Vers des modèles intégrés de changement de la gravité et du stockage de l'eau pour la surveillance à l'échelle régionale et nationale
La journée portes ouvertes sur les géosciences des eaux souterraines de l'Ontario 2024 s'est tenue le 27 février (en personne) et le 29 février (virtuellement). John W. Crowley, de la Commission géodésique canadienne, a fait une présentation sur Canada1Water intitulée "Towards Integrated Gravity - Water Storage Change Models for Regional and National Scale Monitoring" (Vers des modèles intégrés de changement de la gravité et du stockage de l'eau pour la surveillance à l'échelle régionale et nationale).
Résumé :
Les changements à grande échelle dans le stockage de l'eau produisent des changements de gravité qui peuvent être mesurés et utilisés pour la surveillance. Cependant, la relation de cause à effet n'est pas unidirectionnelle. Les variations importantes de la gravité ont également un impact sur l'hydrologie, l'écoulement de l'eau et la topographie de la surface de l'eau. Le nouveau référentiel vertical établi par les États-Unis pour définir le niveau moyen de la mer (le North American Pacific Geopotential Datum (NAPGD2022), qui sera adopté en 2025) sera, pour la première fois, basé sur la gravité et comprendra une composante temporelle. Si la plupart des changements temporels à grande échelle sont dus à des processus tectoniques, tels que le relèvement isostatique glaciaire, les changements au niveau de l'eau et de la glace y contribuent également de manière significative. Des informations détaillées sur les variations du stockage de l'eau dans le temps sont souvent nécessaires pour expliquer les signaux gravimétriques complexes et non linéaires observés et pour produire des modèles significatifs de variation de la gravité (ou du référentiel altimétrique). Ainsi, l'étude en parallèle des variations de la gravité et du stockage de l'eau nous permet d'affiner nos approches et d'améliorer nos estimations dans les deux cas. Le projet Canada1Water (C1W) en est un bon exemple. Il vise à développer un modèle couplé eaux de surface-eaux souterraines à l'échelle nationale afin de fournir des outils d'aide à la décision pour informer sur les tendances mensuelles, saisonnières et décennales de la quantité d'eaux de surface-eaux souterraines et des impacts associés, tels que les sécheresses, les inondations, la disponibilité du piégeage du carbone, le risque d'incendie de forêt, les changements du pergélisol et les services écosystémiques. Les observations gravimétriques par satellite de la mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) contribuent à fournir d'importantes contraintes en matière de bilan hydrique à grande échelle pour les bassins du projet C1W. Ces contraintes sont essentielles pour valider et calibrer les domaines d'écoulement de surface et de subsurface dans les modèles entièrement intégrés d'eaux souterraines et de surface du projet C1W. Une fois que les modèles hydrologiques auront été validés à grande échelle, ils pourront alors être utilisés pour aider à interpréter les signaux de changement de gravité à une résolution beaucoup plus fine que ce qui est actuellement possible avec la gravité satellitaire.
Nous discuterons d'une étude de cas pour le sud de l'Ontario qui démontre notre capacité à capturer avec précision les changements dans le stockage régional de l'eau à l'aide des données satellitaires de GRACE. Nous nous concentrons sur le sud de l'Ontario parce qu'il existe des observations hydrologiques abondantes et des modèles sophistiqués, tels que le modèle HydroGeoSphere™ à l'échelle régionale, qui peuvent être utilisés pour valider les estimations de GRACE. Nous montrons que GRACE capture et quantifie efficacement à la fois les événements extrêmes et le comportement saisonnier régulier. En outre, les résultats de GRACE démontrent que les changements importants et récents dans les niveaux d'eau des Grands Lacs ont peu de corrélation avec les changements saisonniers dans le stockage total de l'eau pour le sud de l'Ontario, qui sont restés relativement cohérents au cours de la même période. Nous concluons par une brève discussion sur l'application de notre méthode à l'échelle nationale afin d'identifier les zones d'intérêt et d'aider à la validation et à l'étalonnage des modèles C1W.