GEOSCAN, résultats de la recherche

Menu GEOSCAN


TitreApplication limits of the interpretation of near-surface temperature time series to assess groundwater recharge
AuteurGosselin, J S; Rivard, C; Martel, R; Lefebvre, R
SourceJournal of Hydrology vol. 538, 2016 p. 96-108, https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.03.055
Année2016
Séries alt.Secteur des sciences de la Terre, Contribution externe 20160249
ÉditeurElsevier
Documentpublication en série
Lang.anglais
DOIhttps://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2016.03.055
Mediapapier; en ligne; numérique
Formatspdf
Sujetseau souterraine; écoulement de la nappe d'eau souterraine; ressources en eau souterraine; mouvement des eaux souterraines; flux thermique; températures des eaux souterraines; temperature; humidité du sol; profils pédologiques; sols; températures au sol; mécanique des sols; hydrogéologie
Illustrationsschematic diagrams; formulae; tables; bar graphs; graphs
ProgrammeAquifer Assessment & support to mapping, Géoscience des eaux souterraines
Résumé(disponible en anglais seulement)
The main objective of this study was to test the application limits of a groundwater recharge assessment technique based on the inversion of a vertical one-dimensional numerical model of advective-conductive heat transport, using temperature time series at three different depths (1, 3 and 5 m) in the unsaturated zone. For this purpose, several synthetic hourly datasets of subsurface temperatures, representing various weather, ground cover, and soil texture conditions, thus covering a wide range of groundwater recharge values, were produced with the vertical one-dimensional coupled heat and moisture transport simulator SHAW. Estimates of the vertical flux of water in the soil were then retrieved from these realistic temperature profiles using a simple one-dimensional numerical simulator of advective and conductive heat transport in the unsaturated zone that was developed as part of this study. The water flux was assumed constant on a weekly, monthly, semi-annual, and annual basis. From these vertical water flux estimates, annual (potential) groundwater recharge rates were then computed and results were compared to those calculated previously with SHAW to assess the accuracy of the method. Results showed that, under ideal conditions, it would be possible to estimate annual recharge rates that are above 200mm/y, with an acceptable error of less than 20 %. These 'ideal' conditions include the resolution of the water flux on a weekly basis, error-free temperature measurements below the soil freezing zone, and model parameter values (thermal conductivity and heat capacity of the soil) known a priori with no uncertainty. However, this work demonstrates that the accuracy of the method is highly sensitive to the uncertainty of the input model parameters of the numerical model used to carry out the inversion and to measurement errors of temperature time series. For the conditions represented in this study, these findings suggest that, despite the best modeling and field instrumentation practices, heat-based techniques for the assessment of diffuse groundwater recharge rates are likely not well suited for real field conditions, but could still represent a viable approach for applications carried out in engineered materials and under controlled conditions.
Résumé(Résumé en langage clair et simple, non publié)
Le principal objectif de cette étude était de tester les limites d'applicabilité d'une méthode d'évaluation de la recharge basée sur l'utilisation de séries temporelles de températures prélevées à différentes profondeurs dans la zone non saturée du sol et ce, pour différents climats, représentatifs de diverses régions au Canada. Ceci a été fait en utilisant un modèle numérique vertical du transport simultané de chaleur et de l'eau dans le sol. Les résultats ont montré que, dans des conditions idéales, il serait possible d'évaluer la recharge annuelle lorsque celle-ci est supérieure à 200 mm/an, avec une incertitude très acceptable de moins de 20%. Cependant, l'erreur devient rapidement beaucoup trop grande lorsque les erreurs de mesure sur les températures et l'incertitude sur les paramètres du modèle numérique sont considérées. Il s'avère donc que les techniques basées sur la chaleur ne sont pas bien adaptées à l'estimation de la recharge diffuse pour des conditions réelles. Elles peuvent néanmoins représenter une approche intéressante pour des applications utilisant des matériaux synthétiques aux propriétés connues ou dans des conditions très contrôlées tels que des essais en laboratoire.
GEOSCAN ID299404