Ce livre souligne la nécessité pour les scientifiques des eaux souterraines d’avoir une solide compréhension de l’occurrence et du comportement des eaux souterraines dans une variété de conditions et de contextes. La connaissance de la façon dont les milieux poreux stockent, produisent et transmettent l’eau, ainsi que les facteurs qui contrôlent les débits et les directions des eaux souterraines sont mis en évidence. Huit encadrés présentent une discussion plus détaillée des concepts introduits dans le texte principal. Seize exercices et leurs solutions sont également fournis.
L’eau souterraine est l’eau qui se trouve sous la nappe phréatique dans la zone de saturation à l’intérieur des pores et des fissures d’une grande variété de matériaux de terre. La présence d’eau souterraine dans un matériau poreux est décrite en termes de porosité totale, de porosité effective, de taux de vide, de teneur en humidité volumétrique, de rendement spécifique et de rétention spécifique. L’espace interstitiel permet le stockage et la transmission des eaux souterraines.
Le mouvement de l’eau souterraine est décrit par la loi de Darcy qui stipule que le débit de l’eau souterraine est directement proportionnel à la surface saturée perpendiculaire à la direction de l’écoulement, au gradient hydraulique et à la capacité de transmission (conductivité hydraulique) du matériau de terre. Les débits et les directions des eaux souterraines sont contrôlés par : les forces exercées sur l’eau à l’intérieur des espaces interstitiels et des fractures ; têtes hydrauliques ; et la conductivité hydraulique des matériaux terrestres.
Les aquifères non confinés, perchés et confinés sont des systèmes d’eau souterraine qui fournissent de l’eau souterraine pour l’approvisionnement en eau. Les propriétés des aquifères sont décrites par la transmissivité et l’emmagasinement. En plus des zones qui transmettent librement les eaux souterraines, certains matériaux inhibent l’écoulement et sont décrits comme des unités de confinement, des lits qui fuient et des aquitards.
Les conditions d’écoulement des eaux souterraines peuvent être décrites à l’aide d’équations générales appelées équations de gouvernance. Ces équations aux dérivées partielles sont dérivées et les conditions qu’elles décrivent sont présentées. L’écoulement dans les matériaux terrestres où les propriétés de transmission varient en tout point et en tout lieu est décrit par des équations représentant des conditions anisotropes et hétérogènes. Lorsque les valeurs constantes de conductivité hydraulique sont représentatives des matériaux terrestres, des équations homogènes anisotropes ou homogènes isotropes sont utilisées.
Les équations d’écoulement des eaux souterraines sont appliquées à des paramètres simples d’eau souterraine à l’aide de conditions aux limites prescrites. L’application des équations gouvernantes dans des modèles numériques plus complexes est également discutée.
Les principes utilisés pour mesurer la charge d’eau souterraine sur le terrain, attribuer des conditions limites physiques et hydrauliques et déterminer les directions d’écoulement des eaux souterraines dans des contextes hydrogéologiques uniformes et hétérogènes sont présentés.
Des études de cas examinent l’écoulement dans un système d’eau souterraine régional, un aquifère confiné utilisé pour l’approvisionnement en eau municipal et un système local associé à la contamination des eaux souterraines par une fonderie.