Vers une meilleure fiabilité dans le calcul des tassements dus aux pompages d'eau souterraine. Deuxième partie : modélisation non linéaire de la subsidence de la ville de Shanghaï
Résumé
Le calcul précis de la subsidence de Shanghaï a été réalisé par simulation numérique. Cette subsidence, due au pompage d'eau souterraine depuis 1920, a atteint en moyenne 2,5 mètres. Depuis 1962, la réinjection dans l'aquifère principal durant les hivers a contribué à freiner le processus. La zone d'étude est limitée à la partie centrale de Shanghaï et aux 70 mètres supérieurs des sédiments meubles. La géologie du Quaternaire, la géologie de l'ingénieur et l'hydrogéologie ont été synthétisées avec soin. Un code utilisant la Méthode des Eléments Finis (F.E.M.) a été choisi pour le calcul. Permettant une discrétisation spatiale très précise, il peut de la sorte prendre en compte les hétérogénéités et les variations de faciès des différentes couches. La simulation a comporté un modèle d'écoulement à 3 dimensions fournissant les valeurs et la répartition des pressions d'eau à chaque pas de temps. Ensuite, un modèle écoulement-tassement non linéaire a permis de calculer la subsidence en fonction du temps, en prenant les variations de pressions des aquifères comme sollicitations. L'influence du couplage et de la variation des paramètres sur les résultats du modèle est illustrée. Des conclusions sont tirées et une procédure idéale pour le calcul des subsidences est proposée.
Abstract
Improvement of reliability in computations of the compaction due to groundwater withdrawal: non linear modelling of the subsidence of Shanghai. An accurate simulation of the subsidence of Shanghai has been performed. The subsidence, caused by groundwater pumping since 1920, reached approximately 2.5 meters. Since 1962, the recharge of the aquifer during winters has contributed to decelerate the process. The study area is limited to the central zone of Shanghai and to the upper 70 meters of loose sediments. The Quaternary geology, engineering geology and hydrogeology aspects have been examined in detail. A Finite Element Method (F.E.M.) code has been chosen for the subsidence computations. Allowing a very accurate spatial differenciation, it can take into account heterogeneities and facies variations of the layers. The simulation comprised a 3D flow model giving, as results, the values and spatial distributions of the water pressures at each time step. Secondly, a coupled non linear flow-compaction model computed subsidence as a function of time, taking the pressure variations in the aquifers as stress data. The influence on the results of the coupling and of the variation parameters is shown. Conclusions are deduced from the discussion and a standard procedure of computation is proposed to calculate the subsidences with accuracy.