprimés sous la forme :
De différences entre les valeurs mesurées et calculées aux points de mesures et par comparaison des
cartes piézométriques de référence et calculée .
Fig.28. Hauteurs piézométriques calculées en fonctions de celles observées dans les points de mesure
D’un bilan de différents flux d’eau échangés entre la nappe et son environnement .
III.3.Résultats du calage
20Hazar BOUZOURRAA
Tableau 1- Bilan des flux d’entrée- sortie
le flux d’eau sortant par évaporation correspond à un débit de 40 m3/an/ha.
Le taux de sels laissé par l’eau évaporée dans 1m2 correspond à 128 g/an/m2.
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Conclusion et perspectives
Hazar BOUZOURRAA
Au terme de cette étude hydro chimique, nous pouvons conclure que :
Le modèle hydrogéologique de la nappe a permis de vérifier la cohérence des modèles géologiques et hydrogéochimiques et de valider les données acquises, bien que calibrées uniquement en régime permanent de l’écoulement .
Ce modèle peut servir de base à modéliser le transport des polluants et des sels dans cette nappe.
Nous avons mis une méthodologie qui intègre le modèle d'écoulement d'eaux souterraines et la technologie de GIS pour pour l’optimisation des ressources en eaux de la .
l’hétérogénéité des faciès géochimiques et la qualité médiocre des eaux souterraines sont dues aux facteurs sédimentaires, propres à l’aquifère : présence d’évaporites sédimentaires et abondance d’argiles.
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Merci de votre attentionMerci de votre attention
Thank you for your attentionThank you for your attention
Hazar BOUZOURRAA
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