Couplage des outils SIG avec MODFLOW en vue de la simulation des écoulements dans les eaux souterraines (Modèle de la G

1. Laboratoire de Modélisation en Hydraulique et Environnement (LMHE), ENIT 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 Couplage des outils SIG avec MODFLOW en vue de la simulation des écoulements dans les eaux souterraines (Modèle de la Géodatabase) Présentée par: HazarBOUZOURRAA hazar.bouzourra@gmail.com E. N. I. T. - BP. 37, Le Belvédère - 1002 Tunis - Tél : (216 1) 874 700 - Fax : (216 1) 872 729

2. Plan I. Présentation de la zone d’étude II. Étude de la qualité et des sources de salinisation des eaux souterraines III. Modélisation hydrodynamique de la nappe de Ghar el Melh –Aousja Utique (Couplage du modèle de la Géodatabase et du modèle numérique de la simulation de l’écoulement) Conclusion et perspectives Hazar BOUZOURRAA

3. 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 . Hazar BOUZOURRAA

4. Problématiques liés à la phase de réalisation Site d’étude • Dépourvu des données hydrodynamiques, et si elles existaient-elles sont soit non archivées, soit dans les carnets des anciens techniciens • Aucune investigation géochimique isotopique a été mise pour la caractérisation des eaux souterraines de la nappe de Ghar el Melh • Aucune optimisation des ressources des eaux souterraines Hazar BOUZOURRAA

5. I. Présentation de la zone d’étude • Cadre Géographique • Fait partie de la Tunisie orientale • limitée par les reliefs de bordure : • J.Demnia , J.Ennadour,J.Kéchabta, J.Menzel Ghoul, - • les exutoires naturels :la lagune de Ghar el Melh et la mer Méditerranéenne. • Cadre Géologique Fig.1 -Localisation géographique de la zone d'étude - 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 Hazar BOUZOURRAA

6. I. Présentation de la zone d’étude • 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. • Cadre Agricole • Une activité agricole très intense: • Multiplicité des périmètres irrigués sur plus de 7193 ha, • implantés depuis 1990. • (PPI de Aousja, d’Utique, de Tobia et de Kalâat Landalous). Fig 4: Carte d’Aménagement hydro agricole ** avec un réseau de drainage très développé *** l’irrigation y est soutenue par les eaux saumâtres de l’oued Medjerda ( origine: barrage de Sidi Salem). Hazar BOUZOURRAA

7. I. Présentation de la zone d’étude • Cadre Hydrologique Bassin versant qui couvre d’environ 25624 ha, subdivisé en sous bassins : • 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. • Cadre Hydrogéologique Fig.5- Modèle numérique de terrain de la zone d’étude • 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

8. Phase d’Acquisition des données hydro chimiques Positionnement géographique Des puits en activité • GPS:Trimble GeoXT • Éléments majeurs (Na, Ca, Mg, K, Cl, SO4, HCO3, NO3) • Éléments traces (Br,F) Echantillonnage et Analyses Chimique (2007 -2008) • la conductivité électrique ,le pH et les hauteurs piézométriques Mesures in situ  Importation des données acquises sous « AquChem » Base de données hydrogéochimique (Rockware; www.rockware.com) MsAccess SGBD Relationnelle Hazar BOUZOURRAA

9. Étude de la qualité et des sources de salinisation des eaux souterraines Hazar BOUZOURRAA

10. Modélisation de la qualité des eaux souterraines « AquaChem » • Classification et filtration des faciès géochimiques • Représentation en classes majeurs par le diagramme de « Piper » • Représentation en sous classes par le « Stiff » • Calcul des équilibres chimique : indices de saturation module de « PhreeqC » • 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. Utilisations des traceurs géochimiques • 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. • 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. Hazar BOUZOURRAA

11. Mise en place d’un modèle de simulation des écoulements des eaux souterraines « Modèle de la Géodatabase personnelle » Hazar BOUZOURRAA

12. Modèle de la « Géodatabase personnelle » : ArcGIS - ESRI • Modèle de Structuration des données SIG : MsAccess: « SGBDR » • Modèle Orienté Objet( UML: Unified Modeling Language) • 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 » Hazar BOUZOURRAA

13. Environnement de travail « Softwares » • 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 Géodatabase personnelleArcGIS-ESRI AquChem Import Implémentation du Modèle de Simulation hydrodynamique Base de données hydrogéochimique MsAccess: « SGBDR » Implémentation du schéma de la Géodatabase Arc Hydro Groundwater (AHGW) Tools Schéma conceptuel du modèle numérique • Outil de modélisation • (pré/post traitement) • modèles numériques de simulation XML eXtensible Markup Language • Modèle conceptuel de la Géodatabase • - Entités • - Attributs • Relations • Jeu de données RASTER http://www.aquaveo.com/archydro-groundwater Hazar BOUZOURRAA

14. - Modèle de données de simulation de l’écoulement souterrain Arc Hydro Groundwater (AHGW) Tools Fichiers d’entrés /sorties: • module: MOFLOW Data Model • Module: Modflow Analyst MODFLOW 2000-USGS PMWIN (MODFLOW-USGS) • Un modèle de « Géodatabase  »  Même Approximation de l'équation d'écoulement par les différences finies  Le même schéma numérique • Des entités de classes qui représentent les données de simulation • (Domaine, Cellule 2D et 3D, Noeuds ) • Données rasters (ASCII) • Fichiers (.dat) • Un jeu de Données entrés /sorties - Tables attributaires • Les modules sont groupés dans les paquets qui traitent des aspects simples de la simulation: • la recharge (RCH), • l’exploitation (WEL), • La rivière (RIV), • le drainage (DRN) et • Evapotranspiration (EVT) • Ces paquets ont été employés dans cette étude. Hazar BOUZOURRAA

15. 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 » Hazar BOUZOURRAA

16. 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. • Écoulement en régime permanent * Équation de l’écoulement: * Méthode numérique: Fig. - Amélioration de l’état piézométrique de référence ( Avril 1972 ) • Des différences finis Hazar BOUZOURRAA

17. III.1.Conceptualisation du modèle hydrogéologique - Cellule 2D - Nœuds 2D • Système aquifère Plio-Quaternaire considéré comme un seul domaine en continuité hydraulique (monocouche). • Discrétisation du domaine en mailles carrées Spatialisées « 2D » • Dimensions adoptés de chaque maille carrée : • 100 m x 100 m • Type est « confiné » Fig.26- Modèle conceptuel : Discrétisation du domaine en mailles carrées spatialisée « 2D » et les conditions aux limites Hazar BOUZOURRAA

18. III.2.Les conditions aux limites et le processus de calibration Charge imosée pour h=0  condition de Dirichlet charge imposée pour h=cte  condition de Neumann Paquets: -flux de recharge -flux d’exploitation -flux d’évaporation ET est une fonction linéaire qui dépend de La hauteur d’extinction et de la surface topographique ( MNT raster) Hazar BOUZOURRAA

19. III.3.Résultats du calage • 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 . • D’un bilan de différents flux d’eau échangés entre la nappe et son environnement . Fig.28. Hauteurs piézométriques calculées en fonctions de celles observées dans les points de mesure Hazar BOUZOURRAA

20. 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. Hazar BOUZOURRAA

21. Conclusion et perspectives Au terme de cette étude hydro chimique, nous pouvons conclure que :  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.  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 .  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. Hazar BOUZOURRAA

22. Merci de votre attentionThank you for your attention Hazar BOUZOURRAA