La ville de Weinan, située à 60 km de Xi'an dans la plaine du Guanzhong, est le centre politique, économique et culturel de l'est de la province du Shaanxi.
Dans le cadre du projet d'alimentation en eau potable 100 000 m3/j de la ville de Weinan, un modèle mathématique de nappe aquifère a été construit entre avril et août 2006, en complément aux travaux menés par l'Institut d'Etudes Géologiques de Xi'an.
Il s'agit d'un modèle complexe décrivant un aquifère alluvial d’accompagnement de la rivière Weihe surmontant deux autres aquifères plus profonds.
On se trouve en outre dans un contexte de surexploitation de la ressource avec une baisse significative des niveaux depuis une vingtaine d’années.
Le logiciel utilisé pour la modélisation est ModFlow v3.1 développé par Waterloo Hydrogeologic dans son volet hydrodynamique, bien adapté au traitement des écoulements souterrains en milieu poreux dans une configuration multicouche. Le modèle s'inscrit dans un rectangle de 22 x 17 km orienté selon l'axe de la vallée alluviale. Il comporte plus de 200 000 mailles de calcul.
- améliorer la connaissance sur le fonctionnement hydrogéologique du secteur d’étude,
- établir le bilan actuel de l’exploitation des aquifères,
- tester la faisabilité du projet par simulation de différentes configurations d’exploitation.
- échanges entre la nappe supérieure et la Weihe river,
- échanges verticaux entre couches par phénomène de drainance,
- impact de la pluie efficace directe et des apports souterrains de bordure.
La structure multicouche du modèle comprend les quatre aquifères classiquement différenciés dans la zone d'étude avec de haut en bas : phreatic (couche n°1), shallow (n°3), middle (n°5) et deep (N°7).
En intercalation, des terrains argileux peu perméables (épontes ou aquifuges) conditionnent les échanges verticaux entre les aquifères.
Il y a ainsi 7 couches modélisées.
La valeur de pluie efficace obtenue lors du calage du modèle en régime permanent pour la situation d'avril 2005 est de 84 mm/an, soit 17% de la pluie brute mesurée en 2004.
Les limites du modèle ont été définies couche par couche et sont constituées de mailles à flux (ou débit) imposés en entrée (apport d'eau souterraine dans le modèle) ou en sortie (fuite en aval du modèle).
Hormis une structure géologique complexe, le calage du modèle s'est heurté à des incohérences dans les données de pompages réels effectués sur le secteur d'étude. Dans la configuration retenue, on aboutit à des prélèvements sous Weinan City de l’ordre de 85 000 m3/j. Cette valeur correspondrait pour une population de 500 000 habitants à un ratio de 170 l par jour et par personne.
Au terme du calage, la surexploitation des aquifères sous Weinan City, en particulier la couche middle, a bien été mise en évidence.
Le calage du modèle en régime transitoire a été effectué en utilisant les nombreux essais de pompages de 2005. Pour chacun des essais, le travail de calage consiste à reproduire par le calcul les niveaux mesurés sur les piézomètres de contrôle.
- colmatage de la Weihe river,
- perméabilité des terrains aquifères,
- coefficient d'emmagasinement.
Le résultat des simulations est donné sous forme de cartes d'incidence, qui correspondent à la différence de niveau entre piézométrie initiale et piézométrie simulée. Les baisses de niveau de nappe apparaissent en rouge, les remontées en bleu.
Dans ce scénario n°1, on a simulé la mise en exploitation de l’ensemble des 17 forages de reconnaissance, chacun affecté du débit maximum des essais de débit. L’ensemble des autres conditions du calage du modèle sur 2005 a été conservé. Il s'agit d'un scénario maximaliste avec 68 000 m3/j de prélèvements en plus dans les 4 aquifères.
Le scénario n°2 correspond à une situation intermédiaire vis-à-vis du projet initial (création d’un nouveau champ captant de 50 000 m3/j) et dans laquelle l’exploitation des ouvrages actuels a été optimisée.
Les nouveaux ouvrages de captage sont situés dans la zone Nord, sollicitant uniquement la nappe superficielle.
L’usine W a été arrêtée et la capacité de pompage de l’usine E a été portée à 34 650 m3/j ce qui correspond à l’exploitation du débit initial pour chacun des 18 forages. Au total cette simulation comporte une alimentation du réseau public à hauteur de 84 500 m3/j.
En compensation partielle, les prélèvements privés sous la ville ont été globalement réduits de 46 %.
