Identification des paramètres hydrodynamiques du sol par modélisation inverse des flux d'infiltration PDF Download
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Author: José Miguel Soria Ugalde Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
Book Description
Dans ce travail une méthodologie est développée pour l'estimation des paramètres hydrodynamiques des sols pour la modélisation des transferts d'eau 1D à différentes échelles hydrologiques. La variabilité du sol dans un domaine hydrologique est prise en compte par la mesure des signales de flux agrégées à l'échelle requise. Deux méthodes de modélisation inverse de flux ont étés utilisées pour la estimation des paramètres hydrodynamiques. Les méthodes sont fondées sur l'approche "Beerkan" qui propose la détermination des paramètres de forme des caractéristiques hydrodynamiques, K(q) et h(q), à partir des informations texturales et des paramètres structuraux en utilisant l'inversion numérique du flux. La première méthode utilisé des modèles analytiques d'infiltration simples. La deuxième méthode emploie un "modèle numérique" non dimensionnel très précis, qui prends en compte des conditions initiales et aux limites plus complexes que la première, ainsi que le cas 3D axisymétrique.
Author: José Miguel Soria Ugalde Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 158
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Dans ce travail une méthodologie est développée pour l'estimation des paramètres hydrodynamiques des sols pour la modélisation des transferts d'eau 1D à différentes échelles hydrologiques. La variabilité du sol dans un domaine hydrologique est prise en compte par la mesure des signales de flux agrégées à l'échelle requise. Deux méthodes de modélisation inverse de flux ont étés utilisées pour la estimation des paramètres hydrodynamiques. Les méthodes sont fondées sur l'approche "Beerkan" qui propose la détermination des paramètres de forme des caractéristiques hydrodynamiques, K(q) et h(q), à partir des informations texturales et des paramètres structuraux en utilisant l'inversion numérique du flux. La première méthode utilisé des modèles analytiques d'infiltration simples. La deuxième méthode emploie un "modèle numérique" non dimensionnel très précis, qui prends en compte des conditions initiales et aux limites plus complexes que la première, ainsi que le cas 3D axisymétrique.
Book Description
Cette thèse consiste en l'établissement d'une méthode d'estimation des paramètres hydrodynamiques du sol par le biais d'une modélisation inverse d'une infiltration à disque pendant laquelle des mesures de résistivité électrique sont réalisées dans la zone du bulbe d'infiltration. Après avoir suggéré l'intérêt et les avantages d'une telle méthode, on a démontré, par le biais d'une étude numérique que la méthode peut conduire aux résultats escomptés. Pour cela des représentations de la fonction objective ont été proposées, et des scénarios d'inversion ont été testés. 3 paramètres hydrodynamiques et 2 paramètres pétrophysiques, qui assurent' via la relation de Rhoades et al. (1976) la correspondance entre la teneur en eau volumique du sol et sa résistivité électrique, ont été inversés. On a montré que la méthode est adaptée à la détermination des paramètres hydrodynamiques, mais pas à celle de paramètres pétrophysiques. Enfin, des expériences de terrain et des inversions numériques associées ont été réalisées. Pour les 3 sols de textures différentes testés, 4 scénarios d'inversion ont été proposés. Il a été observé, que dans le cas du sol limoneux la méthode conduit vers une estimation correcte des paramètres hydrodynamiques, que les paramètres de Rhoades ne peuvent être inversés qu'avec une incertitude très large, tout comme la dispersivité. Pour les sols sableux et argileux, les paramètres hydrodynamiques ont été optimisés avec des incertitudes plus importantes que dans le cas du sol limoneux. Pour le sol argileux, l'optimisation de la dispersivité s'est révélé impossible. A ce stade de développement, la méthode semble bien adaptée pour les sols de texture moyenne.
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Afin d'étudier l'intégration des écoulements préférentiels à travers les macropores observés dans les sols fins compactés, 3 approches de modélisation différentes sont développées. La première est celle d'un milieu homogène dont les propriétés hydrodynamiques sont décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. La deuxième est basée sur le concept de la double porosité où la matrice du sol et les macropores sont traités comme deux domaines d'écoulement présentant des propriétés hydrauliques différentes, et un terme d'échange décrit leur interaction. La troisième suppose que la distribution dimensionnelle de la porosité du sol et par conséquent, les courbes de rétention et de conductivité hydraulique suivent des lois bimodales également décrites par la formulation de Van Genuchten & Mualem. Pour chacune de ces approches, un modèle direct simulant l'infiltration verticale et une procédure d'identification des paramètres par la méthode inverse sont présentés. Les résultats des simulations d'essais d'infiltration au laboratoire sont confrontés aux données expérimentales. Il en ressort que le concept de la double porosité, bien qu'il fournisse une description plus réaliste du processus d'infiltration dans les sols macroporeux, montre ses limites d'applicabilité étant donné que l'estimation de ses paramètres s'avère complexe. Les approches plus pragmatiques, basées sur l'intégration de l'effet hydraulique des macropores dans les propriétés hydrodynamiques du sol à travers les lois unimodale et bimodale, se sont montrées plus intéressantes. Les résultats de l'estimation des paramètres pour ces 2 approches, suggèrent que la distribution dimensionnelle des pores dans les sols fins compactés, varie entre les lois unimodale et bimodale et ce, en fonction de la teneur en eau et du mode de compactage.
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Les propriétés hydrodynamiques des sols, représentées par les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique, régissent les écoulements d'eau et de solutés de puis la surface jusqu'aux nappes souterraines. La caractérisation et la compréhension de cette dynamique des fluides ont énormément d'importance pour la détermination des ressources en eau disponibles, la pollution des sols et des eaux souterraines. Le radar de sol est une méthode d'imagerie géophysique particulièrement adaptée pour détecter les contrastes de paramètres électromagnétiques tels que ceux engendrés par des gradients de teneur en eau. La problématique à laquelle répond cette thèse est de savoir si le suivi temporel par radar de sol de phénomènes de dynamique des fluides en proche surface, tels que des infiltrations, est suffisant pour retrouver les paramètres hydrodynamiques du sol considéré, de manière plus efficace que les procédés d'estimation classiques.Nous avons développé des algorithmes couplant des modèles hydrodynamique et électromagnétique, afin d'obtenir les propriétés hydrodynamiques de sols, en inversant les temps aller-retour des ondes électromagnétiques correspondant à des réflexions sur des contrastes de permittivité forts comme ceux rencontrés sur des fronts ou bulbes d'infiltration.Nous avons développé le suivi radar de deux techniques d'infiltration, en simple anneau et en forage de faible profondeur. La première permet une modélisation unidimensionnelle alors que la seconde utilise une modélisation 2D-axisymétrique. Dans chaque cas, nos méthodes originales ont été testées numériquement, puis appliquées à différentes expériences de terrain, principalement sur des sols sableux. Les paramètres des fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique retrouvés sont en accord avec ceux obtenus classiquement par des méthodes telles que des mesures sur échantillons en colonne suspendue et in situ par infiltromètrie à disque. Au-delà de l'aspect quantitatif des processus hydrodynamiques, l'interaction de ces derniers avec les champs électromagnétiques conduit à l'observation de phénomènes atypiques, comme des guides d'ondes créés par des bulbes d'infiltration.De plus, nous avons montré que le radar de sol est assez précis pour détecter des différences dans les profils de teneur en eau selon le cycle drainage-imbibition, causées par l'hystérèse sur les fonctions de rétention en eau et de conductivité hydraulique. Les paramètres de ces fonctions ont été obtenus par inversion de données radar lors de suivis de battements de nappe au sein de réservoirs, de l'ordre du mètre cube, en laboratoire.
Author: Hugo Delottier Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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La gestion durable des aquifères est une problématique grandissante depuis la fin du 20ème siècle. L'exploitation d'une ressource en eau souterraine est qualifiée de durable lorsque la capture des flux environnementaux est considérée comme acceptable sur le long terme. La modélisation hydrodynamique s'impose comme un outil indispensable pour remplacer une gestion réactive par une approche anticipative. Les paramètres hydrodynamiques qui caractérisent un aquifère et contrôlent les variables de sorties des modèles hydrodynamiques sont souvent mal connus. L'estimation de ces paramètres par la modélisation inverse souffre de la non-unicité de la solution optimale. Une approche simplifiée pour la quantification des incertitudes (analyse linéaire) est présentée comme une alternative pragmatique à des méthodes stochastiques inapplicables pour des modèles opérationnels. A partir de la réalisation d'une station expérimentale pilote, différentes méthodes (parfois complémentaires) ont été évaluées pour contraindre la recharge météorique et les propriétés hydrauliques d'un aquifère afin de réduire l'incertitude prédictive. La réalisation d'un modèle vertical couplé sol-surface a permis de démontrer que, dans le contexte étudié, la tension matricielle apporte suffisamment d'informations afin de contraindre la recharge prédite. Une interprétation conjointe d'un essai de nappe libre et des fluctuations piézométriques a permis une estimation intégrée de la recharge et des paramètres hydrodynamiques de la nappe libre. Ce travail de thèse a ainsi permis (i) de démontrer l'intérêt de disposer de méthodes algorithmiques pour la calibration et la quantification des incertitudes paramétriques pour un modèle hydrodynamique de gestion ; (ii) de mener une réflexion méthodologique sur l'utilisation de méthodes existantes afin d'apporter de l'information complémentaire fiable sur les paramètres hydrodynamiques ainsi que sur la recharge météorique. Ce travail offre des perspectives quant à la mise en place d'un réseau de suivi complet à l'échelle d'un bassin hydrogéologique.
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Dans ce travail un modèle numérique robuste est développé pour l’identification des paramètres pour la simulation de l’hydrodynamique en milieux fracturés. La première partie de ce travail est consacrée au problème direct qui est résolu avec la méthode des Eléments Finis Mixtes Hybrides (EFMH) et avec une technique de condensation de la masse. La méthode d’EFMH permet de réduire le problème à la résolution d’un système linéaire dont la matrice associée est symétrique, définie positive et la technique de condensation de la masse permet d’éviter les oscillations non-physiques. La deuxième partie de ce travail est consacrée à la résolution du problème inverse qui consiste à minimiser une fonction objectif définie par l’écart entre les observations mesurées et celles calculées par le problème direct. Le problème de minimisation est résolu avec l’algorithme de Marquardt–Levenberg. Cet algorithme nécessite le calcul du gradient de la fonction objectif qui est assuré par la méthode des sensibilités. La troisième partie de ce travail porte sur la paramétrisation qui consiste à minimiser le nombre des paramètres à estimer. A cause de sa simplicité, on s’intéresse ici à la paramétrisation par la méthode de zonation qui consiste à subdiviser le domaine étudié en plusieurs zones considérées comme homogène. Ainsi, l’identification des frontières entre les zones est faite avec la technique des indicateurs de raffinement. Enfin, le modèle numérique développé est validé sur quelques cas tests numériques et sur un cas test réel (le Site Expérimental Hydrogéologique « SEH » de Poitiers).
Author: Shakeel Ahmed Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 140206540X Category : Science Languages : en Pages : 265
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This book contains the results and findings of the advanced research carried out in a pilot area with a thorough investigation of the structure and functioning of an aquifer in a granitic formation. It characterizes the hard rock aquifer system and examines its properties and behavior as well as systematically details the geophysical, geological and remote sensing applications to conceptualize such an aquifer system.
Author: Howard S. Wheater Publisher: Cambridge University Press ISBN: 1139489720 Category : Science Languages : en Pages :
Book Description
Arid and semi-arid regions face major challenges in the management of scarce freshwater resources under pressures of population, economic development, climate change, pollution and over-abstraction. Groundwater is commonly the most important water resource in these areas. Groundwater models are widely used globally to understand groundwater systems and to guide decisions on management. However, the hydrology of arid and semi-arid areas is very different from that of humid regions, and there is little guidance on the special challenges of groundwater modelling for these areas. This book brings together the experience of internationally leading experts to fill a gap in the scientific and technical literature. It introduces state-of-the-art methods for modelling groundwater resources, illustrated with a wide-ranging set of illustrative examples from around the world. The book is valuable for researchers, practitioners in developed and developing countries, and graduate students in hydrology, hydrogeology, water resources management, environmental engineering and geography.
Author: Francisco Carrasco Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 3642124860 Category : Science Languages : en Pages : 519
Book Description
The Malaga Symposia Series provides an international forum for scientific debate on the progress made in research into karst environments. The 2010 meeting of the 4th International ISKA presents 80 papers in four key areas: karst hydrogeology and investigations, karst landscape and ecosystems, human interaction with karst environments, and engineering geology in karst areas. This book will be a useful edition to the libraries of consultants, scientists, lecturers, and policy makers concerned with the special issues of karst terrains.
Author: José Miguel Soria Ugalde
Author: José Miguel Soria Ugalde
Author: Sébastien Schneider
Author: Adel Abdallah
Author: Emmanuel Léger
Author: Hugo Delottier
Author: Hassane Fahs
Author: Shakeel Ahmed
Author: Howard S. Wheater
Author: Stuart Hill
Author: Francisco Carrasco