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Modélisation hydrogéologique régionale des aquifères libres de la MRC de Portneuf.

Larose-Charette, Daniel (2000). Modélisation hydrogéologique régionale des aquifères libres de la MRC de Portneuf. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 326 p.

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Résumé

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Ce projet de recherche s'intègre dans un programme de cartographie régionale des aquifères du piémont laurentien dans la MRC de Portneuf. Ce programme a permis la caractérisation géologique et hydrogéologique des aquifères granulaires de surface dans cette MRC à partir des données existantes et de la modélisation numérique. La géologie de la MRC est caractérisée par une couverture de sédiments marins et glaciaires sur le socle rocheux. L'étude reconnaît plusieurs contextes hydrogéologiques, mais uniquement les contextes à plus fort potentiel aquifère, les sables et graviers deltaïques, ont été modélisés. Le modèle conceptuel développé a permis de déterminer les paramètres hydrologiques et hydrogéologiques moyens des sables et graviers de surface. La recharge des aquifères a été déterminée à partir du bilan hydrologique et des hydrogrammes de puits mesurés à quatre endroits dans la MRC. Les résultats obtenus montrent une variation annuelle de la recharge des aquifères. L'étude de sensibilité réalisée sur le calcul du bilan hydrologique démontre que l'évaluation de la recharge varie de façon significative en fonction des paramètres utilisés pour le calcul du bilan, particulièrement le coefficient de ruissellement et la réserve en eau facilement accessible dans le sol. Par conséquent, le calcul de la recharge à partir du bilan hydrologique devrait être utilisé uniquement qu'en première approximation. À l'opposé, les hydrogrammes de puits mesurent directement la variation de l'élévation de la nappe phréatique dans le sol et seulement un paramètre est estimé (porosité de drainage) pour permettre le calcul de la recharge. Cette méthode est plus précise mais il faut cependant plusieurs années de compilation de données pour connaître plus exactement la variation moyenne du niveau de la nappe phréatique et de la recharge. La valeur moyenne de la recharge estimée pour les aquifères libres dans la MRC de Portneuf est de 0,25 m/an. Les valeurs de conductivité hydraulique représentatives qui ont été compilées ont été analysées afin de connaître les valeurs pour chaque unité quaternaire présente dans la MRC. Les valeurs de conductivité hydraulique ont été estimées avec de la formule empirique de Hazen à partir de leur courbe granulométrique, en utilisant leur diamètre effectif (d10). La valeur moyenne de conductivité hydraulique pour les sables et graviers de la zone modélisée est de 3,00xl014m/s. Cette valeur de conductivité hydraulique se rapproche des valeurs obtenues à partir d'essais de perméabilité réalisés dans les sables deltaïques. La modélisation numérique a été réalisée en utilisant une combinaison des logiciels Groundwater Modeling System (GMS), FEMWATER et FRAC3DVS. Les résultats de la modélisation permettent de préciser les valeurs moyennes de recharge et de conductivité hydraulique déterminées dans le modèle conceptuel ainsi que d'évaluer les vitesses et directions d'écoulement de l'eau souterraine dans les grands aquifères libres localisés dans les sables et graviers deltaïques. Les valeurs de recharges calibrées confirment les valeurs obtenues à partir des hydrogrammes de puits. Également, les valeurs de conductivité hydraulique calibrées représentent biens les valeurs de conductivité hydraulique de référence. Les vitesses moyennes de l'eau souterraine sont de 150 m/an. Les vitesses maximales se retrouvent en bordures des rivières alors que les vitesses minimales sont identifiées au centre des bassins modélisés. La modélisation permet donc de représenter quantitativement la dynamique de l'écoulement dans les aquifères libres de la MRC de Portneuf.

Abstract

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Our hydrogeological modeling study is part of a regional hydrogeological mapping project of the Laurentian Piedmont surficial aquifers in the Portneuf area. This area is representative of the general hydrogeological context prevailing on the North shore of the St.Lawrence River. The regional mapping project provides a good geological and hydrogeological characterization of the large unconfined granular aquifers present in the study area. Our hydrogeological modeling work provides a quantitative understanding or the hydrodynamics of groundwater flow in the area and focuses on the estimation of groundwater recharge in these aquifers. The regional geology consists mainly of surficial quaternary sediments of marine and continental origin covering bedrock. Using the geological description of the sediments, five distinct hydrogeological contexts are defined. We used these contexts to focus the numerical modeling of groundwater flow only on the hydrogeological contexts having a high aquifer potential, name1y the large unconfined aquifers within the sand and gravel formed by the deltaic system related to the Jacques-Cartier and Sainte-Anne rivers. The regional piezometric map, as well as other hydrologic and hydrogeologic parameters, were used to define the conceptual hydrogeological model underlying the numerical model. The aquifer recharge rate was first estimated from a regional hydrologic mass balance and with a record water level fluctuation from three wells hydrograph. Sensitivity analyses of the hydrologic mass balance indicate that this method cannot provide a precise estimate of groundwater recharge. Therefore, recharge should not be estimated sole1y from hydrologic mass balance. Well hydrographs provide a more direct indication of recharge and only requires specific yield to be known in order to calculate recharge. A drawback ofwell hydrographs is that recharge varies significantly from year to year, thus requiring long records to provide a representative mean value of recharge. Estimated mean recharge in the sand and gravel aquifers of the study area is 250 mm/year. Data from grain size distributions of sediments were used to derive estimates of hydraulic conductivity for each hydrogeological context of the study area using the Hazen formula. The mean hydraulic conductivity in the modeled sand and gravel aquifers is 3.00xl0-4 m/s. This value is consistent with other data obtained from hydraulic tests within the same material in the area. The hydrogeological data was integrated in a numerical model to simulate groundwater flow at the regional scale. Numerical modeling has performed with two softwares: GMS and FRAC3VDS. GMS is used as an interface to generate the finite element grid, prepare the input files and graphically present the results. The input files generated by GMS are formated for FEMWATER but the files are converted for their use with FRAC3VDS which is used to perform the simulations. The model is run under steady state and saturated conditions. The saturated thickness of these unconfined aquifers was estimated in order to use saturated conditions which allowed much more efficient numerical calculcations. The calibrated modeling results provide another estimate of the mean groundwater recharge as well as a representative global hydraulic conductivity. Modeling also shows groundwater flow directions and velocities within the sand and gravel aquifers. Sensitivity analyses show that the model is much more sensitive to changes in hydraulic conductivity than modifications of groundwater recharge. The model provides a quantitative understanding of groundwater flow conditions in the unconfined aquifers of the Portneuf area and can be used to help manage and protect groundwater resources.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Therrien, René; Michaud, Yves
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: hydrologie; hydrogéologique; aquifères; Portneuf
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 26 nov. 2012 20:14
Dernière modification: 23 nov. 2015 20:14
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/324

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