Modeling of the flood regimes in coupled stream-aquifer systems
Modélisation des régimes de crue des systèmes couplés aquifères-rivières
Résumé
In this study, hydrogeological modeling of the Somme river basin situated in the north of France was made with special emphasis on the stream-aquifer interaction. The coupled model was used. Geographic Information Systems (GIS) tools were incorporated during all the stages of modeling process for both preparation of input data and visualization of the results of simulations. The process began with extracting spatial information on the basin by using Digital Elevation Model (DEM) analysis. Afterwards, the surface and aquifer grids were generated by using nested grid generators and refinement was made on the stream network and subcatchment boundaries. In order to run the surface model, meteorological forcing, land use and soil type data were acquired. Surface model was used to partition the precipitation into evapotranspiration, infiltration and surface runoff components. A steady-state piezometric head distribution was computed by the groundwater model. The flow in the unsaturated zone was simulated by using Nash cascade model. The unsteady groundwater and surface flow simulations were performed by taking into consideration the stream-aquifer interaction on a daily time step. The calibration and validation were realized by using the streamflow and piezometric head measurements distributed around the basin. The strong groundwater influence on the hydrologic behavior of the basin is well represented by the model. Comparisons of predicted flooded areas in year 2001 were made with other models and a satellite derived image. In the end, several sensitivity analyses were performed for several parameters concerning the groundwater flow to guide future field data collection.
Dans ce travail, une modélisation hydrogéologique du bassin-versant de la Somme dans le nord de la France a été menée avec une attention particulière sur l'interaction rivière-aquifère. Le modèle couplé a été utilisé. Un Système d'Information Géographique a été incorporé à toutes les étapes du processus de modélisation pour la préparation des données d'entrée et la visualisation des résultats des simulations. Le processus commence par l'analyse du Modèle Numérique de Terrain (MNT). Ensuite, les maillages de surface et de l'aquifère ont été crées. Une discrétisation plus fine a été effectuée sur le réseau des rivières et les limites des sous-bassins. Pour le modèle de surface, des données météorologiques, d'occupation du sol et de type de sol ont été acquises. Le modèle de surface permet de répartir les precipitations en évapotranspiration, infiltration et ruissellement de surface. Des niveaux piézométriques en régime permanents sont calculés par le modèle de nappe. L'écoulement dans la zone non saturée a été simulé par un modèle utilisant la cascade de Nash. Les simulations d'écoulement transitoire souterrain et de surface ont été réalisées en prenant en compte les interactions nappe-rivière sur un pas de temps journalier. La calibration et la validation des résultats ont été faites en utilisant les mesures des débits et des niveaux piézométriques dans le bassin. La forte influence de la nappe sur le regime hydrologique du bassin est bien représentée par le modèle. Des comparaisons de prédiction des zones inondées en 2001 ont été effectuées avec d'autres modèles. Enfin, des analyses de sensibilité ont été réalisées afin d'orienter de futures collectes de données terrain.
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