CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE
3.5 Figure 3-8 Illustration des trois scénarios possibles d'interaction entre la zone racine et
3.5.1 Application de MOBIDIC-MODFLOW couplé dans le bassin versant de Thomas
Dans la première partie de la recherche, l'applicabilité de procédure de couplage entre MOBIDIC et MODFLOW pour capturer des interactions dynamiques SW-GW du bassin versant de Thomas Brook a été évaluée.
La description détaillée des résultats de la simulation et l'analyse des différences par rapport à MIKE SHE et les valeurs observées sont présentées au chapitre 4. Dans cette section, seul un bref résumé des principaux résultats sera présenté.
Le bassin de Thomas Brook (8 km2) est situé dans le bassin versant de Cornwallis et fait partie
des neuf bassins hydrographiques au Canada sélectionnés pour le projet Évaluation des pratiques de gestion bénéfiques des bassins hydrographiques dirigé par Agriculture et Agroalimentaire Canada (AAC). Les précipitations annuelles moyennes sur 30 ans à la station météorologique de Kentville, à environ 20 km en aval du bassin versant de Thomas Brook, sont de 1211 mm/ an, ainsi que des températures moyennes quotidiennes minimum et maximum de 12,2 et 6,8 °C [Ahmad et al., 2011]. Le sol fertile et les conditions climatiques favorables de la vallée d'Annapolis ont entraîné d'importants développements agricoles, la région étant identifiée
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comme l'une des principales régions productrices de fruits au Canada [Rivard et al. 2008]. Thomas Brook présente une topographie complexe, un tiers de la zone située dans sa partie amont étant très escarpée et l’altitude variant d’environ 10 cm par mètre. Les deux tiers restants dans les parties centrale et méridionale du bassin versant sont relativement plats [Rivard et al. 2008] (voir la Figure 3-9). La carte des sols dans le bassin versant de Thomas Brook montre également de grandes variations dans les formations géologiques superficielles et rocheuses (voir figures 4-2 et 4-3). Le sol de surface est principalement recouvert de till dans les parties centrale et nord du bassin versant et de dépôts glaciolacustres dans la partie sud. Trois formations aquifères se trouvent dans le bassin versant de Thomas Brook : la formation North Mountain dans la partie nord, les formations Blomidon et Wolfville dans les parties centrale et sud du bassin, respectivement.
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Figure 3-9. Carte topographique du bassin versant de Thomas Brook.
Les simulations ont été effectuées seulement pour l’année 2005, pour laquelle les niveaux d’eau souterraine dans deux puits de contrôle ainsi que les débits à la sortie du bassin versant ont été obtenus. Afin d’isoler les effets de la conceptualisation différente des flux de la zone non-saturée et de la zone saturée sur les résultats de la simulation, les paramètres communs aux deux modèles comme la conductivité saturée et coefficient de stockage des couches géologiques, ont
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été maintenue identiques, ce qui signifie que les deux modèles ont des valeurs de paramètre identiques pour la modélisation des zones saturées.
Comme il a été expliqué dans les sections précédentes, un aspect important de l’utilisation des modèles intégrés eaux de surface - eaux souterraines est la prescription des conditions initiales. Ces dernières correspondent à la carte de la nappe phréatique et de l’état d’humidité du sol dans la zone non-saturée au début de la simulation qui sont généralement dérivés d'une simulation de drainage libre du bassin versant, jusqu'à ce que le débit simulé corresponde au débit de base mesuré avant l'événement. Le débit de base pré-événement dans le bassin versant de Thomas Brook a été considérée comme étant le débit mesuré le 30 juillet 2004. L'état initial prescrit du bassin versant a ensuite été soumis à une simulation transitoire jusqu'à la fin de l'année 2005. Il est important de noter qu'aucun processus de calage n'a été effectué avec MIKE SHE et les résultats simulés sont basés sur la configuration des paramètres donnée dans les bases de données régionales [Rivard et al., 2012] et à l’échelle du terrain [Gauthier et al., 2009]. Toutefois, les coefficients des réservoirs capillaires et gravitaires dans MOBIDIC ont été ajustés de manière à exclure l'effet de la conceptualisation différente du processus d'infiltration et d'évapotranspiration des deux modèles. Par conséquent, les différences entre les réponses simulées de la nappe phréatique des deux modèles étaient principalement dues à une conceptualisation différente de la recharge des eaux souterraines et à l’interaction non-saturée et saturée des deux modèles.
La comparaison des résultats de la simulation a montré que MOBIDIC-MODFLOW peut reproduire fidèlement les fluctuations simulées de la nappe phréatique de MIKE SHE dans deux puits de contrôle. Cependant, l’effet d’une valeur constante d’emmagasinement spécifique dans MOBIDIC-MODFLOW a entraîné une sous-estimation de la fluctuation de la nappe phréatique peu profonde. En outre, une tendance similaire des variations mensuelles de la recharge d’eau souterraine simulée des deux modèles a été constatée, sauf pour les mois de juin, juillet et août, où la recharge en eau souterraine simulée par MOBIDIC-MODFLOW est plus petite que celle de MIKE SHE. Cela est dû au fait que pendant cette période, les réservoirs gravitaires de la plupart des grilles centrales et en amont (au nord) sont vides. Cela démontre encore l'effet de conceptualisation différente des zones non-saturées des deux modèles. Comme expliqué à la section 3-4, si le réservoir gravitaire est vide et que la nappe phréatique se situe en dessous de
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la zone racinaire, la recharge des eaux souterraines calculée dans MOBIDIC-MODFLOW est égale à zéro. Par contre, dans MIKE SHE, la zone non-saturée s'étend de la surface du sol à la nappe phréatique. Même si la nappe phréatique est très en dessous de la surface du sol, la redistribution du profil d'humidité entre la nappe phréatique et la zone racinaire peut produire des recharges en eau souterraine. Enfin, la comparaison de la durée d'utilisation des deux modèles a montré que la simulation avec MOBIDIC-MODFLOW est 10 fois plus rapide que celle de MIKE SHE en utilisant de PC Core i7 avec 8 Go de RAM, ce qui démontre son potentiel d’applicabilité à la modélisation des eaux de surface et des eaux souterraines à grande échelle.