Ressources en eau et transferts de soluts dans
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Ressources en eau et transferts de solutés dans les zones altérées superficielles de la Bretagne Quentin Courtois, Jean Marçais, Tamara Kolbe, Charlotte le Traon Jean-Raynald de Dreuzy Laurent Longuevergne Géosciences Rennes 30/06/2017 Quentin Courtois 1
Contexte Projet Aqui. FR Aquifères bretons Répartition des domaines modélisés (extracted from metis UMR 7619 / Aqui. FR) 30/06/2017 Quentin Courtois 2
Fractured Zone Wright, E. P. (1992), The hydrogeology of crystalline basement aquifers in Africa, Geological Society, London, Special Publications, 66, 1 -27. 50 m Weathered Zone 10 m Aquifères superficiels (0 -60 m)
Site de Pleine-Fougères • 35 km 2 agricultural catchment • 76 km 2 modelled zone • The site is part of the European Long. Term Ecosystem Research network LTER (www. lter-europe. net) with extensive background data from previous studies Thèse de Tamara Kolbe (2014 -2017)
Modèle hydrogéologique calibré FEFLOW • Steady state • Ratio of weathered to fractured zone mean thickness • Effective porosity θ=15% • Hydraulic conductivity K KWG = 2 KWS and KFG = 2 KFS in the range of 10 -6 to 2 x 10 -5 m/s Thèse de Tamara Kolbe (2014 -2017)
Structure des circulations Topography control Recharge control Haitjema, H. M. , and S. Mitchell-Bruker (2005), Are water tables a subdued replica of the topography? , Ground Water, 43(6), 781 -786, Hillsope controlled
Stratégie de modélisation Echelle régionale Agrégation de modèles de versant Développements en Python Interfaçage avec Open. Palm Carte géologique de la Bretagne (extracted from info-terre) Kirkby, M. J. (1978). Hillslo Echelle des bassins versants 20 -200 km 2 Décomposition en versants Echelle des versants 1 -10 km 2
Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 8
Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 9
Modèles d’écoulement 1 D 2 D Décomposition en versants Modélisation 1 D à l’échelle du versant : Hillslope 1 D Modélisation 2 D à l’échelle du Bassin versant : Modflow Recomposition des débits Débit à l’exutoire 30/06/2017 Quentin Courtois 10
Modèles d’écoulement à l’échelle du versant Evaluation de l’approche 1 D Hillsope 1 D 2 D (Modflow) Troch, P. A. , et al. (2003). "Hillslope-storage Boussinesq model for subsurface flow and variable source areas along complex hillslopes: 1. Formulation and characteristic response. " Water Resources Research 39(11). 08/06/2017 Quentin Courtois 11
Modèles d’écoulement à l’échelle du versant Evaluation de l’approche 1 D Hillsope 1 D 2 D (Modflow) Recharge R(t) Q= 0 W(x) Qr(t) Z(x) q. S(x, t ) S(x, t) S = cste i K, S Drain X Suintement et échange avec la rivière Outlet 08/06/2017 Quentin Courtois 12
Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 13
Evaluation de l’approche 1 D Bassin versant de Kerbernez (1. 28 km 2) DEM 08/06/2017 Quentin Courtois 14
Comparaison de 3 approches 1 versant équivalent 3 versants 2 D (Modflow ) 08/06/2017 Quentin Courtois 15
Comparaison de 3 approches 1 versant 3 versants 2 D 08/06/2017 Quentin Courtois 16
Segmentation des versants et recomposition des débits (Hs 1 D) Exutoire 1 2 3 4 5 6 7 Bassin versant de Pleine-Fougère (BV 5) découpé en 7 versants d’ordre 1 30/06/2017 Quentin Courtois 17
Etapes de modélisation • Modèle d’écoulement – Echelle du versant – Agrégation des versants – Ecoulements en rivière • Données – Charges – Débits en rivière – Concentrations en rivière • Modèle inverse – Calibration: porosité, transmissivité • Intégration – Spatiale – Logicielle 30/06/2017 Quentin Courtois 18
Calibration des applications (Hs 1 D) Analyse de récessions Décomposition d’un hydrogramme (extracted from Hydrology : A Science of Nature, Musy & Higy) 30/06/2017 Quentin Courtois 19
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Calibration de la transmissivité 30/06/2017 Quentin Courtois 21
Conclusions • Développements réalisés – Ecoulements sur les versants (matlab, python) – Transport sur les versants (matlab) • En cours – Décomposition des bassins versants – Agrégation des débits – Ecoulements en rivière (routage) • Perspectives – Calibration sur des chroniques de débit exploitables – Intégration dans Open. Palm – Transport d’éléments conservatifs et réactifs 30/06/2017 Quentin Courtois 22
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