Évaluation initiale de l’écoulement et du bilan des eaux souterraines à l’aide du Système d’Information Géographique, MODFLOW-2005 et l’outil de modélisation FREEWAT dans l’aquifère côtier de Bouteldja (Nord Est de l’Algérie)

Harizi Khaled

Laboratoire de mobilisation et de gestion des ressources en eau LMGRE; Batna II University, Algeria- œ email: Khaledharizi5@gmail.com

Menani Mohamed Reda, Chabour Nabil

Laboratoire de Géologie et Environnement Département des Sciences de la Terre, Faculté des Sciences de la Terre, de l’Aménagement et de la Géographie, Mentouri University, Constantine, Algeria 

Labar Sofiane

cInstitute of Sciences of Nature and Life, University of El-Tarf, Algeria

Introduction

Les eaux souterraines sont une ressource essentielle pour l’approvisionnement en eau douce dans de nombreux pays. Elle contribue à la moitié de l’approvisionnement humain en eau potable et à plus de 40 % de l’eau d’irrigation utilisée pour l’agriculture dans le monde (Famiglietti 2014 ; Alley et al. 2002). De plus, les eaux souterraines remplissent de nombreuses fonctions environnementales et naturelles, comme assurer le débit de base des rivières et des zones humides et purifier le sol (Knüppe et al. 2011). Avec l’utilisation accrue des eaux souterraines et les impacts des changements climatiques, les ressources en eau deviennent plus exposées à la pénurie et à la contamination, en particulier dans les aquifères côtiers où les eaux souterraines sont même exposées au risque d’intrusion saline (Werner 2010, Petalas et al 2009 ; Sun Woo et al 2020 ; German et al 2017 ). Principalement, la durabilité des ressources en eau souterraine est liée à l’équilibre entre le prélèvement et la recharge (Mays 2013). La gestion durable de la ressource en eau souterraine nécessite alors une connaissance adéquate du système aquifère et l’évaluation des apports et des sorties d’eau au regard de la formation géologique et des conditions climatiques (Dipankar et al 2018 ; Bayzidul et al 2017 ; Foster et al 2004).
La nappe côtière de Bouteldja, également appelée nappe de sable dunaire de Bouteldja, abrite l’une des plus importantes ressources en eau souterraine du Nord-Est de l’Algérie. Il est exploité pour plusieurs usages par plus de 500 000 habitants des provinces d’El Tarf et d’Annaba (Affoun 2006). Plusieurs études mentionnent l’excellente qualité des eaux souterraines de cet aquifère : i) il présente des valeurs de conductivité électrique ne dépassant pas 400 µS/cm en grande partie, et ii) une capacité de production élevée estimée à environ 30 millions de m3/an (Attoui 2014 ; Kherici 1985 ; Nouacer 1993 ; Ramdani 1996 ; Hani et al 2003). L’aquifère est exploité depuis 1970 de manière de plus en plus intensive pour répondre aux différents besoins qui ne cessent d’augmenter, entraînant une baisse des niveaux d’eau (Hani et al 1997). Des cartes piézométriques ont été réalisées par le passé : en octobre 1973, octobre 1982 (Kherici 1985), mai et octobre 1988 (Nouacer 1993), octobre 1994 (Ramdani 1996), novembre 2016 (ABH 2019) et des cartes réalisées dans le cadre de cette étudier. Par rapport à la carte piézométrique de 1973, et en supposant à cette époque que l’aquifère ne fonctionnait qu’en conditions naturelles, la morphologie actuelle de la nappe phréatique a changé du fait de son exploitation progressive. Cependant, le schéma de base des zones de recharge, de transit et de rejet a conservé la même forme qu’aux périodes précédentes. Dans cet article, nous visons à caractériser l’aquifère et à calculer un bilan hydrique préliminaire en mettant en œuvre un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines de l’aquifère sableux côtier de Bouteldja en utilisant le code MODFLOW-2005 (Harbaugh 2005) et la plateforme FREEWAT (Rossetto et al. 2015).

Matériel et méthodes

Après avoir introduit les caractéristiques générales de la zone d’étude (géographiques et climatiques), nous décrivons les caractéristiques géologiques et hydrogéologiques afin de définir le modèle conceptuel. Plus loin, nous décrivons la mise en œuvre d’un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines à une couche, de l’aquifère côtier de Bouteldja calibré en régime permanent. Les mesures des charges hydrauliques de mai 2018 ont été utilisées pour calibrer le modèle numérique.

Cadre géographique

La région d’étude est située à l’extrême nord-est de l’Algérie. Elle appartient administrativement à la Province d’El Tarf et couvre une superficie d’environ 200 km² (Fig. 1). Il fait partie du grand bassin versant de Mafragh (jonction des fleuves El Kebir-Est et Bounamoussa), qui comprend tout le versant Nord du bassin de la Medjerda, s’étendant sur environ 2660 km². L’aquifère est situé à l’intérieur du Parc National d’El Kala (PNEK), l’un des sites mondiaux protégés en raison de sa grande biodiversité. La zone d’étude est généralement composée de formations dunaires et est limitée au Nord par la mer Méditerranée, au Sud par la Plaine Alluviale de Bouteldja et El Kebir-Rivière Est, à l’Est par le massif montagneux du Numide (Monts Coursi et Cap Rosa) et, à l’ouest, par la rivière Mafragh et la zone humide de Mekrada.

Caractéristiques climatiques

Le climat de la région est sub-humide. La moyenne annuelle des précipitations pour la période 1990-2009 était de 674 mm/an (station météo des Salines – Fig. 1). Pour la même période, le minimum annuel était de 422,8 mm en 1996 et le maximum était de 987,7 mm en 2004. Les principaux événements pluvieux ne sont pas uniformément répartis dans l’année, la plupart des pluies tombant entre septembre et mai, et la période estivale étant presque entièrement sec. La série de données pluviométriques (Fig. 2) montre une moyenne mobile simple qui indique une augmentation depuis le début de 1990. La température moyenne varie entre 12°C pendant la période hivernale et 28°C pendant l’été (juillet-août), avec des températures annuelles de 18 °C. Cela se traduit par des hivers doux et des étés chauds et secs (Hani 2003 ; Attoui 2014).

Contexte géologique

Concernant le contexte géologique (Fig. 3), le bassin est inclus dans l’aire géologique du Tell qui s’étend de la région de Constantine vers les frontières algéro-tunisiennes. Plusieurs auteurs ont étudié la géologie de la zone d’un point de vue lithostratigraphique et structural (Joleaud 1936 ; Hilly 1962 ; Vila 1980). La stratigraphie de la région révèle trois ensembles de terrains d’âges différents, allant du Secondaire au Quaternaire récent :
• Un ensemble Crétacé supérieur et Tertiaire : représenté par les formations argileuses schisteuses révélées par les forages de reconnaissance réalisés à proximité de la zone d’étude, et qui affleurent plus au sud, vers la région de Guelma ;
• Un ensemble Oligocène, représenté par le flysch numide qui affleure largement dans la zone d’étude ;
• Un ensemble Miocène-Pliocène et Quaternaire constitué par les formations alluviales comblant le bassin des plaines de Bouteldja et d’Annaba-El Tarf et les dunes sableuses du Quaternaire.
De multiples phénomènes orogéniques et morphogenèses ont permis l’établissement d’un système de horst-graben orienté globalement WSW-ENE au nord de l’El Kebir East River. Les fossés d’effondrement sont les sièges d’une dynamique de subsidence, qui permet l’accumulation d’un épais dépôt de sédiments détritiques. Enfin, les sables dunaires, composés principalement de sables fins et de lentilles argileuses, sont la forme la plus récente des dépôts quaternaires dans cette zone (Fig. 4). La région présente de nombreuses failles orientées selon deux directions principales NW-SE et OSO-ESE.

 

Fig. 2 – Pluviométrie annuelle cumulée pour la période 1990-2009 à la station météo des Salines. Fig. 2 – Cumul pluviométrique annuel pour la période 1990-2009 à la station météorologique des Salines

Fig. 1 – Cadre géographique de la zone investiguée.


Fig. 3 – Cadre géologique de la zone d’étude (d’après Vila 1980).

L’aquifère étudié est principalement constitué de sables fins (Fig. 5)

L’aquifère de sable dunaire repose sur un substrat de flysch numide et a une épaisseur qui varie de 50 m Fig. 5 – Coupe hydrogéologique de l’aquifère côtier de Bouteldja. à l’est à plus de 190 m à l’ouest. Dans la Fig. 5 – Sezione idrogeologica dell’acquifero costiero di Bouteldja.
zone, l’épaisseur de l’aquifère est relativement constante, de l’ordre
de 150 m. Le contexte géologique et tectonique contraint La figure 6 montre la carte piézométrique dérivée de mai 2018 du comportement hydrogéologique et des données sur les eaux souterraines qui en résultent (produites à l’aide de QGIS 2.18 ; équipe de développement QGIS, niveaux et directions d’écoulement, en particulier dans la bordure Est de 2009) basées sur des données d’Attoui (2014) et Saadali (2007). l’aquifère. Là, un réseau de failles existe, facilitant la La recharge de l’aquifère est principalement assurée par l’infiltration de la communication hydraulique entre l’aquifère et le lac Obeira efficace des précipitations car l’aquifère est principalement constitué par superficie. Cette particularité conduit à l’émergence de nombreux sables fins. des sources à débit permanent et la présence de dômes piézométriques En bordure orientale, toutes les données piézométriques disponibles dans la zone de Hnaya (Fig. 6). Au sud, un autre apport montre un apport important positionné à Hnaya et Bourdim provient de la nappe alluviale de Bouteldja (secteur Bourdim). délimitées par des dômes piézométriques apparents (Fig. 6). Précédent
Fig. 6 – Croquis hydrogéologique et lignes piézométriques (mai 2018).


Fig. 6 – Schéma idrogeologico e courbe piézométrique (Maggio 2018).

des études (Kherici 1985 ; Ramdani 1996 ; Hani 2003) relient directement cette recharge à l’infiltration des précipitations effectives pendant la saison des pluies. La principale zone d’évacuation des eaux est la mer Méditerranée au nord, le marais de Righia et le ruisseau El B’haim au centre de la zone d’extension de l’aquifère.
Il est à noter que la limite Est de l’aquifère est affectée par un réseau fracturé complexe, orienté, d’une part du Nord-Est au Sud-Est. Ce système de failles relie la nappe sableuse au flysch numide. D’autre part, ce premier ensemble de failles est relié à une faille orientée sud-ouest à nord-est, en direction du lac Obeira. Ce deuxième système facilite la connexion hydraulique entre l’aquifère et la zone du lac Obeira au sud-est. En effet, les failles peuvent avoir des fonctions hydrauliques : 1) conduit d’écoulement des eaux souterraines, 2) stockage des eaux souterraines en raison de l’augmentation de la porosité au sein de la faille, et 3) barrières à l’écoulement des eaux souterraines (Bouhsine et al. 2016 ; De Dreuzy 1999 ; Rafini 2008 ; Kresic 2007) . La relation spatiale entre l’emplacement des sources et les failles dans la carte piézométrique (Fig. 6) permet de conclure que dans la zone les failles agissent comme conduit d’écoulement des eaux souterraines.
Au sud, la zone d’étude est limitée par El Kebir East River dont le fond repose sur des formations d’argile grise. Cela limite l’interaction entre les eaux souterraines et les eaux de surface dans cette zone (Fig. 4). Au sud-ouest, un apport provenant de la nappe alluviale de Bouteldja (nappe de graviers) recharge la nappe sableuse.
Les paramètres hydrauliques (transmissivité et conductivité hydraulique) de l’aquifère de sable des dunes ont été étudiés dans des études antérieures (Kherici 1985 ; Nouacer 1993 ; Ramdani 1996). La figure 7 présente les zones de conductivité hydraulique produites dans ce travail en interpolant les données des essais de pompage effectués sur 27 points et rapportés dans le travail de Nouacer (1993). Il montre des valeurs variant de 10-4 à 10-7 m/s. Les valeurs des transmissivités varient entre 3 10-3 et 5 10-3 m²/s dans la partie orientale de l’aquifère de sable dunaire et entre 10-3 et 3 10-3 m²/s dans les zones centrale et nord-est de la nappe de sable dunaire de Bouteldja. Les données disponibles montrent que le taux d’exploitation moyen est de l’ordre de 20 à 25 L/s pour un rabattement majoritairement inférieur à 15 m ; dix-sept valeurs de rabattement sur un total de 27 puits sont même inférieures à 10 m. L’aquifère de sable dunaire présente une capacité spécifique moyenne de
2,5 10-3 L/s/m avec une plage de variation entre 4,31 10-3 et 0,6 10-3 L/s/m.

Model implementation

Fig. 7 – Zones de conductivité hydraulique du test de pompage

Nous avons implémenté le modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines au moyen du logiciel FREEWAT (Rossetto et al. 2015 ; De Filippis et al. 2017 ; Foglia et al. 2018) en utilisant le code MODFLOW-2005 (Harbaugh 2005). FREEWAT est une plateforme gratuite et open source, intégrée à QGIS, permettant la simulation des ressources en eaux souterraines et de surface. La puissance du programme SIG (QGIS V2.18) permet de gérer une grande base de données nécessaire à la construction de modèles au format de données raster ou vectorielles. MODFLOW est l’un des modèles les plus utilisés au monde pour la simulation numérique de l’écoulement des eaux souterraines dans les aquifères (Khadri et al 2016 ; Georgios 2012 ; El-Zehairy et al 2018). Il résout l’équation d’écoulement des eaux souterraines en trois dimensions à l’aide d’un schéma aux différences finies. Le logiciel FREEWAT a été utilisé dans de nombreuses régions du monde pour la modélisation des eaux souterraines ; des détails peuvent être trouvés dans, c’est-à-dire, Positano et al. 2017 ; Dadaser-Celik et Celik 2018 ; Grodzynskyi et al. 2017 ; Kopac et al. 2017 ; Cannata et al. 2018 ; De Filippis et al. 2020 ; Joodavi et al. 2020 ; Rossetto et al. 2020. La mise en œuvre du modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines de l’aquifère côtier de Bouteldja repose sur un modèle conceptuel robuste du système aquifère élaboré à partir de l’analyse d’une grande base de données liée à la géologie, la géophysique, le climat, les essais de pompage et l’hydrogéologie. L’extension de la zone modélisée identifiée comme domaine actif est composée d’une couche représentant l’unité hydro-stratigraphique principale constituée de sables quaternaires. Le domaine a été discrétisé horizontalement en cellules de 150×150 m, pour un total de 112 lignes et 227 colonnes. Le champ actif est constitué de 8668 cellules couvrant une superficie totale de 195 km² (Fig. 8). La couche modèle a été définie comme non confinée.
La mise en œuvre d’un modèle numérique d’écoulement des eaux souterraines consiste en plusieurs étapes. Dans une première phase, la définition de l’extension horizontale et verticale du domaine à modéliser, en reconstituant la morphologie générale du haut et du bas de l’aquifère dans chaque cellule du modèle, est effectuée. La construction d’une géométrie de modèle proche de la réalité est une étape importante pour espérer obtenir des résultats réalistes. L’utilisation des données d’images satellite SRTM DEM (résolution 30 m) nous a permis de définir la morphologie du sommet de l’aquifère en attribuant une valeur d’élévation au centre de chaque maille du modèle (Fig. 8) (https://earthexplorer .usgs.gov/ ; Karlovic et al 2021). Pour l’épaisseur de l’aquifère et l’élévation du fond, le logiciel QGIS a été utilisé pour produire la représentation la plus précise de la zone à modéliser en utilisant des techniques d’interpolation basées sur les données disponibles de profondeur des forages, la figure 9 représente le modèle d’épaisseur de l’aquifère de l’aquifère.
Les données des zones de conductivité hydraulique (kx ,ky avec facteur d’anisotropie égal à 1) affectées dans le modèle ont été obtenues par interpolation des données des essais de pompage (Fig. 7). Ces valeurs ont ensuite été modifiées lors de la phase d’étalonnage.
Fig. 8 – Élévation du haut de la couche modèle représentant l’aquifère.
Fig. 8 – Elevazione del tetto del model layer che rappresenta l’acquifero.
Fig. 9 – Modèle d’épaisseur de l’aquifère.
Fig. 9 – Modello dello spessore dell’acquifero.
Fig. 10 – Maillage du modèle, conditions aux limites de l’aquifère et termes source/puits.
Fig. 10 – Griglia del modello e condizioni al contorno e termini di pozzo/sorgente per l’acquifero in esame.
Conditions aux limites de l’aquifère
Les conditions aux limites d’un aquifère représentent les différents débits ou contraintes de charge aux limites de la zone étudiée. Afin de représenter les interactions du domaine modélisé avec le système externe, en termes d’écoulements et d’apports d’eau souterraine, le modèle d’eau souterraine mis en œuvre de l’aquifère côtier de Bouteldja a adopté les conditions aux limites suivantes (Fig. 10) :
• Limite côtière : La nappe côtière de Bouteldja se déverse vers la mer Méditerranée. De la limite nord-est à la limite ouest, une condition de charge constante (CHD) est appliquée le long du littoral (0 m au-dessus du niveau moyen de la mer, AMSL).
• Condition aux limites de l’aquifère alluvial : Au sud-ouest l’aquifère sableux est limité par l’aquifère alluvial de Bouteldja, la carte piézométrique (Fig. 6) montre un important apport d’eau souterraine dans cette limite. Cette recharge a été simulée par des puits de recharge, en appliquant le package de puits avec un débit positif.
• Limites sans écoulement : Toutes les autres limites et le bas du modèle sont représentés comme des limites sans écoulement.

Termes source/puits

Conditions aux limites à charge constante : De plus, la zone comprend des zones humides peu profondes d’une superficie totale d’environ 4 km². Selon Benslama 2007, toutes les zones humides sont reliées hydrauliquement à la couche aquifère sableuse sous-jacente (Benslama 2007). La bathymétrie des surfaces marécageuses a été estimée à partir du DEM, à un niveau de 0,5 m AMSL.
Conditions aux limites du fleuve : Le principal cours d’eau dans l’aquifère côtier de Bouteldja est le ruisseau El B’haim dans la partie orientale de l’aquifère. Le ruisseau El B’haim prend sa source au pied des collines du flysch numide à l’Est. Il draine les eaux de la source Tiri ainsi que celles de l’aquifère qui émerge dans ce secteur. Le ruisseau El B’haim traverse la zone dunaire sur une distance de 3,5 km. Le ruisseau El B’haim a été modélisé comme troisième

Fig. 10 – Maillage du modèle, conditions aux limites de l’aquifère et termes source/puits.

Conditions aux limites de l’aquifère

Les conditions aux limites d’un aquifère représentent les différents débits ou contraintes de charge aux limites de la zone étudiée. Afin de représenter les interactions du domaine modélisé avec le système externe, en termes d’écoulements et d’apports d’eau souterraine, le modèle d’eau souterraine mis en œuvre de l’aquifère côtier de Bouteldja a adopté les conditions aux limites suivantes (Fig. 10) :
• Limite côtière : La nappe côtière de Bouteldja se déverse vers la mer Méditerranée. De la limite nord-est à la limite ouest, une condition de charge constante (CHD) est appliquée le long du littoral (0 m au-dessus du niveau moyen de la mer, AMSL).
• Condition aux limites de l’aquifère alluvial : Au sud-ouest l’aquifère sableux est limité par l’aquifère alluvial de Bouteldja, la carte piézométrique (Fig. 6) montre un important apport d’eau souterraine dans cette limite. Cette recharge a été simulée par des puits de recharge, en appliquant le package de puits avec un débit positif.
• Limites sans écoulement : Toutes les autres limites et le bas du modèle sont représentés comme des limites sans écoulement.
Termes source/puits
Conditions aux limites à charge constante : De plus, la zone comprend des zones humides peu profondes d’une superficie totale d’environ 4 km². Selon Benslama 2007, toutes les zones humides sont reliées hydrauliquement à la couche aquifère sableuse sous-jacente (Benslama 2007). La bathymétrie des surfaces marécageuses a été estimée à partir du DEM, à un niveau de 0,5 m AMSL.
Conditions aux limites du fleuve : Le principal cours d’eau dans l’aquifère côtier de Bouteldja est le ruisseau El B’haim dans la partie orientale de l’aquifère. Le ruisseau El B’haim prend sa source au pied des collines du flysch numide à l’Est. Il draine les eaux de la source Tiri ainsi que celles de l’aquifère qui émerge dans ce secteur. Le ruisseau El B’haim traverse la zone dunaire sur une distance de 3,5 km. Le ruisseau El B’haim a été modélisé en tant que condition de troisième type à l’aide du River border package (RIV) (Fig. 10). Les élévations du fond de la rivière ont été extraites du DEM. Basé sur notre observation dans la région; nous avons estimé le niveau de la rivière à 0,3 m au-dessus de son lit. La conductivité hydraulique des sédiments du lit de la rivière a été mise en œuvre avec une valeur de 8,64 m/jour, puis modifiée au cours du processus d’étalonnage.
Conditions aux limites du puits : La nappe côtière de Bouteldja est principalement exploitée à des fins agricoles et domestiques tandis que l’utilisation industrielle est faible. Selon les données disponibles recueillies à la direction des ressources en eau de la province d’El Tarf, nous avons estimé que le pompage des eaux souterraines s’effectue principalement à partir de 80 puits dont les débits moyens quotidiens de pompage varient entre 70 à 4000 m3/jour. Le package Well (WELL) a été utilisé pour simuler les retraits (taux négatifs).
Recharge de l’aquifère : Des séries chronologiques de données météorologiques pour la période 2017/2018 ont été utilisées pour estimer la valeur de la recharge de l’aquifère selon la méthode de Thornthwaite : elle a été estimée à environ 206 mm/an (Thornthwaite 1948). Cette valeur a été appliquée comme constante sur tout le domaine actif. Le package de recharge (RCH) a été utilisé pour simuler la recharge pluviale. D’autre part, la description hydrogéologique (Fig. 6) montre une recharge des eaux souterraines dans la zone Hnaya et Bourdim à l’Est, marquée par des dômes piézométriques et un apport latéral de la nappe alluviale au Sud. Les apports ont été simulés à travers des puits de recharge, en appliquant le package de puits avec un débit positif. Ensuite, dans la phase d’étalonnage, l’approche par essais et erreurs a été utilisée pour estimer les débits d’eau souterraine.
Évapotranspiration : Le forfait Évapotranspiration
(EVT) a été utilisé pour reproduire les effets conjoints de la transpiration de la végétation et de l’évaporation directe des eaux souterraines. Le package EVT nécessite la mise en œuvre des paramètres suivants (élévation de la surface d’évapotranspiration, flux d’évapotranspiration maximum et profondeur d’extinction de l’évapotranspiration). Pour le modèle en régime permanent, l’évapotranspiration potentielle utilisée était de 0,001 m/jour et la profondeur d’extinction de 0,5 m, fixées comme des valeurs constantes pour tous les domaines actifs.

Résultats et discussion
Le modèle a été exécuté en régime permanent. Étant donné que la surveillance des eaux souterraines n’est pas effectuée périodiquement, le modèle d’état d’équilibre des eaux souterraines a été calibré avec un enregistrement statique du niveau d’eau des forages d’approvisionnement en eau. Les données de hauteur d’eau souterraine recueillies au cours de la période de mai 2018 ont été utilisées comme cible d’étalonnage. Cette période a été marquée par une exploitation minimale et une faible fluctuation du niveau des eaux souterraines.
Le modèle a été exécuté en activant les packages suivants : WELL, RCH, EVT, CHD et RIV. La charge hydraulique de départ (STRT) a été fixée à 25 m pour chaque cellule ; cette valeur a été fixée en fonction du niveau moyen de la nappe phréatique. STRT doit être au moins au-dessus de la surface BOTTOM de la couche de modèle pour éviter que les cellules ne soient sèches au début de la simulation. Le solveur numérique utilisé dans MODFLOW était le gradient conjugué préconditionné (PCG), utilisant 100 interactions externes et 50 interactions internes.
Le modèle a été calibré en comparant la charge hydraulique mesurée (mai 2018) et simulée sur 25 cibles. La comparaison visuelle entre la carte piézométrique produite avec les données recueillies en mai 2018 et la carte principale du modèle a aidé le processus de calibrage. Pour calibrer le modèle et générer un ajustement acceptable entre la charge mesurée et simulée, les paramètres suivants ont été modifiés : la charge hydraulique

Fig. 12 – Comparaison entre la conductivité hydraulique simulée et estimée sur le terrain à partir du test de pompage

La figure 13 montre une superposition de la carte piézométrique mesurée et celle simulée par le modèle MODFLOW. Elle montre que le modèle d’eau souterraine est suffisamment représentatif du système aquifère et qu’une bonne relation est observée dans la majeure partie de l’aquifère, sauf dans sa bordure est-sud-est, correspondant à une limite de recharge, où les apports doivent être mieux calibrés. Le diagramme de la Figure 14 montre un bon ajustement entre les chutes mesurées et simulées, l’erreur résiduelle moyenne est de 1,11 m où 60 % des puits mesurés ont marqué une valeur comprise entre 0,1 et 0,87 m. La carte piézométrique simulée (Fig. 13) montre une divergence des courbes de niveau de tête dans la zone Bourdim et Hnaya et une recharge latérale en limite avec l’aquifère alluvial comme postulé dans le modèle conceptuel.

Fig. 11 – Zones de conductivité hydraulique calibrées.

Fig. 13 – Carte piézométrique en mai 2018 et charge hydraulique simulée en régime permanent

Pour l’évaluation des échanges surface-souterraine qui se produisent dans le ruisseau El B’haim, le paramètre principal requis est la conductivité hydraulique du matériau du lit de la rivière. Le modèle calibré évalue une valeur de 0,0026 m/jour, alors que le débit sortant du ruisseau El B’haim obtenu était d’environ 5700 m3/jour. Chaffai et al 2012 suggèrent que le débit mesuré était d’environ 13 000 m3/jour. Notre faible taux peut être dû à la surexploitation actuelle de la ressource en eau souterraine dans la région à des fins agricoles.
L’aquifère côtier de Bouteldja au nord-est de l’Algérie est l’une des principales ressources en eau souterraine pour Annaba et El

Fig. 14 – Valeurs observées vs simulées pour la charge hydraulique mesurée en mai 2018.
Fig. 14 – Valori del carico idraulico osservati rispetto a quelli simulati nel Maggio 2018.
Le tableau 1 présente le bilan hydrique simulé. En examinant la limite CHD simulée, le modèle FREEWAT mis en œuvre évalue les entrées à 31 500 m3/jour et les sorties à 98 400 m3/jour, en supposant que la plupart des volumes sont rejetés vers la mer. L’infiltration quotidienne des précipitations a été simulée à environ 86 900 m3/jour et l’évapotranspiration à environ 25 200 m3/jour. Les prélèvements par pompage ont été estimés à environ 33300 m3/jour. Enfin; les bilans hydriques calculés avec le logiciel FREEWAT (Tab. 1), à partir de Hnaya, Bourdim et de la nappe alluviale ont été estimés respectivement à 20000, 13000 et 11300 m3/jour.
Languette. 1 – Bilan des eaux souterraines du modèle MODFLOW. Languette. 1 – Bilan delle acque sotterranee dal modello MODFLOW.
Entrée (m3/jour) Sortie (m3/jour)
Recharge pluviométrique (RCH) 86914 EVT (Evapotranspiration) 25204
CHD (zone humide) 31534 CHD (Mer et zone humide) 98488
PUITS (Afflux GW) 44300 PUITS (prélèvement d’eau) 33366
Fuite de rivière 5736
Entrée totale (m3/jour) 162748 Sortie totale (m3/jour) 162794

Tarf provinces. Un modèle d’écoulement des eaux souterraines MODFLOW-2005 pour l’aquifère côtier de Bouteldja a été mis en œuvre à l’aide du logiciel libre FREEWAT et du SIG (QGIS 2.18). Le modèle a été exécuté dans des conditions de régime permanent. L’écoulement des eaux souterraines simulé est orienté vers la mer Méditerranée le long de la limite du littoral en accord avec le modèle conceptuel. La recharge des masses d’eau souterraines adjacentes se produit dans les régions de Hnaya et Bourdim (limites est-sud-est) et de l’aquifère alluvial dans le sud-est. Au centre, la zone est représentée par une dépression qui permet l’écoulement de l’eau vers le ruisseau El B’haim et les marais de Righia (l’un des exutoires de l’aquifère). En utilisant les mesures piézométriques de mai 2018 comme référence, la calibration conduit à un ajustement acceptable entre la conductivité hydraulique et les hauteurs mesurées et calculées pour les besoins de cette étude. Ce n’est pas le cas pour la frontière orientale où les apports doivent être mieux calibrés. Le taux élevé d’évapotranspiration, de l’ordre de 9 millions de m3/an, s’explique par l’existence de nombreux marécages et zones humides et par la faible profondeur des eaux souterraines qui caractérise une grande partie de l’aquifère avec une profondeur variant entre 0,5 et 2 m).
Les prélèvements actuels sont de l’ordre de 33 000 m3/jour, ce qui peut être considéré comme très faible par rapport au taux de prélèvement du passé (qui est d’environ 90 000 m3/jour). Cet exercice de modélisation numérique utilisant MODFLOW, le logiciel FREEWAT et le SIG a atteint l’objectif d’une description préliminaire de l’écoulement des eaux souterraines et représente un point de départ acceptable pour une caractérisation hydrodynamique plus approfondie de l’aquifère côtier de Bouteldja.

Financement
Cet article a été développé dans le cadre de la thèse de Harizi Khaled.
Intérêts concurrents
Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.
Les contributions de l’auteur
Conceptualisation, Harizi K , Menani R et Chabour N ; méthodologie, Harizi K, Menani R, Labar S ; logiciel, Harizi K ; validation, Harizi K et Menani R ; analyse formelle, Menani R et Labar S ; enquête, Harizi K; curation des données, Harizi K. ; écriture-préparation du brouillon original,
Harizi K et Menani R ; rédaction-révision et édition, Harizi K, Menani R et Labar S ; visualisation, Harizi K; supervision, Menani R, Chabour N, Labar S ; administration du projet, Menani R. Tous les auteurs ont lu et accepté la version publiée du manuscrit.
Information additionnelle
Des informations supplémentaires sont disponibles pour ce document sur https://doi.org/10.7343/as-2021-511
Les informations de réimpression et d’autorisation sont disponibles en écrivant à acquesotterranee@anipapozzi.it
Note de l’éditeur L’Associazione Acque Sotterranee reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.
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11 réflexions sur “Évaluation initiale de l’écoulement et du bilan des eaux souterraines à l’aide du Système d’Information Géographique, MODFLOW-2005 et l’outil de modélisation FREEWAT dans l’aquifère côtier de Bouteldja (Nord Est de l’Algérie)”

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