An Integrated Surface-Subsurface Flow Model of the Thermo-Hydrological Behavior and Effect of Climate Change in a Cold-Region Catchment in Northern Quebec, Canada

Masoumeh Parhizkar, René Therrien, John Molson, Jean-Michel Lemieux, Richard Fortier, Marie-Catherine Talbot Poulin, Pierre Therrien, Michel Ouellet

Dans les comptes rendus d’articles de la conférence: GeoOttawa 2017: 70th Canadian Geotechnical Conference; 12th joint with IAH-CNC

Session: Cold Regions Hydrogeology I

ABSTRACT: Three numerical groundwater flow models with different levels of spatial heterogeneity were calibrated for a hydrogeological system located in a cold environment with discontinuous permafrost. Calibration was completed by coupling the inverse calibration code PEST to the 3D steady-state groundwater flow models developed using HydroGeoSphere. Results were then used in a transient model to assess the efficiency of calibrated models in predicting the observed time series of hydraulic heads. Comparison of steady-state results shows that by allowing more heterogeneity in the model, a better fit to average field observations can be achieved. Although heterogeneous models could accurately reproduce the time series for hydraulic heads in coarse materials in a part of the study area with less permafrost, in parts of the study area with more permafrost, a more effective calibration approach is required which includes the effect of permafrost on the groundwater flow system.

RÉSUMÉ: Trois modèles numériques d'écoulement des eaux souterraines avec différents degrés d'hétérogénéité spatiale ont été calés pour un petit bassin versant situé au Québec nordique, en zone de pergélisol discontinu. Pour le calage, le logiciel de modélisation inverse PEST a été couplé aux modèles d'écoulement de l'eau souterraine 3D en régime permanent développés avec HydroGeoSphere. Les modèles calés ont ensuite été utilisés pour des simulations en régime transitoire pour évaluer leur efficacité à prédire des séries chronologiques observées de charges hydrauliques. La comparaison des meilleur ajustement aux observations moyennes sur le terrain. Les modèles hétérogènes peuvent reproduire de manière précise les séries temporelles pour les charges hydrauliques dans les matériaux grossiers, dans une partie de la zone d'étude avec moins de pergélisol. Par contre, dans les parties de la zone d'étude avec plus de pergélisol, un calage supplémentaire est nécessaire pour inclure l'effet du pergélisol dans le système d'écoulement des eaux souterraines.

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