Using geophysical data to assess groundwater levels and the accuracy of a regional numerical flow model

The use of geophysical data to accurately determine water levels is demonstrated for an aquifer within the Saint-Narcisse moraine in the Mauricie region of southeastern Québec, Canada. Two numerical simulations were conducted using FEFLOW, one based on regional piezometric data and the other using geophysical data; the data were acquired through transient electromagnetic (TEM), electrical resistivity (ERT), and ground-penetrating radar (GPR) surveys. The three-dimensional geological and groundwater flow model was based on data from 94 boreholes, 5 stratigraphic cross-sections, and 20 TEM, 6 ERT (~1.44 km) and 4 GPR (~0.97 km) surveys. Both numerical analyses confirmed the simulated water levels, and the root mean square errors obtained from the piezometric data and the multiple geophysical techniques were similar at 3.81 and 2.76 m, respectively. Through a discrete modeling approach, this study shows that groundwater levels estimated using geophysical tools and methods and those determined by direct observation are comparable. The outcome illustrates how geophysical data can complement direct observations to provide additional hydraulic information to hydrologic modellers. Geophysical surveys provide an extensive set of soft data that can be leveraged to improve groundwater flow models and determine groundwater levels, particularly in areas characterized by limited direct piezometric information. L’utilisation de données géophysiques pour déterminer avec précision les niveaux d’eau est démontrée pour un aquifère situé dans la moraine de Saint-Narcisse dans la région de la Mauricie au sud-est du Québec, Canada. Deux simulations numériques ont été effectuées à l’aide de FEFLOW, l’une basée sur des données piézométriques régionales et l’autre sur des données géophysiques; les données ont été acquises par des levés électromagnétiques transitoires (TEM), de résistivité électrique (ERT) et de radar à pénétration de sol (GPR). Le modèle tridimensionnel géologique et d’écoulement des eaux souterraines était basé sur les données de 94 forages, 5 coupes stratigraphiques, et 20 levés TEM, 6 ERT (~1.44 km) et 4 GPR (~0.97 km). Les deux analyses numériques ont confirmé les niveaux d’eau simulés, et les erreurs quadratiques moyennes obtenues à partir des données piézométriques et des différentes techniques géophysiques étaient similaires, soit 3.81 et 2.76 m, respectivement. Grâce à une approche de modélisation discrète, cette étude montre que les niveaux des eaux souterraines estimés à l’aide d’outils et de méthodes géophysiques et ceux déterminés par observation directe sont comparables. Le résultat illustre comment les données géophysiques peuvent compléter les observations directes pour fournir des informations hydrauliques supplémentaires aux modélisateurs hydrologiques. Les levés géophysiques fournissent un vaste ensemble de données qui peuvent être exploitées pour améliorer les modèles d’écoulement des eaux souterraines et déterminer les niveaux des eaux souterraines, en particulier dans les zones caractérisées par des informations piézométriques directes limitées