COMPOSANTE  SHOFM

SGMP SIMULATION DU COMPORTEMENT DE LA SURFACE LIBRE DANS LES SYSTEMES D’EAUX SOUTERRAINES

1. Objectifs

Le programme SGMP simule le comportement dynamique des systèmes d’eaux souterraines. Après calage et validation utilisant des données historiques, le modèle peut être utilisé pour évaluer les impacts de divers scénarios de gestion sur le comportement futur de la surface libre. Le programme peut aussi être utilisé pour évaluer la recharge nette globale au système d’eaux souterraines au cours du temps ou pour évaluer le surplus drainable et le coefficient de drainage en fonction du rabattement dans le cas des systèmes de drainage souterrains horizontaux.

2. Description

Le modèle est fondé sur deux équations bien connues : la loi de Darcy et l’équation de conservation de la masse. La combinaison de ces deux équations fournit une équation aux dérivées partielles en régime transitoire. La solution de l’équation aux dérivées partielles est obtenue par la méthode des différences finies. Cette méthode nécessite que l’espace soit discrétisé en petites mailles finies et aboutit à un système équivalent d’équations aux différences dont la solution fournit la charge h en un nombre fini de nœuds de calcul. Comme la surface libre aux différents nœuds évolue au cours du temps en raison de l’évolution de la recharge et des prélèvements, le modèle nécessite également une discrétisation du temps. Un certain nombre d’intervalles successifs de temps doivent donc être choisi. Toutes les équations sont résolues par une technique numérique d’intégration implicite (Gauss-Seidel). Cette méthode d’intégration présente l’avantage que la durée du pas de temps ne dépend pas d’un critère de stabilité.

3. Apports requis

Le programme est totalement interactif et convivial, avec des menus locaux et des écrans d’aide permettant de guider l’utilisateur au cours du processus d’entrée des données. Les données de base à introduire concernent le type, l’étendue et la géométrie du système aquifère à étudier, ainsi que les caractéristiques de l’aquifère telles qu’épaisseur, transmissivité et emmagasinement. Les calculs peuvent être effectués selon deux modes. Dans les deux modes, il est nécessaire d’introduire la position initiale de la surface libre de même que les conditions aux limites en fonction du temps telles que flux ou potentiels. En mode normal, il faut aussi introduire la recharge nette aux nœuds de calcul en fonction du temps, alors qu’en mode inverse ce sont les potentiels aux nœuds en fonction du temps qui sont requis.

4. Produits

Fondamentalement les résultats des simulations sont le potentiels dans l’espace et dans le temps. A partir de ces données, on établit des bilans d’eau par maille. Les résultats des calculs peuvent être directement affichés sur le moniteur sous forme de tableaux ou d’hydrogrammes. Ces données peuvent également être sauvegardées dans des fichiers pour être traitées par les feuilles de calcul et les traitements de texte du commerce. Toutes les données spatiales peuvent être exportées dans des fichiers particuliers et traitées ultérieurement par des logiciels tels que Surfer pour réaliser des cartes d’isopièzes, des cartes d’isopaches, des cartes topographiques etc.

5. Exigences et contraintes afférentes à l’exploitation

Il faut au moins disposer d’un ordinateur personnel possédant un microprocesseur 80286, 640 kB de RAM, un disque dur de 20 MB, un moniteur EGA et le système d’exploitation MS-DOS. On recommande un coprocesseur.

Les hypothèses et les limitations du programme sont les suivantes :

- L’aquifère est considéré comme un système d’écoulement à deux dimensions.
- Le mur de l’aquifère inférieur est une couche imperméable.
- La limite supérieure de l’aquifère est soit une couche imperméable (aquifère captif), soit une surface   libre (aquifère libre).
- Les procédures de calcul pour les aquifères captifs ou libres en fonction de la position relative du   niveau piézométrique et du toit de l’aquifère, ont été intégrées dans le modèle. Le modèle calcule la   modification de l’emmagasinement soit grâce à un coefficient de drainage (aquifère libre), soit grâce à   un coefficient d’emmagasinement (aquifère captif).
- Les coefficients de drainage et d’emmagasinement peuvent varier dans le plan horizontal.
- La transmissivité est calculée comme le produit de la conductivité hydraulique par l’épaisseur saturée.   Ces deux grandeurs peuvent varier dans le plan horizontal.
- Pour les aquifères libres, la transmissivité varie au cours du temps. Le modèle ajuste l’épaisseur   saturée en fonction de l’altitude de la surface libre (conditions non-linéaires). Seuls la conductivité   hydraulique et le mur de l’aquifère peuvent être imposés.
- Les régimes permanents comme les régimes transitoires peuvent être simulés par le modèle.
- Les hypothèses de la loi de Darcy (résistance linéaire à un écoulement laminaire) et de Dupuit (on   peut négliger l’écoulement vertical) s’appliquent à chaque aquifère.
- Le modèle peut simuler des conditions de potentiel imposé, de débit imposé et de flux nul. Les deux   premières peuvent évoluer au cours du temps.
- On peut imposer des limites entre lesquelles le niveau de l’eau dans l’aquifère peut varier. Si le niveau   de l’eau dépasse une certaine limite, le modèle introduit un débit artificiel qui gardera le niveau de l’eau   calculé en dessous de cette limite.
- Le modèle peut fonctionner en mode inverse. Il calculera alors les valeurs des recharges nettes aux   nœuds de calcul en fonctions des potentiels.
- Les processus d’infiltration et de percolation de la pluie et des eaux superficielles, d’ascension   capillaire et d’évapotranspiration qui se produisent dans la nature ne sont pas simulés par le modèle.   Cela signifie que la recharge nette aux aquifères doit être calculée à la main et imposée au modèle   lorsque l’on fait tourner le modèle en mode normal.
- Les conditions aux limites en biseau, où l’épaisseur saturée tend vers zéro lorsque le niveau de l’eau   baisse au delà du mur de l’aquifère sont incluses dans le modèle.

6. Forme de présentation

Le programme est disponible sur disquette. Un publication particulière, la publication n°29 de l’ILRI, expose les principes du modèle et contient des directives sur la façon d’obtenir les données d’entrée requises à partir des données de terrain disponibles.

7. Antécédents

Le programme à été utilisé pour diverses études hydrogéologiques en Egypte, au Pakistan et en Inde. Plus de 1000 copies ont été distribuées dans le monde entier. Le programme a aussi été utilisé avec succès dans des sessions de formation à la gestion des eaux souterraines nationales et internationales.

8. Origine de la composante et appui technique

International Institute for Land Reclamation and Improvement ILRI
P.P. Box 45, 6700 AA Wageningen, Pays-Bas
Tél +31 317 490144 ; Fax +31 317 417187

9. Comment l'obtenir

Auprès du Centre national de référence du SHOFM des Pays-Bas ou directement auprès de l’ILRI.

10. Conditions à respecter

Le programme et le manuel sont en vente séparément. Des réductions sont consenties pour les besoins de l’enseignement.