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Guide de présentation des travaux de modélisation hydrogéologique Renseignement

Guide de présentation des travaux de modélisation hydrogéologique Renseignements Pour tout renseignement, vous pouvez communiquer avec le Centre d’information. Téléphone : 418 521-3830 1 800 561-1616 (sans frais) Télécopieur : 418 646-5974 Formulaire : www.environnement.gouv.qc.ca/formulaires/renseignements.asp Internet : www.environnement.gouv.qc.ca Pour obtenir un exemplaire du document : Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques 675, boul. René-Lévesque Est Québec (Québec) G1R 5V7 Ou Visitez notre site Web : www.environnement.gouv.qc.ca Référence à citer Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques. Guide de présentation des travaux de modélisation hydrogéologique, 2020, 48 p., [En ligne], http://www.environnement.gouv.qc.ca/eau/souterraines/Guide-modelisation-hydrogeologique.pdf Dépôt légal – 2020 Bibliothèque et Archives nationales du Québec ISBN 978-2-550-87203-0 (PDF) Tous droits réservés pour tous les pays. © Gouvernement du Québec – 2020 ii TABLE DES MATIÈRES 1. Introduction et contexte du guide_______________________________1 2. Objectifs de modélisation _____________________________________2 3. Le modèle conceptuel ________________________________________3 4. Complexité vs simplicité ______________________________________7 5. Modèle mathématique et approche choisie _______________________8 6. Définition et présentation du modèle du site ______________________9 6.1Domaine ____________________________________________________________ 9 6.2Dimensionnalité _______________________________________________________ 9 6.3Discrétisation ________________________________________________________ 10 7. Conditions limites et conditions initiales ________________________ 12 8. Hydrostratigraphie et paramètres physiques et chimiques _________ 14 9. Calibration et résultats ______________________________________ 16 10. Analyse de sensibilité et de l’incertitude ________________________ 23 11. Discussion ________________________________________________ 24 12. Conclusions et recommandations _____________________________ 26 13. Archivage _________________________________________________ 26 14. Erreurs et faiblesses typiques à éviter __________________________ 26 15. Synthèse __________________________________________________ 27 16. Références bibliographiques _________________________________ 28 iii LISTE DES TABLEAUX Tableau 1. Types de données utilisées pour le développement d’un modèle conceptuel ____________________________________________________________________ 6 Tableau 2. Exemple d’un tableau sommaire qui définit les paramètres importants dans un modèle 3D de l’écoulement et du transport réactif _________________________ 15 iv LISTE DES FIGURES Figure 1 : Exemples de modèles conceptuels, vues en coupe ___________________ 4 Figure 2 : Exemples de maillages et des conditions limites ____________________ 11 Figure 3 : Image graphique d’une simulation numérique d’écoulement 2D dans un système hétérogène ___________________________________________________ 13 Figure 4 : Exemples des méthodes de présentation d’une calibration ____________ 17 Figure 5 : Exemples de graphiques de calibration ___________________________ 18 Figure 6 : Exemple d’une aire de captage en régime permanent ________________ 19 Figure 7 : Exemple d’un système d’écoulement simulé en 3D __________________ 20 Figure 8 : Exemples des méthodes de présentation des résultats d’un modèle numérique __________________________________________________________ 21 Figure 9 : Exemples des présentations de simulations de transport advectif-dispersif en 3D_________________________________________________________________ 22 Figure 10 : Exemples des analyses d’incertitude et de sensibilité ________________ 25 v LISTE DES ANNEXES ANNEXE 1 Structure suggérée pour un rapport de modélisation hydrogéologique ANNEXE 2 Liste de vérification du contenu d’un rapport de modélisation hydrogéologique ANNEXE 3 Conditions limites : révision et erreurs ANNEXE 4 Critères de précision ANNEXE 5 Description sommaire des modèles numériques ANNEXE 6 Définitions des symboles vi REMERCIEMENTS La publication de ce guide a été rendue possible grâce au travail de rédaction effectué par le professeur John Molson, du département de géologie et de génie géologique de l'Université Laval. La Direction de l’eau potable et des eaux souterraines tient à souligner l'importance de son apport. 1 1. INTRODUCTION ET CONTEXTE DU GUIDE Ce guide a été rédigé à l’intention des consultants qui réalisent des travaux de modélisation hydrogéologique. Il décrit les « bonnes pratiques » à appliquer lors de la rédaction d’un rapport destiné à présenter ce type de travaux et leurs résultats. Ainsi, le lecteur d’un tel rapport sera en mesure de connaître les données que le modélisateur avait à sa disposition, la démarche qu’il a suivie pour réaliser son travail de modélisation et les résultats qu’il a obtenus. Les recommandations de ce guide s’appliquent pour les modèles autant analytiques que numériques et pour l’écoulement de l’eau souterraine et le transport de masse ou de chaleur. Il est supposé que l’utilisateur de ce guide possède déjà la connaissance nécessaire en hydrogéologie et en modélisation. Pour cela, ce guide ne donne pas une révision de la méthodologie de modélisation. La règle de l’art en modélisation numérique est déjà définie dans plusieurs références notamment : Anderson et collab. (2015), Zheng et Bennett (2002), Barnett et collab. (2012), Neuman et Wierenga (2003), ASTM (2008; 2013; 2016), Refsgaard et Henriksen (2004), Reilly et Harbaugh (2004) et US EPA (1994). Après la lecture de ce guide, le modélisateur devrait être en mesure de mieux présenter les travaux de modélisation hydrogéologique, incluant la description de données disponibles, la construction du modèle conceptuel, la présentation du modèle numérique du site, la calibration du modèle, l’analyse de sensibilité et de l’incertitude du modèle, la présentation des simulations prédictives et une analyse des retombées. Un modèle de table des matières pour un rapport de modélisation hydrogéologique est suggéré à l’annexe 1 de ce guide. L’annexe 2 comporte une liste de vérifications à faire pour s’assurer que tous les éléments nécessaires à l’analyse du rapport sont déjà fournis. Un sommaire des conditions limites est donné à l’annexe 3 et les critères de précision à l’annexe 4. Finalement, l’annexe 5 comporte une description sommaire des modèles typiquement utilisés dans ce contexte et un glossaire est fourni à l’annexe 6. 2 2. OBJECTIFS DE MODÉLISATION Le modèle conceptuel, le modèle numérique du site, les types de simulations ainsi que les choix des méthodes de présentation des résultats du modèle dépendent, entre autres, des objectifs de la modélisation. Bien que ces objectifs spécifiques puissent évoluer dans le temps, des objectifs principaux devraient être bien définis au début du projet, bien avant le développement du modèle. Ces objectifs de modélisation vont jouer un rôle sur l’approche de caractérisation du site, incluant le type de données collectées, leur distribution en espace, la fréquence de mesures, etc. Dans tous les cas, l’objectif général d’une étude de modélisation est de comprendre le comportement d’un système hydrogéologique pour aider les parties prenantes à prendre des décisions. Par exemple, un modèle d’écoulement avec un traçage de particules peut servir à définir les aires de protection d’un puits de prélèvement d’eau souterraine, ou un modèle de transport de masse peut être utilisé pour choisir un système de restauration optimal d’un site contaminé. Dans cette perspective, la présentation des résultats joue un rôle critique pour transmettre ces connaissances, pour démontrer à l’utilisateur (ou au public) que le modèle est fiable, et pour bien encadrer les résultats dans le contexte des incertitudes et des limitations applicables. En effet, le choix du modèle, l’étendue du domaine (incluant la dimensionnalité et la localisation des limites), les choix des processus et paramètres et les scénarios simulés dépendent des objectifs. Si l’objectif est de déterminer l’aire d’alimentation d’un puits par exemple, un modèle 2D vertical en coupe ne sera pas justifiable compte tenu des gradients hydrauliques 3D qui sont générés par un tel puits. Si le transport des contaminants est un objectif, le maillage doit être typiquement raffiné plus que celui qui est généré pour le système d’écoulement seulement. Plusieurs objectifs généraux de modélisation peuvent être établis, notamment : 1. Mieux comprendre le comportement du système hydrogéologique; 2. Valider le modèle conceptuel d’un site; 3. Aider à planifier les travaux de caractérisation sur le terrain basé sur les prédictions et l’importance ou la sensibilité des paramètres; 4. Évaluer l’impact d’un projet sur les autres utilisateurs des ressources en eaux souterraines et sur l’environnement; 5. Définir des règles ou des conditions d’exploitation sécuritaire des ressources en eaux souterraines; 6. Prédire l’impact potentiel des changements climatiques sur les ressources en eaux souterraines. En plus des objectifs généraux, des objectifs plus spécifiques peuvent être déterminés, notamment : 1. Décrire les systèmes d’écoulements locaux et régionaux, incluant les vitesses, les lignes d’écoulement et les zones de recharge et de résurgence, dans le cadre du développement durable d’une ressource en eaux souterraines; 2. Déterminer le rabattement ou délimiter les aires d’alimentation d’un puits; 3. Évaluer ou comparer l’efficacité d’une méthode de restauration d’un aquifère contaminé; 4. Prédire l’impact environnemental des contaminants dissous provenant d’un déversement (ponctuel ou continu) sur la qualité des eaux souterraines; 5. Réaliser la conception d’un système de confinement hydraulique d’un terrain contaminé. Par conséquent, les résultats d’une modélisation seront évalués par rapport aux objectifs. Cette étape sera utile également pour le modélisateur avant et pendant le projet en lui donnant une cible afin d’optimiser l’approche choisie et les formats de présentation. 3 Le cadre réglementaire et les besoins et attentes des parties prenantes qui ont motivé l’étude vont jouer un rôle important sur les objectifs et devraient donc être également définis et pris en compte dès le début du projet de modélisation. 3. LE MODÈLE CONCEPTUEL Mise en contexte Un modèle numérique ou analytique est basé sur un modèle conceptuel du contexte hydrogéologique du site qui est défini selon les connaissances actuelles (ou supposées), incluant les données disponibles, les processus physicochimiques pertinents et des hypothèses. Tout comme un modèle numérique d’un site, le modèle conceptuel représente une simplification du système réel. Néanmoins, le rapport de modélisation devrait être établi autour de ce modèle conceptuel, en utilisant ses caractéristiques observées pour justifier les choix reliés au modèle, comme les limites, uploads/Philosophie/guide-modelisation-hydrogeologique.pdf