Simulations des flux d'eau et de chaleur au sein de l'hydrosystème Seine - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Rapport Année : 2022

Simulations des flux d'eau et de chaleur au sein de l'hydrosystème Seine

Résumé

As a common good, water is essential for many uses related to human activities : domestic needs (including drinking water supply), agricultural usages, industrial applications, energy requirements and recreational uses. Urbanization, which concentrates a high population density, as well as the economic activities of the Seine basin generate an increase in water and energy needs. In addition, climate change has an impact on the sustainable management of resources in the long term. A precise understanding of water and energy fluxes at the basin scale is therefore becoming a strategic necessity in order to adapt resource management. In this context, the PIREN-Seine teams are developing an integrated modelling tool to simulate water and heat exchanges between the atmosphere and the surface (soil, river and lake) and aquifer systems via the interfaces (unsaturated zone, stream-aquifer interface and aquitard). These developments have resulted in the coupling between ORCHIDEE (developed by IPSL) including water and energy transfers from the atmosphere to the unsaturated zone and CaWaQS (developed by Mines Paris-PSL), which simulates the hydrodynamics of rivers and aquifer systems. An original transport numerical tool based on the resolution of the diffusion/advection transport equation has been developed to simulate heat transfer in river networks and aquifer systems in pseudo-3D. An analytical solution is used to simulate heat transport through aquitards and the stream-aquifer interface. The tool allows us to establish a first water and heat balance of the Seine hydrosystem, which estimates the temperature evolution in each compartment of the hydrosystem and evaluates the heat balance of the rivers. The rivers' heat balance is mainly based on air exchanges and solar radiation (109.3 W m$^{−2}$), and then water-river exchange flows (48.1 W m$^{−2}$) and surface runoff (22.7 W m$^{−2}$).
Véritable bien commun, l’eau est indispensable à de nombreux usages liés aux activités développées par l’homme : les besoins domestiques (dont l’alimentation en eau potable), les usages agricoles, les usages industriels, les usages énergétiques et les usages liés aux loisirs. L’urbanisation, qui concentre une forte densité de population, ainsi que les activités économiques du bassin de la Seine engendrent une augmentation des besoins en eau et en énergie. De plus, le changement climatique a une incidence sur la gestion durable des ressources à long terme. La compréhension précise des flux d’eau et d’énergie à l’échelle du bassin devient ainsi une nécessité stratégique afin d’adapter la gestion des ressources. Dans ce cadre, les équipes du PIREN-Seine ont développé un outil de modélisation intégrée visant à simuler des échanges d’eau et de chaleur entre l’atmosphère et la surface (sol, rivière et lac) et les systèmes aquifères en passant par les interfaces (zone non saturée, interface nappe-rivière et aquitard). Ces développements ont permis le couplage entre ORCHIDEE (développé par l’IPSL) incluant les transferts d’eau et d’énergie depuis l’atmosphère jusqu’à la zone non saturée et CaWaQS (développé par Mines Paris - PSL) simulant l’hydrodynamisme des rivières et du système aquifère. Un outil de transport originale basée sur la résolution de l’équation de transport de diffusion/advection a été développée afin de simuler le transfert de chaleur dans les réseaux hydrographiques et les systèmes aquifères en pseudo-3D. Une solution analytique est utilisée pour simuler le transport de chaleur à travers les aquitards et l’interface nappe-rivière. L’outil permet d’établir un premier bilan d’eau et de chaleur de l’hydrosystème de la Seine. Les résultats permettent d’estimer l’évolution de la température dans chaque compartiment de l’hydrosystème et d’évaluer le bilan thermique des rivières qui repose principalement sur les échanges avec l’atmosphère (109,3 W m$^{−2}$ ), puis les flux d’échange nappe-rivière (48,1 W m$^{−2}$ ) et le ruissellement de surface (22,7 W m$^{−2}$ ).

Domaines

Climatologie
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-04065556 , version 1 (11-04-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04065556 , version 1

Citer

Agnès Rivière, Deniz Kilic, Nicolas Gallois, Agnès Ducharne, Shuaitao Wang, et al.. Simulations des flux d'eau et de chaleur au sein de l'hydrosystème Seine. PIREN SEINE. 2022. ⟨hal-04065556⟩
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