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Comparaison des méthodes de détermination des périmètres de protection des ouvrages de captage d'eau souterraine dans les aquifères granulaires du piémont Laurentien.

Paradis, Daniel (2000). Comparaison des méthodes de détermination des périmètres de protection des ouvrages de captage d'eau souterraine dans les aquifères granulaires du piémont Laurentien. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 262 p.

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Résumé

Les activités humaines sont souvent la cause de la dégradation des sources d'eau potable. Depuis plusieurs années, certaines municipalités ont connu des problèmes de qualité de leur eau souterraine suite à la contamination par des agents polluants tels les chlorures, l'aldicarbe, les hydrocarbures et les nitrates. Certains ouvrages de captage municipaux ont même dû être abandonnés. La gestion des sources potentielles de contamination contenues à l'intérieur des périmètres de protection (PDP) déterminés autour des ouvrages de captage constitue une méthode efficace de préservation de la qualité de l'eau souterraine. Le PDP circonscrit un territoire comprenant la surface et le sous-sol autour d'un ou de plusieurs ouvrages de captage (puits ou sources) et à l'intérieur duquel des contaminants peuvent migrer et éventuellement contaminer le ou les ouvrages de captage. Au Québec, le ministère de l'environnement (MENV) définit trois périmètres distincts : (1) le périmètre immédiat, visant à protéger le captage et ses équipements. correspondant à une zone clôturée de rayon minimal de 30 mètres autour du captage; (2) le périmètre rapproché, visant à protéger le captage contre les sources de contamination bactérienne ou virale, correspondant à un temps de transport de 60 jours ou à une distance minimale de 100 mètres à partir du captage et (3) le périmètre éloigné visant à protéger le captage contre les substances polluantes persistantes et défini par l'aire d'alimentation du captage. Il existe plusieurs méthodes de détermination des PDP. Ces méthodes varient de simple d'application à des méthodes très complexes et dispendieuses. De façon générale, plus la méthode permet l'intégration des caractéristiques géologiques, hydrologiques et hydrogéologiques du milieu, plus elle est précise. La principale problématique dans l'établissement des PDP consiste à faire le choix d'une méthode qui assure une détermination réaliste de ces périmètres à partir d'un minimum d'informations et pour un minimum de coûts. Ainsi, les principaux objectifs de ce mémoire sont d'appliquer, de comparer et de valider différentes méthodes de détermination des PDP ainsi que d'évaluer l'influence de l'incertitude reliée à l'évaluation des paramètres hydrogéologiques sur la forme et les dimensions de ces périmètres pour différents contextes hydrogéologiques de la MRC de Portneuf. Les types d'ouvrage de captage considérés sont un réseau de puits (20 pointes filtrantes) situé à Pont-Rouge et aménagé dans les dépôts meubles ainsi qu'une zone de résurgence (sources) captée au contact d'un aquifère sableux et d'un aquitard située à Saint-Alban. Ces captages sont parmi les plus importants de la MRC de Portneuf. L'approche utilisée pour la validation des méthodes consiste à faire le choix de la méthode qui représente le mieux le contexte hydrogéologique du site et à utiliser le périmètre obtenu par cette méthode comme base de comparaison pour la validation des autres méthodes. La comparaison des PDP éloignés est faite avec l'aire d'alimentation déterminée par cartographie hydrogéologique (piézométrie), alors que pour les PDP rapprochés cette comparaison est faite avec la zone de transport de 60 jours obtenue par modélisation numérique avec MODFLOW et MODPATH. Les méthodes comparées sont des équations de bilan de masse (infiltration et cylindre), des équations analytiques simples (écoulement uniforme, temps de transport avec la loi de Darcy et temps de transport de Bear et Jacobs, 1965), la méthode empirique de Civita (1995), la cartographie hydrogéologique, la méthode 3A2E, la modélisation par éléments analytiques (WhAEM) et la modélisation numérique (MODFLOW-MODPATH). Pour les PDP éloignés et rapprochés des sites de Pont-Rouge et de Saint-Alban, ta méthode 3A2E donne les meilleurs résultats d'un point de vue précision-coûts. Dans tous les cas étudiés, le rapport d'aire commune obtenue par cette méthode est toujours supérieur à 82% et la quantité d'informations nécessaire à son utilisation est minimale. Cependant, puisque cette méthode est indépendante de l'écoulement, celle-ci doit être appliquée avec discernement. Pour une évaluation plus précise des PDP éloigné et rapprochés, la cartographie hydrogéologique et la modélisation numérique doivent être envisagées.

Abstract

Human activities surrounding wells and springs are often responsible for the poor quality of the drinking water obtained from groundwater. Some municipal wellfields have even been abandoned due to contamination from hydrocarbons, nitrates or other types of pollutants The management of potential contaminant sources within wellhead protection area (WHPA) is a recognized preventive approach to preserve the quality of exploited groundwater resources. Numerous methods have been proposed for the delineation of WHPA. They range from simple to very complex and their cost varies accordingly. Until now, no comparative study has ever been conducted on WHPA delineation methods in Quebec. A need was thus felt for a comparative study that would also provide guidelines on the minimal level of characterization required and the most effective methods available for delineating a WHPA. The study covers the delineation of WHPA for wells and springs in unconfined aquifers. The study was carried out in the Portneuf area where large sand and gravel unconfined aquifers are widely used for water supply. Two study areas were chosen, including one for wells and one for springs in different hydrogeological setting and groundwater exploitation conditions. At each site, a thorough hydrogeological characterization was carried out to provide a reference for the evaluation of the WHPA methods. The WHPA delineation methods compared include Volumetric Flow Equation, Uniform Flow Equation, Time of Travel Analytical Equation, Empirical Equation, Hydrogeologic Mapping, 3A2E Method, Analytical Element Modeling and Numerical Modeling. These methods were compared using the areas obtained for the zone of contribution (ZOC) and the 60 days zone of transport (60 d ZOT) obtained from each method. We defined a "common area ratio” as the ratio of the area of the ZOC obtained from the different WHPA methods over the area obtained from hydrogeological mapping. Similarly, a “common area ratio” for the 60 d ZOT was calculated for the area obtained by the WHPA method over the area obtained from a numerical groundwater model developed for each site. For the ZOC and the 60 d ZOT of the Pont-Rouge and Saint-Alban sites, the 3A2E method gives the best results considering both the precision of the area delineated compared to the references as well as the ease of application of the method (amount of data required, ease of use). In all cases, the common area ratio obtained with the 3A2E method is above 80 % and the data required for its application is minimal. However, hydrogeological mapping and numerical modeling should be considered when a more precise evaluation of the WHPA is required.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Martel, Richard
Co-directeurs de mémoire/thèse: Lefebvre, René; Michaud, Yves
Mots-clés libres: eau souterraine; aquifère; PDP; hydrogéologie; modèle numérique; MODFLOW-MODPA; piémont laurentien
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 29 oct. 2012 20:13
Dernière modification: 16 mars 2016 15:25
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/327

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