Eaux souterraines en cycle hydrologique (avec diagramme)

Lisez cet article pour en savoir plus sur les eaux souterraines en cycle hydrologique.

Les eaux souterraines font partie du cycle hydrologique complet de la Terre. À toutes fins utiles, les eaux souterraines proviennent de sources d’eau de surface. L'eau s'infiltre dans le sol par un processus de recharge naturel. Les précipitations, l’eau des cours d’eau, les réservoirs et les lacs sont les sources d’infiltration. L'irrigation de surface contribue également à la recharge artificielle.

Cette eau infiltrée s’enfonce ensuite plus profondément dans le sol sous l’effet de la gravité. Lorsqu'une zone de saturation est atteinte, l'eau commence à couler latéralement. Le sens de l'écoulement est contrôlé par les conditions aux limites hydrauliques.

Le rejet des eaux souterraines représente le retour de l'eau au-dessus de la surface, principalement dans les masses d'eau, sous la forme de sources et d'infiltrations dans les cours d'eau. L'évaporation et la transpiration sont d'autres modes de décharge. Les rejets artificiels se font par pompage des eaux souterraines. Le cycle hydrologique illustré à la Fig. 16.2 clarifie la contribution des eaux souterraines.

Essentiellement, toutes les eaux souterraines sont en mouvement. Les eaux souterraines se déplacent en réponse à un gradient hydraulique de la même manière que l'eau s'écoulant dans un canal ouvert ou un tuyau. Cependant, l'écoulement des eaux souterraines est sensiblement limité par le frottement avec le milieu poreux à travers lequel elles s'écoulent. Il en résulte des vitesses faibles et des pertes de charge importantes. Les vitesses peuvent varier de quelques centimètres par an à quelques mètres par jour.

Comme on peut le voir sur la figure 16.2, les couches de sous-sol perméables servent de conduits pour la transmission de l'eau. Il sert également de réservoir d’eaux souterraines en stockant l’eau pendant différentes périodes. Ainsi, le cycle hydrologique est terminé. Lorsque suffisamment de vapeur d'eau s'accumule dans l'atmosphère, le cycle se répète à nouveau.

Les composants des eaux souterraines dans le cycle hydrologique pour n'importe quelle zone peuvent être représentés par une équation:

∆s = recharge - décharge

Dans cette équation, ∆s représente l'évolution du stockage de l'eau souterraine au cours de la période étudiée. Sur le plan académique, sur une longue période de temps et dans des conditions naturelles, s sera égal à zéro, car recharge équivaut à décharge. Cependant, cela est rare en raison des activités humaines, qui ajoutent une recharge artificielle et provoquent une décharge qui rend l’équation complexe.

Si le stockage des eaux souterraines dans une zone est inférieur à la fin de la période sélectionnée par rapport au début, le rejet est indiqué comme ayant dépassé la recharge. Au contraire, si le stockage des eaux souterraines à la fin de la période est supérieur à celui du début, la recharge est indiquée comme ayant dépassé la décharge.

Les termes du côté droit de l'équation (1) ci-dessus, à savoir recharge et décharge, sont constitués de la manière décrite ci-dessous:

Recharge dans les aquifères:

La recharge à partir de sources naturelles comprend les éléments suivants:

i) percolation profonde par précipitation:

La percolation profonde des précipitations est l’une des sources les plus importantes de recharge des nappes souterraines. La quantité de recharge dans une zone particulière est influencée par la couverture végétale, la topographie et la nature des sols; ainsi que le type, l'intensité et la fréquence des précipitations.

ii) Infiltration de ruisseaux et de lacs:

Les suintements des ruisseaux, des lacs et d’autres plans d’eau constituent une autre source importante de recharge. En saison humide, lorsque le niveau des eaux souterraines peut être élevé, l’influence des infiltrations peut être limitée. Cependant, dans les régions où la totalité du flux des cours d'eau peut être perdue au profit d'un aquifère, les infiltrations peuvent être d'une importance majeure.

(iii) Débordement d'un autre aquifère:

Un aquifère peut être rechargé par un écoulement souterrain à partir d'un aquifère à proximité raccordé hydrauliquement.

(iv) recharge artificielle:

La recharge artificielle de la nappe phréatique peut être réalisée au moyen de systèmes planifiés ou peut être imprévue ou involontaire. Les principales contributions prévues au réservoir d’eaux souterraines peuvent provenir de terrains d’épandage, de bassins d’infiltration et de puits d’alimentation.

Les applications d'irrigation et autres activités sanitaires et domestiques ont un effet similaire, mais généralement non intentionnel. Les suintements des réservoirs, des canaux, des fossés de drainage, des étangs, ainsi que des structures similaires de captage et d'acheminement de l'eau peuvent être des sources locales d'alimentation majeure en eau souterraine. La recharge à partir de telles sources peut complètement modifier le régime des eaux souterraines sur une zone considérable.

Décharge d'eaux souterraines:

Les pertes du réservoir d'eaux souterraines se produisent de quatre manières:

(i) Infiltration dans les cours d'eau:

Dans certaines parties des cours d'eau et à certaines saisons de l'année, les eaux souterraines peuvent se déverser dans les cours d'eau et maintenir leurs débits de base. Cette condition est plus répandue dans les zones humides que dans les zones arides ou semi-arides.

ii) écoulement des sources:

Il existe des sources où la nappe phréatique coupe la surface du sol ou un aquifère confiné à la surface.

(iii) évaporation et transpiration:

L'évaporation peut entraîner une perte d'eau souterraine si la nappe phréatique est suffisamment proche de la surface du sol pour maintenir l'écoulement par remontée capillaire. En outre, les plantes peuvent transpirer les eaux souterraines de la frange capillaire ou de la zone saturée.

iv) Décharge artificielle:

Les puits et les drains se voient imposer des prélèvements artificiels sur le stockage des eaux souterraines et sont dans certaines régions responsables de l'épuisement majeur.