Hydrogéologie

L'hydrogéologie est une branche de la géologie qui traite de l'étude de la distribution, du mouvement et de la qualité de l'eau dans le sous-sol. L'hydrogéologie s'intéresse à la compréhension de l'occurrence, du mouvement et du stockage des eaux souterraines dans aquifères, qui sont des formations géologiques qui contiennent de l'eau. Les hydrogéologues étudient les propriétés de roches et les sédiments qui contrôlent le mouvement de l'eau, l'interaction entre les eaux souterraines et les eaux de surface, et l'impact des activités humaines sur la qualité et la quantité des ressources en eaux souterraines. L'hydrogéologie est un domaine interdisciplinaire qui s'appuie sur la géologie, la physique, la chimie, les mathématiques et l'ingénierie pour résoudre un large éventail de problèmes environnementaux, géologiques et d'ingénierie.

Eau est une ressource naturelle précieuse. Sans eau, il n'y aurait pas de vie sur Terre. Les deux tiers de notre corps sont composés d'eau en poids.

L'approvisionnement en eau sont également essentiels pour soutenir la production alimentaire et l'activité industrielle. Le facteur le plus important qui détermine la densité et la répartition de la végétation est la quantité de précipitations (Fetter, 2001).

L’agriculture peut prospérer dans certains déserts, mais uniquement avec de l'eau pompée du sol ou importée d'autres régions (Fetter, 2001).

civilisations ont prospéré avec le développement d'approvisionnements en eau fiables, puis se sont effondrés lorsque leur approvisionnement en eau a échoué (Fetter, 2001).

Une personne nécessite 3 litres (L) d'eau potable par jour pour maintenir les fluides essentiels du corps (Fetter, 2001).

Peuple primitif dans les terres arides existaient avec un peu plus que ce montant comme consommation quotidienne totale

A New York la consommation d'eau quotidienne par habitant dépasse 1000 2001 L; une grande partie est utilisée à des fins industrielles, municipales et commerciales (Fetter, XNUMX).

La surexploitation des eaux souterraines par des pompages incontrôlés peut poser certains problèmes (Hiscock, 2005) :

• effets néfastes sur les forages et puits voisins,
• affaissement de terrain,
• intrusion d'eau salée,
• et l'assèchement des eaux de surface et des zones humides.

L'utilisation incontrôlée de produits chimiques et l'élimination négligente des déchets sur le sol provoquent la pollution des eaux souterraines (Hiscock, 2005).

Principales sources de pollution des eaux souterraines :

• produits agrochimiques,
• déchets industriels et municipaux,
• les résidus et les eaux usées de traitement des mines,
• puits de saumure de gisement de pétrole,
• réservoirs de stockage souterrains qui fuient,
• canalisations qui fuient,
• les boues d'épuration,
• et fosses septiques

Portée de l'hydrogéologie

L'hydrogéologie est l'étude scientifique des propriétés, de la distribution et du mouvement des eaux souterraines dans le sous-sol terrestre. C'est un domaine interdisciplinaire qui combine des éléments de géologie, d'hydrologie, de chimie, de physique et d'ingénierie. La portée de l'hydrogéologie comprend les éléments suivants:

1. Étude de la présence et de la disponibilité des eaux souterraines : les hydrogéologues étudient la présence, la distribution et la disponibilité des eaux souterraines dans le sous-sol. Ils utilisent diverses techniques telles que les levés géophysiques, le forage et la diagraphie de puits pour explorer le sous-sol.
2. Écoulement et transport des eaux souterraines : Les hydrogéologues étudient l'écoulement et le transport des eaux souterraines dans le sous-sol. Ils utilisent des modèles numériques pour prédire la direction et le débit de l'écoulement des eaux souterraines et pour simuler le transport des contaminants dans les eaux souterraines.
3. Caractérisation des aquifères : Les hydrogéologues caractérisent les propriétés des aquifères, qui sont des formations géologiques qui stockent et transmettent les eaux souterraines. Ils étudient les propriétés hydrauliques des aquifères telles que la conductivité hydraulique, la transmissivité et le coefficient de stockage.
4. Qualité des eaux souterraines : Les hydrogéologues étudient la qualité des eaux souterraines, notamment sa composition chimique et la présence de contaminants. Ils utilisent diverses techniques pour échantillonner et analyser les eaux souterraines, telles que les tests de pompage, les tests de limaces et la diagraphie des puits.
5. Gestion des eaux souterraines : Les hydrogéologues jouent un rôle clé dans la gestion des ressources en eaux souterraines. Ils utilisent leurs connaissances en hydrogéologie pour développer des stratégies d'utilisation durable et de protection des ressources en eaux souterraines. Cela comprend la conception de champs de captage, la gestion de la recharge des eaux souterraines et le contrôle de la contamination des eaux souterraines.
6. Interaction des eaux souterraines avec les eaux de surface : les hydrogéologues étudient l'interaction des eaux souterraines avec les eaux de surface, telles que les rivières, les lacs et les zones humides. Ils utilisent leurs connaissances en hydrogéologie pour comprendre le rôle des eaux souterraines dans le maintien de l'écoulement des eaux de surface et pour développer des stratégies de gestion durable des ressources en eau.

Enquête hydrogéologique

L'investigation hydrogéologique est le processus d'étude des propriétés et du comportement de l'eau dans le sous-sol. Cela implique l'utilisation de divers outils et techniques pour recueillir des données sur le système hydrogéologique, telles que la géologie et l'hydrologie d'une zone, la quantité et la qualité des eaux souterraines et le potentiel de développement et de gestion des ressources en eau.

L'étude hydrogéologique est importante dans de nombreuses applications, telles que la planification et la conception de systèmes d'approvisionnement en eaux souterraines, l'identification de sources d'eau potentielles pour les opérations minières ou industrielles, l'évaluation des impacts environnementaux liés aux eaux souterraines et l'évaluation des impacts potentiels du changement climatique. sur les ressources en eaux souterraines.

L'investigation hydrogéologique peut impliquer une gamme d'activités, telles que la cartographie géologique, la collecte de données hydrologiques, les tests d'aquifères, l'analyse de la qualité de l'eau et la modélisation informatique de l'écoulement et du transport des eaux souterraines. Les résultats des investigations hydrogéologiques peuvent être utilisés pour prendre des décisions éclairées sur l'utilisation et la gestion durables des ressources en eaux souterraines.

Il y a plusieurs étapes impliquées dans une enquête hydrogéologique, y compris :

1. Définition de la zone d'étude : La première étape d'une enquête hydrogéologique consiste à définir la zone d'étude, y compris l'emplacement et les limites de la zone d'étude.
2. Collecte de données : L'étape suivante consiste à recueillir des informations sur la géologie, l'hydrologie et l'hydrogéologie de la zone d'étude. Cela peut inclure la collecte de données sur la géologie de la zone, l'hydrologie de surface et souterraine et les ressources en eaux souterraines.
3. Analyse des données : Les données collectées sont ensuite analysées pour comprendre la présence et le mouvement des eaux souterraines dans la zone d'étude. Cela peut impliquer l'analyse de données géologiques et hydrologiques, ainsi que des données sur la qualité et la quantité des ressources en eaux souterraines.
4. Élaboration d'un modèle conceptuel : Sur la base des données recueillies et analysées, un modèle conceptuel du système d'eau souterraine dans la zone d'étude est développé. Ce modèle aide à comprendre comment les eaux souterraines se déplacent dans le sous-sol et comment elles sont affectées par divers facteurs.
5. Tester et affiner le modèle : Le modèle conceptuel est ensuite testé et affiné par une collecte et une analyse de données supplémentaires, afin d'améliorer la compréhension du système des eaux souterraines.
6. Rapporter les résultats : L'étape finale d'une enquête hydrogéologique consiste à rapporter les résultats de l'étude, y compris toute recommandation pour la gestion et l'utilisation des ressources en eau souterraine dans la zone d'étude.

Hydrogéologie et affaires humaines

La hydrogéologie est étroitement liée aux affaires humaines à bien des égards. Voici quelques exemples:

1. Approvisionnement en eau : L'une des applications les plus importantes de l'hydrogéologie consiste à évaluer et à gérer les ressources en eaux souterraines pour l'approvisionnement en eau. Les hydrogéologues étudient et caractérisent les aquifères, estiment les taux de recharge et le débit des eaux souterraines, et développent des modèles pour prédire comment les aquifères réagiront à différents scénarios de pompage. Ces informations sont utilisées par les gestionnaires de l'eau pour prendre des décisions sur l'allocation de l'eau, le placement des puits et les taux de pompage.
2. Transport des contaminants : Les hydrogéologues jouent également un rôle clé dans l'évaluation et la gestion de la contamination des eaux souterraines. Ils étudient le mouvement des contaminants dans les eaux souterraines, évaluent le potentiel des contaminants à atteindre les sources d'eau potable et élaborent des stratégies pour assainir les sites contaminés. Les études hydrogéologiques font souvent partie des évaluations environnementales de site pour les sites industriels, les décharges et autres sites contaminés.
3. Planification de l'utilisation des terres : L'hydrogéologie est importante dans la planification de l'utilisation des terres, en particulier dans les zones où les ressources en eaux souterraines sont vulnérables à la contamination ou à la surexploitation. Les investigations hydrogéologiques peuvent identifier les zones qui conviennent à certains types de développement (par exemple résidentiel, industriel, agricole), ainsi que les zones qui devraient être protégées du développement pour maintenir les ressources en eau souterraine.
4. Changement climatique : L'hydrogéologie est également importante pour comprendre les impacts du changement climatique sur les ressources en eaux souterraines. À mesure que les modèles de précipitations et d'évapotranspiration changent, les taux de recharge des eaux souterraines et les modèles d'écoulement des eaux souterraines sont susceptibles d'être affectés. Les investigations hydrogéologiques peuvent aider à prédire comment les aquifères réagiront à ces changements et à identifier les zones particulièrement vulnérables à la sécheresse ou à d'autres impacts.

Dans l'ensemble, l'hydrogéologie est un domaine important qui contribue à notre compréhension des ressources en eau et de leur interaction avec les activités humaines.

Histoire de l'hydrogéologie

L'histoire de l'hydrogéologie remonte aux civilisations anciennes, comme les Grecs et les Romains, qui s'intéressaient à l'origine et au mouvement des eaux souterraines. La première enquête scientifique enregistrée sur les eaux souterraines a été menée par Léonard de Vinci au XVe siècle. Il a proposé que le mouvement de l'eau à travers la Terre soit entraîné par la chaleur et la gravité du soleil.

Au cours des 18e et 19e siècles, des avancées significatives ont été réalisées dans le domaine de l'hydrogéologie. Les scientifiques ont commencé à développer des théories sur l'écoulement des eaux souterraines et la relation entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Le développement de nouvelles technologies, telles que l'équipement de forage et les pompes, a permis la construction de puits et la mesure du niveau des eaux souterraines. Cela a conduit à une meilleure compréhension de la quantité et de la qualité des ressources en eaux souterraines.

Au XXe siècle, l'hydrogéologie est devenue de plus en plus importante pour la gestion des ressources en eau et la protection de l'environnement. Le développement de nouvelles techniques, telles que les levés géophysiques et la modélisation informatique, a permis une exploration et une gestion plus précises et plus efficaces des eaux souterraines. Aujourd'hui, les hydrogéologues jouent un rôle crucial pour assurer la durabilité des ressources en eaux souterraines et protéger l'environnement de la contamination.

Cycle hydrologique

L'eau sur notre planète Terre se trouve en trois phases, sous forme solide, liquide et gazeuse.

Le cycle hydrologique, également connu sous le nom de cycle de l'eau, est le processus par lequel l'eau se déplace à travers les systèmes terrestres. Le cycle comprend les étapes suivantes :

1. Évaporation : processus par lequel l'eau passe de l'état liquide à l'état gazeux, généralement depuis la surface des océans, des lacs et des rivières ou depuis le sol.
2. Transpiration : Le processus par lequel l'eau est absorbée et libérée dans l'atmosphère par les plantes.
3. Condensation : Le processus par lequel la vapeur d'eau dans l'atmosphère se refroidit et redevient liquide, formant des nuages.
4. Précipitation : Le processus par lequel l'eau tombe de l'atmosphère sous forme de pluie, de neige, de grésil ou de grêle.
5. Infiltration : Le processus par lequel l'eau s'infiltre dans le sol et est absorbée par le sol et la roche.
6. Ruissellement : Le processus par lequel l'eau qui ne s'infiltre pas dans le sol s'écoule à la surface de la terre, finissant par se diriger vers les ruisseaux, les rivières et les océans.

Le cycle hydrologique joue un rôle crucial dans la régulation de la quantité et de la distribution de l'eau à la surface de la terre et dans le sol, ce qui est important pour maintenir la vie et soutenir divers écosystèmes.

Évaporation de l'eau provenant des eaux de surface (mer, lac et rivière) et de la surface terrestre et transpiration de la végétation produit nuages.

Lorsque des conditions météorologiques favorables se présentent, précipitation se produit sous forme de pluie, de neige, etc., et tombe sur les terres ou les plans d'eau de surface.

Une partie des précipitations tombant sur les terres couvertes de végétation peut être retenue par les plantes. Cette partie est appelée interception.

Cette partie s'évapore généralement dans l'atmosphère.

Une très petite quantité de l'eau retenue sur les plantes tombe sur le sol à partir des feuilles. Cette partie porte le nom de à l'automne.

Précipitations qui tombent à la surface du sol entre dans diverses voies du cycle hydrologique.

La partie des précipitations atteignant la surface du sol mouille d'abord le sol et les roches.

Certain d'eau peut être temporairement stocké à la surface du sol sous forme de glace et de neige ou d'eau dans les flaques d'eau. Ceci est connu comme stockage de la dépression.

Une partie de la pluie ou de la fonte des neiges s'écoule à travers les terres vers un cours d'eau, un lac ou une mer. Ceci est appelé écoulement terrestre or écoulement superficiel.

Si le sol ou la roche de surface est poreux, de la pluie ou de la fonte des neiges s'infiltrera dans le sol. Ce processus est appelé infiltration.

Une partie de l'eau infiltrée est stockée dans le zone vadose (ou zone d'aération).

Les pores du sol et de la roche dans la zone vadose contiennent à la fois de l'eau et de l'air.

L'eau de la zone vadose est appelée eau vadose.

Au sommet de la zone vadose se trouve la ceinture de eau du sol.

Certaines parties de la eaux stocké dans des dépressions, une zone vadose et s'écoulant comme un écoulement de surface s'évapore.

Les plantes utilisent l'eau du sol, puis transpirent sous forme de vapeur dans l'atmosphère par un processus appelé transpiration.

L'évaporation de la surface terrestre, les masses d'eau et la transpiration des plantes sont regroupées comme évapotranspiration.

L'eau pénétrant dans le sol ou la roche peut se déplacer latéralement dans la zone vadose au-dessus de la nappe phréatique vers les altitudes inférieures.

Cette eau s'appelle entrelacement or écoulement souterrain.

Une partie de l'eau infiltrée ; peuvent atteindre la nappe phréatique en percolation, recharger le stockage des eaux souterraines.

Puis l'eau s'y déplace horizontalement devenant écoulement des eaux souterraines (ou flux de base).

Écoulements des eaux de surface, souterraines et souterraines finalement atteindre lac de mer et ruisseau et de là s'évaporent dans l'atmosphère.

À une certaine profondeur, les pores du sol ou de la roche sont saturés d'eau.

Le haut de la zone de saturation est appelé niveau hydrostatique (ou nappe phréatique).

L'eau stockée dans la zone de saturation est appelée eaux souterraines.

Les eaux souterraines se déplacent as écoulement des eaux souterraines à travers les couches de roche et de sol de la terre.

Les eaux souterraines décharge comme un printemps ou comme suintement dans un étang, un lac, un ruisseau, une rivière, une mer ou un océan.

La figure montre les principaux réservoirs et les voies par lesquelles l'eau peut se déplacer d'un réservoir à l'autre.

Eau magmatique est contenue dans les magmas au plus profond de la croûte.

Si le magma atteint la surface de la terre ou le fond de l'océan, l'eau magmatique s'ajoute à l'eau dans le cycle hydrologique (Fetter, 2001).

Les processus hydrologiques opèrent rarement complètement sans être influencés par les activités humaines ; en d'autres termes, les activités humaines provoquent des changements dans ces processus.

Le principal activités qui entraînent des modifications dans les processus hydrologiques sont;

• précipitations artificielles,
• modifications du couvert végétal (boisement, déboisement, changement de type de végétation),
• urbanisation,
• construction de barrages sur les rivières,
• irrigation,
• drainage,
• captage des eaux souterraines et des eaux de surface.

Répartition mondiale de l'eau

L'eau de toute la Terre est En équilibre.Eau salée dans les océans

représente 97.25 %.Les masses terrestres et l'atmosphère contiennent donc 2.75 %.Les calottes glaciaires et les glaciers détenir 2.05 %Les eaux souterraines à une profondeur de 4 km représente 0.68%,Lacs d'eau douce % 0.01, Humidité du sol % 0.005, Rivers 0.0001%, et biosphère 0.00004%

Description 75% de l'eau dans les zones terrestres est enfermée glace glaciaire ou est salars.

Le quart restant de l'eau dans les zones terrestres, environ 98% is stocké sous terre.

Seulement une très petite quantité d'eau douce disponible pour les humains et les autres biotes.

Prendre le volume constant d'eau dans un réservoir donné et le diviser par le taux d'ajout (ou de perte) d'eau vers (depuis) ​​celui-ci permet le calcul d'un temps de séjour pour ce réservoir.

Le temps que passe une molécule d'eau dans océan et mer plus de 4 000 ans.

Lacs, rivières, glaciers et eaux souterraines peu profondes ont des temps de séjour allant de quelques jours à des milliers d'années.

Les eaux souterraines les temps de résidence varient d'environ 2 semaines à 10 000 ans, et plus.

Une estimation similaire pour rivières fournit une valeur d'environ 2 semaines.

Propriétés du bassin

Les propriétés du bassin font référence aux caractéristiques physiques, géologiques et hydrologiques d'un bassin versant ou d'un bassin fluvial qui influencent la quantité et la qualité de l'eau disponible dans celui-ci. Certaines propriétés importantes du bassin comprennent :

1. Taille et forme : La taille et la forme d'un bassin déterminent la zone à partir de laquelle l'eau est collectée et la quantité d'eau qui peut y être stockée.
2. Topographie : La topographie d'un bassin détermine la direction d'écoulement de l'eau et affecte le taux de ruissellement de surface.
3. Géologie : La géologie d'un bassin détermine le type de roches et de sols qui sont présents, ce qui peut affecter le stockage et le mouvement des eaux souterraines.
4. Caractéristiques du sol : les caractéristiques du sol telles que la texture, la structure et la perméabilité affectent le taux d'infiltration de l'eau dans le sol et la quantité d'eau qui peut être stockée dans le sol.
5. Couverture végétale : La couverture végétale affecte le taux d'infiltration et d'évapotranspiration, qui sont des processus importants dans le cycle hydrologique.
6. Climat : Le climat joue un rôle majeur dans le cycle hydrologique, la température, les précipitations et les taux d'évapotranspiration affectant la quantité et la distribution de l'eau dans un bassin.
7. Utilisation des terres : Les changements d'utilisation des terres, tels que l'urbanisation ou la déforestation, peuvent avoir un impact significatif sur le cycle hydrologique en modifiant le ruissellement de surface, les taux d'infiltration et l'évapotranspiration.

Bibliographie

• Prof. Dr. FİKRET KAÇAROĞLU, Note de cours, Université Muğla Sıtkı Koçman
• Domenico, PA, Schwartz, FW, 1990. Hydrogéologie physique et chimique. John Wileyand Sons, États-Unis, 824 p.
• Fetter, CW, 2001. Hydrogéologie appliquée (quatrième éd.). Prentice Hall, États-Unis, 598 p.
• Hiscock, K., 2005, Hydrogéologie. Édition Blackwell, 389p.
• Younger, PL, 2007, Les eaux souterraines dans l'environnement. Éditions Blackwell, 318 p.
• Usul, N., Hydrologie de l'ingénieur. METU Press, Ankara, 404 p.
• Newson, M., 1994. Hydrologie et environnement fluvial. Université d'Oxford. Pres, Royaume-Uni, 221 p.