Modélisation de l’écoulement de l’eau souterraine dans les aquifères du "Continental

Terminal" et du Quaternaire littoral du bassin sédimentaire côtier du

Bénin (Afrique de l’Ouest)

Model for the groundwater flow in the aquifers of the "Continental Terminal" and the littoral Quaternary of the

coastal sedimentary basin of Benin (West Africa)

Moussa Boukari1, Ouorou Moussa2, Félix Azonsi2 & Peter Viaene3

LE SITE DE GODOMEY

#

#

#

#

##

#

#

##

#

#

#

######

###

#

#

# #

#

##

#######

#

#

#

#

#

#

#

#

##

# #

UAC

TokanOuèdo

Pahou

Togbin

Ganvié

Cotonou

GodomeyKokotomèCococodji

Dèkoungbé

Alansankomè

Abomey-Calavi

2 0 2 4 Kilometers

OBJECTIFS

• Analyser le système aquifère de Godomey pour mieux comprendre son fonctionnement:

→ évaluer dans le temps et l'espace:

– les rabattements induits par les pompages– la provenance de l’eau entrant dans le périmètre

de captages (réseaux d’écoulement);

OBJECTIFS (suite)

– le bilan d’eau du système aquifère, notamment:

les volumes de recharge des nappes dans le secteur de Godomey ;les volumes de drainage par les lagunes, lacs et cours d’eau environnants ;

– le phénomène d'intrusion saline qui affecte le système aquifère ;

OBJECTIFS (suite et fin)

→ Simuler des scénarios d’exploitations:

– effet de l’augmentation des pompages existants– effet de nouveaux forages dans le champ– effet de changements climatiques

Modèle de Gestion

Méthodologie/Etapes du Travail

• Digitalisation des données d’entrée pour le modèle dans les limites du domaine choisi;

– Topographie (logiciel Surfer) : carte altimétrique;

– Géologie (logiciel GeoEditor): à partir de transformations des données géologiques brutes (positions et logs stratigraphiques des ouvrages mécaniques existants) : on aboutit à une identification des couches hydrogéologiquementperméables (aquifères) et imperméables (aquicludes) ;

Méthodologie/Etapes du Travail(suite)

– Ouvrages d’exploitation (Forages) : position et débits pompés ;– Ouvrages d’observation (piézomètres): positions et charges observées– Eaux de surface: extension et échanges

avec le système à modéliser– Recharge de la nappe: précipitations,

ETR, apports latéraux ;

Méthodologie/Etapes du Travail(suite et fin)

• Simulation logiciel Modflow (différences finies): maillage du domaine choisi en tenant compte des critères informatiques et numériques (limitation des volumes de calcul, précision des calculs dans les secteurs de forts gradients hydrauliques etc.);

Données d’entrée• Propriétés:

→ Réservoir : – Porosité– épaisseur – extension latérale

→ Fluide : – viscosité

→ Pour l’Ensemble du système: – conductivité hydraulique, – coefficient d’emmagasinement

Fond géologique (affleurements) et topographique

• CT• TB• Sable jaune• Sables gris et bruns• Vase

Profils de coupes et exemple de coupe interpolée avec GeoEditor

a

s jaa

tbsf

a

sms

sm

a

sfsy

as

n

a

sfaia

a

sasm

asaa

a

asavav

tbsfgrasg

a

sasg

ss j

sgg

as

tbsasm

sf

sm

sgsm

avgr

grav

ia

sasm

sa

a

sn

a

snsf

sa

s

n

agr

a

av

ia

a

sa

a

saa

sa

sg

sf

a

sgsa

sf

a

a

a

a

a

sf

sg

tb

as fass fasaasasg

sa

sg

as fa

sg

sa

as

sa

s

s

saas

as

sy

sn

as

asav

sj

av

sa

avsj

sv

gr

av

sblalq

sasas

sa

ag

as

sa

smsaa

sa

sm

s

s f

as

sa

ssa

sgsasgsmsgsm

av

saaasasa

s

sm

sasmassjsmas

sy

sa

sy

as

sf

as

av

s

sv

gr

sv

assg

ssgssa

s

sg

sm

gr

sm

gr

sv

a

av

gra

av

sv

gr

av

sbs

sa

sysasa

sg

a

sgsusm

sf

sm

sg

saas

sg

0

-10 0

0

#

# #

#

#### #

#

# # ## # # # # ##

##

## # # #

#

#### # # # ##

##

##

# #

####

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#

#### ### #

### #

#

### ###

####

#

#######

## # ##

## # # ###

##

#

#

##

#

#

#

#

##

###

#

##

#

#

##

##

#

#

##

#

#

#

JA 9 5

JA 1 4 9

JA 9 6 JA 1 2 6

JA 8 1

JA 8 0

JA 1 1 7

JA 1 1 8

AT6 9

JA 2 7

JA 1 3 0

JA 7 9

JA 8 4JA 1 4

Z L 1 1 1

ZL 7 2 6

JA 1 2 9

JA 7 6

JA 2 5

JA 8 5JA 8 8

JA 0 5

JA 1 3 5

JA 0 4JA 0 6JA 1 3 6

JA 1 5 7

JA 1 5 6

JA 3 9JA 0 1

F1 A C F4 A CF 3 AC

AT7 6 AT8 0

JA 1 3 4

JA 8 2 JA 6 3

JA 1 5 2

FR6

JA 1 5 4

S1

S2

FR5PZ1 1FR8

S2

ZL 7 3 3Z L 7 3 4

Z L 7 2 5ZL 5 3 4

ZL 5 3 3

JA 4 1

JA 1 0JA 4 0

JA 3 6

F8 N UAT 32

PU 2

SC 2

F1 N UZL 32 1

A4A2

F1 9F1 8F1 6

F1 1 F8

PZ 10PZ 7

S3

PU 1PZ 8– Coupe selon le profil OP

– La 1ère couche n’est pas colorée

– 7 couches lithologiques différenciées

Maillage et Conditions aux limites (ModFlow)

Maillage500x1000 m et 230x250m

Conditions aux Limites.Charges imposéesOcéan, Lac, Chenal, Ligne

isopièze de 15m au Nord Flux nulsRivières,Drains,Recharge

Propriétés hydrauliques et charges imposées (vue en

coupe)• Terre de Barre en

bleu foncé• Sable en blanc• Argiles en vert et

bleu clair

Forages d’exploitation et piézomètres de référence

RESULTATS:

Régime Permanent ou stationnaire

Charges observées vs charges calculées

Histogramme des résidus de calage

Charges hydrauliques calculées• Couche 1 • Couche 5

Rabattements calculées• Couche 1 • Couche 5

Lignes d’écoulement pour les couches1 et 5

Bilan d’eau

Bilan d’eau

TotalZone nordZone sudZone lacZone estEaux de surface

Pompages

35589.035589.01225.57769.8678.62280.63713.41511.91044.8449.806313.80.00.023577.0022613.00.0Sorties (m3/jour)Entrées (m3/jour)

Recharge

Scénarios simulésExemple: Rabattements conditions de 2011 pour couche 1 et

couche 5 (Risque d’intrusion saline dans le champ)

Vues en coupe des lignes d’écoulement conditions actuelles et conditions de 2011sans ajout de

nouveaux forages

Bilan d’eau pour le scénario d’exploitation prévisionnelle de 2011 par simple augmentation des débits des forages existants (x 1.6)

SORTIESPompages = 56 262.00 m³/jDrains = 709.23 m³/jRecharge = 0.00 m³/jRivières = 0.00 m³/jZone Ouest = 431.56 m³/jZone du Lac = 3 423.60 m³/jZone Sud = 556.70 m³/jZone Nord = 553.70 m³/jTotal SORTIES = 61 937.00 m³/jDifférence: ENTRÉES - SORTIES = 9.7831 E-5 m³/jPourcentage de dispersion = 0%

Zone influencée par les pompages intensifs en 2000Superficie: 88.1548 Km2

ENTRÉESPompages = 0.00 m³/jDrains = 0.00 m³/jRecharge = 23 577.00 m³/jRivières = 4 704.10 m³/jZone Ouest = 2 290.60 m³/jZone du Lac = 10 643.00 m³/jZone Sud = 10 196.00 m³/jZone Nord = 10 527.00 m³/jTotal ENTRÉES = 61 937.00 m³/j

CONCLUSION• Il en ressort que dans les conditions du régime permanent:1-Le cône de dépression occasionné par les pompages intensifs

actuels (2003) va passer la barre de 0 m pour se situer àenviron -2 m pour la nappe supérieure superficielle (couche1) et – 3 m pour la nappe inférieure la plus captée (couche 5); cette situation crée un risque potentiel d’intrusion saline dans le champ ; ce risque s’aggraverait si l’on augmentait encore le débit de pompage dans ce même champ ou dans ses voisinages immédiats (scénarios 3 et 5) ; il est moindre du côtéde l’océan au Sud où il existe une ligne de partage des eaux souterraines entre le champ et la ligne de rivage ; il est par contre menaçant du côté du lac Nokoué qui jouxte plutôt le champ à l’Est ; le début de salinisation déjà constaté au niveau des forages les plus proches de ce lac confirme cette appréhension ;

CONCLUSION (suite)2- Les écoulements vers le champ de captage sont sub-verticaux

et latéraux; les écoulements latéraux viennent préférentiellement du Nord (plateau) puis du Sud (plaine littorale); les écoulements en provenance de l’Est et surtout de l’Ouest sont moindres mais non nuls comme les bilans d’eau l’ont prouvé ; les forages captant l’aquifère supérieur superficiel (couche 1) et le premier aquifère inférieur (couche 3) sont alimentés essentiellement par le système d’écoulement local; ils sont donc relativement vulnérables à la pollution à partir de la surface; les forages captant le 2ème aquifère inférieur (couche 5) notamment, les plus nombreux, sont alimentés par les systèmes d’écoulement intermédiaire et régional ; ils sont par conséquent moins vulnérables à la pollution superficielle ; le caractère régional du système d’ écoulement éloigné augmente avec l’augmentation des débits de pompage (voir scénario 5).

CONCLUSION (suite)

3- Les rabattements consécutifs au débit global de pompage actuel (2003) sont de l’ordre de 5.5 m pour l’aquifère supérieur (couche 1) et de l’ordre de 6.5 m pour l’aquifère inférieur (couche 5) ; ils augmentent rapidement avec l’augmentation du débit global de pompage (scénario 5, de l’ordre de 9.5 m pour les deux aquifères) ;

CONCLUSION (suite et fin)4- Le bilan d’eau pour le niveau de pompage actuel

(2003) montre que :– l’essentiel des apports d’eau dans le périmètre de captage

est représenté par la recharge (57%), suivie des apports souterrains latéraux nord (21%), sud (11%), est ou côté lac (09%) et ouest (02%) ; la lagune Djonou n’intervient que pour 0.8% ; la part de la zone du lac dans ces apports augmente avec l’augmentation du débit global de pompage (17% contre 09% actuel pour le scénario 5);

– les sorties du périmètre de captage sont représentés essentiellement par les pompages (79%), les pertes vers la zone du lac (08%), le drainage par les dépressions (07%), les pertes vers la lagune Djonou (0.9%) et les pertes latérales souterraines vers le Nord (2.4%), l’Ouest (1.6%) et le Sud (01%) ;

Perspectives

– Améliorer et finaliser le calage du modèle en régime transitoire;

– Prendre en compte l’effet de densité dans les calculs;

– Faire du modèle un véritable outil de gestion des ressources en eaux souterraines du site de Godomey

– Continuer de se servir de cette technique pour construire des modèles d’autres nappes et pour évaluer des projets basés sur la modélisation hydrogéologique;

MERCI POUR VOTRE ATTENTION

VOS CONTRIBUTIONS SONT ATTENDUES