Modélisation de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli-Liban : impact des changements globaux

par Omar Kalaoun

Thèse de doctorat en Hydrologie


  • Résumé

    Les eaux souterraines constituent 95% de l'eau douce accessible sur le globe. Les rapports de ``UNEP'' prédisent qu'en année 2020, 75% de la population mondiale vivra dans des zones côtières. Ces deux informations nous montrent l'importance des aquifères côtiers qui sont aujourd'hui surexploités. Cette surexploitation conduit à l'aggravation du phénomène naturel de l'intrusion saline. Sa modélisation est nécessaire pour évaluer et prédire l'étendue des zones impactées. Ce travail concerne la modélisation de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli-Liban. Cette ville est sur la mer Méditerranée et dans laquelle habite un huitième de la population libanaise (600,000). Dans cette étude, un modèle mathématique de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli est développé, en se basant sur l'implémentation de l'approche de l'interface abrupte dans ``Freefem++''. Ce modèle fournit principalement la profondeur de l'interface eau douce/eau salée. Les limites du modèle sont exposées et le modèle est validé avec la solution analytique, avec le code de calcul BFSWIM et avec les mesures de terrain où l'erreur quadratique moyenne varie entre 0.1 et 2m. La zone d'étude souffre d'un manque de données nécessaires pour élaborer la modélisation. Pour surmonter ce problème, nous avons eu recours aux mesures piézométriques effectuées par l'``UNDP'' dans des dizaines des puits de pompage dans la zone d'étude. Ces mesures sont utilisées dans un premier temps pour calibrer le flux d'eau douce entrant dans le domaine, puis pour valider le modèle expérimentalement. En plus, des compteurs volumétriques installés dans 38 puits de pompage ont montré que les habitants à Tripoli consomment la double quantité d'eau recommandée par le ministère des ressources en eau au Liban. Quatre scénarios de pompage basés sur le taux de croissance démographique, donné par le ministère des affaires sociales ont été étudiés. La hauteur de l'interface eau douce/eau salée associée à chaque scénario est calculée et comparée avec sa hauteur actuelle. Les résultats montrent que, avec la quantité d'eau pompée actuellement (250 litres par habitant par jour), la zone de pompage sera salinisée dans 20 ans, tandis que le respect des limites proposées par le ministère des ressources en eau (120 litres par habitant par jour) peut protéger l'aquifère à court terme. L'étude de scénario de croissance démographique est ensuite mise dans le contexte de changement climatique prédit dans le rapport du ``GIEC 2014'' pour la zone d'étude. Les évolutions pour les 25 prochaines années et pour trois phénomènes sont ainsi considérées: l'élévation du niveau de la mer, la variation du flux entrant d'eau douce et la variation du taux d'extraction d'eau douce de l'aquifère. La variation du flux entrant est imputée à la variation des régimes de précipitation dans les futures années. La variation de la couverture neigeuse est utilisée comme estimateur indirect pour la calibration du modèle. Le critère d'évaluation choisi est la position de la ligne de niveau 100m de l'interface eau douce/eau salée correspondant à la profondeur maximale des puits de pompage. L'étude montre que cette ligne avancera de 140m dans les 25 prochaines années. Les résultats montrent que l'impact de l'élévation du niveau de la mer (<1%) est très petit en comparaison avec celui de la variation de recharge (45%) et celui du taux d'extraction (54%).

  • Titre traduit

    Seawater intrusion modeling in Tripoli-lebanon aquifer : global change impact


  • Résumé

    The ground water resources represent 95% of the fresh water available in the world. ``UNEP'' reports predict that, 75% of people will live in coastal cities in 2020. These two informations show that coastal aquifers are essential in the elaboration of a water management strategy. Nowadays, coastal aquifers are subject to an over-exploitation that is leading to the aggravation of seawater intrusion phenomenon. Thus seawater intrusion modelling is necessary to assess and forecast the salinization of coastal aquifers. This work concerns the seawater intrusion modelling in Tripoli aquifer, Lebanon. Tripoli city lies on the Mediterranean coast and is home to one eighth of the Lebanese population (600,000). In this study, a mathematical model of sea water intrusion in Tripoli aquifer has been developed, based on the implementation of the sharp interface approximation in ``Freefem++''. This model provides primarily the depth of the freshwater/saltwater interface. The limitations of the model are exposed and the model is validated against analytic solution, against the numerical code ``BFSWIM'' and against terrain measurements where the root mean square error varies between 0.1 and 2m. The study zone suffers from scarceness of data necessary to elaborate the model. To overcome this problem, we use the piezometric measurements performed by the ``UNDP'' in tens of private wells in the studied zone. At first, we use these measurements to calibrate the flux of freshwater entering in the domain, then to validate experimentally the model. In addition, volumetric meters that have installed in $38$ buildings showed that water consumption through well extraction exceeds the recommendation of the Lebanese ministry of Energy and Water, which is 120 liters per capita per day. Four scenarios of pump basing on demographic growth rate given by the ministry of social affairs have been studied. Seawater intrusion height associated to each scenario has been calculated, then compared with its actual height. The results show that with this pumping rate (250 liters per capita per day), the pumping zone will be salinized within 20 years, while the respect of limitation proposed by the ministry of water resources and Energy can protect the aquifer for short time. This study of demographic growth scenario is then combined with the context of climate change predicted by ``IPCC2014'' and research studies in the region. Assessment of seawater intrusion for the 25 next years has been done, based on the following three phenomena: sea water rise, variation of fresh water flux entering in the domain and variation of freshwater extraction rate from the wells in the aquifer. The variation of snow cover is used as an indirect estimator to calibrate the model. The isocline 100m of saltwater/freshwater interface, which represents the maximal depth of pumping well, has been chosen as a criterion of evolution. Our study shows that this line will move forward about 140 m in the next 25 years leading to the salinization of the aquifer at the position of the pumping wells. The contribution of each parameter is assessed. We estimate that the sea water rise will contribute to less than 1% of this advance while the rate of recharge decrease and the rate of freshwater extraction increase contribute to 45% and 54% respectively of the isocline advance.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2015 par Université Paul Sabatier, Toulouse 3 [diffusion/distribution] à Toulouse

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  • Sous le titre : Modélisation de l'intrusion saline dans l'aquifère de Tripoli-Liban : impact des changements globaux
  • Détails : 1 vol. (155 p.)
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