Characterizing groundwater recharge processes in a semiarid mountain-front using stable isotopes, hydrochemistry and heat as a tracer (Ourika basin, Tensift, Central Morocco)

par Houssne Bouimouass

Thèse de doctorat en Hydrogéologie

Sous la direction de Jean-Marc Leblanc et de Younes Fakir.

Le président du jury était Abdelghani Chehbouni.

Le jury était composé de Sarah Tweed, Lahoucine Hanich.

Les rapporteurs étaient Christian Leduc, Bouâbid El Mansouri.

  • Titre traduit

    Caractérisation et modélisation des processus de recharge de l'eau souterraine en zone de piémont, sous climat semi-aride, utilisant les outils isotopiques et hydrochimiques (cas du bassin de l'Ourika, Tensift, Maroc central)


  • Résumé

    La recharge au niveau des piémonts constitue une source importante de recharge naturelle des eaux souterraines dans les zones arides et semi-aride. Le bassin du Tensift, au centre du Maroc, héberge la plaine du Haouz et l'aquifère alluvial du Haouz dont l'extension spatiale dépasse 6000 km². L'eau souterraine est la source d'eau principale pour les activités agricoles, industrielles et pour l'alimentation en eau potable Cette ressource st considérablement affectée par la surexploitation et le changement climatique. La détermination des sources et des processus de recharge, en particulier au niveau des piémonts, est primordiale pour la gestion efficace des ressources en eau. Malgré son importance, la dynamique de la recharge au niveau des piémonts du Haut-Atlas, comme dans les zones semi-arides autour du globe, reste peu étudiée. L'objectif de la présente étude est d'investiguer, de près, les sources de recharge dans le piémont du Haut-Atlas, en se focalisant sur l'infiltration au niveau des oueds. L'étude est basée sur la combinaison de plusieurs types de de données : prélèvements des seguias, piézométriques, isotopiques, hydrochimiques, teneur en eau des sédiments et température des sédiments récoltés sur le terrain. Les données ont été analysées qualitativement et quantitativement par modélisation. Les données piézométriques et isotopiques (18O et ²H) ont été utilisés pour comparer la recharge naturelle et la recharge induite par irrigation dans le piémont du Haut-Atlas. L'évolution piézométrique a montré que la recharge induite par l'irrigation traditionnelle dépasse celle induite par l'infiltration au niveau des oueds. Cela est en accordance avec la distribution spatiale des signatures isotopiques qui montrent l'influence du captage des eaux par Séguias, en période d'écoulement normal sur la recharge des eaux souterraines. L'évolution hydrochimique des eaux souterraines dans la zone d'étude est influencée par les interactions eau/roche, la dissolution des minéraux carbonatés et des évaporites, l'hydrolyse des silicates et les échanges ioniques entre l'eau et les sédiments. L'influence de l'irrigation par les eaux de surface sur la recharge des eaux souterraines et les pratiques agricoles dans la zone d'étudie ont préservé la bonne qualité de ces eaux et leur adéquation à l'utilisation domestique. La teneur en eau et la température des sédiments mesurés sur un site expérimental dans le lit de l'oued Rheraya, pendant une année entière, ont été utilisés pour caractériser la dynamique de l'infiltration et de la recharge des eaux pendant les périodes d'écoulements. ces données sont aussi exploitées pour le calage d'un modèle du transport d'énergie dans le milieu poreux pour calculer les taux d'infiltration. Pendant toute l'année, la recharge totale calculée est de 425 mm/m². La recharge est principalement induite par les crues et elle est contrôlée par la saisonnalité, l'état antérieur de saturation des sédiments, la durée des évènements, puis la hauteur du niveau de l'eau. Les résultats de cette étude peuvent être incorporés dans les schémas futurs de la gestion et de la préservation des ressources en eau dans le bassin de Tensift.


  • Résumé

    Mountaifront recherge is the recharge of grounwater occuring in the piedmonts of high-elevation mountain often receiving more precipitation due to orographic effects. This type of recharge is the major source of groundwater replenishment in many semi(arid) basins. The Tensift basin in central Morocco hosts the large alluvial plain of Haouz with its vast pheatic aquifer of more than 6000 km². groundwater in the Haouz plain is the main source of water for the socio-economic activities in the area. This groundwater originates from the adjacent high-Atlas ranges. Despite the importance of mountain-front recharge for the socio-economic deveopment in the area, it was never investigated with care but only incorporate in a very limited regional-scale studies providing highly speculative conclusions. The aims of the present study is the close investigation of recharge sources in the mountain-front area of the High-Atlas of Marrakech at the local scale, with an emphasis on infiltration within wadi channels. Hydrophysical data (piezometry, sediment water content and heat), hydrochemical (major ions) and environmental tracers (stable isotopes of water) from field campaigns and experiments were used in this study. The data acquired was analyzed by analytical methods and modeling (heat transport modeling). Coupled groundwater fluctuation measurements and environmental tracers (18O, ²H, and major ions) were used to identify and compare the natural mountain-front recharge to the anthropogenic irrigation recharge. Within the High-Atlas mountain front of the Ourika Basin, Central Morocco, the groundwater fluctuation mapping from the dry to wet season showed that recharge beneath the irrigation area may be higher than recharge along the streanbed. A conceptual model of seasonal groundwater recharge sources in the study area was established. Theses findings highlight that irrigation practices can result in the dominant mountain front racharge process for groundwater. The hydrochemical evolution of groundwater in the mountain-front area is controlled mainly by water-rock interactions through mineral dissolution, silicate weathering and ion exchange. The strong relationship between groundwater and mountain water, enhanced by traditional irrigation, and the ecological agriculture practiced in the area preserved the excellent quality of groundwater. Streambed water content and temperature were continuously logged over a year for the Rheraya intermittent wadi. Over the entire year, the calculated total potential recharge based on heat transfer modeling was 425 mm/m2. During winter and spring when the alluvium has a higher water moisture, this recharge is predominantly generated by floods. Normal streamflow generally generates low infiltration but contributes to wetting the sediment. During the summer, brief flashfloods over dry sediment result in shallower and slow wetting from infiltration, despite of their higher peak streamflow. Results from this study can be incorporated in future management schemes for the water resources preservation in the Tensift basin.


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