This dissertation reports on the methods and results of a three-phased investigation to estimate the annual volume of ephemeral-channel-focused groundwater recharge attributable to urbanization (urban-enhanced groundwater recharge) in the Sierra Vista subwatershed of southeastern Arizona, USA. Results were used to assess a prior estimate. The first research phase focused on establishment of a study area, installation of a distributed network of runoff gages, gaging for stage, and transforming 2008 stage data into time series of volumetric discharge, using the continuous slope-area method. Stage data were collected for water years 2008 - 2011. The second research phase used 2008 distributed runoff data with NWS DOPPLER RADAR data to optimize a rainfall-runoff computational model, with the aim of identifying optimal site-specific distributed hydraulic conductivity values and model-predicted infiltration. The third research phase used the period-of-record runoff stage data to identify study-area ephemeral flow characteristics and to estimate channel-bed infiltration of flow events. Design-storm modeling was used to identify study-area predevelopment ephemeral flow characteristics, given the same storm event. The difference between infiltration volumes calculated for the two cases was attributed to urbanization. Estimated evapotranspiration was abstracted and the final result was equated with study-area-scale urban-enhanced groundwater recharge. These results were scaled up to the Sierra Vista subwatershed: the urban-enhanced contribution to groundwater recharge is estimated to range between 3270 and 3635 cubic decameters (between 2650 and 2945 acre-feet) per year for the period of study. Evapotranspirational losses were developed from estimates made elsewhere in the subwatershed. This, and other sources of uncertainty in the estimates, are discussed and quantified if possible.

En ville, les systèmes de récupération et d'infiltration des eaux pluviales dans le sous-sol ont pour conséquence d'augmenter la connectivité hydrologique entre la surface et la nappe phréatique. Ces pratiques d'infiltration produisent de nombreuses perturbations physico-chimiques au niveau de la nappe (ex. augmentation des variations thermiques, baisse des concentrations en oxygène dissous, enrichissement de la nappe en matière organique dissoute) mais les conséquences sur le compartiment microbien restent peu connues. L'objectif principal de la thèse est de déterminer les effets de l'infiltration des eaux pluviales sur les communautés microbiennes des nappes phréatiques, aussi bien en termes d'abondance, d'activités que de diversité génétique bactérienne. En se basant sur les changements environnementaux associés à l'infiltration des eaux pluviales et l'analyse des communautés bactériennes, un objectif fondamental est d'évaluer l'importance des phénomènes de dispersion (ex. transferts) et de sélection par des facteurs abiotiques (ex. disponibilité des ressources nutritives) sur les assemblages bactériens au sein des nappes phréatiques. Ces travaux ont été axés sur des expérimentations de terrain utilisant deux approches d'échantillonnage : une méthode active (prélèvements d'eau) et une méthode passive (incubation de substrats artificiels). La description des communautés a été effectuée par une méthode de séquençage de nouvelle génération (i.e. Illumina MiSeq) en se basant sur le gène rrs. Les résultats de ce travail mettent en avant une influence significative des pratiques d'infiltration sur les bactériomes d'un aquifère. En effet, le développement, les activités et la diversité des micro-organismes retrouvés dans la nappe ont été stimulés significativement par l'enrichissement en carbone organique dissous biodégradable engendré par ces pratiques. Néanmoins, cet impact est fortement réduit dans les systèmes étudiés où la zone non saturée est épaisse (> 10 m) et agit comme un filtre physique, chimique et biologique efficace entre le bassin d'infiltration et l'aquifère. Les faibles similarités entre les structures génétiques des bactériomes des eaux d'infiltration et dans la nappe indiquent que la zone non saturée joue un rôle efficace sur la rétention des bactéries dans les systèmes étudiés. En conclusion, cette thèse constitue la première étude d'envergure visant à quantifier la réponse du compartiment microbien des aquifères à des perturbations engendrées par l'infiltration des eaux pluviales en milieu urbain. Elle ouvre aussi de nouvelles perspectives sur les méthodes et outils d'évaluation de la qualité des nappes phréatiques / In urban area, managed aquifer recharge (MAR) systems raises hydrological connectivity between surface and groundwater. These infiltration practices are the cause of many disturbances in groundwaters (e.g. increase of thermal variations, decrease of dissolved oxygen or enrichment in organic matter) but associated consequences on microbial compartment remains unclear. The main aim of the thesis is to determine the effects of stormwater runoff infiltration on microbial communities of groundwater, in terms of abundance, activities and bacterial diversity. Based on environmental changes associated to MAR practices and bacterial community analyses, a fundamental question is to assess the importance of dispersal (e.g. transfers) and selection by abiotic factors (e.g. nutrients availability) on groundwater communities assemblage. This study is based on field experiments with two complementary strategies of sampling: an active one (i.e. groundwater sampling) and a passive one (incubation of artificial substrate). Communities’ description was made by next-generation sequencing (i.e. Illumina MiSeq) of rrs gene. The results showed a significant influence of MAR practices on microbial communities. Growth, activities and diversity of groundwater micro-organisms were mainly stimulated by biodegradable dissolved organic carbon enrichment associated to MAR practices. Nonetheless, this impact was reduced in systems where the vadose zone is thick (> 10 m) and acts as a physical, chemical and biological filter between the infiltration basin and the aquifer. Low similarities between bacterial communities of infiltration waters and bacterial communities of groundwaters reveal that vadose zone is effective on the retention of bacteria in studied systems. To conclude, this thesis constitutes the first major study that aimed to quantify microbial compartment response to disturbances caused by MAR practices in urban area. It also opens new perspectives on assessment tool for groundwater quality

La plaine du Souss est délimitée au nord par le Haut-Atlas, au sud par l’Anti-Atlas et à l’estpar le massif cristallin de Siroua. Les principales formations géologiques sont des marnocalcaireset conglomérats assez perméables, les calcaires du Turonien qui leur sont sousjacentset le lit fossile de l’oued Souss composé d’alluvions sablo-graveleuses trèsperméables.La nappe du Souss est la plus importante du sud du Maroc, elle est très exploitée par unsecteur agricole exportateur, la surexploitation de la nappe s’est traduite par une baissecontinue des niveaux. Depuis 1970, les prélèvements dépassent de loin les ressourcesrenouvelables de la nappe (déficit : 185 Mm3 en 1976, 358 Mm3 en 1998, 228 Mm3 en 2003).Le barrage d’Aoulouz est principalement destiné à la recharge artificielle de la nappe par deslâchers d’eaux stockées pendant les périodes pluvieuses. En zone semi-aride, une estimationprécise de la recharge est souvent délicate, la variabilité spatio-temporelle de la recharge étantgénéralement forte et les processus variés.Ce travail a permis de mieux caractériser l’impact de la recharge sur la nappe et d’évaluer letemps de séjour et le renouvellement des eaux souterraines.L’évolution de la piézométrie à la suite des lâchers d’eau à partir du barrage Aoulouz montredes remontées locales du niveau piézométrique sur la haute plaine, environ 85% des eauxlâchées à partir du barrage d’Aoulouz s’infiltrent 80 km entre Aoulouz et Taroudant.Toutefois, le niveau général de la nappe continue de baisser.Le faciès géochimique est principalement bicarbonaté calcique (dissolution des carbonates), etpar endroits sulfaté calcique (évaporites au pied du Haut-Atlas). Les eaux de surface ont unfaciès bicarbonaté calcique et magnésien acquis lors de leur circulation sur des calcaires et desdolomies.[...] / The Souss valley is bounded to the North by the High Atlas, to the South by the Anti-Atlasand to the East by the Siroua crystalline massif. The main geological formations arecalcareous marls of the Plio-Quaternary, the Turonian limestones that underlie them, and thefossil bed of River Souss formed by sands, sandstones and gravels from high permeabilityalluvium.The Souss aquifer is the most significant aquifer in southern Morocco, highly exploited by anagricultural exporting activity. Groundwater overexploitation induced a decreases ofpiezometric heads. Since 1970, water demand far exceeds renewable groundwater resources(balance defecit: 185 Mm3 in 1976, 358 Mm3 in 1998, and 228 Mm3 in 2003).The mean role of the Aoulouz dam is the artificial recharge of the Souss plain by release ofwater stored during rainy periods in the plain.In semi-arid areas, estimating recharge is often difficult, the spatial and temporal variabilitiesof recharge are generally high, and processes are varied.This work has enabled to characterize the impact of artificial recharge and to estimate therenewal of water in the aquifer.Water releases from Aoulouz dam has permitted an increase of the piezometric level on thehigh plain, about 85% of the water released are unfiltered in the first 80 Km between Aoulouzand Taroudant cities. However, the general water level decline goes on.The geochemical facies is mainly calcium bicarbonate type (dissolution of limestone), andlocally calcium sulphate type (evaporites of the High Atlas). Surface waters are a calcium andmagnesium bicarbonate types, acquired during their flow through limestones and dolomitesoutcrops.[...]

L’eau, par l’intermédiaire de la pression de fluides, est un phénomène déclencheur majeur de la déstabilisation des mouvements de terrain profonds. En conséquence, la caractérisation des mécanismes de déformation nécessite une bonne compréhension des processus hydrogéologiques contrôlant la déstabilisation. Les milieux fissurés et de surcroit les milieux instables présentent de fortes hétérogénéités, ce qui rend les études hydrogéologiques classiques peu adaptées. De plus, les mouvements de terrain profonds présentent des relations hydromécaniques complexes avec des évolutions significatives dépendantes du temps (déformation de type fluage). Cette thèse s’attache à caractériser les relations précipitations-déplacement du mouvement de terrain profond de Séchilienne. Un suivi saisonnier de traceurs naturels et artificiels a permis de définir un schéma conceptuel d’écoulement de l’eau souterraine sur l’ensemble du massif malgré un nombre limité de points d’intérêt hydrogéologiques. Les données de pression de fluides étant rarement mesurées, les paramètres indirects, tels que la recharge, sont souvent les seules données hydrogéologiques qui permettent de caractériser la relation précipitations-déstabilisation. Une méthode d’estimation de la recharge basée sur un calcul de bilan du sol a été développée afin d’estimer la recharge avec précision. En se basant sur le schéma conceptuel d’écoulement et le calcul de la recharge, une analyse en ondelettes couplée à un modèle numérique a permis de caractériser la relation précipitations-vitesse de déplacement. Cette modélisation tient compte de paramètres dépendant du temps et permet de simuler une déformation de type fluage (tendance pluriannuelle des vitesses de déplacement), conséquence des couplages hydro- mécaniques indirects. La caractérisation des processus hydrogéologiques contrôlant la déstabilisation a permis de définir un seuil statistique d’activation de la déstabilisation, basé sur une approche multi-dimensionnelle innovante. / Pore water pressure build-up by recharge of underground hydrosystems is one of the main triggering factors ofdeep-seated landslides. Consequently, the characterization of landslide deformation mechanisms requires athorough knowledge of the hydrogeological processes triggering the destabilization. Anisotropic andheterogeneous media combined with landslide deformation render classical hydrogeological investigationsunsuitable. Hydro-mechanical processes which lead to slope failure of deep-seated landslides are complex andare influenced by the evolution of the landslide deformation through time. This thesis aims at improving theunderstanding of the relationships between precipitation and displacement velocity based on the study of theSéchilienne deep-seated landslide. A time-related monitoring of natural and artificial tracers allows to define aconceptual groundwater flow model despite a limited number of hydrogeological points of interest. Fluid porepressures are rarely measured on landslide sites and, instead the groundwater recharge is generally used as themost relevant parameter. A parsimonious, yet robust, guideline workflow to calculate time series of groundwaterrecharge is developed. Based on the conceptual groundwater flow model and the recharge calculation, a waveletanalysis coupled to a numerical model integrating time-dependent parameters allows to characterize therelationship between precipitation and displacement velocity and to simulate the creep deformation resulting ofindirect hydro-mechanical coupling (multi-year trend of displacement velocities). The characterization of thehydrogeological processes controlling the destabilization allowed to define a statistical rainfall threshold basedon an innovative multi-dimensional approach.

La nappe superficielle de la plaine d’Avignon, située entre le Rhône et la Durance, présente les caractéristiques d’une nappe péri urbaine, avec un secteur agricole étendu, mais dont la surface se réduit rapidement sous l’effet de l’extension urbaine et du développement économique. Peu profonde et proche de la surface, cette nappe est directement sous l’influence des eaux de surface. En particulier, l’eau de la Durance participe fortement à la recharge soit directement soit indirectement via les nombreux canaux d’irrigation et donc localement de manière décalée par rapport au régime hydrologique méditerranéen. L’occupation des sols, et en particulier l’urbanisation, joue donc un rôle important sur le fonctionnement hydrodynamique. En particulier le recul des terres agricoles et la diminution parallèle des volumes d’irrigation tendent à réduire la recharge de la nappe.Pour essayer d’anticiper les conséquences de cette évolution, la présente étude vise à proposer un modèle de fonctionnement hydrogéologique de la zone intégrant le rôle du sol et de son usage. Il fallait pour cela compléter les connaissances sur le fonctionnement de la nappe préciser les conditions aux limites et établir un bilan en eau au pas de temps mensuel. Ce travail repose sur une démarche multi-approches utilisant, en particulier, la complémentarité entre le suivi piézométrique et la technique du traçage naturel de l'eau (traceurs chimiques et isotopiques). Les différentes approches ont permis de localiser et de quantifier les trois principales composantes de la recharge : la Durance ou la recharge latérale, l’irrigation et la pluie ou la recharge verticale. Cette dernière est contrôlée surtout par la nature et l’usage du sol. Très clairement, la majeure partie de cette recharge se trouve dans des zones encore irriguées qui apportent un volume moyen annuel de 19 Mm3. Avec une moyenne annuelle de 135 mm, la recharge par la pluie joue un rôle secondaire. Son impact sur la nappe est visible en dehors des zones irriguées en particulier en amont de la plaine sur les versants des collines qui bordent la plaine à l’Est. Cet apport de la pluie n’est plus visible dans la partie médiane, fortement diluée par les eaux d’irrigation. Plus à l’ouest en zone urbaine, l’effet de la pluie est réduit et discontinu à cause des surfaces imperméabilisées ; il subit en outre une dilution par l’apport des eaux de la Durance. L’importance de la recharge par la Durance a été confirmée par une modélisation hydrodynamique et du transfert du signal isotopique. Elle constitue l’entrée principale du système avec un volume moyen de 70 Mm3/an. Les résultats de différents scénarios du modèle numérique valident les ordres de grandeur de différentes composantes et les caractéristiques de l’écoulement (direction, vitesse…) et montrent que dans le cas d’un abandon de l’irrigation, la baisse piézométrique serait de l’ordre de 3 m sous les périmètres irrigués. La nappe retrouverait alors les fluctuations piézométriques naturelles sous la dépendance de la pluie d’une part et de la Durance d’autre part. En fonction de son régime futur, l’alimentation par la Durance pourrait augmenter et compenser une partie de la baisse vers l’intérieur de la plaine. / The groundwater system of the alluvial plain of Avignon, located between the Rhone and the Durance rivers, is characterized by an expanded agricultural area, whose surface is rapidly shrinking due to urban sprawl and economic development. This shallow aquifer is directly under the influence of surface water. In particular, the Durance water is heavily involved in the recharge process either directly or indirectly via the numerous irrigation canals and therefore with a time shift according to the Mediterranean hydrological regime. Land use, particularly urbanization, plays an important role on the hydrodynamic occurrence. In particular, the loss of agricultural land and accordingly the reduction in irrigation volumes tend to reduce groundwater recharge. To anticipate the consequences of these developments, this study aimed at proposing a hydrogeological model of the area including the role of land use. First of all, This required a better understanding of the aquifer system, namely specify boundary conditions and establish a monthly water balance An experimental investigation was carried out using different approaches including water level monitoring and environmental tracing of water (chemical and isotopic tracers). This work enabled us locating and quantifying the three main components of recharge: Durance or lateral recharge, irrigation and rainfall or vertical recharge. This recharge proved to be controlled primarily by the soil nature and land use. Clearly, much of this recharge occur in irrigated areas which provide an average annual volume of 19 millions m3. With an annual average of 135 mm, recharge by the rainfall plays a secondary role. Its impact on the groundwater was observed out of the irrigated lands especially, on the eastern boundaries of the plain. This contribution of rainfall was no longer detected downwards, where irrigation water was getting predominant in the recharge process. In urban areas down west, the effect of rainfall drops owing to the increase of impervious surfaces and the rising of Durance influence.. The importance of the recharge from the Durance was confirmed by hydrodynamic and isotope transfer modeling. It is the main input to the system with an average volume of 70 millions m3 / year.

Le bassin endoréique du lac Tchad (BLT) couvre 2,5 millions de km2 au centre de la zone sahélienne. Le lac Tchad agit comme un amplificateur des variations climatiques sur le BLT tandis que le système aquifère multicouche contient d'importantes ressources en eau. La réponse hydro(géo)logique du BLT aux variations du climat est étudiée par un couplage entre traceurs géochimiques et modélisation. Un bilan hydrologique, chimique et isotopique permet de distinguer les flux d'évaporation, de transpiration et d'infiltration à la surface du lac. La transpiration, jusqu'alors négligée, contribue à environ 15% de l'ET. La dynamique du chlore dans le BLT suggère un temps de transfert dans le bassin amont autour de 10 ans, un renouvellement rapide des eaux du lac et une infiltration de 200 mm an-1. Le couplage d'un modèle pluie-débit (GR2M) et du modèle de lac, forcé par des simulations paléoclimatiques de GCM sur le dernier millénaire, montre la difficulté de la comparaison modèle-données dans les reconstitutions paléohydrologiques. La cartographie de la recharge moderne de l'aquifère quaternaire est obtenue par l'interprétation des teneurs en 36Cl thermonucléaire dans les eaux. Une recharge récente, proche des eaux de surface, est mise en évidence dans 60% de l'aquifère quaternaire et la reprise évaporatoire actuelle en bord du lac Tchad est évaluée entre 85 et 98%. Les eaux géochimiquement contrastées des dépressions piézométriques ne signent pas de recharge actuelle. La composition géochimique propre aux eaux du CT suggère un temps de résidence supérieur à 300 000 ans. Ces données originales pourraient servir à mieux contraindre la paléorecharge en zone sahélienne. / Lake Chad Basin (LCB) is a 2.5 billion km2 closed drainage basin, in the center of Africa. Lake Chad enhances the climatic variations over the LCB while the multi-layers aquifer system contains large water resources. The hydro(geo)logical response of the LCB to climatic variability is studied by combining geochemical and modeling approaches. The lake Chad levels modeling, calibrated from hydrological, chemical and isotopic data, allows to disentangle evaporation from transpiration and from infiltration. Transpiration, neglected in previous studies, accounts for 15% of the total ET. From the chlorine dynamic in the LCB, a transit time of 10 yr in the upper basin, a short renewal rate of lake waters and their infiltration toward the aquifer are estimated. GCM paleoclimatic simulations over the last millennium were introduced into a rainfall-runoff model (GR2M) and the lake level model. It shows the difficulty to reconcile lake level records from paleohydrological modeling. The detection of thermonuclear 36Cl together with stable isotopic composition of groundwaters allow to draw the present-day recharge distribution in the Quaternary aquifer. Present-day recharge occurs close to surface waters in 60% of the groundwater sampled and an evaporation between 85 and 98% of waters in the surrounding of Lake Chad is estimated. Groundwaters with a contrasted geochemical signature are stored in the center of the piezometric depressions, suggesting no present-day recharge. The deep waters of the CT, with water ages of 300 000 yr, show geochemical patterns indicative of an old and humid recharge period. These original data give new insights into paleorecharge in the Sahelian band.

Les eaux souterraines constituent une réserve d’eau potable non négligeable, leur alimentation se fait en majeure partie par les précipitations, appelée recharge des nappes. Du fait de leur grande importance, la compréhension du fonctionnement de ces ressources en eau est plus que jamais indispensable. Celle-ci passe par l’élaboration de modèles mathématiques. Ces outils nous offrent une meilleure appréhension et une bonne prévision des phénomènes physiques. Les systèmes hydrogéologiques sont généralement très complexes et caractérisés par des dynamiques hydriques très variables dans le temps et dans l’espace. Cette complexité a attiré l’attention de nombreux hydrogéologues et un grand nombre de modèles très sophistiqués a été développé afin de décrire ces systèmes avec précision. Cependant, la prise en compte de la recharge de ces réservoirs reste toujours un défi dans la modélisation hydrogéologique. En effet, le plus souvent, les modèles hydrogéologiques simulent l’écoulement dans la nappe tout en considérant la recharge comme une constante sur le domaine et indépendante du système. De plus, elle est souvent calculée de façon simplifiée. Or, la recharge traduisant la quantité des précipitations atteignant les nappes est une composante hydrologique complexe et variable car elle interagit avec les nappes et dépend des conditions climatiques, du couvert végétal et du transfert de l’eau dans le sol. Ce présent travail vise à intégrer cette recharge variable et complexe aux modèles hydrogéologiques. À cet effet, un modèle couplé a été développé. Une première partie de ce modèle permet de calculer la recharge des nappes en modélisant les interactions précipitations-sol et l’hydrodynamique dans le sol. Cette modélisation a été effectuée en utilisant des modèles conceptuels simples basés sur des lois empiriques (Gardénia, Nash) et des modèles physiques résolvant l’équation de Richards. La recharge ainsi calculée est intégrée à la deuxième partie du modèle simulant l’hydrodynamique dans les nappes décrite par l’équation de diffusivité. Des méthodes numériques précises et robustes ont été utilisées pour résoudre les équations du modèle mathématique : les éléments finis non conformes ont été utilisés pour résoudre l’équation de diffusivité et l’équation de Richards est résolue sous sa forme mixte par une méthode itérative en temps. En somme, ce modèle couplé permet de décrire les variations de niveaux de nappe à partir des données météorologiques connaissant les paramètres caractéristiques de cet aquifère. [...] / Groundwater is the main available water resource for many countries; they are mainly replenished by water from precipitation, called groundwater recharge. Due to its great importance, management of groundwater resources is more essential than ever, and is achieved through mathematical models which offer us a better understanding of physical phenomena as well as their prediction. Hydrogeological systems are generally complex thus characterized by a highly variable dynamic over time and space. These complexities have attracted the attention of many hydrogeologists and many sophisticated models that can handle these issues and describe these systems accurately were developed. Unfortunately, modeling groundwater recharge is still a challenge in groundwater resource management. Generally, groundwater models are used to simulate aquifers flow without a good estimation of recharge and its spatial-temporal distribution. As groundwater recharge rates show spatial-temporal variability due to climatic conditions, land use, and hydrogeological heterogeneity, these methods have limitations in dealing with these characteristics. To overcome these limitations, a coupled model which simulates flow in the unsaturated zone and recharge as well as groundwater flow was developed. The flow in the unsaturated zone is solved either with resolution of Richards equation or with empirical models while the diffusivity equation governs flow in the saturated zone. Robust numerical methods were used to solve these equations: we apply non-conforming finite element to solve the diffusivity equation and we used an accurate and efficient method for solving the Richards equation. [...]

La recharge de l'eau souterraine est un paramètre encore peu connu du bilan hydrologique. La connaissance des processus et l'estimation précise de la recharge de l'eau souterraine est une condition préalable à une gestion efficace et durable des eaux souterraines dans les régions arides et semi-arides. En plus la recharge de l'eau souterraine est considérée comme le paramètre le plus direct avec lequel le changement climatique peut affecter les ressources renouvelables des aquifères. Les présents travaux de thèse s'intéressent à la recharge de l'aquifère alluvial de la plaine du Haouz par les crues de l'oued Rheraya (rivière intermittente), qui descend des montagnes du Haut-Atlas et traverse la plaine du Haouz du sud vers le nord. Ces travaux ont deux objectifs principaux (i) d'abord simuler le régime hydrologique de l'oued Rheraya dont les crues sont à l'origine de la recharge de l'eau souterraine, et ensuite (ii) aborder la quantification de la recharge de l'eau souterraine du Haouz par ces crues dans la zone du piémont atlasique. La modélisation des débits de l'oued Rheraya dans le Haut-Atlas marocain (225 km², altitudes comprises entre 1030 m et 4165 m) est réalisée en prenant en compte la composante nivale. Pour cela, le modèle conceptuel global GR4J est appliqué sur la période 1989-2009 en y adjoignant le module CemaNeige qui simule la dynamique de la composante neigeuse de manière semi- distribuée. La fraction enneigée simulée se révèle corrélée avec celle extraite du produit neige MODIS durant la période 2000-2009 (R2 = 0,64). De plus, l'équivalent en eau de la neige simulé est cohérent avec celui mesuré par la station automatique au sommet de l'Oukaimeden durant la période 2004-2006 (R2 = 0,81). Enfin, nous obtenons une simulation des débits qui reproduit bien la très forte variabilité saisonnière et interannuelle. En conclusion, le régime hydrologique de l'oued Rheraya est pluvio-nival avec une distribution unimodale des débits dont le maximum en avril coïncide avec la fonte des neiges. L'étude de la recharge de l'eau souterraine est effectuée à travers l'analyse du suivi des fluctuations de l'eau souterraine sous le lit de l'oued Rheraya sur deux cycles hydrologiques 2014-2015 et 2015-2016.[...] / Groundwater recharge is a little known parameter in the water balance. Knowledge of processes and accurate estimation of groundwater recharge is a prerequisite for effective and sustainable management of groundwater resources. In addition, groundwater recharge is considered the most direct parameter by which climate change affects the renewable groundwater resources. The present PhD thesis focuses on the recharge of the alluvial aquifer of the Haouz plain by the floods of the Rheraya wadi (intermittent river), which descends from the High-Atlas Mountains and crosses the southern plain towards the North. This work has two main objectives: (i) simulating the hydrological regime of the Rheraya River whose floods are at the origin of the groundwater recharge, and (ii) Quantifying the groundwater recharge by the floods of the Rheraya in the zone of the High-Atlas piedmont. The runoff modeling of the Rheraya wadi in the High-Atlas (225 km², elevations ranging between 1030 and 4165 m.a.s.l.) takes into account the snow component. For this purpose, the GR4J conceptual and global model was applied over the period 1989- 2009, coupled with the CemaNeige module for semi-distributed snow dynamics. The daily snow coverage simulated by CemaNeige is in good agreement with that extracted from the MODIS snow product in the period 2000-2009 (R² = 0,64). In addition, the simulated daily snow water equivalent is consistent with that measured at the weather station of Oukaimeden (2004-2006, R² = 0,81). Finally, the runoff simulation reproduces quite well the strong seasonal and inter-annual variability. In conclusion, the hydrological regime of the Rheraya wadi is pluvio-nival with an unimodal distribution whose maximum in April is linked with snowmelt. The study of groundwater recharge is carried out through the analysis of the monitoring of groundwater fluctuations in the streambed of the Rheraya wadi, over two hydrological cycles 2014-2015 and 2015-2016.[...]

Public water policy decision making tends to be too complex and dynamic to be described fully by traditional, rational models. Information intended to improve decisions often is rendered ineffective by a failure to understand the process. An alternative, holistic description of how such decisions actually are made is presented here and illustrated with a case study. The role of information in the process is highlighted. Development of a Regional Recharge Plan for Tucson, Arizona is analyzed as the case study. The description of how decisions are made is based on an image of public water policy decision making as 1) a structured, nested network of individuals and groups with connections to their environment through their senses, mediated by their knowledge; and 2) a nonlinear process in which decisions feed back to affect the preferences and intentions of the people involved, the structure of their interactions, and the environment in which they operate. The analytical components of this image are 1) the decision makers, 2) the relevant features of their environment, 3) the structure of their interactions, and 4) the products or outputs of their deliberations. Policy decisions analyzed by these components, in contrast to the traditional analysis, disclose a new set of relationships and suggest a new view of the uses of information. In context of information use, perhaps the most important output of the decision process is a shared interpretation of the policy issue. This interpretation sets the boundaries of the issue and the nature of issue-relevant information. Participants are unlikely to attend to information incompatible with the shared interpretation. Information is effective when used to shape the issue interpretation, fill specific gaps identified as issue-relevant during the process, rationalize choices, and reshape the issue interpretation as the issue environment evolves.

Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: Increased pressure on groundwater sources due to increased population size and threats of climate change is driving research to better understand the process of aquifer recharge. Soil pattern is of interest as it serves to partition rainwater into different flowpaths destined for surface runoff, evapotranspiration and deep percolation. The challenges inherent to studying these flowpaths are almost universal as uncertainties concerning spatial and temporal heterogeneity in catchments make the upscaling of models complex. This research addresses these challenges as it aims to improve the catchment scale hydrological models of two aquifer systems: One a fractured bedrock system at the Kogelberg Nature Reserve, Kleinmond, and the other a cover sand system in Riverlands Nature Reserve, Malmesbury. This study focussed on strengthening the link between what is known about a given soil form and the hydrological assumptions that can be drawn from that classification, and formulating the results so that they may ultimately be used to calibrate the recharge prediction models for the respective catchments. The research was done in two parts: The first phase was to conduct soil surveys in both reserves during which soils were classified according to South African Soil Classification. Samples were collected at representative observation points which provided textural data for use in pedotransfer functions (PTFs). These PTFs were used to estimate plant available water (PAW) and hydraulic conductivity (K) for the observed profiles. Infiltration experiments were subsequently done to investigate the infiltration patterns of distinctly different soil forms at two sites from each reserve. The experiments included double ring and mini disc infiltration, volumetric water content determination and flow path visualisation using a staining dye. A statistical comparison between the hydrological properties (K and PAW) of the different soil forms suggest that hydraulic properties differed between the deep sandy soil forms (Fernwood, Pinegrove and Witfontein in Kogelberg and Witfontein, Concordia and Lamotte in Riverlands) and the shallow rocky soil forms (Cartref and Glenrosa in Kogelberg). Thus grouping of hydrological similar units (HSUs) could be done on the basis of the soil forms present within the given catchments. The infiltration study showed that shallow, rocky soils that grade into bedrock would have infiltration rates far greater than those estimated using PTFs in Kogelberg. This is due to the prevalence of continuous preferential flow (PF) of water between coarse fragments in these profiles. Recharge estimates would thus be inaccurate in such soils and calibration using locally derived data is recommended. On the contrary, PTFs produced accurate infiltration estimates relative to measured infiltration rates in deep sandy soils in Kogelberg and Riverlands. The Lamotte soil form is an example of such a soil form. It should however be noted that an increase in PF in these soils had subsequently higher K values than estimated, thus illustrating the link between PF and accelerated infiltration rates. These results confirm that using soil survey information, in the form of a soil map, and calibrated hydrological properties, one can delineate HSUs that encompass a large degree of heterogeneity in a given catchment. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Verhoogde druk op grondwaterhulpbronne weens die groeiende bevolking en klimaatsverandering dryf tans navorsing om akwifeer hervulling beter te verstaan. Die grondlaag is van belang sienend dat dit reënwater verdeel in oppervlak afloop, evapotranspirasie en diep dreinering. Die uitdagings in hidrologiese navorsing is universeel as gevolg van onsekerhede oor ruimtelike en tydelike variasie wat lei tot komplekse grondwatermodelle. Diè navorsing mik om die tekortkominge in akwifeer hervulling aan te vul deur groundwatermodelle van twee akwifeersisteme te verbeter: Die een is 'n gebroke rots sisteem in die Kogelberg Natuur Reservaat, Kleinmond, en die ander is 'n sand-bedekde sisteem in Riverlands Natuur Reservaat, Malmesbury. Die navorsing streef om die verhouding tussen 'n spesifieke grondvorm en sy hidroliese vloeipaaie te bestudeer en om die gevolgtrekkings so te formuleer dat dit kan gebruik word om die onderskeie grondwatermodelle te kalibreer. Die eerste fase van die navorsing was om 'n grondopname van die onderskeie reservate te doen waartydens die gronde geklassifiseer was volgens die Suid Afrikaanse Grondklassifikasie Sisteem. Grondmonsters is by verteenwoordigende observasiepunte geneem en geanaliseer om tekstuurdata vir pedo-oordraagbare-funksies (PTFs) te kry. Die PTFs was gebruik om plant beskikbare water (PBW) en hidrouliese geleiding (K) te voorspel vir die verskeie observasiepunte. Infiltrasie eksperimente was daarna gedoen om die infiltrasie patroon van twee verskillende grondvorms van elke reservaat te bestudeer. Die eksperimente sluit dubbel- en minidisk-infiltrasie, volumetriese waterinhoud bepaling en vloeipad visualisering met die gebruik van 'n kleurstof in. Die statistiese vergelyking van die hidrouliese eienskappe (K en PBW) en grondvorm dui aan dat die hidrouliese eienskappe verskil tussen die diep, grondvorms met 'n oorwegende sand tekstuur (Fernwood, Pinegrove en Witfontein in Kogelberg en Witfontein, Concordia en Lamotte in Riverlands) en die vlakker, klipperige grondvorms (Cartref en Glenrosa in Kogelberg). Groepering van hidrologies soortgelyke eenhede (HSE's) kan dus op die basis van die teenwoordige grondvorms in 'n opvangsgebied gedoen word. Die infiltrasie studie het bewys dat vlak, klipperige gronde wat tot die rotsbodem gradueer 'n baie hoër infiltratsie tempo sal hê as die PTF voorspelde waardes. Dit is as gevolg van die voorkoms van aaneenlopende voorkeurvloei (VV) van water tussen die growwe materiaal in die profiele, veral die gebroke rots ondergorond. Voorspellings van akwifeer hervulling sal dus onakkuraat wees en kalibrasie met plaaslike data word dus aanbeveel. In teendeel met die begenoemde, het die PTFs akkurate voorspellings gemaak relatief tot die gemete infiltrasie tempo's in die diep sanderige grondvorms in Kogelberg en Riverlands. Dit was duidelik met metings dat 'n toename in aaneenlopende VV hoër gemete K waardes getoon as die voorspelde waardes. Die verband tussen VV en verhoogde infiltrasie tempo word dus hiermee geillustreer. Die resultate bevestig dus dat grondopname data, in die vorm van 'n grondkaart en gekalibreerde hidrouliese eienskappe gebruik kan word om hidrologies soortgelyke eenhede uiteen te sit wat die meerderheid van die variasie in 'n gegewe opvangsgebied insluit. Die HSE's kan gebruik word om grondwatermodelle meer akkuraat te laat funksioneer en dus beter voorspellings te genereer.