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A - 54 Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux Souterraines Décembre 2005 Agence Régionale de Mise en Valeur Agricole du Tafilalet (ORMVA/FT) Agence de Coopération Internationale du Japon Annexe 7 Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux Souterraines

Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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Manuel d’Analyse Météo Hydrologique

Et des Eaux Souterraines

Décembre 2005

Agence Régionale de Mise en Valeur Agricole du Tafilalet (ORMVA/FT)

Agence de Coopération Internationale du Japon

Annexe 7 Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux Souterraines

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Table des Matières

Définitions

1. Description Générale...............................................................................................1 - 1

1.1 Objectifs du Manuel .........................................................................................1 - 1

1.2 Portée du Manuel..............................................................................................1 - 1

2. Collecte des Données Météo Hydrologiques .........................................................2 - 1

2.1 Généralités........................................................................................................2 - 1

2.2 Données Météorologiques ................................................................................2 - 1

2.3 Données Hydrologiques ...................................................................................2 - 1

2.4 Enregistrements du Niveau de la Nappe...........................................................2 - 1

2.5 Données des Stations de Pompage ...................................................................2 - 1

3. Analyse des Eaux Souterraines ...............................................................................3 - 1

3.1 Généralités........................................................................................................3 - 1

3.2 Zone de Modélisation .......................................................................................3 - 3

3.3 Données d’Entrée .............................................................................................3 - 3

3.4 Préparation de la Saisie des Données ...............................................................3 - 6

3.5 Simulation des Eaux Souterraines ....................................................................3 - 7

3.5.1 Objectif de la Simulation ....................................................................3 - 7

3.5.2 Modèle ................................................................................................3 - 7

3.5.3 Données d’entrée ................................................................................3 - 8

3.5.4 Conditions limites de l’écoulement.....................................................3 - 10

3.5.5 Bilan d’Eau .........................................................................................3 - 11

3.5.6 Résultats de la Simulation...................................................................3 - 12

3.5.7 Calage du Modèle ...............................................................................3 - 15

3.5.8 Projection ............................................................................................3 – 16

3.5.9 Simulation des effets de recharge…………………………………… 3 - 20

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Liste des Tableaux

Tableau 2.2.1(1) Données pluviométriques (Mensuelles dans le bassin du Guir)-1

Tableau 2.2.1(2) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Guir)-2

Tableau 2.2.1(3) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Gheris)-1

Tableau 2.2.1(4) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Gheris)-2

Tableau 2.2.1(5) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Ziz)-1

Tableau 2.2.1(6) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Ziz)-2

Tableau 2.2.1(7) Données pluviométriques (Mensuelles dans le Bassin de la Rivière Maider)

Tableau 3.3.1 Investigation des khettaras (données des puits de tête)

Liste des Figures

Fig. 2.2.1 Carte de Situation des Stations Météo hydrologiques

Fig. 2.2.2 Période de Collecte des Données Météo hydrologiques

Fig. 2.3.1 Période de Collecte des Données du Niveau des Eaux Souterraines

Fig. 3.2.1 Zone de Modélisation de la Simulation des Eaux Souterraines

Fig. 3.2.2 Zone de Modélisation par Images Satellite

Fig. 3.2.3 Maillage de la Modélisation

Fig. 3.3.1 Profil Géologique (Zone de Hannabou)

Fig. 3.3.2 Profil Géologique (Zone de Monkara)

Fig. 3.3.3 Profil du Forage (Zone de Hannabou)

Fig. 3.3.4 Profil du Forage(Zone de Monkara)

Fig. 3.5.1 Modèle à Eléments

Fig. 3.5.2 Illustration en Usage Pour la Zone de Recharge

Fig. 3.5.3 Zone de Drainage dans et autour de la Zone de Modélisation

Annexes

Annexe 1 Simulation d’un modèle réservoir A – 1

Annexe 2 Données hydrogéologiques A – 4

Définitions

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Définitions Descriptions

MODFLOW

(Visuel MODFLOW)

Application utilisée pour la simulation des eaux souterraines. En vigueur à l’échelle mondiale y compris au Maroc.

Ax, Ay, Az Index x: axe des x (horizontal), y: orthogonal à l’axe des x , z: orthogonal au plan x,y.

Ss (Emmagasinement spécifique) Volume d’eau libéré par volume unitaire de l’aquifère pour chaque unité de réduction de la charge d’eau

Sy (Capacité spécifique) Volume d’eau qu’un aquifère à nappe libre libère du volume stocké par unité de surface et par unité de rabattement de la nappe d’eau.

Eff. Por (Porosité efficace) Volume des vides par où passe l’écoulement.

Tot. Por (Porosité totale) Pourcentage de roche ou de terre ne contenant pas de matériaux

Kx, Ky, Kz Conductivité (Gradient hydraulique) (propriété de l’aquifère)

Elément Pixel divisé pour la simulation des eaux souterraines

Maillage Points d’intersection des colonnes et des lignes pour la modélisation

Couche Couche du modèle de maillage

Couche captive: Les coefficients de stockage et de transmissivité de la couche sont constants pour toute la simulation.

Couche à surface libre: Le coefficient de stockage de la couche est constant, cependant, la transmissivité varie et est calculée à partir de l’épaisseur saturée et la conductivité hydraulique

SIG Système d’information géographique (ArcView)

Fichier ASCII (Code Américain Standard pour l'Echange d'Informations)

Données ou fichier texte qui contiennent uniquement des

caractères ASCII.

Hauteur d’eau écoulée

L’écoulement total d’un bassin drainant divisé par la superficie

Evaporation d’eau du bac Taux de perte hydrique par évaporation à la surface d’eau du bac

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1. Description Générale

1.1 Objectifs du Manuel

La région du Tafilalet a connu de graves sécheresses depuis 1997. L’ORMVA/TF, qui a réalisé plusieurs

projets dans le but d’assurer l’approvisionnement en eau agricole, constate qu’il est encore nécessaire de

réaliser d’autres projets pour préserver les ressources en eau souterraine, parmi lesquels les ouvrages de

recharge des aquifères qui alimentent de manière continue les khettaras et les stations de pompage pendant

les années de sécheresse. Pour mieux exploiter les ressources en eau souterraine par le biais des khettaras

et des stations de pompage, il faudrait disposer des données indispensables à la réalisation des projets dans

ce domaine, tels que les données météo hydrologiques ou les enregistrements piézométriques.

Ce manuel définit les termes techniques d’ordre général et ceux plus précis ayant trait à l’exploitation et la

planification des ouvrages de recharge, notamment dans un but de préservation des ressources en eau des

khettaras.

1.2 Portée du Manuel

Ce manuel concerne l’exploitation des données météo hydrologiques et l’analyse des eaux souterraines

pour la planification des ouvrages de recharge.

Comme nous l’avons indiqué au paragraphe précédent, l’ORMVA/TF projette de réaliser plusieurs projets

de recharge des eaux souterraines. Cependant, il serait nécessaire d’entreprendre des études détaillées pour

que ces projets voient le jour : bilans d’eau (précipitations, écoulement, évaporation et recharge), et

prospections hydrogéologiques (forage d’investigation géologique, essais de pompage d’évaluation du

gradient hydraulique et du coefficient d’emmagasinement, essai de résistivité, etc.).

Le manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la

méthode d’analyse et d’évaluation des eaux souterraines (méthode de simulation).

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Disponibilité des données

Options Gumima

Définition des ouvrages de recharge par l’ORMVA/TF

Données pluviométriques

Recharge au moyen de petites digues de dispersion des crues(zone du cours moyen de la rivière Ghris)

Construction de barrage de recharge (zone de Tanguerfa)

Construction de bassins de petite taille(Zone de Hannabou et Sifa)la rivière Hnich est proposée comme source d’eau

Dérivation des eaux des crues en amont des villages de Tizougaghine et Tiguido

Construction de réservoirs de taille moyenne dans le bassin de la rivière Maider

Plan de recharge utilisant le système d’irrigation par épandage des crues(Boudenib)

Objectifs de l’étude

Site proposé pour la construction des ouvrages de recharge

Données de l’écoulement

Données du niveau de la nappe

Méthode de Simulation

Choix du site de modélisation

Estimation du bilan d’eau

Modélisation (paramètres hydrogéologiques)

Analyse des nappes souterraines

Collecte de données pour le planning des ouvrages de recharge

Les avantages tirés la réalisation de projets de recharge d’eau souterraine seront revus pour déterminer le rapport coût-bénéfice du projet. Concernant cet aspect, une investigation géologique devrait être entreprise afin d’évaluer les avantages escomptés du projet. L’analyse des eaux souterraines est l’autre solution d’évaluation du rapport coût-bénéfice.

Exploitation hydrogéologique

Réalisation du Projet

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2. Collecte de Données Météo Hydrologiques

2.1 Généralités

Les données météo hydrologiques sont continuellement collectées par l’ORMVA/TF et la DRH, et des

relevés du niveau des nappes souterraines sont également faits à chaque puits public installé par

l’ORMVA/TF ainsi qu’aux puits d’observation de la DRH.

2.2 Données météo hydrologiques

Les données météo hydrologiques suivantes reprises dans la Fig. 2.2.1 sont ont été recueillies dans la

région du Tafilalet:

- Les précipitations (Mensuelles)

- La Température (Moyenne mensuelle, maxima, minima)

- L’humidité (Moyenne mensuelle, maxima, minima)

- La vitesse du vent

- L’évaporation (Moyenne journalière)

- Les données de l’écoulement (Mensuelles)

Les données collectées sont reprises dans les Tableaux 2.2.1 et la Fig. 2.2.2 et nous donnent la période

pendant laquelle les relevés pluviométriques ont été effectués.

2.3 Enregistrements du Niveau des Eaux Souterraines

La Fig. 2.3.1 montre la période d’observation du niveau des eaux souterraines.

2.4 Données des Stations de Pompage

Ces stations ont été créées par l’ORMVA/TF comme sources d’eau d’irrigation en temps de sécheresse

sévère.

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3. Analyse des Eaux Souterraines

3.1 Généralités

L’analyse des eaux souterraines (simulation) est efficace pour expliquer les fluctuations de la surface de la

nappe souterraine, les phénomènes de mouvement et de dispersion tels que ceux d’eau saline et des déchets

dangereux contenus dans les nappes souterraines. Concernant la planification des ouvrages de recharge,

l’analyse des eaux souterraines est l’une des méthodes de pronostique des effets escomptés telles que la

montée du niveau de la nappe phréatique et l’augmentation du volume d’eau de recharge ainsi que la

magnitude des effets de la recharge une fois le projet réalisé.

En général, la simulation du mouvement des eaux souterraines doit être faite selon une méthode

systématique comme l’illustre la figure de la page suivante. Initialement, une identification d’un modèle en

termes de calcul du bilan d’eau (conditions météo hydrologiques) et de plusieurs autres paramètres

hydrogéologiques (coefficients hydrogéologiques) est faite dans le cadre d’une étude des conditions

actuelles des eaux souterraines vérifiées par les données issues de la nappe phréatique objet de

l’observation, etc.

Ensuite, une série de données, (données de recharge, données du débit capté par pompage) sont introduites

dans le modèle afin de produire une simulation du mouvement des eaux souterraines. Les résultats

expliciteront les effets de la recharge, la montée du niveau de la nappe, et en conséquence, l’augmentation

du débit de la khettara.

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Modélisation dans un but d’analyse(FEM)

- Effet de la construction de barrage - Effet de l’épandage des crues - Niveau des eaux souterraines

suite aux fluctuations des précipitations

Précipitations

Calcul du bilan d’eau

Simulation des eaux souterraines

Recharge

Rendement des stations de pompage

Ruissellement

Evaporation

Ecoulement de la rivière et recharge

Saisie des données

Epaisseur des aquifères, paramètres hydrogéologiques

Vérification de la modélisation par l’observation du niveau de la nappe dans la zone

Mise au point du model

-Effet de la recharge sur les eaux souterraines

I. Modélisation (informations hydrogéologiques)

II. Simulation par le Model

Effet du pompage

- Volume produit permissible - Contrôle du pompage - Perspectives quant au niveau des

eaux souterraines

- Plan de développement - Détermination de la capacité du réservoir - Analyse économique (Coût du projet et calcul des avantages)

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3.2 Zone de modélisation

La zone de Jorf est proposée comme zone de modélisation pour l’analyse des eaux souterraines en tenant

compte des conditions suivantes:

1) Du point de vue économique, un ouvrage de recharge desservira plusieurs khettaras. Donc, la

zone de Jorf est proposée comme zone de modélisation répondant à cette condition. Il existe

cinquante khettaras dans et autour de la zone de Jorf,, Ksars de Fezna, Jorf, Monkara, Bouya,

Krair, Hannabou et Sifa.

2) Des données géo-hydrologiques et des observations des eaux souterraines suffisantes sont

nécessaires à la vérification du modèle de simulation. On dispose d’un grand nombre de

données sur la région de Jorf et du Tafilalet, obtenues des puits d’observation de la DRH, des

puits de pompage publics construits par l’ORMVA/TF ainsi que des puits d’observation

installés par l’Equipe d’Etude de la JICA.

3) Des données météo hydrologiques précises sont également requises pour le calcul du bilan

d’eau, particulièrement celles de l’écoulement dans les rivières et celles obtenues au niveau

des stations de Tadighoust et Maroucha qui serviront aux simulations des eaux souterraines de

la zone de Jorf.

La zone de modélisation est montrée dans la Fig.3.2.1.

Zone de Modélisation

Latitude Longitude

(Coordonnées; m) 80,000 - 120,000 (40 km) 570,000 - 605,000 (35 km)

Elément 1 km x 1 km

Les images de satellite exploitées par l’application ArcView sont utilisées pour la modélisation, ainsi que

comme source d’informations géologiques et hydrogéologiques.

3.3 Données d’Entrée

(1) Données géo-topographiques

Les altitudes du terrain naturel sont extraites des cartes topographiques à échelle 1:50.000 publiées par

l’administration de la cartographie du Maroc. En outre, les données des levés topographiques lors des

explorations géo-hydrologiques engagées par l’Equipe d’Etude de la JICA sont disponibles.

Quant aux données géologiques, c'est-à-dire celles relatives à la couche imperméable (le substratum

rocheux) et à la couche perméable (l’aquifère), on exploite les résultats des forages et les essais de

résistivité réalisés en amont des zones de Hannabou et de Monkara. Les coupes géologiques en amont des

zones de Hannabou et Monkara sont données dans les Fig. 3.3.1 et Fig. 3.3.2, respectivement.

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Le niveau de la surface de la couche imperméable est déterminé par les profils géologiques en amont des

zones de Hannabou et Monkara. Les profils détaillés des forages entrepris par l’Equipe d’Etude en amont

des zones de Hannabou et Monkara sont illustrés par les Fig. 3.3.3 et Fig. 3.3.4.

(2) Données météorologiques

Les données pluviométriques suivantes sont disponibles. Alors que pour la simulation des eaux

souterraines, les données relevées à la station de Merroucha, tenant compte de son emplacement et la

fiabilité de ses données, sont utilisées comme données de base pour le calcul des volumes d’eau de

recharge des aquifères dans la zone de modélisation.

Données Pluviométriques

Bassin de Rivière Station Période d’Observation

Gheris river Amouguer Taghia 1966 – 2004 (à ce jour)

Tagighoust 1962 – 2004 (à ce jour)

La’Hmida 1977 – 2004 (à ce jour)

Ferkla river Merroutcha 1977 – 2004 (à ce jour)

Ait Bouijane 1966 – 2004 (à ce jour)

Akerouz 1996 - 2004 (à ce jour)

(3) Données hydrologiques

Nous disposons des données d’écoulement qui figurent dans le tableau suivant. Pour la simulation des eaux

souterraines, les données relevées aux stations de Tadighoust (en amont de la rivière Ghris) et Merroucha

(en amont du basin de la rivière Ferkla) sont exploitées comme données de base afin de calculer

l’écoulement dans les lits des rivières dans la zone de modélisation.

Données Pluviométriques

Bassin de rivière Station Période d’Observation

Gheris river Tadighoust 1970 - 1997

La’Hmida 1976 - 2001

Ferkla river Ait Bouijane 1975 - 2001

Merroutcha 1985 - 2001

(4) Données des Eaux Souterraines

Les stations d’observation des eaux souterraines sont énumérées ci-dessous:

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Niveau des Eaux Souterraines (DRH)

Zones Stations Administration chargée des observations

Erfoud 457/57 DRH

Jorf, Hannabou 1028/57 (Mosquée de Fezna)

1029/57 (Mosquée de Bouya)

3628/57 (Mosquée de Jorf Nord )

3630/57 (Mosquée de Jorf Sud)

Sifa, Rissani 1048/57 (Mosquée de Hannabou)

Niveau des Eaux Souterraines (JICA)

Zones Stations Latitude (m) Longitude (m) Profondeur du puits (m)

Hannabou HS(B-2) 31°27’43” 4°25’49” 70

Monkara MKS B-6 31°28’56” 4°28’41” 50

Niveau des Eaux Souterraines (Stations de Pompage Publiques, ORMVA/TF)

ORMVA/TF Stations Emplacement Période d’Observation

Erfoud Ben Rehal Med Maadid 1995 – 2004 (à ce jour)

Gheriss Route Jorf -do-

Mustapha Bouras Sehb -do-

Mosque M’Hiriguia -do-

Mosque Od Bouzian -do-

Mosque My Brahim -do-

Aouni Larbi El Brouj -do-

ORMVA/TF CMV703, Erfoud -do-

Hannabou Hannabou -do-

(5) Données sur les khettaras

Lors de l’élaboration de la modélisation, les données de restitution de la khettara sont indispensables pour

la présentation d’un bilan d’eau fiable et pour l’estimation des effets escomptés de la construction des

ouvrages de recharge. L’étude des khettaras a été menée par l’Equipe d’Etude de la JICA dans la zone de

Jorf. Les résultats de l’étude, c’est à dire l’emplacement des puits de tête, et la profondeur des aquifères

sont donnés dans la Tableau 3.3.1.

En sus de l’étude susmentionnée, le débit a fait l’objet de collecte de données pendant les travaux

d’inventaire et constituent une source importante de données pour le model de simulation.

3.4 Préparation de la Saisie des Données

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(1) Programme logiciel de simulation

La simulation des eaux souterraines faite par l’application Visuel MODFLOW en raison de son

environnement de modélisation intégré et son interface conviviale, permettant une modélisation trois

dimensionnelle de l’écoulement des eaux souterraines, mais aussi la simulation du flux des contaminants.

La configuration matérielle minimum de traitement par ordinateur est la suivante:

a) Pentium II, 300 MHz (ou équivalent)

b) 64 MB ou RAM (128 MB recommandés)

c) Lecteur de CD ROM

e) Windows 98/2000/XP/NT 4.0 (Service Pack 3)

(2) Saisie des informations générales

L’interface de saisie de Visuel MODFLOW est utilisée pour définir:

a) la grille en 3D à différences finies

b) la situation et la description des stations de pompage et des puits d’observation.

c) propriétés du sol requises par l’écoulement et le transport des contaminants.

d) conditions aux limites pour l’écoulement et le transport des contaminants.

e) parcours des particules pour retracer le trajet de l’écoulement.

f) zones d’observation pour la détermination des bilans d’écoulement et de masse

(3) Propriétés

Un modèle d’écoulement des eaux souterraines requiert plusieurs catégories de données pour pouvoir faire

la simulation des processus hydrogéologiques et hydrogéochimiques susceptibles d’influencer

l’écoulement des eaux souterraines. En Visuel MODFLOW, les caractéristiques hydrogéologiques et

hydrogéochimiques du model sont classifiées selon des propriétés des éléments saisis suivantes:

a) Propriété de l’écoulement

- Conductivité (Kx, Ky, Kz)

- Emmagasinement (Ss, Sy, Peff, Ptot)

- Charges initiales

- Zone vadose.

Pour l’instant, on ne dispose pas de données sur les propriétés indiquées ci-dessus. A cet égard, des

caractéristiques d’ordre général de perméabilité des aquifères sont utilisées en modélisation.

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Propriétés de l’Ecoulement

Propriétés Propriété de l’écoulement des aquifères

Conductivité Kx=Ky=Kz=1 x 10-2 - 1 x 10 -3 cm/sec

Emmagasinement Ss=Sy=0.2 - 0.3

Charges initiales 5m au dessus de la base de la roche imperméable (ou bien faire l’estimation de la charge initiale dans des “conditions constantes” du processus de simulation)

3.5 Simulation des Eaux Souterraines

3.5.1 Finalité de la Simulation

Comme indiqué au chapitre 1, la diminution de l’écoulement des khettaras conséquent au rabattement des

nappes d’eaux souterraines sont à l’origine des difficultés rencontrées pour maintenir des activités

agricoles viables et pour protéger la vie rurale dans la région du Tafilalet. Sachant qu’un grand nombre de

villageois émigrent vers les centres urbains à la recherche d’emplois, il est urgent de rétablir des conditions

viables en termes d’eaux souterraines par la construction d’ouvrages de recharge aussi bien que par les

travaux de réhabilitation des khettaras.

Le travail de simulation vise le transfert technologique à l’ORMVA/TF en matière de modélisation et de

simulation de l’écoulement des eaux souterraines. L’ORMVA/TF fera l’étude de projets de réalisation

d’ouvrages de recharge y compris leur planning et leur conception. Dans ce sens, la zone de Jorf a été

choisie comme plateforme pour mener ce travail de simulation à cause de la disponibilité des données et

aussi en raison des besoins locaux qui requièrent la recharge des nappes souterraines pour alimenter les

khettaras.

La simulation du mouvement des eaux souterraines devrait nous permettre d’aboutir aux résultats suivants:

1) Etude de l’écoulement réel des eaux souterraines et l’identification des sources d’eau

alimentant les khettaras dans et autour de la zone de Jorf.

2) Planning des ouvrages de recharge

- utilisation de l’écoulement à hauteur de la rivière Hnich et des montagnes environnantes

de la rive droite de la rivière Ghris pour la recharge.

3) Planning des ouvrages

- Une série de bassins de recharge et seuils de dérivation connexes

- Des canaux de dérivation connectés à de grands affluents en vue d’orienter les apports en

eau vers la recharge des khettaras.

- La construction de seuils sur les rivières pour orienter l’écoulement vers les zones de

khettaras.

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- Des bassins de petite taille pour stocker temporairement les pluies et les écoulements de

courte durée afin d’accélérer la recharge à proximité des puits de tête des khettaras.

3.5.2 Modèle

Le modèle simulé (le nombre des éléments) est illustré par la Fig. 3.5.1. Les éléments en gris ne sont pas

utilisés pour la simulation étant donné que les fondations dans ces zones de montagne sont rocheuses, en

conséquence, l’écoulement des eaux souterraines est négligeable.

3.5.3 Données d’entrée

(1) Quantité d’eau de recharge de la rivière Ghris

Pour estimer l’écoulement de la rivière Ghris on fait la

somme des données relevées aux stations hydrométriques de

Tadighoust et Meroutcha. (zone en gris de la Fig. 3.5.2) La

simulation fait ressortir une quantité de recharge de 10 % de

la totalité de l’écoulement. Cette quantité est uniformément

distribuée à tous les éléments traversés par la rivière.

Les données d’émergence seront converties en profondeur

d’écoulement. L’écoulement mensuel total est uniformément

distribué sur 63 mailles du modèle tel qu’il apparaît dans la

figure à droite (La zone 4 des données du programme).

(2) Quantité d’eau de recharge des affluents

La quantité de recharge des affluents indiquée en blanc dans

la Fig. 3.5.2, est calculée en supposant que 4 % des

précipitations atteint l’aquifère. Les données de la recharge

sont appliquées aux éléments distribués tout au long de la

frontière du domaine du modèle de simulation. Les surfaces

de drainage des affluents sont évaluées dans les figures 3.5.2

et 3.5.3.

Les secteurs de recharge de la zone 3 située au nord, et des

zones 5 et 6 situées à l’ouest sont indiqués dans la figure

ci-contre.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80605590 600595570 575 580 585

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80605590 600595570 575 580 585

Zone 3

Zone

Zone 5

Page 16: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A - 69

(3) Quantité de la recharge des petites surfaces de drainage

Les petites surfaces de drainage sont divisées en 9 zones,

énumérées de 7 à 15 tel que le montre la figure ci-contre.

La quantité d’eau de recharge à partir des surfaces de drainage

est évaluée à 4 % de l’ensemble des précipitations.

(4) Quantité d’eau de recharge dans la zone de modélisation (précipitations).

La quantité d’eau de recharge en zone de modélisation

d’origine pluviale est évaluée à 4 % de la totalité des

précipitations.

Du point de vue topographique, la zone de recharge est divisée

en deux (2) zones, c’est-à-dire la zone 1 (au nord de la rivière

Ghris) et la zone 2 (au sud de la rivière Gheris), cependant, il

n’existe pas de différence entre les deux en quantités de

recharge (profondeur de la charge).

(5) Zone de restitution (khettara et zones de pompage)

Sur la base des enquêtes sur le terrain dans la zone de Jorf, les

caractéristiques du maillage sont données ci-après en tant que

zone du débit capté :

Zone de production

Désignation dans le modèle

Emplacement

Débit des khettaras Zone 16 Zone 17 Zone 18 Zone 19 Zone 20

Jorf Monkara Bouya Hannabou Sifa

Débits de pompage Zone 21 Fezna, Jorf

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5

1 2 01

2

3

4

5 1 1 56

7

8

9

1 0 1 1 01 1

1 2

1 3

1 4

1 5 1 0 51 6

1 7

1 8

1 9

2 0 1 0 02 1

2 2

2 3

2 4

2 5 9 52 6

2 7

2 8

2 9

3 0 9 03 1

3 2

3 3

3 4

3 5 8 53 6

3 7

3 8

3 9

4 0 8 06 0 55 9 0 6 0 05 9 55 7 0 5 7 5 5 8 0 5 8 5

Z o n e 7

Z o n e

Z o n e 1 1

Z o n e 8

Z o n e 9

Z o n e 1 0

Z o n eZ o n eZ o n e

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80605590 600595570 575 580 585

Zone

Zone

Gheris river (Zone 4)

1

2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80605590 600595570 575 580 585

Zone 16

Zone 20

Zone 17

Zone 19

Zone 18

Zone 21

Page 17: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A - 70

3.5.4 Conditions limites de l’écoulement

La conception du modèle requiert que les conditions limites soient déterminées avec précision. Les

conditions limites influent sur le réseau d’écoulement des eaux souterraines aussi bien dans la situation

d’écoulement stable que dans les conditions variables lorsque la charge hydrologique atteint les conditions

limites du modèle. Les conditions limites du réseau des eaux souterraines sont, de façon générale,

classifiées en conditions limites physiques et celles géo-hydrologiques. Les conditions limites physiques

sont constituées de couches imperméables ou d’un système hydrologique de surface tels que les rivières,

les lacs. Cependant, les zones limitrophes géo-hydrologiques sont divisées, du point de vue mathématique,

en trois catégories :

1) Catégorie 1: la charge d’eau sur la base des conditions limites connues, en termes de pression et

d’écoulement (conditions de Dirichlet)

2) Catégorie 2: le flux à travers les conditions limites du modèle. Le flux zéro est donné sous des

conditions limites en absence d’écoulement. (conditions de Neumann)

3) Catégorie 3: catégorie dépendante de la charge (le flux est calculé au moyen de la charge d’eau

(type de Cauchy)

Les rivières et les petits affluents ne sont pas désignés en tant que

limites physiques du fait que la surface des eaux souterraines est

considérée inférieure au lit de la rivière lors du calcul de

l’écoulement transitoire.

La section en gris de la figure ci-contre est identifiée en tant que

limite zéro du flux en raison de l’imperméabilité de la couche

(couche rocheuse)

La limite de la charge d’eau doit être indiquée tout au long de la

ligne du modèle limitrophe d’Erfoud et de Rissani (le bord droit du

modèle). La distribution des eaux souterraines est montrée, pour

référence, par la figure .

3.5.5 Bilan d’Eau

Le bilan d’eau obtenu de la différence entre la recharge et le débit capté est primordial à la vérification du

modèle de simulation. Les ressources en eau de recharge sont constituées des précipitations, des crues, des

eaux stockées en surface, etc. Le débit restitué est constitué de l’écoulement de base des rivières, du

pompage, de l’évaporation, etc. Il est nécessaire d’évaluer le bilan d’eau en comparant les données relevées

et celles obtenues par les calculs de la simulation.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80605590 600595570 575 580 585

Impeameable layer

Impeameablelayer

Page 18: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A - 71

La Figure A présente le bilan d’eau entre la recharge et le débit de restitution de toute la zone couverte par

le modèle. Le bilan d’eau des 25 années concernées par la simulation atteint 242 Mm3 (différence entre le

volume de recharge total de 504 Mm3 et le volume du débit de restitution de 262 Mm3.).

La Figure D présente la proportion de

chaque ressource en eau contribuant à

la recharge des eaux souterraines des

khettaras. Les apports des eaux des

crues en amont de Gheris et Todra sont

de 53 % du volume de recharge, ceux

des pluies sont de 39 % alors que les

infiltrations n’atteignent que 8 %.

Bilan d’eau cumulé Bilan d’eau mensuel

Figure A Bilan d’eau des données saisies Balance of Input Data

Figure B Pourcentage des ressources (Recharge) Figure C Pourcentage des ressources (débit)

Figure D Pourcentage des ressources (Recharge)

Bilan d’eau

-10,000

40,000

90,000

140,000

190,000

240,000

1 18 35 52 69 86 103 120 137 154 171 188 205 222 239 256 273 290

Etapes de calcul (mois)

Bila

n d’

eau

(Rec

harg

e - D

ébit)

(mm

)

Crues

Petits affluents

Pluies

Riverfloods64%

Smalltributaries

6% Rainfall30% Rainfall

River floods

Small tributaries

Pluies

Crues

Petits affluents

Pompage

Khettara

80%

Pumpage

20%

Khettara

PumpagePompage

Pluies

Crues

Petits affluents

River floods53%

Rainfall39%

Smalltributaries

8% Rainfall

River floods

Small tributaries

Pluies

Crues

Petits affluents

Pluies

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A - 72

3.5.6 Résultats de la Simulation

Les propriétés topographiques et hydrogéologiques introduites dans le modèle sont données ci-après.

Informations topographiques

Modèle Description

Coordonnées de la zone x : 570,000 - 605,000 m (longueur 35 km)

y : 80,000 - 120,000 m (longueur 40 km )

Niveau d’élévation Les cotes du niveau des grilles sont données dans le modèle à partir de cartes de 1/50000.

Puits d’observation Puits de la DRH: Fezna, Jorf(1), Jorf(2), Bouya, Hannabou

Puits de la JICA: MKS B-6, HS (B-2)

Charge initiale 5m au-dessus de la roche imperméable (ou bien faire l’évaluation de la charge initiale pour une simulation dans un “état stabilisé″)

Informations Hydrogéologiques

Propriétés Propriété d’écoulement de l’aquifère Propriété d’écoulement de la roche de fondation

Conductivité Kx=Ky=1 x 10-2 cm/sec

Kz=1 x 10-3 cm/sec

Kx=Ky= Kz=1 x 10-7 cm/sec

Coefficient d’emmagasinement

Ss=0.000125 (1/m)

Sy=0.001

Eff. Por. = 0.22

Tot. Por. = 0.22

Ss=1 x 10-7 (1/m)

Sy=1 x 10-7

Eff. Por. = 1 x 10-7

Tot. Por. = 1 x 10-7

Figure E Bilan de recharge

Crues du Gheris et du Tordra

Ecoulement des petits affluents

Infiltration des pluies

Jorf

Tineghir

Sifa

Maroutcha

Tinejdad Hannabou

Timkit

Gulmima

Tadighoust

Zone de Khettara

53%

39%

8%

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A - 73

Le plan du modèle est présenté

ci-dessus. La partie en vert est

identifiée en tant que limite du flux

égal à zéro (voir le sous-chapitre

3.5.4). L’emplacement des puits

d’observation est également restitué

sur le plan.

Le modèle est présenté en trois

dimensions. La partie en vert illustre

l’affleurement de la fondation

rocheuse et elle est identifiée comme

limite du flux zéro. La partie en bleu

montre l’aquifère formé au dessus du

substratum rocheux par les apports

des crues.

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A - 74

Figure F Carte topographique indiquant la zone du modèle

Zone du modèle

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A - 75

La figure ci-contre montre la courbe de niveau de la surface

de la nappe souterraine en 1990 où l’on a observé une

récupération des eaux de la nappe conséquente à une forte

pluviométrie et aux crues.

Cette figure montre également le vecteur de la vitesse et du

sens d’écoulement des eaux souterraines. Les zones à grande

vitesse se situent au nord, la partie ouest de la vallée et les

zones en amont des khettaras de Jorf, Monkara, Hannabou et

Sifa. Ceci s’explique pour les zones au nord par la présence

d’une forte pente de l’aquifère située sur des couches

rocheuses imperméables, alors que pour les secondes, les

autres zones, ce phénomène s’explique par la production

d’eau autour des puits de tête et les activités de pompage

autour de la zone de Jorf (Fezna, Jorf).

3.5.7 Calage du Modèle

Le calage du modèle peut être utile pour

évaluer les paramètres par la méthode

inverse lorsque les données

géo-hydrologiques caractérisant les

paramètres du modèle ne sont pas fiables. On

rencontre souvent des difficultés théoriques

lorsqu’on interprète les données relevées aux

puits d’observation qui sont faiblement

caractérisés. Le calage ne garantit pas

toujours que le modèle soit une

représentation fiable du système et donc doit

être utilisé avec réserve.

On compte 6 puits d’observation. La figure ci-contre donne aussi bien les résultats des observations de la

cote du niveau du plan d’eau que ceux obtenus par calcul. Les données obtenues par calcul correspondent

largement à celles relevées dans la zone de Jorf où les crues de la rivière Gheris pénètrent dans le sous sol.

Par contre, les données des calculs de Bouya et Hannabou qui sont situés loin de la même rivière montrent

une tendance à l’augmentation bien que les données relevées sont plutôt constantes. Ce phénomène peut

être provoqué par les conditions limites tout au long de la frontière du domaine du modèle.

La figure ci-après explicite le processus de calage du modèle :

Page 23: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A - 76

3.5.8 Projection

Une étude prévisionnelle est faite par l’utilisation d’un modèle bien calé. Pour faire l’évaluation des effets

de la recharge par des moyens artificiels, on recommande le procédé de calcul suivant:

Données relevées Données calculées

Calcule de l’erreur

Achèvement du modèle

permise

Revue des paramètres

Non permise

- Paramètres - Conditions limites - Charge d’eau initiale - Bilan d’Eau

Flux du Calage du Modèle

Augmenter le volume de recharge là où les ouvrages de recharge sont proposés.

Augmentation du niveau des eaux souterraines

Augmentation du rendement khettara

Calcul

Promotion de projets de restauration positifs

Diminution du volume de la recharge due à la construction de barrage, au pompage, etc.

Rabattement des eaux souterraines

Diminution du rendement de la khettara

Calcul

Augmenter le volume de la recharge là où est introduite l’irrigation par épandage des crues

Vérification de l’impact négatif de l’aménagement intensif en ouvrages hydrologiques

Diminution du volume de la recharge due à la sècheresse, etc. Impact négatif des variations météorologiques

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A - 77

3.5.9 Simulation des effets de recharge

(1) Conditions de recharge

Site de construction : Oukhit, rive droite de l’affluent du Hydrologique, Mellaab

Superficie de drainage: 75,6 km2 (Confluent du Hydrologique)

Recharge area : Cas-1 tout de suite en aval du site de barrage

Cas-2 Zone de recharge des khettaras situées en amont de Jorf à

Hannabou

Volume de recharge : Correspond au volume du barrage

Figure G Recharge conditions

Jorf

Hannabou

Oukhit

Maroutcha

Tinejdad

Bouya

Gulmima

Cas 1

Cas 2

75.6 km2

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A - 78

(2) Taux d’écoulement de la zone de drainage

Le taux d’écoulement estimé ci-dessous à partir des données réellement observées par rapport au volume

mensuel des pluies.

Taux d’écoulement

Pluies mensuelles (mm/mois) Ecoulement

R < 5 mm 0,0 %

5 <= R <10 mm 1,0 %

10 <= R <20 mm 2,0 %

20 <= R <50 mm 4,0 %

50 mm <= R 10,0 %

Les volumes de recharge ont été évalués à partir des taux d’écoulement ci-dessus :

Cas A: L’ensemble des écoulements

s’infiltre dans le sol. Sur 27 années

(1978 à 2003), le volume total de

recharge a été d’environ 3 200 000

m3 (1,7 % des pluies qui sont de 191

Mm3.

Cas B: Deux fois les écoulements

rechargent le sol si la gestion les

bassins hydrauliques sont bien

aménagées. (alternatives

quantitatives)

(3) Simulation

Nous indiquons ci-après les cas de simulation :

Zone de recharge Volume de recharge

Remarques

1) Cas 1 Cas A Recharge de 1,7 % des précipitations en moyenne tout de suite en aval du barrage de recharge.

2) Cas 1 Cas A Recharge de 1,7 % en moyenne des précipitations près de la zone de recharge des khettaras.

3) Cas 2 Cas B Recharge de 3,4 % en moyenne des précipitations près de la zone de recharge des khettaras.

Retenue du barrage de recharge

0

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

1978/1 1980/1 1982/1 1984/1 1986/1 1988/1 1990/1 1992/1 1994/1 1996/1 1998/1 2000/1 2002/1

Année

Volu

me

rete

nue

(m) 3

Retenue du barrage de recharge

0

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

1978/1 1980/1 1982/1 1984/1 1986/1 1988/1 1990/1 1992/1 1994/1 1996/1 1998/1 2000/1 2002/1

Année

Volu

me

rete

nue

(m) 3

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A - 79

(4) Résultats de la simulation

La simulation donne les résultats suivants :

1) Lorsque la zone de recharge se trouve tout de suite en aval du barrage de recharge (cas 1, cas A)

les effets de la recharge ne s’observent pas clairement en amont des khettaras.

2) Lorsque la zone de recharge se trouve en amont des khettaras (Cas 2, Cas B), le niveau

piézométrique de la nappe augmente de 0,05 à 0,1 m à Fezna, en amont de Monkara. Cependant,

le niveau de la nappe augmente très faiblement à ksar Bouya et Hannabou.

3) Lorsque la zone de recharge se trouve en amont des khettaras (Cas 2, Case B), le niveau de la

Zone de recharge

(Points d’observation Figure H Grilles de recharge

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

1201

2

3

4

5 1156

7

8

9

10 11011

12

13

14

15 10516

17

18

19

20 10021

22

23

24

25 9526

27

28

29

30 9031

32

33

34

35 8536

37

38

39

40 80

113.6km2

75.6km2

70.0km2

130km

Jorf

Sifa

Hannabou

59.2km2

106.0km2

118.4km2

56.4km2

44.0km2

2.8km2

8.0km2

10.4km288.8km2

77.2km2

22.0km2

10.4km2

628+419-(44+10.4)=992.6km2

Outside of drainage area

Khettara

MKS B-6

Fezna

Jorf(N)

Jorf(S)

Bouya

Hannabou

HS (B-2)

Zone de recharge cas 2

Zone de recharge cas 1

Page 27: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A - 80

nappe augmente de 0,1 à 0,2 m à Fezna, en amont de Monkara. Le niveau de la nappe augmente

de 0,05 m à peine à ksar Bouya et Hannabou.

Des résultats ci-dessus il ressort que la zone de recharge doit se situer en amont des khettaras si l’on veut

réellement augmenter le niveau piézométrique près de la zone de recharge des khettaras selon une recharge

naturelle. La figure ci-dessous indique le contour du niveau de la nappe en janvier 1994. Il y avait environ

400 000 m3 de recharge (Cas 2, Case B). Les lignes bleues indiquent l’emplacement des khettaras de

Monkara et Hannabou. La plupart des parties en amont des khettaras sont situées dans une zone de

gradient hydraulique escarpé du fait que l’aquifère est étroit. Le prolongement de la galerie devrait donc

augmenter le débit de la khettara.

Cette simulation a été faite avec peu de données hydrogéologiques. Pour la simulation de direction du débit

il faut impérativement avoir des données exactes sur l’aquifère et sur l’élévation du lit rocheux (couche

imperméable). En outre, au stade de la planification des ouvrages de recharge, il est important d’avoir les

données hydrogéologiques telles que l’écoulement de l’oued, l’évaporation par exemple, si l’on veut que la

simulation des ruissellements souterrains soit correcte. Il va sans dire que le plus important est de trouver

comment recharger les nappes avec les eaux de surface. Les sédiments charriés par les crues risquent

d’obstruer le vide des aquifères.

Oued Gheris

Fezna

Bouya

Hannabou

Oukhit

Jorf

Zonede recharge

Monkara

Hannabou

Figure I Niveau piézométrique de la nappe et vecteur de vitesse du courant

Page 28: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

A -81

Zone de recharge

Oued Gheris

Kh

MKS B-6

Fe na

J f

Sif

B

Hannabo

Monkara

Oued Gheris

Dam site

Légende

Puits de tête avec eau

Puits de tête sans eau

Puits de tête (Présence d’eau inconnue)

Figure J Niveau piézométrique et vecteur de vitesse du courant

Page 29: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

Bas

in v

ersa

nt: B

ouan

ane

Bas

in v

ersa

nt: A

it A

issa

Stat

ion:

Ann

oual

Stat

ion:

Ait

Had

dou

MO

ISM

OIS

Ann

ée-H

ydr

Ann

ée-H

ydr

74/7

5-

-

-

8.9

137.

6

79.8

-

-

-

226.

3

68/6

9

9.0

4.6

15.2

3.

0

75

/76

-

2.

2

7.

7

8.

7

3.

9

15

.8

4.4

39.5

23

.9

-

26

.4

10.0

14

2.5

69

/70

13.9

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A - 82

Page 30: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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A - 83

Page 31: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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Page 32: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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A - 86

Page 34: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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A - 90

Page 38: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

Projet de Développement des Communautés Rurales à travers la Réhabilitation des Khettaras dans les Régions Semi-arides de

l’Est Sud-Atlasique du Royaume du Maroc

Figure. 2.2.1 Carte de situation des stations d’observation Méteo-hydrologiques

Agence japonaise de coopération internationale

A - 91

Page 39: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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A - 92

Page 40: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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A - 93

Page 41: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

Figu

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A - 94

Page 42: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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Page 47: Manuel d’Analyse Météo Hydrologique Et des Eaux SouterrainesLe manuel expose le processus de collecte de données météo hydrologiques et hydrogéologiques et la ... Dérivation

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