Study of water flow through Vadose Zone on a watershed scale in Hard Rocks aquifers systems. Application to the estimation of Maheshwaram Watershed recharge, Andhra Pradesh State, India.

Étude de l'écoulement d'eau à travers la Zone Non-Saturée des aquifères de socle à l'échelle spatiale du bassin versant. Application à l'évaluation de la recharge au sein du bassin versant de Maheshwaram, Andhra Pradesh, Inde

Devaraj de Condappa (1)

1 Laboratoire d'étude des Transferts en Hydrologie et Environnement ; CEntre Franco-Indien de Recherche sur les Eaux Souterraines

Modelling of aquifer water transfer processes is a decisive tool for sustainable water resources management, especially in India where depletion of the groundwater level is extremely severe due to intensive irrigation pumping. The objective of this Ph.D study is focussed on the simulation of spatially distributed unsaturated deep drainage water fluxes, expressed at the watershed scale. The work, which is part of the Indo-French collaboration programme initiated by BRGM, is applied to the Maheshwaram watershed located in Andhra Pradesh State. The numerical tool chosen for this study, is the modelling system “POWER” (Planner Oriented Watershed modelling system for Environmental Responses) developed by the laboratory LTHE in conjunction with the hydro-informatics company Hydrowide. The work starts with the description of the field work, necessary for in-situ estimation of the different soil hydraulic parameters (such as the water retention and hydraulic conductivity parameters) and soil textural parameters (e.g., cumulative particle-size distribution and thickness of soil horizons). To extrapolate this locally measured information to a larger scale such as imposed by the spatial resolution of the modelling system, a special fuzzy classification technique is developed, which uses a combination of geological, pedological, soil physical and topographical information. This data is subsequently finalized in a so-called Soil Map necessary for the application of POWER. Next, the numerical results are presented. Using a GIS-based spatial discretization technique proposed by the POWER modelling system, the entire watershed is subdivided in 3171 irregular entities. Three levels of GIS information are used, i.e., the DTM, the soil map and the land-use map. The modelling system is calibrated on five soil moisture profiles measured locally by the use of a neutron probe. The simulation of the spatially distributed soil water fluxes calculated over the entire watershed is carried out at a daily base over a three years time period (i.e., the years 2001 to 2003).

Modéliser le comportement des aquifères est primordial, notamment en Inde, où l'on observe une diminution drastique des niveaux piézométriques du fait des prélèvements intensifs de l'irrigation agricole. L'objectif de ce doctorat est de simuler la distribution spatiale de la percolation (infiltration profonde) à l'échelle du bassin versant. Ce travail, effectué dans le cadre du programme de coopération franco-indien initié par le BRGM, est appliqué au bassin versant de Maheshwaram, situé dans l'Etat de l'Andhra Pradesh. L'outil numérique choisi est le système de modélisation « POWER » (Planner Oriented Watershed modeling system for Environmental Responses) développé au sein du LTHE et en collaboration avec l'entreprise d'hydro-informatique Hydrowide. La première étape de l'étude consiste en un travail de terrain, visant à estimer in-situ les différents paramètres hydrodynamiques des sols (e.g., conductivité hydraulique à saturation, paramètres de rétention en eau), ainsi que les propriétés texturales des sols (e.g., granulométrie, épaisseurs des horizons du profil des sols). Afin d'extrapoler ensuite ces observations expérimentales à l'échelle spatiale de la modélisation, une procédure spécifique mariant la géologie, la pédologie, la physique du sol, l'information sur la topographie et la technique de la classification floue est développée. Les diverses propriétés de ces sols sont alors résumées dans la Carte des Sols, nécessaire au système de modélisation POWER. Les résultats numériques sont ensuite présentés. Le bassin versant est discrétisé en 3171 entités irrégulières selon la procédure-SIG spécifique de POWER, qui tient compte du MNT, de la carte des sols et de l'occupation des sols. Le modèle est calibré à l'aide de cinq profils d'humidité des sols mesurés localement avec une sonde à neutrons. La distribution spatiale de la percolation sur le bassin versant est enfin calculée au pas de temps journalier sur les années 2001 à 2003.

Mots clés: unsaturated-zone; distributed hydrological modelling; soil physics; pedology; fuzzy classification; India; semi-arid region

Mots clés: zone non-saturée; modélisation hydrologique distribuée; physique du sol; POWER; pédologie; classification floue; Inde; région semi-aride

Domaines: Hydrologie; Sciences de la Terre

Devaraj de Condappa. Étude de l'écoulement d'eau à travers la Zone Non-Saturée des aquifères de socle à l'échelle spatiale du bassin versant. Application à l'évaluation de la recharge au sein du bassin versant de Maheshwaram, Andhra Pradesh, Inde. Hydrologie. Université Joseph-Fourier - Grenoble I, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00009297⟩