Développement d’un modèle hydrologique intégré des eaux de surface et des eaux souterraines, de complexité moyenne, adapté pour les régions humides

Les modèles hydrologiques intégrés des eaux de surface et des eaux souterraines sont la génération récente de modèles hydrologiques dans lesquels les processus hydrologiques et leurs interactions dans les zones de surface et les zones souterraines sont efficacement pris en compte. L'importance de ces outils réside dans les régions humides où les eaux de surface et l’eau souterraine sont étroitement liées et où les eaux souterraines peu profondes peuvent considérablement contrôler les réactions des débits à l'exutoire et la dynamique de l'humidité du sol. Le modèle intégré eaux de surface - eaux souterraine d'un bassin peut être réalisé à l'aide de modèles couplés de manière externe ou de modèles couplés à base physique. Le premier type de modèles est basé sur le couplage des modèles hydrologiques et des eaux souterraines existants. Dans le second, la description de l’écoulement dans les zones de surface et de sous-surface repose respectivement sur les équations de Saint-Venant et de Richards. Le processus de résolution numérique dans les modèles couplés à base physique impose des résolutions spatiales et temporelles fines pour une solution stable et, par conséquent, est très exigeant en calcul pour les applications à l'échelle du bassin versant. D'autre part, la simplification de l'interaction des zones non-saturée et saturée dans les modèles à couplage externe limite leur applicabilité dans le cas d’applications de nappe phréatique peu profonde où il y a un échange continu de l'humidité du sol entre ces deux zones. Dans cette thèse, un modèle hydrologique intégré basé sur le couplage de MOBIDIC et de MODFLOW pour des applications dans des régions humides avec des nappes phréatiques peu profondes a été développé suivant trois étapes. Premièrement, MOBIDIC et MODFLOW ont été couplés et la performance du modèle ainsi construit a été évaluée dans le bassin versant de Thomas Brook situé en Nouvelle-Écosse par rapport à MIKE SHE, un modèle couplé à base physique pris comme modèle de référence. Des mesures disponibles du débit à l'exutoire de la rivière et des niveaux de la nappe phréatiques ont servi de variables comparatives. Deuxièmement, la prise en compte d'un emmagasinement spécifique dépendant de la nappe phréatique introduit dans MOBIDIC-MODFLOW pour capter la dynamique de la nappe phréatique sous différentes configurations de types de sol et de formes du plan de la pente a été étudiée. Enfin, le concept d’emmagasinement spécifique dynamique a été utilisé pour revoir le calcul de la recharge des eaux souterraines et du module d’écoulement non-saturé de MOBIDIC en utilisant la réponse de la nappe phréatique simulée de MIKE SHE. La comparaison des nappes phréatiques simulées pour des scénarios d’essai bidimensionnels (pente uniforme) et sur un bassin versant quasi réel a montré que les modifications apportées peuvent considérablement améliorer les prévisions de la nappe phréatique de MOBIDIC-MODFLOW. De plus, les modifications apportées conservent l'efficacité paramétrique et de calcul du modèle, ce qui montre le potentiel pour la modélisation intégrées des eaux surface et des eaux souterraines à l’échelle des bassins versants.

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