L`aquifère côtier des Mnasra (plaine du Gharb, Maroc

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Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81
ISSN: 0873-948X; e-ISSN: 1647-581X
L’aquifère côtier des Mnasra (plaine du Gharb, Maroc):
hydrogéologie et modélisation hydrodynamique
The coastal aquifer of Mnasra (Gharb, Morocco): hydrogeology and
hydrodynamic modelling
O aquífero costeiro de Mnasra (Gharb, Marrocos): hidrogeologia e
modelação hidrodinâmica
B. Bouya1*, M. Faouzi1, M. Ben Abbou1, A. Essahlaoui2, M. Bahir3, N. Youbi3, 4, M.A.
Hessane1
Artigo original
Original article
Recebido em 16/03/2011 / Aceite em 01/09/2011
Disponível online em Outubro de 2011 / Publicado em Dezembro de 2011
© 2011 LNEG – Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP
Résumé: L’aquifère Plio-Quaternaire des Mnasra a connu, au cours de la
dernière décennie des prélèvements anarchiques et non rationnels,
engendrant la surexploitation de cette nappe et entrainant ainsi la rupture
de l’équilibre hydrodynamique et la dégradation de la qualité des eaux.
La piézométrie de la nappe montre que l’écoulement est divergent du
centre vers les bordures dans la moitié septentrionale de la nappe et
devient Est-Ouest dans la moitié Sud avec une inversion du sens général
de l’écoulement observé entre les cartes piézométriques de 1964 et de
2005. L’élaboration d’un modèle mathématique 3D aux différences
finies, en régime permanent pour l’état de 1964, a permis d’appréhender
de la distribution spatiale de la perméabilité et de la recharge. Ce modèle
qui confirme le fonctionnement hydrogéologique du système aquifère
des Mnasra a permis de calculer les différents termes du bilan hydrique
qui s’avère très équilibré.
hidrogeológico do sistema do aquífero de Mnasra, permitiu calcular os
diferentes termos de balanço de água que é bastante equilibrado.
Palavras-chave: aquífero costeiro de Mnasra, hidrogeologia, modelação
hidrodinâmica, estado constante.
1
Université Sidi Mohammed Ben Abdellah, Faculté des Sciences Dhar el Mahraz,
Département de Géologie, Laboratoire de Géodynamique et Ressources Naturelles,
BP 1796 (Atlas), Fès, CP 3000, Maroc.
2
Université Moulay Ismail, Faculté des Sciences, Département de Géologie, BP
4010, Meknès, Maroc.
3
Université Cadi Ayyad, 3GEOLAB, B.P. 2390, Marrakech, Maroc.
4
Centro de Geologia da Universidade de Lisboa (CeGUL), Portugal.
*Autor correspondente / Corresponding author: [email protected]
Mots-clés: nappe côtière des Mnasra, hydrogéologie, modélisation
hydro-dynamique, régime permanent.
1. Introduction
Abstract: During the last decade, the Plio-Quaternary aquifer of Mnasra
has been subjected to an anarchic and non-rational groundwater
abstraction, generating an overexploitation of the aquifer and causing the
rupture of the hydrodynamic equilibrium and degradation of water
quality. The piezometry of the watertable shows that the flow is divergent
from center to edges in the northern half and becomes east-west in the
southern half with a reversal of the general sense of flow between the
piezometric maps of 1964 and 2005. The development of a mathematical
model for 3D finite difference, under steady-state groundwater flow in
1964, was used to understand the spatial distribution of permeability and
recharge. This model, that confirms the hydrogeological functioning of
the Mnasra aquifer system, allowed calculating the different terms of
water balance which is very balanced.
Keywords: coastal aquifer of Mnasra, hydrogeology, hydrodynamic
modelling, steady-state.
Resumo: Durante a última década, o aquífero Plio-Quaternário de
Mnasra tem sido sujeito a uma exploração das suas águas subterrâneas
anárquica e irracional, gerando uma sobre-exploração do aquífero e
causando a ruptura do equilíbrio hidrodinâmico e degradação da
qualidade da água. A medição do nível piezométrico mostra que o fluxo é
divergente do centro para os bordos na metade norte e torna-se este-oeste
na metade sul com o reverter do sentido genérico de fluxo dos mapas
piezométricos de 1964 e 2005. O desenvolvimento de um modelo
matemático para diferenças finitas 3D, sob fluxo subterrâneo em estado
constante em 1964, foi usado para compreender a distribuição espacial da
permeabilidade e da recarga. Este modelo, que confirma o funcionamento
La zone côtière des Mnasra bénéficie de l’avantage indéniable de
l’existence d’une nappe phréatique de bonne qualité et accessible
aux usagers à des profondeurs relativement faibles. Les
productivités des captages sont en général bonnes, allant de pair
avec la qualité des sols fertiles, ce qui explique le développement
important de l’agriculture irriguée associée à une industrie agroalimentaire. La zone a connu un début d’exploitation des eaux
souterraines par les puits et les forages en 1988 avec la mise en
eau au début d’une superficie de 5800 hectares atteignant
actuellement 38000 hectares environ. Les besoins en eau sans
cesse croissants de la culture irriguée et de l’agro-industrie
associée, de 145152 m3/j en 1993 à 547776 m3/j environ en 2006,
exploités par plus de 3000 puits (ABHS, 2006), conjugués aux
sécheresses récurrentes qu’a connu la région comme partout dans
le Maroc lors des trois dernières décennies entraînant la rupture
de l’équilibre hydrodynamique de la nappe phréatique et accusant
la durabilité du tissu socio-économique par le déstockage des
ressources en eau de la nappe ainsi que le risque de l’avancée du
biseau salé à la limite Ouest de la nappe.
Il est indispensable de savoir dans quelles mesures les
potentialités en eaux souterraines permettent-elles un
développement soutenu de l’agriculture irriguée et de l’agroindustrie accompagnatrice afin de répondre à la stratégie d’une
gestion durable des ressources en eau.
74
L’étude du fonctionnement hydraulique spatio-temporel de
la nappe a été faite en fonction de l’analyse des données de
terrain à l’aide de la modélisation préalable afin d’appréhender la
distribution spatiale des variables et de quantifier les différentes
composantes du bilan de la nappe des Mnasra. A terme, le but est
d’aider à développer une meilleure compréhension du fonctionnement hydrodynamique et par la même occasion aider à la prise
de décisions pour le contrôle et la gestion rationnelle des
ressources en eau dans la zone d’étude.
2. Presentation de la zone d’etude
La région des Mnasra fait partie du bassin du Gharb et s’étend
sur une superficie de 600 Km2 environ. Elle correspond à une
bande côtière de 7 à 15 Km de large et de 70 Km de long entre la
ville de Kénitra au Sud, la Merja Zerga au Nord, l’Oued Sebou à
l’Est et l’Océan Atlantique à l’Ouest (Fig. 1). Elle est située à la
limite entre deux grands ensembles structuraux, la chaîne rifaine
active au Nord et la Meseta hercynienne stable au Sud.
Dans l’ensemble, le bassin du Gharb dissymétrique et
fortement subsident depuis sa formation au Miocène moyen
jusqu’à l’actuel, a connu au cours de son évolution plusieurs
fluctuations du niveau marin en relation avec les mouvements
néotectoniques qui se sont traduits dans la zone côtière par des
failles et par un soulèvement régulier de la Meseta, consécutif à
un rééquilibrage isostatique (Le Coz, 1964; Choubert, 1957;
Michard, 1976; Cirac, 1985; Chalouan & Michard, 2004;
Chalouan et al., 2001; Michard et al., 2002; Platt et al., 2003).
Le substratum imperméable de l’aquifère plio-Quaternaire
des Mnasra affleure au Nord dans les zones limitrophes du bassin
du Gharb avec le bassin du Dradere-Souïere, au niveau des
collines de Rhabat-Lalla Zahra avec une épaisseur plus ou moins
B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81
constante allant de 170 à 200m (Fig. 1). Il est représenté par une
épaisse série des marnes bleues déposées dans un environnement
marin profond pendant le Miocène supérieur et le Pliocène
moyen (Cirac, 1985; Wernli, 1987) et se présente sous forme
d’une demi-cuvette fortement redressée sur les bordures Nord et
se relevant progressivement vers l’Ouest et vers le Sud (Kili et
al., 2006).
Les dépôts plio-Quaternaires sus-jacents sont représentés par
une série marine régressive (Cirac, 1985; Flinch, 1993)
comprenant de la base au sommet: des silts, des sables très fins
puis des calcaires biodétritiques représentant un faciès de plage
médiolittoral et enfin des cailloutis correspondant au remplissage
de chenaux fluvio-estuariens (Le Coz, 1964; Aberkan, 1989). Au
cours du Villafranchien supérieur, les mouvements orogéniques
tardi-alpins accentuent la subsidence qui se poursuit durant tout
le Quaternaire. En effet, la zone des Mnasra est largement
couverte par des formations essentiellement marines sableuses et
gréso-sableuses du Soltanien (équivalent du Weichsélien) (Cirac,
1985). Ces dépôts qui constituent l’essentiel des formations de
surface dans la zone des Mnasra évoluent sur les bordures de
l’oued Sebou où ils sont représentés par des dépôts continentaux
d’alluvions argileuses ou limoneuses du Gharbien (équivalent de
l’Holocène récent; Biberson, 1971; Aberkan, 1989; Le Coz,
1964).
La transgression marine quaternaire n’affecte que la frange
littorale et les petits bassins côtiers (Rabat, Kenitra et Moulay
Bou Selham) (Cirac, 1985) et les fluctuations de la ligne de
rivage ont permis l’édification des cordons dunaires littoraux
formés de sables d’origine marine remobilisés par le vent et
consolidés ensuite et dont l’épaisseur peut atteindre 200 m (Fig.
2).
Fig. 1. Carte géologique du secteur d’étude (tirée des cartes
géologiques au 1/100 000: Sidi yahia du Rahrb, Rabat, Souk Larbaa
du Gharb; éditées par la Société chérifienne Pétrolière en 1950 et
1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3: 1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8,
6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9: 1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8,
12: 3446/8; AA’: situation de la coupe de la Figure 2.
Fig. 1. Geological Map of the studied area (based on geological
maps at 1/100 000 of Sidi Yahia Gharb, Rabat, and Souk Larbaa
Gharb which were published by the Société Chérifienne de Pétrole
(SCP) between 1950 and 1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3:
1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8, 6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9:
1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8, 12: 3446/8; AA’: situation of the
cross section of Figure 2.
Fig. 1. Mapa geológico da área estudada (baseado nos mapas
geológicos à escala 1/100 000 de Sidi Yahia Gharb, Rabat, e Souk
Larbaa Gharb que foram publicados pela Société Chérifienne de
Pétrole (SCP) entre 1950 e 1951. N°IRE: 1: 1531/8, 2: 1562/8, 3:
1563/8, 4: 1564/8, 5: 1764/8, 6: 1765/8, 7: 1769/8, 8: 1806/8, 9:
1820/8, 10: 1916/8, 11: 3365/8, 12: 3446/8; AA’: localização do
corte na Figura 2.
L’aquifère Côtier des Mnasra
75
4. Fonctionnement hydrogeologique de l'aquifère des
Mnasra
4.1. Caractéristiques hydrodynamiques de la nappe des Mnasra
Fig. 2. Coupe géologique NW-SE de la zone côtière du Gharb (Mnasra) (d’après
Combe, 1975).
Fig. 2. NW-SE geological section Cross of the coastal area of Gharb (Mnasra)
(after Combe, 1975).
Fig. 2. Corte Geológico NW-SE da área costeira de Gharb (Mnasra) (depois de
Combe, 1975).
3. Lithologie et stratigraphie de l’aquifère des Mnasra
Le complexe aquifère plio-Quaternaire des Mnasra est
constitué de formations sablo-gréseuses et présente une
extrême hétérogénéité des séries sédimentaires associée aux
passages verticaux et latéraux assez fréquents et brusques de
faciès. Il présente une continuité géologique et structurale
avec les niveaux aquifères profonds. Aussi, l’intercalation à
différentes profondeurs des dépôts lenticulaires, argileux et
argilo-sableux discontinus plus ou moins individualisés et
dont l’épaisseur ne dépassant pas 5m, rend difficile la
détermination et la délimitation de l’écran argileux
intermédiaire (d'âge amirien-soltanien) et séparant l’aquifère
phréatique supérieur et l’aquifère profond des Mnasra
(Combe, 1975). Cet écran argileux qui s’intercale entre les
niveaux gréso-sableux du Plio-Quaternaire au Nord de Sidi
Allal Tazi, disparaît au Sud Sidi Allal Tazi et laisse place à un
niveau argilo-sableux rouge plus au moins épais.
La puissance des formations aquifères Plio-Quaternaires
des Mnasra enregistre des valeurs de 180 à 260m dans les
dépressions de la zone Sud (Fig. 3). Ces épaisseurs diminuent
vers le Nord où la puissance se situe entre 170 et 210m et
l’épaississement des formations se fait vers l’Ouest (dans la
zone littorale) et vers l’Est; de part et d’autre du haut fond
Subméridien qui correspond à un soulèvement du substratum
marneux du Mio-Pliocène. Les variations d’épaisseurs des
dépôts Plio-Quaternaires sont liées à la géomorphologie de la
zone des Mnasra constituée par un ensemble de hauts et de
bas fonds (Fig. 2 et 3).
Pour toutes ces raisons, la nappe des Mnasra est
considérée comme une seule nappe aquifère libre
emmagasinée dans les remplissages Mio-Pliocène et
Quaternaire de la plaine du Gharb dont une partie est
d’origine fluviatile; déposée par le principal cours d’eau de la
plaine représenté par l’oued Sebou (Cirac, 1985; Flinch, 1993;
Flinch & Vail, 1998; Morel, 1988; Chalouan & Michard,
2004). Le substratum de la nappe est constitué d’un écran
imperméable
argileux à argilo-marneux du Miocène
supérieur et du Pliocène moyen (Cirac, 1985; Wernli, 1987).
4.1.1. Transmissivité
D’une façon générale, les transmissivités oscillent entre 6x10-4 et
2x10-2 m2/s avec une moyenne de 6x10-3 m2/s (tableau 1). Les
plus importants écarts de la transmissivité sont enregistrés dans le
centre de la zone d’étude; avec un maximum de 1,8x10-2 m2/s
enregistré près de la zone littorale.
Dans la partie septentrionale des Mnasra, les transmissivités
sont assez élevées près du littoral où elles atteignent 2,1x10-2
m2/s ainsi que dans la partie centrale près de l’oued Sebou avec
des valeurs de l’ordre de 2x10-2 m2/s.
Dans la partie Sud, on note une certaine augmentation des
transmissivités en allant du Nord vers le Sud; les valeurs sont de
l’ordre de 2x10-3 à 1x10-2 m2/s au voisinage du barrage de Garde
et de l’ordre de 7x10-3 m2/s près de la ville de Kenitra.
Il ressort que les valeurs des transmissivités présentent
spatialement des écarts importants qui se rapportent à
l’hétérogénéité latérale et verticale des faciès lithologiques dans
l’aquifère des Mnasra. Dans les grès dunaires, les
transmissivités sont plus élevées à cause de l’importance des
épaisseurs des formations sablo-gréseuses qui dominent les
faciès de l’aquifère en présence alors qu’elles sont moins
importantes dans les dunes et replats dunaires de la plaine
alluviale.
Fig. 3. Carte des isopaques (en metres) du Plio-Quaternaire des Mnasra.
Fig. 3. Isopach map (in meters) of Plio-Quaternary Mnasra.
Fig. 3. Mapa de isópacas (em metros) do Plio-Quaternário de Mnasra.
4.1.2. Porosité éfficace
Les valeurs des coefficients d’emmagasinement disponibles
sont très peu nombreuses pour permettre la caractérisation de la
fonction capacitive du réservoir Plio-Quaternaire des Mnasra.
76
Ces valeurs obtenues par interprétation des essais de pompage
sont au nombre de 5 dont 2 se situent en dehors de la région
d’étude; précisément dans la moitié Sud des Mnasra au-delà
immédiat du Sebou; limite Est des Mnasra. Il s’agit des forages
3365/08 et 1916/08 exécutés au niveau des affleurements
quaternaires du Tirs où les valeurs des coefficients d’emmagasinement sont de l’ordre de 3x10-7 à 5x10-6 (tableau 1).
Parallèlement, le forage 3346/08 implanté dans les Mnasra au
niveau de ces mêmes affleurements du Tirs (à 3 km environ au
Nord-Ouest du forage 3365/08) présente une valeur d’emmagasinement située dans le même ordre de grandeur que celui des
deux forages précités; soit une valeur 3,6x10-7.
Les deux forages restants, et presque contigus, sont exécutés
dans la moitié septentrionale des Mnasra (à 2 Km environ de la
côte Atlantique) au niveau des affleurements des sables
quaternaires des Merjas. Ces deux forages présentent des valeurs
du coefficient d’emmagasinement de 1x10-5 et de 13x10-5. Ces
valeurs quoi qu’elles soient loin d’être représentatives, elles
expriment cependant l’hétérogénéité des formations aquifères des
Mnasra.
Tableau 1. Résultats des essais de pompage pour l’estimation de la transmissivité et
de la Porosité efficace (Sy).
Table 1. Evaluation of transmissivity and effective porosity (Sy) from pumping tests.
Tabela 1. Avaliação da transmissivaidade e porosidade efectiva (Sy) pelos testes de
bombagem.
4.2. Profondeur et piézométrie de la nappe des Mnasra
Les valeurs ponctuelles de la profondeur de la surface
piézométrique de la nappe des Mnasra enregistrées en février
2005 fluctuent entre 0.15 et 41.5m (Fig. 4). L’examen des
profondeurs d’eau montre que les faibles valeurs sont
enregistrées dans la partie septentrionale des Mnasra et sont
généralement inférieures à 3 m. La nappe se situe à une
profondeur de 5 à 6 m dans la zone centrale des Mnasra et
s’approfondit dans la partie Sud de la zone d’étude où elle se
situe généralement entre 6 et 24 m par rapport au sol.
Les caractéristiques piézométriques de la nappe phréatique
des Mnasra sont le reflet des conditions naturelles d’alimentation
de la nappe par les précipitations et de son déstockage par
évaporation directe ainsi que par les sorties vers l’Océan
Atlantique. L’étude comparative de la piézométrie réalisée en
Février 2005 avec celle de 1964 établie par Combe (1975) (Fig.
5(a)) montre que l’écoulement des eaux de la nappe des Mnasra
dans la moitié nord est resté le même (Fig. 5(b)). Par opposition,
dans la moitié sud, l’écoulement qui à l’origine était orienté du
B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81
Sud-Est vers le Nord-Ouest, est divergent et se fait actuellement
en direction de l’Océan (orienté vers l’Ouest) et de la plaine
alluviale (orienté vers l’Est) de part et d’autre d’une ligne de
partage des eaux orientée NE-SW.
Cette structure s’apparente à celle observée dans la moitié
septentrionale de la zone d’étude. Ce changement entre les deux
états piézométriques dans la moitié Sud des Mnasra se rapporte à
l'intensification des pompages agro-industriels; notamment du
côté de la plaine alluviale en l’absence de pompages dans la zone
du cordon dunaire qui longe l’Océan Atlantique.
Les gradients hydrauliques sont en général faibles,
inférieures à 1x10-2 près du littoral et augmentent en direction de
la plaine alluviale avec des valeurs comprises entre 2x10-2 et
5x10-2 dans la moitié méridionale de la nappe. Dans la partie
centrale, les valeurs du gradient sont inférieures à 2x10-2 et
deviennent importants dans la moitié septentrionale (dans la zone
des dunes intérieures) où les valeurs se situent entre 3x10-2 et
1x10-1.
Afin de mesurer les tendances évolutives spatio-temporelles
de la nappe, un suivi des données piézométriques de quatre points
d’eau (bien réparti géographiquement) faisant partie du réseau
piézométrique de l’Agence du Bassin Hydraulique du Sebou
(ABHS) a été réalisé.
A l’échelle interannuelle, les fluctuations sont variables
d’une année à l’autre selon les pluies et les années
exceptionnellement pluvieuses sont marquées par des remontées
spectaculaires du niveau piézométrique. Par opposition, pendant
les années sèches, la réduction des apports naturels de la nappe à
partir des précipitations se répercutait beaucoup plus sur les
volumes soustraits par évaporation directe que sur le niveau
piézométrique. L'analyse des données des quatre points d'eaux
montre une évolution différente selon le secteur considéré (Fig.
6). D’une manière générale, les trois piézomètres 324/08, 698/08
et 1765/08 situés respectivement au Nord, au Sud et à l’Ouest de
la zone d’étude, révèle une tendance générale à la baisse, de
l’ordre de 2 à 4 m. Les plus importantes remontées sont
enregistrées à la suite de périodes pluvieuses un peu prolongées
(Novembre 1962, Janvier-Février 1966, Novembre-Décembre
1968 et Décembre 1976-Février 1977). Le piézomètre 1765/08
implanté dans la moitié septentrionale des Mnasra, à 2 km
environ de la côte Atlantique, révèle que les remontées
spectaculaires et brusques de la surface piézométrique sont
enregistrées lors des périodes pluvieuses. Par opposition, le
rabattement généralisé de la nappe qui s’est opéré depuis le début
des années quatre vingt et qui se poursuit jusqu’à l’actuel est
moins senti dans la zone côtière où il est estimé à moins de 0.5
m. La stabilité de la nappe dans la zone côtière se rapporte au fait
que cette dernière n’est pas exploitée pour l’irrigation et qu’elle
est toujours influencée par le régime naturel d’alimentation. En
contre partie, le faible rabattement peut être expliqué par la
réduction des apports latéraux à partir de l’Est.
4.3 Essai de Bilan de la nappe des Mnasra
L’alimentation naturelle de la nappe des Mnasra se fait à partir de
l’infiltration des eaux pluviales qui constituent la principale
composante de recharge de la nappe (soit 80% des apports;
ORMVAG, 1996), du drainage de l’oued Sebou et des transferts
latéraux à partir de la nappe du Gharb qui constitue la continuité
hydraulique de la nappe des Mnasra à l’Est. Cette nappe est aussi
alimentée par les retours des eaux de la nappe sollicitée pour les
besoins de l’irrigation.
Pour ce qui est du déstockage de la nappe, il se fait en partie
par le drainage par le Sebou et par la remontée de la nappe
jusqu’à affleurement (débordements des Merjas) qui représentent
respectivement 8.5% et 5.5% des prélèvements (DRPE, 1994).
L’aquifère Côtier des Mnasra
Les principaux termes de sorties de la nappe des Mnasra
correspondent aux prélèvements agricoles et aux sorties vers
l’Océan Atlantique; elles constituent respectivement 64 % et 20.5 à
21.5% des sorties (DRPE, 1994 et ORMVAG,1996).
Un essai de bilan de la nappe a été établi dans le cadre d’une
étude de modélisation mathématique de la nappe des Mnasra
réalisée par la Direction de Recherche et de Planification des Eaux
(DRPE, 1994) et revu dans le cadre du Projet «Aménagement
hydro-agricole de la troisième tranche d’irrigation de la plaine du
Gharb, zone Mnasra (zone côtière)» (ORMVAG, 1996).
77
L’analyse du tableau 2 montre que, par opposition au bilan
établi par la DRPE (1994), le bilan établi par l’ORMVAG (1996)
est déséquilibré et montre un déstockage de la nappe qui pourrait
s’expliquer par la tendance de la nappe à la baisse. Cette baisse,
qui est de l’ordre de 3 à 8 cm/an, reste cependant faible par
comparaison au déficit qui est de 7 à 22%. Ce qui laisse supposer
que le déstockage de la nappe est en relation avec l’avancée du
biseau salé dans la moitié Sud des Mnasra. Cette intrusion marine
a été mise en évidence par l’étude géophysique réalisée par la
DRPE (in ORMVAG, 1996) et dont les résultats montrent que
l’interface eau douce-eau salée s’étend dans la moitié Sud jusqu’à
l’oued Sebou où elle est probablement freinée par l’existence
d’horizons imperméables.
Cette interface s’étend jusqu’à 11 Km à l’intérieur des terres
et les flux d’eau salée entrants à la nappe à partir de l’Océan
Atlantique et qui ne sont pas pris en considération dans le bilan
hydrique doivent correspondre aux volumes déstockés de la
nappe.
Tableau 2. Bilan hydrique estimé de la nappe des Mnasra.
Table 2. Estimated water balance of the Mnasra aquifer.
Tabela 2. Balanço de água estimado do aquífero de Mnasra.
SORTIES
ENTREES
Bilan DRPE (1994)
Fig. 4. Carte de profondeur (en metres) de la nappe des Mnasra, Février 2005.
Fig. 4. Depth map (in meters) of the aquifer Mnasra, February 2005.
STOCKAGE
Bilan ORMVAG (1996)
en L/s
en m3/j
en L/s
en m3/j
2150
185760
1650 à 1950
142560 à
168480
285
25056
308
26784
166
15
14688
864
158
-
Total
2616
226368
2116 à 2416
Drainage par Sebou
Drainage
par
l'Océan
Prélèvements
agricoles
Débordements des
merjas
Total
225
19872
220
13824
183168 à
209088
19008
559
48384
537
46656
1684
145152
1684
145152
148
12960
148
12960
2616
226368
2589
0
0
- 473 à -173
223776
-41472 à
14688
Apports
Précipitations
Alimentation
par
Sebou
Retours d'irrigation
Transferts de l'est
Fig. 4. Mapa de profundidades (em metros) do aquífero de Mnasra, Fevereiro de 2005.
Fig. 5. Cartes piézométriques (en
metres) de la nappe des Mnasra; (a) Etat
de 1964 et (b) Février 2005.
Fig. 5. Piezometric maps (in meters) of
the aquifer Mnasra (a) State of 1964 and
(b) State of February 2005.
Fig. 5. Mapas piezométricos (em metros)
do aquifer de Mnasra (a) Estado em
1964 e (b) Estado em 2005.
-
78
B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81
Fig. 6. Evolutions des précipitations annuelles et de la piézométrie de quatre piézomètres de la zone d’étude. Piézomètre 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), piézomètre 324/08
(x=419,4Km; y=467,25Km), piézomètre 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piézomètre 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (En trait continu: Evolutions piézométriques;
en tiret: les précipitations annuelle).
Fig. 6. Trends of annual precipitation and piezometric evolutions of four piezometers of the study area. Piezometer 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), Piezometer 324/08
(x=419,4Km; y=467,25Km), Piezometer 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piezometer 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (Solid line: Evolutions piezometric; dashed:
the annual precipitation).
Fig. 6. Tendências da precipitação anual e avaliaçãoes piezométricas de quatro piezómetros da área de estudo. Piezómetro 698/08 (x=397,1Km; y=425,2Km), Piezómetro
324/08 (x=419,4Km; y=467,25Km), Piezómetro 1520/08 (x=416,99Km; x=448,76Km), Piezómetro 1765/08 (x=407,7Km; y=447,17Km). (Linha sólida: Evoluções
piezométricas; tracejada: precipitação anual.
5. Modelisation hydrodynamique de l’aquifère en
regime permanent
sableux du Plio-Quaternaire des Mnasra (Combe, 1975) (Fig. 2 et
7 B).
5.1 Discrétisation du domaine d’écoulement dans le système
aquifère des Mnasra
5.2 Conditions aux limites
La simulation de l’écoulement de la nappe des Mnasra a été
réalisée moyennant le code MODFLOW (Modular ThreeDimensional Finite-Difference Ground-Water Flow Model)
développé par McDonald et Harbaugh en 1988 dans les séries de
l’USGS dénommées "Techniques of Water-Ressources Investigations of the United States Geological Survey", basé sur la méthode des différences finies.
La zone à modéliser correspond à la zone d’extension de
l’aquifère Plio-Quaternaire des Mnasra qui s’étend sur environ
600 km2. Elle est limitée par les dunes de Lalla-Zahra au Nord,
par l’Océan Atlantique à l’Ouest et par l’oued Sebou au Sud et au
Sud-Est.
La discrétisation dans le plan de la zone d’étude a été réalisé
selon un maillage carré avec un pas de discrétisation spatial de
1000 m (soient 43 colonnes et 61 lignes). Le nombre de mailles
actives compte 581 dont 156 mailles frontières (Fig. 7 A).
Verticalement, nous avons considéré un système
monocouche, localement tricouche, et les hauteurs des mailles
sont variables et correspondent aux épaisseurs des formations
Plio-Quaternaires (Fig. 7 A). L’adoption d’un système localement tricouche est justifié par la présence au Nord de Sidi Allal
Tazi d’un écran argileux qui s’intercale entre les niveaux gréso-
Au terme hydrodynamique, les limites de la zone d’étude ont été
spécifiées comme suit (Fig. 7 A):
- A l’Ouest, à la limite avec l’Océan Atlantique, nous avons
considéré une limite à potentiel imposé de 0 m;
- A l’Est, à la limite avec la plaine du Gharb qui constitue
avec l’aquifère des Mnasra un même système aquifère continu,
une condition de flux imposé entrant à partir de la nappe du
Gharb a été retenue avec un débit de 15 l/s pour l’état de
référence de 1964 (Combe, 1975);
- Au Nord, où les dunes de Lalla-Zahra sont séparées de
l’aquifère des Mnasra par un système de failles Est-Ouest
empêchant tout écoulement entre les deux zones (Combe, 1975),
la limite septentrionale de la nappe correspond alors à une limite
à flux nul (limite étanche);
- Au Sud et au Sud-Est de la nappe, l’oued Sebou à été
considéré comme une limite à potentiel imposé.
5.3 Paramètres hydrodynamiques
L’étude statistique des valeurs ponctuelles de la perméabilité a
permis d’approcher la distribution spatiale de la conductivité
hydraulique de l’aquifère des Mnasra. Le traitement
géostatistique des données a été entrepris avec la prise en compte
des informations acquises relatives à l’hétérogénéité des
L’aquifère Côtier des Mnasra
formations Plio-Quaternaires et de leurs extensions. Ce qui a
permis de générer un zoning initial basé sur trois champs
homogènes de perméabilité dont les valeurs s’échelonnent entre
5x10-7 et 1x10-4 m/s avec facteur d’anisotropie vertical estimé à
0.1 (Fig. 9 (a)):
- Une valeur de 1x10-4 m/s a été attribuée à la zone
d’affleurement des sables du cordon dunaire et des conglomérats
Plio-Quaternaires;
- Une valeur de 5x10-5 m/s a été attribuée à la zone
d’affleurement des sables des merjas et des dunes internes d’âge
quaternaire ancien et récent;
- Une valeur de 5x10-7 m/s a été attribuée à la zone
d’affleurement des tirs d’âge quaternaire récent (Gharbien ancien)
qui se rencontrent dans la moitié Sud des Mnasra.
5.4 Choix de l’état de référence et sollicitations de la nappe
La piézométrie de référence choisie pour la simulation du modèle
de la nappe des Mnasra en régime permanent est celle relevée en
1964 (Combe, 1975). Le choix de cet état est justifié par le fait
79
que c’est le plus ancien état disponible et que, à cette époque, la
nappe était très peu sollicitée et sous régime naturel
d’alimentation à partir des précipitations et de déstockage par
drainage naturel par l’oued Sebou et par les sorties vers l’Océan
Atlantique.
La recharge de la nappe par infiltration des eaux pluviales
est établie pour une pluviométrie moyenne de 600 mm/an. Cette
recharge est exprimée sous forme de flux imposables par zone et
le zooning est établi sur la base de l’étude pédologique réalisée
par l’ORMVAG (1996). Les trois zones d’égales valeurs
d’infiltrations retenues sont:
- Une zone de sols très perméables avec un coefficient
d’infiltration compris entre 20 et 25% et correspond aux sols
sableux;
- Une zone des sols moyennement perméables avec un
coefficient d’infiltration de 15% et correspond aux sols
hydromorphes;
- Une zone peu perméable où le coefficient d’infiltration est
de 3%, il s’agit des vertisols.
Fig. 7. A: Discrétisation du domaine à simuler par
la méthode des différences finies avec l’exposition
des conditions aux limites; B: Coupes N-S et E-W
illustrant la géométrie du réservoir Plio-Quaternaire
des Mnasra.
Fig. 7. A: Discretization of the domain to be
simulated by the finite difference method with the
exposure of boundary conditions ; B: NS and EW
sections illustrating the geometry of the PlioQuaternary reservoir of Mnasra.
Fig. 7. A: Discretização do domínio a ser
estimulado pelo método de diferenças finitas com a
exposição das condições de fronteira; B: Cortes NS
e EW ilustrando a geometria do reservatório PlioQuaternário de Mnasra.
80
Tableau 3. Bilan global de la nappe des Mnasra calculé après calage du modèle en
régime permanent.
Table 3. Overall balance of the Mnasra aquifer calculated after calibration of the
model in steady state.
Tabela 3. Balanço global do aquífero de Mnasra depois da calibração com um
modelo de estado constante.
ENTREES
Le calage du modèle consiste à reproduire les plus importantes
structures de l’écoulement de la nappe phréatique des Mnasra. Le
calage a été fait par optimisation des valeurs de la perméabilité
selon la méthode classique des essais-erreurs "trials and errors".
Il était alors question de déterminer la perméabilité optimale à
affecter à chaque zone du modèle et qui permet la simulation de
la piézométrie la plus proche de la piézométrie mesurée. Nous
avons également tenté lors du calage d’ajuster, à moindre degré,
les valeurs de la recharge de la nappe.
La modélisation hydrodynamique du système aquifère des
Mnasra en régime permanent a permis d’atteindre les objectifs
fixés de manière satisfaisante. Le calage du modèle tridimensionnel en régime permanent pour l’état de référence 1964 est
jugé satisfaisant, avec un écart moyen faible entre les valeurs
mesurées et celles restituées par le modèle.
Une fois les grandes tendances piézométriques entre états
mesuré et simulé sont représentées et une précision acceptable est
atteinte (Fig. 8), le calage du modèle fut arrêté. La carte de
perméabilité de la nappe obtenue après calage du modèle montre
que les valeurs de la perméabilité sont de mêmes ordres de
grandeur que celles adoptées initialement; exceptée la zone
correspondant aux affleurements des tirs où la perméabilité
ajustée est de 5x10-5 m/s (Fig. 9 (b)).
Au terme de l’opération de calage, le bilan simulé de la
nappe a permis d’évaluer les différents termes d’entrées et de
sorties de la nappe (tableau 3). Les principales entrées sont
constituées par l’infiltration des eaux de pluies (72.6% des
entrées), l’alimentation par l’oued Sebou (21.4% des entrées) et
l’alimentation à partir de la nappe du Gharb (6% des entrées).
Les sorties de la nappe sont principalement constituées par les
drainages naturels vers l’oued Sebou (41.1% des sorties) et vers
l’Océan Atlantique (38.3% des sorties); le reste est partagé entre
le débordement de la nappe et les transferts latéraux vers le
bassin du Gharb avec des taux respectifs de 8.9% et de 11.7%.
Le bilan hydrique de la nappe des Mnasra calculé par le
modèle à la fin de la simulation en régime permanent comparé au
bilan approché (Tableau 2) montre que les débits calculés sont
relativement inférieurs aux débits approchés mais restent
acceptables.
Apports
Précipita tions
Alimentation pa r
Sebou
Alimentation
à
pa rtir du Gha rb
Total
SORTIES
6. Resultats et discussion
B. Bouya et al. / Comunicações Geológicas (2011) 98, 73-81
Dra ina ge pa r l
Océa n
Dra ina ge
pa r
Sebou
Tra nsfert la tera ux
vers Gha rb
Débordements de
la na ppe
Total
STOCKAGE
Débits en L/s
Volumes en m3/j
1435,52
124416
424,34
36288
117,26
10368
1977,12
171072
758,01
65664
812,13
69984
231,89
19872
175,09
15552
1977,12
171072
0
0
7. Conclusions generales
Fig. 8. Calage du modèle en régime permanent sur la piézométrie de 1964, (en trait
continu: piézométrie mesurée; en tiret: piézométrie simulée).
Fig. 8. Calibration of model in permanent regime, using piezometry of 1964 (solid
line: measured piezometry; dashed: simulated piezometry).
Fig. 8. Calibração do modelo em regime permanente, usando piezometria de 1964
(linha sólida: piezometria medida; tracejado: piezometria estimulada.
Pour ce qui est de la recharge, les ajustements opérés ont
touchés la zone faiblement imperméable et la zone moyennement
perméable.
L’étude hydrogéologique entreprise dans le cadre de la présente
étude a permis l’identification du comportement hydraulique de
l’aquifère des Mnasra et abouti à l’élaboration d’un modèle en
3D aux différences finies de l’écoulement de la nappe en
régime permanent.
Les résultats obtenus mettent également en évidence
l’inversion du sens d’écoulement entre les deux états
piézométriques de 1964 et 2005 sur la majeure partie de la
moitié méridionale de la nappe des Mnasra. A cet endroit de la
zone d’étude, l’écoulement orienté actuellement de l’Océan
Atlantique vers le continent se rapporte à l’exploitation
intensive des eaux souterraines pour les besoins de l’irrigation
conduisant ainsi à un déficit accentué du bilan hydrique de la
nappe. Ce déficit, met en cause l’équilibre hydrodynamique
précaire existant, ayant eu pour conséquence une intrusion
marine corroboré par les résultats de la géophysique réalisés
par la DRPE (ORMVAG, 1996).
L’élaboration d’un modèle mathématique de la nappe des
Mnasra en régime permanent a permis de confirmer le
fonctionnement hydrogéologique du système aquifère et
d’appréhender la distribution des paramètres et des
sollicitations. De même, ce modèle a permis de calculer les
L’aquifère Côtier des Mnasra
différents termes du bilan hydrogéologique qui s’est avéré très
équilibré et proche de celui établi par la DRPE (1994) et
l’ORMVAG (1996).
Une stratégie pour une gestion rationnelle et durable de la
ressource en eau, basée sur un modèle mathématique 3D de la
81
nappe côtière des Mnasra, en régime transitoire, avec une
approche de l’écoulement à densité variable couplé au transport
de solutés serait souhaitable afin de mieux quantifier les termes
du bilan en tenant compte de l’apport de l’invasion marine et de
prévoir l’évolution et l’extension de cette intrusion marine.
Fig. 9. (a) Carte de zones d’égales
valeurs de perméabilité de la nappe
Plio-Quater-naire des Mnasra; (b)
Carte de distribution de la
perméabilité après calage du modèle.
Fig. 9. (a) Zones of iso-values of
hydraulic conductivity of the PlioQuaternary Mnasra aquifer; (b)
distribution map of hydraulic
conductivity after calibration.
Fig. 9. (a) Zonas de iso-valores de
condutividade hidrálica no aquífero
Plio-Quaternário de Mnasra; (b)
mapa
de
distribuição
da
condutividade hidráulica depois da
calibração.
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