Embed Size (px)
Citation preview
République Algérienne Démocratique et PopulaireMinistère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et de la Technologie d’OranMohamed BOUDIAF
FACULTE D’ARCHITECTURE ET DE GENIE CIVIL
DEPARTEMENT D’HYDRAULIQUE
MémoirePour l’obtention du Diplôme de Magister en Hydraulique
SPECIALITE : HYDRAULIQUE
OPTION : TECHNIQUES ET GESTION DES EAUX
PRESENTE PAR
Mr BENEDDINE lakhdar
SUJET DU MEMOIRE
Modélisation du fonctionnementhydrologique et des processus d’érosion et
de transport des sédiments dans le bassin dela Tafna
Soutenu le 18/10/2012
DEVANT LE JURY COMPOSE DE
Mr. CHERIF El-Amine Maitre de Conférences A USTO-MB PRESIDENT
Mr. BOUDJEMLINE Djamel Maitre de Conférences A USTO-MB RAPPORTEUR
Mr. YEBDRI Djilali Maitre de Conférences A USTO-MB EXAMINATEUR
Mr. TIDJANI Abed ElatifElbari
Maitre de Conférences A USTO-MB EXAMINATEUR
Remerciement
Avant tous, je remercie Dieu le tout puissant qui m’a guidé tout au longde ma vie, qui m’a permis de m’instruire et d’arriver aussi loin dans lesétudes, qui m’a donné courage et patience pour traverser tous lesmoments difficiles, et qui m’a permis d’achever ce travail ;
Je tiens à remercier l’ensemble des personnes qui ont contribuées de prèsou de loin à l’élaboration de ce mémoire ;
Tout d’abord je remercie particulièrement mon encadreur MR :Boudjemline Djamel et le chargé du poste de graduation MR : yebdriDjilali ; ainsi que tous mes profs en première année de magister « MR :Errih, Tidjani, Cherif, Kherroubi, Boukharma et Madame Lebid » ;
Je remercie également MR : Dekkiche, directeur de l’agence nationaledes ressources hydriques pour la mise à disposition des donnéesnécessaires pour achever ce travail ;
Merci également à MR : Boudaliat chef du service réseaux au niveau deL’ANRH ;
Je tiens à remercier MR : Nemdili Mustapha, ingénieur au niveau de ladirection des ressources hydriques d’Oran ;
Comme je remercie notamment Madame : Soussi, ingénieuse au niveaude L’ABH ;Merci à MR : Mandais Abdelkader, docteur au niveau du CNTS ;
Merci à l’ensemble des enseignants du département hydraulique ;
DédicaceJe dédie ce travail à toutes les personnes que j’aime et en particulier ;
A la mémoire de mon père qui restera à jamais présent dans mon cœur ;A ma mère qui m’a toujours apporté amour et affection ;
A mes frères : Mohamed, Aissa ;A mes sœurs
Aux familles : Beneddine, Guerzou, Zellagui ;A tous mes amis et en particulier :
Tahri, Hamadi, Chawki, Bouchekife, Salim, Bendahou, Slimane, Araf,Benzzerouk, Akram ;
A toute la promotion de la post-graduation techniques et gestion des eaux(2008-2009) ;
A TOUS LES PERSONNES QUI ONT M’aider dans cette thèse ;
Beneddine lakhdar 13/01/2012
ملخص
تآكلظاھرةلدراسةھیدرولوجیة مواتیة وحدةفھو یمثلشبھ جاف یتمیز بمناخ2كم7245مساحةحوض التافنة یغطي
الرواسبوتنقل التربة
نوع التربة، (، وخصائص التربة )التدفقات السائلة، والمواد الصلبة تركیز(ویستند نھجنا العلمي على الملاحظات المیدانیة
..)ام الأراضي في الممارسات الزراعیة وحالة الغطاء النباتيواستخد
.حاولنا تقییم فقدان التربة في حوض من حیث تدھور معین من قیاسات معدلات تدفق السیولة والتركیز
".Wischmeier"USLEادلة العالمیة لفقدان التربة وقد تحقق وضع نماذج لفقدان التربة من جراء تطبیق ھذه المع
:تم استخدام نموذج سوات الھیدرولوجیة في ھذا الطلب وذلك لسببین
فمن ناحیة، تم التحقق من صحة ھذا النموذج في نسبة لھا في حوض الھیدرولوجیة
.تآكل ونقل الرواسب في مستجمعات المیاهفقدان التربة للمحاكاة من ال"USLE"من ناحیة أخرى، انضم إلى معادلة عالمیة
Abstract
The basin of Tafna of à surface of 7245km 2 is characterized by à climate in arider semi mater. It represents a favorable hydrological unit to study thephenomenon of erosion and solid transport in suspension.
Our scientific step rests on the observations of ground (liquid flows, solid materconcentrations) as well as the characteristics of the grounds (nature of thegrounds, land use in cultivation methods and their state of vegetable cover).One tried to evaluate the ground losses of the basin in terms of degradationspecific starting from liquid measurements of flows and concentration.The Modeling of these ground losses was carried out by the application of theuniversal equation of the ground losses «USLE «of Wischmeier.
Hydrological model SWAT is used in this application for two reasons: On the one hand, this model was validated in its a hydrological fraction for
this basin In addition, it integrates the universal equation of the ground losses «USLE
" for the simulation of the erosion and the transport of the sediments in thebasins slopes.
Key Word: Modeling, flow, erosion. Usle, Tafna, Swat
Résumé
Le bassin de la Tafna d’une superficie de 7245km2 est caractérisé par un climat
à caractère semi aride. Il représente une unité hydrologique favorable pour étudier le
phénomène d’érosion et de transport solide en suspension.
Notre démarche scientifique repose sur les observations de terrain (écoulements
liquides, concentrations en matières solides) ainsi que les caractéristiques des sols
(nature des sols, utilisation des sols en pratiques culturales et leur état de couverture
végétale).
On a essayé d’évaluer les pertes en terre du bassin en termes de dégradation
spécifique à partir des mesures de débits liquides et de concentration.
La modélisation de ces pertes en terre a été réalisée par l’application de
l’équation universelle des pertes en terres « USLE » de Wischmeier.
Le modèle hydrologique SWAT est utilisé dans cette application pour deux
raisons :
D’une part, ce modèle a été validé dans sa fraction hydrologique pour ce bassin
D’autre part, il intègre l’équation universelle des pertes en terres « USLE » pour
la simulation de l’érosion et du transport des sédiments dans les bassins
versants.
Mot clé : modélisation, écoulement, érosion. USLE, Tafna, Swat.
SommaireIntroduction générale ……………………………………………................................... 01
Chapitre (I) Le cycle de l’eau et le bassin versant 03
I.1. Introduction …………………………………………………………………….. 03
I.2. Le cycle de l’eau ………………………………………………………………… 04
I.3. La notion de bassin versant …………….……………………………………… 05
I.4. Les écoulements…………………………………………………………………. 13
Chapitre (II) aperçu sur la modélisation hydrologique 18
II.1. Introduction………………………………………………………………… 18
II.2. La modélisation hydrologique…………………………………………….. 18
II.3. Modèles hydrologiques de bassin versant………………………………… 18
II.4. Classification des modèles hydrologiques………………………………… 21
II.5. les caractéristiques de modèles…………………………………………….. 26
Chapitre(III) Erosion et transport solide
III.1. Généralités ………………………………………………………………….. 30
III.2. Erosion hydrique …………………………………………………………... 31
III.3. Le transport solide …………………………………………………………. 38
III.3.4. Le transport solide de fond ou charriage…………………………………. 41
III.3.5. Le transport solide en suspension…………………………………………. 42
Chapitre(IV) Théorie du modèle swat
IV.1. Généralisées sur swat ……………………………………………………… 54
IV.2. hydrologie selon le modèle SWAT ……………………………………….. 56
IV.3. Erosion et transport des sédiments dans le modèle swat …………….. 75
Chapitre(V) Présentation de la zone d’étude
V.1. Introduction ……………………………………………………………….. 81
V.2. Situation Géographique …………………………………………………… 81
V.3. Cadre géographique du bassin ………………………………………….. 84
V.4. Cadre géologique du bassin ……………………………………………….V.5. Morphométrie du bassin versant de la Tafna ……………………….......
87
98
V.6. Le cadre Hydrologique …………………………………………………… 100
V.7. Sols et végétation …………………………………………………………………….. 101
Chapitre(VI) Aperçu climatologique
I. Introduction ………………………………………………………………. 104
II. Aperçu sur le climat de l'Afrique du Nord……………………………….. 104
VI.3 Aperçu sur le climat de l’Algérie ………………………………………….. 105
IV.3. Variations spatio-temporelles des précipitations annuelles …………….. 107
VI.4. Variations temporelles des précipitations annuelles……………………... 108
VI.5. Ajustement des précipitations annuelles à une loi de probabilité……….. 109
Chapitre(VII) Les écoulements liquides
VII.1. Introduction ………………………………………………………………... 111
VII.2. Généralités …………………………………………………………………. 111
VII.3. Choix de l'année hydrologique……………………………………………. 112
VII.4.Les débits est apports liquides moyens annuels par station dans la Tafna…… 113
VII.5. Débits moyens mensuels ………………………………………………………………………. 120
VII.6.Effets des ouvrages de mobilisation sur les ressources annuelles……………… 128
VII.7. Conclusion…………………………………………………………………………………………… 130
Chapitre(VIII) Etude du transport solide dans la Tafna
VIII.1.
Introduction ……………………………………………………………...
131
VIII.2. L’échantillonnage des matières en suspension………………………… 131
VIII.3. Les résultats……………………………………………………………… 132
VIII.3.1. La concentration en matière solide en suspension…………………….
VIII.3.2. Débits solides et apport solides annuels………………………… 139
132
VIII.3.3. Débits et apports solides mensuels……………………………………… 150
VIII.3.4. Variation saisonnière …………………………………………………… 156
VIII.4. Conclusion …………………………………………………………....... 157
Chapitre(IX) Application du modèle swat
IX.1. Introduction ………………………………………………………………... 158
IX.2. Donnés nécessaires pour le model swat …………………………………... 158
IX.2.9. Simulation ………………………………………………………………….. 164
IX.3. Résultats est discussions …………………………………………………… 165
IX.3.1. Le calage du modèle SWAT……………………………………………….. 165
IX.3.2. Exploitation du modèle SWAT…………………………………………… 171
IX.4.conclusion ……………………………………………………………………….. 183
Conclusion générale
Liste des figures
Figure (I-1): cycle de l’eau ……………………………………………………page [4]Figure (I-2) : Notion de bassins hydrographique et hydrogéologique………….page [5]Figure (I-3) : Forme d’un bassin versant………………………………………..page [7]Figure (I-4): courbe hypsométrique…………………………………………….page [8]Figure (I-5): schématisation de la pente moyenne d’un bassin versant………...page [9]Figure (I-7): Les différents types d'écoulements………………………………page [13]Figure (I-8): Découpage de différentes phases d'un hydrogramme de crue…..page [15]Figure (II-1) : Schématisation des principaux flux verticaux pris en compte dans lesmodèles hydrologiques de bassin versant……………………………………..page [19]Figure (II-2) : Schématisation des principaux flux latéraux pris en compte dans lesmodèles hydrologiques de bassin versant……………………………………..page [20]Figure (II-3) : Classification des modèles de basins versants……………….page [22]Figure (II-4) : Les composants d’un modèle………………………………..page [23]Figure (II-5) : Positionnement des modèles dans l’espace à deux dimensions délimitépar l’échelle spatiale du modèle (globale, semi-distribuée ou distribuée) et par le typede formalismes adoptés (empiriques, conceptuels ou à base physique) ……...page [28]Figure (III-1) : érosion en nappe………………………………………………page [36]Figure (III-2) : érosion linaire…………………………………………………page [36]Figure (III-3) : érosion en griffes et rigoles…………………………………...page [37]Figure (III-4) : érosion par ravinement………………………………………..page [38]Figure (III-5): Schématisation des trois modes de transport solide en rivière. Page [40]Figure (III-6) : Classification des différentes couches de transport solide……page [41]Figure (III-7):Nomogramme de détermination de l’indice d’érodabilité du sol K……...…….….………………………………………………………………………..page [48]Figure (III-8):Facteur topographique d’après Wischmeier et Smith………….page [50]Figure (IV-1): une délimitation en sous-bassins (HRU;) d’un bassin versant donné…..…………………………………………………………………………………page [57]Figure (IV-2) : Représentation schématique du cycle hydrologique dans Swat.Page[58]Figure (IV-3) : Composantes hydrologiques du modèle SWAT……………...page [59]Figure (IV-4): Schématisation des différentes étapes de modélisation dans SWAT………………………………………………………………………………………page [60]Figure (IV-6): Relation entre ruissellement de surface et hauteur de pluie dans laméthode SCS Curve Number………………………………………………….page [63]Figure (IV-8) : Schématisation des réservoirs successifs sur lesquels s’exerce lademande évaporatoire de l’atmosphère………………………………………..page [69]Figure (IV-9): Schématisation de l’imbrication d’échelle spatiale du modèle et détailsdes fonctions de transfert appliquées entre les différentes échelles…………...page [71]Figure (IV-10): Influence du paramètre de retard sur la fraction de ruissellement desub-surface contribuant au débit………………………………………………page [73]Figure (IV-11) : Schématisation d’une section de cours d’eau dans SWAT lorsque laméthode Muskingum ou la méthode de stockage variable est utilisée pour la simulationde l’écoulement au sein du réseau hydrographique…………………………...page [74]
Figure (IV-12): l’influence du surlag et du tconc sur la fraction d’Écoulement desurface et dépôt libérés………………………………………………………...page [80]Figure (V-1) : le bassin de la Tafna dans l’ensemble « Oranie – Chott Chergui »……………………………………………………………………………………page [82]Figure (V-2) : Codes et noms des bassins versants de l’Algérie………………page 83]Figure (V-3) : les sous bassin de la Tafna……………………………………..page [84]Figure (V-4) : Cadre géographique du bassin de la Tafna et de la wilaya de Tlemcen……………………………………………………………..……………………..page [85]Figure (V-5) : Schéma structural de la chaîne alpine de la Méditerranée occidental……………………………………………………………………………………page [88]Figure (V-6): Colonne litho stratigraphique des monts de Tlemcen jusqu’aux hautesplaines …………………………………………………………………………page [94]Figure (V-7): Cadre géologique du bassin versant de la Tafna …………........page [95]Figure (V-8) : Carte géologique du sous bassin d’oued Sikkak …….……….page [95]Figure (V-9) : Carte géologique du sous bassin d’oued Mouilah…….………page [96]Figure (V-10) : Carte géologique du bassin d’oued Isser……………………..page [96]Figure (V-11) : Coupe schématique au niveau d’Oued Isser…………………page [97]Figure (V-12) : carte des types de sols dans la Tafna………………………..page [102]Figure (V-13) : carte d’occupation des sols dans la Tafna …………………..page [103]Figure (VI-1) : Précipitations moyennes annuelles aux stations pluviométriques dubassin de la Tafna…………………………………………………………….page [106]Figure (VI-2) : Variation annuelle des précipitations moyennes annuelles dans lebassin de la Tafna (1972/2006)………………………………………………page [107]Figure (VI-3): Carte en isohyètes de la Tafna (1913-1998) …………………page [108]Figure (VII-1) : le réseau hydrographique de la Tafna …………………… ..page [112]Figure (VII-2) : des débits est apports liquides moyens annuels dans les stations de laTafna………………………………………………………………………….page [114]Figure (VII-3) : variations annuelle des débits et les apports dans la Tafna..page [116]Figure (VII-4) : variations des débits moyens mensuels pour l’ensemble de laTafna ………..………………………………………………………………..page [120]Figure (VII-5) : variations des débits moyens mensuels dans les SBV (haute Tafna etoued Mehaghene) ……………………………………………………………page [123]Figure (VII-6) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin de………….……………………………………………………………………page [124]Figure (VII-7) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin d’Isser.……………………………………………………………………………….Page [124]Figure (VII-8) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin deMefrouche…..………………………………………………………………………………page [125]Figure (VII-9) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin de lamoyenne Tafna………………………………………………………………page [125]Figure (VII-10) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin deSikkak………………………………………………………………………...page [126]Figure (VII-11) : variations des débits et apports moyens mensuels dans le bassin de la………………………………………………………………………………..page [126]
Figure (VIII-1) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dans laTafna…………………………………………………………………………page [134]Figure (VIII-2) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dans lamoyenne Tafna ………………………………………………………………page [134]
Figure (VIII-3) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dansMefrouche……………………………………………………………………page [135]Figure (VIII-4) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dansSikkak………………………………………………………………………..page [136]Figure (VIII-5) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dansIsser……………………………………………………………………………pag.[136]Figure (VIII-6) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dansMouilah………………………………………………………………………page [137]Figure (VIII-7) : variation de la concentration en MES moyenne mensuelle dans lahaute Tafna …………………………………………………………………..page [138]Figure (VIII-8) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin Mouilah………………………………………………………………………………..page [142]Figure (VIII-9) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin de la hauteTafna…………………………………………………………………………page [143]Figure (VIII-10) : variation des débits et apports annuels dans sous bassinD’Isser…..…………………………………………………………………...page [144]Figure (VIII-11) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin de Sikkak……………………………………………………………………………….page [135]Figure (VIII-12) : variation des débits et apports annuels dans le sous bassin deMefrouche……………………………………………………………………page [146]Figure (VIII-13) : variation des débits et apports annuels dans le sous bassin de lamoyenne Tafna ………………………………………………………………page [147]Figure (VIII-14) : variation des débits et apports annuels dans le bassin de laTafna…………………………………………………………………………page [148]
Figure (VIII-15) : variation spatiale de l’apport solide spécifique…………page [149]Figure(VIII-16) : variation des débits solides moyens mensuels de la Tafna .Page [150]
Figure (VIII-17) : variation des débits solides moyens mensuels de la hauteTafna …………………………………………………………………………page [152]Figure (VIII-18) : variation des débits solides moyens mensuels de la moyenneTafna …………………………………………………………………………page [153]Figure (VIII-19) : variation des débits solides moyens mensuels de Mefrouche………………………………………………………………………………………..page [154]Figure (VIII-20) : variation des débits solides moyens mensuels de Mouilah………………………………………………………………………………..page [155]Figure (VIII-21) : variation des débits solides moyens mensuels d Isser…. page [156]Figure (IX-1) : les entrées dans le modèle swat …………………………….page [158]Figure (IX-2) : boite de dialogue pour la configuration des sous bassins dans Swat99.2………………………………………………………………………………..page [159]Figure (IX-4) : boite de dialogue pour la configuration du chevauché hydraulique dansSwat99.2……………………………………………………………………...page [160]
Figure (IX-5) : Le fichier des données du générateur du climat d’un sous bassin dansSwat 99.2……………………………………………………………………..page [161]Figure (IX-6) : Paramètres du fichier des données du réservoir dans SWAT99.2…….……………………………………………………………………..................page [162]Figure (IX-7) : configuration du bassin de la Tafna sous un sig ….................page [163]Figure (IX-8) : configuration du bassin de la Tafna par le modèleSWAT99.2…………………………………………………………………... page [164]Figure (IX-9) : les précipitations moyennes annuelles (observées et simulées par swat)dans le sous bassin de Mefrouche. ………………………………..................page [166]Figure (IX-10) : précipitations simulées et observées dans la moyenne Tafna au moisde Septembre………………………………………………………................page [167]Figure (IX-11) : précipitations simulées et observées dans l’oued Tafna maritime aumois de Septembre……………………………………………………….......page [167]Figure (IX-12) : les écoulements annuels (observés et simulés) dans le sous bassinMouilah aval. ………………………………………………………...............page [168]Figure (IX-13) : les écoulements moyens mensuels (observés et simulés) dans le sousbassin d’Isser. ………………………………………………………..............page [169]Figure (IX-14) : Apports solides observés et simulés dans le sous bassin de Mefrouche(variation annuelle). ……………………………………………………........page [160]Figure (IX-15) : Apports solides observés et simulés dans le sous bassin de la hauteTafna (variation annuelle)……………………………………………………page [161]Figure (IX-16) : USLE et apport solide spécifique simulé par le modèle dans le sousbassin de Mouilah aval. )……………………………………………………..page [176]Figure (IX-17) : USLE et précipitation simulé par le modèle SWAT dans la moyenneTafna)……………………………………………………....………………...page [176]Figure (IX-18) : Influence de l'érosivité sur les apports solides spécifiques .page[178]Figure (IX-19) : apport solide annuel simulé par SWAT en tenant compte duparamètre P, dans la haute Tafna…………………………………………….page [180]Figure (IX-20) : Apport solide simulé par SWAT en tenant compte du pourcentage decailloux en surface dans la haute Tafna………………………………....…page
Liste des tableauxTableau (I-1): classification des reliefs selon O.R.S.T.O.M (A<25 km2)…......page [10]Tableau (I-2): classification des reliefs selon l'O.R.S.T.O.M., indépendante dessurfaces des bassins …………………………………………………………page [10]Tableau (III-1) Différents types de granulats………………………………...page [39]Tableau (III-2): coefficient α en fonction de la perméabilité………………...page [45]Tableau ((III-3)) : quelques valeurs du paramètre K………………………….page [49]Tableau ((III-4)) : quelques valeurs du paramètre C………………………….page [51]Tableau (V-1) : paramètres morphologique des sous bassin de la Tafna…….page [99]Tableau (V-2) : Altitudes caractéristiques des sous bassin de la Tafna……page [100]Tableau (V-4) : Valeurs des coefficients de torrentialité et les temps de concentrationsdes sous bassins de la Tafna…………………………………………………page [101]Tableau (V-5) : caractéristique des principaux sols dans la Tafna…………..page [103]Tableau (VI-1): caractéristiques des précipitations annuelles des stationspluviométriques du bassin versant de la Tafna ……………………………..page [106]Tableau (VII-1) : Les débits est apports liquides moyens annuels …………page [113]
Tableau (VII-2) : débits et apports moyens annuels à l’exutoire de la Tafna page [115]
Tableau (VII-3) : variations des débits spécifiques et les écoulements dans les sousbassin de la Tafna …………………………………………………………….page[117]Tableau (VII-4) : Variations des débits spécifiques moyens annuels………page[118]
Tableau (VII-5) : Bilan moyen annuel de l'écoulement………………………page[118]Tableau (VII-6) : paramètres statistiques du bassin de la Tafna…………….page[119]
Tableau (VII-7) : débits moyens mensuels dans la Tafna …………………...page[121]Tableau (VII-8) : apports moyens mensuels dans la Tafna…………………..page[127]Tableau (VII-9) : caractéristiques des barrages……………………………. .page[129]Tableau (VII-10) : évolution des apports suite à l’implantation des réservoirs
………………………………………………………………………………...page[129]
Tableau (VIII-1) : concentration moyenne mensuelle dans les principales unités
hydrologiques de la Tafna ……………………………………………………page[133]
Tableau (VIII-2) : variations spatiales de la turbidité moyenne annuelle …page[138]
Tableau (VIII-3): Débits et apports annuels dans les sous bassin de la
Tafna..................................................................................................................page[140]
Tableau (VIII-4) : apports solides spécifiques annuels dans les sous bassins de laTafna..................................................................................................................page[141]Tableau (VIII-5) : variations spatiales de l’apport solide spécifique annuel page[148]Tableau (VIII-5): débits et apports solides moyens mensuels dans laTafna ;page[151]Tableau (VIII-7) : apport solide saisonnier dans les sous bassin de la Tafna page[156]
1
Introduction générale
L’eau n’est pas uniquement une matière première renouvelable, elle n’est pas nonplus un don de ciel inépuisable et éternellement pure.
Ses risques d’appauvrissement imputables à d’éventuels changements climatiquesdans le sens d’une " aridification ", sont à prendre sérieusement en compte,d’autant que la pression exercée sur cette ressource ne cessera de s’amplifier sousles effets conjugués de la croissance démographique et des politiques appliquéesvis-à-vis des activités consommatrices d’eau, notamment l’agriculture, l’industrieet le tourisme.
Mais les plus grands risques entrainant sa raréfaction sont surtout d’ordreanthropique ; La pollution de l’eau commence à atteindre des proportionsinquiétantes notamment dans la région tellienne où se trouve la plus grande partiede cette ressource. La disponibilité en eau déjà faible risque de l’être davantage dufait de cette pollution.
L’Algérie se situe parmi les pays les plus pauvres en matière de potentialitéshydriques, soit en dessous du seuil théorique de rareté fixé par la Banque Mondiale à1000 m3 par habitant et par ans (selon le Conseil National Economique et Social).
Si en 1962, la disponibilité en eau théorique par habitant et par an était de 1500m3, elle n'était plus que de 720 m3 en 1990, 680 m3 en 1995, 630 m3 en 1998.
Estimée à environ 500 m3 de nos jours, elle ne sera que de 430 m3 en 2020 etserait encore plus réduite ramenée aux ressources en eau mobilisables.
L’érosion importante qui affecte les plaines septentrionales diminue à la fois lepotentiel agricole et les capacités de mobilisation des ressources en eau du pays.
Contrairement à certaines idées reçues, en Algérie, les barrages ne sont pas lesprincipaux pourvoyeurs d’eau, ils sont largement dépassés par les forages et seloncertaines études, même par les possibilités qu’offrent les puits et les prises au fil del’eau.
Globalement, la capacité de mobilisation installée est repartie entre les barrages(21,4 %), les forages (72,6%) et les sources (6,0%).
Les barrages algériens sont de moyenne capacité ; le plus grand d’entre eux a unecapacité de 950 Hm3 (béni Haroun – willaya de Mila), depuis rattrapé par le barrage de
2
djendjen (Jijel, plus de 800 millions de m3). Les experts soulignent que les conditionsnaturelles et économiques en Algérie ne permettent pas d’avoir des barrages de plusgrande capacité comme c’est le cas par exemple de l'Egypte où le barrage d’Assouanrenferme une capacité théorique de 160 milliards de m3 (soit 4 fois
Les écoulements superficiels de tous les pays du Maghreb) ou du Marocqui avec 80 barrages mobilise une capacité totale de 10 milliards de m3.
Selon certaines études, le besoin théorique de l’Algérie s’élève à 120 barragessupplémentaires pour rattraper le déficit en matière de mobilisation des eaux.
En Algérie, l'irrégularité des pluies et leur extrême torrentialité, la violence descrues, la faible densité du couvert végétal et la prédisposition des bassins versants(pentes abruptes) sont particulièrement favorables à l'accélération du phénomène del'érosion hydrique qui menace gravement les potentialités en eau et en sols du pays.
En l'absence d'aménagement antiérosif, les sédiments entraînés par les eaux deruissellement atteignent les retenues des barrages et provoquent ainsi leur envasement,limitant leur capacité de stockage et réduisant leur durée de vie. Certaines retenues debarrage perdent jusqu’à 1.6 millions de m3 de leur capacité de stockage par an.
Devant l'irrégularité et la complexité des processus d'érosion-transport-sédimentation et en vue d'une gestion rationnelle des ressources en eau et en sol, lamodélisation, comme outil d'étude et d'aide à la décision est devenue indispensable.
Le but principal de cette étude est de modéliser l’écoulement liquide et letransport solide à l'issue des événements pluvieux dans le bassin versant de la Tafna(7245 km2). Pour ceci, nous avons utilisé le modèle Swat (Soil and Water AssessmentTools, Arnold et Allen, 1996). Ce dernier, utilisé dans plusieurs pays et dans desconditions climatiques très contrastées, semble très adapté à ce genre deproblématiques.
Les plans topographiques (cartes au 1/50.000), pédologiques (cartes au1/200.000), géologiques (cartes au 1/50.000) et d’occupation des sols (cartes au1/50.000) ont été utilisés pour caractériser les milieux étudiés. Les données pluviauxgraphiques, hydrologiques et sédiment logiques mesurées et collectées au niveau desstations hydrométriques ont été analysées.
3
I.1.Introduction
L’hydrologie est une science pluridisciplinaire. En dehors de l’hydraulique, elle faitappel aux sciences physiques (météorologie, physique du globe..), aux sciencesnaturelles (géologie, géomorphologie..), aux mathématiques (statistique, calculopérationnel, informatique..) et à la technologie (appareil de mesure, télédétection…)Actuellement, l’hydrologie est devenue une science importante de l’art de l’ingénieurintéressé à l’exploitation et au contrôle des eaux naturelles. Des études hydrologiquesplus ou moins poussées sont indispensables pour toute mise en œuvre de toutaménagement ou projets hydrauliques. (CORNE, 2009)
Le dimensionnement, la sécurité et la bonne exploitation des ouvrageshydrauliques sont toujours liés à une évaluation saine non seulement des débitsdisponibles en moyenne mais surtout des débits extrêmes (crue - étiage). Dans cechapitre on va entamer quelque composante de l’hydrologie de surface (le bassinversant et écoulements de surface).
I.2. Le cycle de l’eauLe cycle de l'eau, appelé aussi cycle hydrologique, est l'ensemble des
cheminements que peut suivre une particule d'eau. Ces mouvements, accompagnés dechangements d'état, peuvent s'effectuer dans l'atmosphère, à la surface du sol et dans lesous-sol. Chaque particule n'effectue qu'une partie de ce cycle et avec des durées trèsvariables : une goutte de pluie peut retourner à l'océan en quelques jours alors que sousforme de neige, en montagne, elle pourra mettre des dizaines d'années.(LABORDE,2009)
Sous l’effet du rayonnement solaire, l’eau des océans et des surfaces libres passeen phase gazeuse, c'est l'évaporation. Cette vapeur d'eau s’élève pour se condensersous forme de gouttelettes dans l’atmosphère. L’eau retombe alors dans les océans etsur les continents sous forme de précipitations liquides (pluie) ou solides (neige ouglace). Lors de la photosynthèse, la végétation prélève une partie de celle-ci etredistribue l’eau à l’atmosphère par transpiration. Le terme d’évapotranspirationregroupe les phénomènes de transpiration des végétaux et d’évaporation de l’eau libredes continents et des océans. La part de la pluie qui n'est ni évapotranspirée, niévaporée constitue la pluie efficace. Cette dernière est disponible pour l'écoulement desurface, l'infiltration en profondeur permettant de recharger les aquifères ou lestockage dans les premiers mètres du sol. (ANDRE,2006)
4
Des différentes parties du cycle de l’eau, l’évapotranspiration est le point le plusdélicat à évaluer.En effet, contrairement aux pluies ou aux écoulements qui peuvent faire l’objet d’uneapproche quantitative satisfaisante bien que peu précise, il est encore actuellement trèsdifficile de mesurer directement le flux de vapeur d’eau dans l’atmosphère, c’estpourquoi on utilise des formules d’évaluation empiriques (i.e. fondées sur desexpériences conduites in situ ou en laboratoire).Le bilan hydriquePour une période et une portion de l’espace définies, on peut estimer que la quantitéd’eau est une valeur conservative et considérer que les entrées et les sorties d’eaus’équilibrent. On peut ainsi écrire la formule de bilan hydrique suivante :P = Q + I + ET + ΔRFUAvec P les précipitations (entrée d’eau), Q l’écoulement, I l’infiltration, ET
Figure (I-1): cycle de l’eau (ANDRE, 2006)
Des différentes parties du cycle de l’eau, l’évapotranspiration est le point le plusdélicat à évaluer. En effet, contrairement aux pluies ou aux écoulements qui peuventfaire l’objet d’une approche quantitative satisfaisante bien que peu précise, il estencore actuellement très difficile de mesurer directement le flux de vapeur d’eau dansl’atmosphère, c’est pourquoi on utilise des formules d’évaluation empiriques (fondéessur des expériences conduites in situ ou en laboratoire). (ANDRE, 2006)
I.2.1Le bilan hydriquePour une période et une portion de l’espace définie, on peut estimer que la
quantité d’eau est une valeur conservative et considérer que les entrées et les sortiesd’eau s’équilibrent. On peut ainsiÉcrire la formule de bilan hydrique suivante :
5
P = Q + I + ET + ΔRFUAvec :P : les précipitations (entrée d’eau)Q : l’écoulement, I l’infiltration,ET : l’évapotranspiration eΔRFU : la hauteur de la variation des réserves en eau du sol.Afin d’appliquer cette formule, il convient en premier lieu de définir une portion del’espace surLaquelle on pourra l’appliquer, c'est-à-dire mesurer ses différentes composantes, ils’agit de la notion de bassin versant.
I.3.La notion de bassin versantLe bassin versant est l’unité de surface fondamentale sur laquelle porte toute étude
hydrologique. Il peut se définir comme un ensemble de territoires superficiels etsouterrains qui se drainent vers un même exutoire. C’est une surfacehydrologiquement close, c’est-à-dire qu’il n’y a pas d’apport de l’extérieur, lesexcédents de précipitations s’évaporent ou s’écoulent vers l’exutoire.On distingue deux types de bassins versant : bassin hydrographique et bassinhydrogéologique.
Le premier correspond à une surface qui englobe un cours d’eau et ses affluentset qui est limitée par les crêtes topographiques, son exutoire est unique. Le second estrelié à la nature géologique du terrain qui en défini l'extension maximale et qui peutdéplacer la ligne de partage des eaux observée en surface, réduisant ou agrandissantl'extension du bassin versant hydrogéologique par rapport à celle du bassin versanthydrologique. La connaissance de la piézométrie du système aquifère étudié peutpermettre de limiter le bassin hydrogéologique en considérant les lignes de crêtespiézométriques qui sont des lignes de partage des eaux (i.e. de flux nul) pour le milieusouterrain. (LABORDE, 2009)
Figure (I-2) : Notion de bassins hydrographique et hydrogéologique (ANDRE, 2006)
6
Un bassin versant est une entité complexe siège de processus physiques naturelsde l’eau (de surface ou souterraine) tels que les précipitations, l’évapotranspiration ouencore les différentes sortes d’écoulement, subissant l'impact du couvert végétal etd'aménagements anthropiques (réservoirs, captations des rivières ou des sources,forages) qui ne peuvent être négligés dès lors qu’il y a implantation humaine sur lebassin.
I.3.1. CARACTERISTIQUES MORPHOMETRIQUESL'utilisation de caractéristiques morphométriques a pour but de condenser en un
certain nombre de paramètres chiffrés, la fonction h = f (x, y) à l'intérieur du bassinversant (h altitude, x et y coordonnées d'un point du bassin versant). Nous utiliseronstrois types différents de paramètres morphométriques.
I.3.1.1. Caractéristiques de la disposition dans le plan Surface ALa surface du bassin versant est la première et la plus importante des
caractéristiques. Elle s'obtient par planimétrie sur une carte topographique après quel’on y ait tracé les limites topographiques et éventuellement hydrogéologiques. Lasurface A d'un bassin s'exprime généralement en km2. (LABORDE, 2009) Le périmètreLe périmètre correspond à la limite extérieure du bassin. Chaque bassin réagit
d’une façon propre aux précipitations qu’il reçoit. Ces caractéristiques hydrologiquessont fonction d’une part du climat qu’il subit et d’autre part de son propre milieuphysique.
Pour pouvoir comparer deux bassins entre eux et expliquer leur comportementdistinct, placés dans les mêmes conditions météorologiques, il est nécessaire dequantifier les facteurs du milieu physique. Selon la nature des terrains, on peutdistinguer 2 types de bassins versants : Caractéristiques de formeLa forme du bassin versant influence fortement l’écoulement global et notamment
le temps de réponse du bassin versant. C’est la configuration géométrique projetée surun plan horizontal. Un bassin versant allongé ne réagira pas de la même manière qu’unbassin ramassé même s’ils sont placés dans les mêmes conditions météorologiques.
7
Figure (I-3) : Forme d’un bassin versant (CORNE, 2009)
Indice de compacité de Gravelius KcAppelé aussi indice de forme, cet indice caractérisant la forme du bassin versant
est le rapport entre le périmètre du bassin P et la circonférence du cercle P’ de rayon Rayant la même superficie A que le bassin, soit :
A : surface et P : périmètre du bassin versantRectangle équivalent ou rectangle de Gravelius.
C'est une transformation purement géométrique en un rectangle de dimensionsL et l ayant la même surface que le bassin versant. Il permet de comparer les bassinsversants entre eux du point de vue de l'écoulement. Les courbes de niveau sont desdroites parallèles aux petits côtés du rectangle et l’exutoire est l’un de ces petits côtés.Le périmètre et la surface du rectangle sont respectivement :P = 2 (L + l) et A = L x lLa longueur L et la largeur l en Km sont données par la résolution de P et S
[11]
[12]
[13]
8
I.3.1.2. Caractéristiques des altitudes (hypsométrie)En général, on ne s'intéresse pas à l'altitude moyenne mais plutôt à la dispersion
des altitudes. L'étude statistique permet de tracer la "courbe hypsométrique". Cettecourbe donne la surface s (enkm2 ou en % de la surface totale) où les altitudes sontsupérieures à une cote h donnée Cette courbe est établie en plan métrant pourdifférentes altitudes les surfaces situées au-dessus de la courbe de niveaucorrespondante. Cette méthode est précise mais fastidieuse. Une autre consiste àéchantillonner les altitudes selon un maillage carré. On admet alors que l'altitude aucentre d'une maille est égale à l'altitude moyenne de la maille. Bien souvent, on définitla "dénivelée D" comme étant la différence de cote entre H5 % et H95 % :D = H5 % - H95 % (CORNE, 2009)
Figure (I-4): courbe hypsométrique (LABORDE, 2009)
I.3.1.3. Les indices de penteL'objet de ces indices est de caractériser les pentes d'un bassin et de permettre descomparaisons et des classifications. La pente moyenneL'idée première qui vient à l'esprit est de caractériser les pentes par leur valeur
moyenne I pondérée par les surfaces.Soit D l'équidistance des courbes de niveau, soit dj la largeur moyenne de la bande jcomprise entre les lignes de niveau j et j+1 et soit li la longueur moyenne de cettebande.
La pente moyenne nj sur cette bande est : nj =D /djLa surface de la bande j est : dj . lj = ajLa pente moyenne I pondérée par les surfaces est donnée par la relation [14] suivante :
9
Figure (I-5): schématisation de la pente moyenne d’un bassin versant (LABORDE,2009)
Si Lc est la longueur totale des courbes de niveau équidistante de D, la pente moyenneI a pour expression : I =D*Lc/A
L'estimation de cette expression simple est cependant laborieuse puisqu'il fautcurvimètre toutes les courbes de niveau. Ceci explique que cet indice est peu utilisédans la pratique. (LABORDE, 2009)
Indice de pente de Roche IpIp est la moyenne de la racine carrée des pentes mesurées sur le rectangle
équivalent, et pondérée par les surfaces comprises entre 2 courbes de niveau Hi et Hi-1. Il est donné par la formule suivante :
L : Longueur du bassin versant (m)Si : Surface partielle (%) comprise entre 2 courbes de niveau consécutives Hi et Hi-1(m).
Indice de pente globale Ig
[14]
[15]
10
L'indice de Roche étant cependant trop long à évaluer pour des études rapides, ona proposé un indice encore plus simple : la pente globale... Ig =l/D
D étant la dénivelée h5 % - h95 %, définie sur la courbe hypsométrique ou mêmedirectement à l’œil sur la carte topographique ; L étant la longueur du rectangleéquivalent. Cet indice, très facile à calculer, est des plus utilisés. Il sert de base à unedes classifications O.R.S.T.O.M. pour des bassins versants dont la surface est desl'ordre de 25 km2 (CORNE, 2009)
Tableau (I-1): classification des reliefs selon O.R.S.T.O.M (A<25 km2) (CORNE,2009)
Par ailleurs, cet indice simple est étroitement corrélé avec l'indice de pente de Roche(Ig = 0,8 Ip2), avec un coefficient de corrélation de l'ordre de 0,99.
Dénivelée spécifique DsL'indice Ig décroît pour un même bassin lorsque la surface augmente, il était donc
difficile de comparer des bassins de tailles différentes. La dénivelée spécifique Ds neprésente pas cet inconvénient : elle dérive de la pente globale Ig en la corrigeant deL’effet de surface admis étant inversement proportionnel à A1/2 : Ds *Ig A1/2
La dénivelée spécifique ne dépend donc que de l'hypsométrie (D = H5% - H95 %) etde la forme du bassin (l/L). Elle donne lieu à une deuxième classification del'O.R.S.T.O.M., indépendante des surfaces des bassins (CORNE, 2009)
Tableau (I-2): classification des reliefs selon l'O.R.S.T.O.M., indépendante dessurfaces des bassins (CORNE, 2009)
[16]
11
Temps de concentration du bassin versant tc
C'est le temps que met la particule d'eau la plus éloignée pour arriver à l'exutoire.Il existe plusieurs formules. Dans le contexte algérien, il peut être notamment calculépar l’ancienne formule de Giandotti (1937) soit :
Avec:S : surface du bassin versant (Km²) ;Lcp : longueur du cours d’eau principal (Km) ;tc : temps de concentration exprimé en heure (heure)Hmoy : altitude moyenne (m) ;Hmin : altitude minimale (m).
I.3.2. Caractéristiques du chevelu hydrographiqueI.3.2.1. La densité de drainage Dd
Elle se définit par le rapport de la longueur totale des cours d'eau à la surface dubassin versant :
I.3.2.2.La fréquence des thalwegs d'ordre 1 : F1C'est le rapport du nombre total de thalwegs d'ordre 1 à la surface du bassin
versant : F1 = (km)
I.3.2.3.La courbe aire-distanceDéjà citée comme caractéristique de la forme du bassin, elle tient également
compte de la répartition des thalwegs et peut donc être considérée comme unecaractéristique du réseau hydrographique.
I.3.2.4.EndoréismeOn caractérise par ce terme, les réseaux hydrographiques qui ne se relient à
aucun autre réseau plus important. Les réseaux endoréiques sont surtout fréquents enzone aride et en zone karstique. On peut distinguer deux typesD’endoréisme : Un endoréisme total où le réseau hydrographique converge vers une zone
centrale (ou parfois périphérique) du bassin où apparaît une surface d'eau libre
permanente ou non, à partir de laquelle s'évapore la quasi-totalité des apports ;
un endoréisme du ruissellement. Dans ce cas, le réseau de drainage aboutit à
une zone où l'eau s'infiltre et Poursuit son écoulement vers l'extérieur du bassin
par les nappes.
[17]
[18]
12
I.3.2.5.Les profils en longCes profils sont établis en portant en abscisses les longueurs développées à
partir d'un point de référence et en ordonnées les cotes de l'eau dans le cours d'eauprincipal et dans ces affluents (parfois on donne la cote du fond). Ces profils sontparfois disponibles lorsque la navigation, où les besoins en hydroélectricité ontnécessité des études. Mais dans la plupart des cas, on devra faire ce relevé, soit parnivellement sur le terrain, soit plus sommairement à partir des cartes topographiques.Les profils en long permettent d'estimer la pente moyenne du cours d'eau. Cette pentemoyenne sert surtout dans l’évaluation des temps de concentration d'unBassin versant, ce temps de concentration étant lié à la vitesse de propagation des
particules fines ; elle-même proportionnelle à (LABORDE,2009)
Figure (I-6) : profil en long d’un cours d’eau (LABORDE, 2009)
I.3.2.6.Pente Moyenne du cours d’eau principal IcElle exprime le rapport entre la dénivelée et longueur comprise entre 2 points
suffisamment éloignés sur le cours d’eau principal. Il est donné par la formulesuivante :
Ic = ΔH/ΔLAvec :ΔH : Dénivelée entre 2 points suffisamment distants (m)ΔL : Distance entre ces 2 points (Km)
[19]
13
I.4.Les écoulements
I.4.1.Généralités
De par la diversité de ses formes, on ne peut plus aujourd'hui parler d'un seul type
d'écoulement mais bien des écoulements. On distingue dans un premier temps deux
grands types d'écoulements, à savoir : les écoulements « rapides » et par opposition,
les écoulements souterrains qualifiés de « lents » qui représentent la part infiltrée de
l'eau de pluie transitant lentement dans les nappes vers les exutoires. Les écoulements
qui gagnent rapidement les exutoires pour constituer les crues se subdivisent en
écoulement de surface et écoulement de subsurface :
L'écoulement de surface ou ruissellement est constitué par la frange d'eau qui,
après une averse, s'écoule plus ou moins librement à la surface des sols.
L'importance de l'écoulement superficiel dépend de l'intensité des précipitations
et de leur capacité à saturer rapidement les premiers centimètres du sol, avant
que l'infiltration et la percolation, phénomènes plus lents, soient
prépondérantes.
L'écoulement de subsurface ou écoulement hypodermique comprend lacontribution des horizons de surface partiellement ou totalement saturés en eau oucelle des nappes perchées temporairement au-dessus des horizons argileux. Ceséléments de subsurface ont une capacité de vidange plus lente que l'écoulementsuperficiel, mais plus rapide que l'écoulement différé des nappes profondes.(MERRIEN, 2003)
Figure (I-7): Les différents types d’écoulements (ANDRE, 2006).
14
I .4.2 .L'écoulement de surface
Après interception éventuelle par la végétation, il y a partage de la pluie disponible
au niveau de la surface du sol :
en eau qui s'infiltre et qui contribue, par un écoulement plus lent à travers les
couches de sol, à la recharge de la nappe et au débit de base,
et en ruissellement de surface dès que l'intensité des pluies dépasse la capacité
d'infiltration du sol (elle-même variable, entre autre selon l'humidité du sol).
Cet écoulement de surface, où l'excès d'eau s'écoule par gravité le long des
pentes, forme l'essentiel de l'écoulement rapide de crue.
L'écoulement par dépassement de la capacité d'infiltration du sol (écoulement
Hortonien) est considéré comme pertinent pour expliquer la réponse hydrologique des
bassins en climats semi-arides ainsi que lors de conditions de fortes intensités
pluviométriques. Il est généralement admis que même des sols naturels présentant une
conductivité hydraulique élevée en climats tempérés et humides peut avoir une
capacité d'infiltration inférieure aux intensités maximales des précipitations
enregistrées.
Cependant des crues sont fréquemment observées pour des pluies d'intensité
inférieure à la capacité d'infiltration des sols. Dans ce cas, d'autres processus tel que
l'écoulement sur des surfaces saturées en eau, permettent d'expliquer la formation des
écoulements. Des zones de sol peuvent être saturées soit par contribution de l'eau de
subsurface restituée par exfiltration (d'une nappe perchée par exemple), soit par
contribution directe des précipitations tombant sur ces surfaces saturées.
Il existe ainsi deux modes principaux d'écoulement de surface qui peuvent se
combiner l'écoulement par dépassement de la capacité d'infiltration (écoulement
hortonien),
l'écoulement sur surfaces saturées.
I.4.3.L'écoulement de subsurface
Une partie des précipitations infiltrée chemine quasi horizontalement dans lescouches supérieures du sol pour réapparaître à l'air libre, à la rencontre d'un chenald'écoulement. Cette eau qui peut contribuer rapidement au gonflement de la crue estdésignée sous le terme d'écoulement de subsurface (aussi appelé, dans le passé,écoulement hypodermique ou retardé). L'importance de la fraction du débit total quiemprunte la voie subsuperficielle dépend essentiellement de la structure du sol. Laprésence d'une couche relativement imperméable à faible profondeur favorise ce genre
15
d'écoulement. Les caractéristiques du sol déterminent l'importance de l'écoulementhypodermique qui peut être important. Cet écoulement tend à ralentir le cheminementde l'eau et à allonger la durée de l'hydro gramme.
I.4.4.L'écoulement souterrain
Lorsque la zone d'aération du sol contient une humidité suffisante pourpermettre la percolation profonde de l'eau, une fraction des précipitations atteint lanappe phréatique. L'importance de cet apport dépend de la structure et de la géologiedu sous-sol ainsi que du volume d'eau précipité. L'eau va transiter à travers l'aquifère àune vitesse de quelques mètres par jour à quelques millimètres par an avant derejoindre le cours d'eau. Cet écoulement, en provenance de la nappe phréatique, estappelé écoulement de base ou écoulement souterrain. A cause des faibles vitesses del'eau dans le sous-sol, l'écoulement de base n'intervient que pour une faible part dansl'écoulement de crue. De plus, il ne peut pas être toujours relié au même événementpluvieux que l'écoulement de surface et provient généralement des pluies antécédentes.L'écoulement de base assure en générale le débit des rivières en l'absence deprécipitations et soutient les débits d'étiage (l'écoulement souterrain des régionskarstiques fait exception à cette règle), la figure suivant représente le découpage d’unhydrogramme de crue avec déférentes types d’écoulent
Figure (I-8): Découpage de différentes phases d'un hydrogramme de crue(ANDRE,2006)
16
I.4.5.Ecoulement dû à la fonte des neiges
L'écoulement par fonte de neige ou de glace domine en règle généralel'hydrologie des régions de montagne ainsi que celles des glaciers ou celles des climatstempérés froids. Le processus de fonte des neiges provoque la remontée des nappesainsi que la saturation du sol. Selon les cas, il peut contribuer de manière significativeà l'écoulement des eaux de surface. Une crue provoquée par la fonte des neigesdépendra : de l'équivalent en eau de la couverture neigeuse ; du taux et du régime defonte et finalement des caractéristiques de la neige
I.4.6.Bilan annuel des écoulements
L'écoulement total Et représente la quantité d'eau qui s'écoule chaque année à
l'exutoire d'un bassin versant considéré. L'écoulement est la somme des différents
termes : écoulement superficiel Es, écoulement hypodermique Eh et écoulement de
base (ou écoulement souterrain) Eb qui résulte de la vidange des nappes. L'écoulement
total s'exprime ainsi :
Le bilan hydrologique d'un bassin versant est également caractérisé par trois
coefficients essentiels :
I.4.7.Le coefficient d'écoulement total Cet :
Il est défini par le rapport entre les quantités d'eau écoulées et les quantités
d'eau précipitées P :
I.4.8.Le coefficient d'écoulement de surface Ces :
Il est obtenu en calculant le rapport entre les quantités d'eau écoulées
rapidement et les quantités d'eau précipitée
[20]
[21]
[23]
17
I.4.9.Le coefficient de ruissellement Cr :
Il est défini par le rapport entre la quantité d'eau ruisselée (i.e. écoulée) à la surface du
sol et celles des précipitations :
Pour de fortes précipitations, Es >> Eh. Par ailleurs, il n'est pas toujours évident
de distinguer quantitativement sur le terrain Es et Eh. Par conséquent on adopte souvent
Cr» Ces. Cr varie en général entre 0 et 1 mais peut être supérieur à 1 dans le cas où des
échanges entre bassins, via le système géologique, sont supposés exister (exemple des
milieux karstiques).
[24]
18
II.1. Introduction
La première partie de ce chapitre est consacrée à la modélisation hydrologique à
travers une présentation des différents types de modèles rencontrés dans la littérature
et d’un exemple de procédure de modélisation.
La modélisation hydrologique a pour objectif de représenter mathématiquement
les processus hydrologiques. La modélisation du comportement hydrologique des
bassins versants touche plusieurs domaines d’application (gestion des ressources en
eau, aménagement du territoire …). Dans un contexte opérationnel, les modèles
hydrologiques sont utilisés pour répondre à deux problématiques principales :
L’évaluation des risques hydrologiques liés aux phénomènes de crues et la gestion
De la ressource en eau liée à l’apparition des étiages.
II.2. La modélisation hydrologique
La modélisation consiste à mettre un processus en équation. La modélisation
hydrologique revient à la traduction mathématique du cycle de l’eau : ses réservoirs et
processus doivent être conceptualisés et simplifiés sous forme d’équations. Les
objectifs de modélisation sont multiples : prévisions (crues, sécheresse, gestion de
l’irrigation, d’ouvrages hydroélectriques, recharge d’aquifères) ou simulations de
scénarios (changement climatique ; aménagements de bassins d’un point de vue
qualité ou quantité d’eau). La modélisation du comportement hydrologique des bassins
versants doit pouvoir décrire les différentes étapes de la transformation pluie-débit. Un
grand nombre de modèles de structures différentes, combinant généralement des
fonctions linéaires et non-linéaires ont été développés depuis le début des années 1960.
II.3. Modèles hydrologiques de bassin versant
La modélisation hydrologique de bassin versant s’intéresse au cycle de l’eau sur
un bassin ; elle inclut donc des fonctions de production (liées aux transferts verticaux)
et des fonctions de transfert (liées aux redistributions latérales). Un modèle est
construit afin de répondre à une question posée dans un milieu donné et suivant une
formulation de la réalité choisie. Il doit aussi tenir compte des données de forçage et de
validation disponibles ainsi que de la résolution spatio-temporelle de ces données.
Il existe une très grande variété de modèles hydrologiques, car les processus
pris en compte et l’approche adoptée pour les conceptualiser diffèrent selon les
19
auteurs. Les modèles les plus complets prennent en compte les processus verticaux et
latéraux. (CHAPONNIERE, 2005), (BESSIERE ,2007)
Figure (II-1) : Schématisation des principaux flux verticaux pris en compte dans les
modèles hydrologiques de bassin versant. (CHAPONNIERE, 2005)
Dans la dimension verticale (fonction de production):
Les cinq principaux transferts à prendre en compte sont:
L’interception, l’évapotranspiration, l’infiltration, la percolation au sein
du profil de sol et la percolation profonde vers les aquifères. L’interception et la
percolation profonde sont modélisées de façon assez uniforme : l’interception
est un réservoir dont la capacité dépend du type de couvert végétal (capacité
variable si le modèle a un module de croissance de la végétation) et qui se
remplit et se vide en fonction des précipitations et de l’évapotranspiration
potentielle ; la percolation est supposée suivre une loi de Darcy.
L’évapotranspiration est calculée suivant des formalismes de complexité variée
: Penman-Monteith, Kimberly-Penman Priest, ley-Taylor, Turc, Doorenbos-
Pruitt, Hargreaves, Blaney & Criddle, etc. Enfin, l’infiltration et la percolation
dans le sol sont soit calculées par des lois à « base physique » ((Green et Ampt).
(CHAPONNIERE, 2005), (MATHIEU ,2006)
20
Figure (II-2) : Schématisation des principaux flux latéraux pris en compte dans les
modèles hydrologiques de bassin versant. (CHAPONNIERE, 2005)
Dans la dimension latérale (fonction de transfert):
Il s’agit surtout de conceptualiser les transferts du lieu de production vers le
cours d’eau de trois flux :
le ruissellement de surface (généré soit par excès d’infiltration -ruissellement
hortonien- soit sur surface saturée -ruissellement de Dune), l’écoulement de sub-
surface ou écoulement hypodermique (apparaissant typiquement dans les premiers à
une profondeur assez faible en dessous de la surface du sol sur une couche de sol
imperméable où se sont accumulés des flux de percolation) et l’écoulement profond de
nappe (flux latéral au niveau des aquifères à plusieurs dizaines de mètres de
profondeur). Suivant la localisation du bassin (géologie et climat), l’importance
relative des trois flux diffère. Certains modèles, adaptés à un type de fonctionnement
hydrologique donné, négligent l’un ou l’autre de ces flux. Signalons par exemple
TOPMODEL « TOPography based hydrologically MODEL » et le modèle VIC «
Variable Infiltration Capacity » basés sur le ruissellement sur surfaces saturées.
Une fois les trois flux transférés de l’unité de production au cours d’eau, le
modèle peut simuler explicitement le transfert de la lame d’eau au sein même du
réseau hydrographique ou faire l’hypothèse qu’aucune modification n’a lieu au cours
du cheminement de l’eau dans le réseau. (CHAPONNIERE, 2005), (MATHIEU
,2006)
21
Pour modéliser ces processus de production et de transferts, les hydrologues ont
développé un très grand nombre d’outils. L’abondance des modèles témoigne de la
variété des approches possibles pour conceptualiser les processus (approche dépendant
du bassin et de l’objectif d’étude). Différentes « grilles de lecture » peuvent être
utilisées pour distinguer les modèles entre eux.
II.4. Classification des modèles hydrologiques
Les modèles hydrologiques sont très nombreux et leur complexité varie depuis
la simple boîte noire à des modèles physiques très complexes. Nous ne nous
intéresserons ici qu’aux modèles de bassins versants.
Depuis le développement du modèle de bassin versant de Sanford en 1966 par
Crawford et Linsley, il y a eu une prolifération des modèles de bassins. Les modèles
sont de différents types et ont été développés pour différents buts. Néanmoins,
plusieurs d’entres eux partagent des similitudes structurales parce que leurs prétentions
fondamentales sont identiques alors que d’autres sont distinctement différents. Les
modèles de bassins versants peuvent être classifiés, comme montré dans la figure
(II-3), selon différents critères tournant autour de :
La description du processus ;
Echelles spéciales et temporelles
Techniques de solution
22
Figure (II-3) : Classification des modèles de basins versants. (HAMLET, 2005)
Classification des modèles sur la base de la description du processus
Classification des modèles sur la base des échelles spatiales et temporelles
Classification des modèles mathématiques sur la base des solutions techniques
23
II.4.1. Classification sur la base des processus
Le modèle montré dans la figure (II-4) présente cinq composants, qui sont
(1) la géométrie du système (bassin versant), (2) les entrées (données), (3) les lois
régissantes, (4) les conditions initiales et aux limites, et (5) les sorties (résultats).
Dépendant du type du modèle, ces composants sont différemment combinés. Les
processus incluent l’ensemble des processus hydrologiques qui contribuent aux sorties
du système (bassin versant). En se basant sur la description de ces processus, en même
temps que les caractéristiques du système, les modèles peuvent être décrits en globaux
ou distribués, déterministes ou stochastiques ou mixtes (HAMLET, 2005),
Figure (II-4) : Les composants d’un modèle.
Un modèle global est, en général, exprimé par des équations ordinaires ne
tenant compte d’aucune variabilité spatiale des processus, des entrées, des conditions
aux limites et initiales et des caractéristiques géométriques du système (bassin
versant). Dans la plupart des modèles globaux, les processus sont décrits par des
équations basées sur des lois hydrauliques simplifiées, et d'autres processus sont
exprimés par des équations algébriques empiriques. Des exemples de modèles globaux
sont HEC HMS, HYMO, RORB, SSARR, TANK MODEL, (ALEXENDRE ,2005),
(HAMLET, 2005)
Les modèles distribués tiennent compte explicitement de la variabilité spatiale
des processus, des entrées, des conditions aux limites, et/ou des caractéristiques du
système. Souvent en pratique, une zone de manque d'information ou une expérience
(laboratoire) empêche une formulation si générale des modèles distribués. Dans la
majorité des cas les caractéristiques du système sont globales, plusieurs composants du
24
processus sont globaux, les entrées sont globales, et même certaines des conditions aux
limites sont globales, mais certains composants du processus sont directement liés aux
sorties qui sont distribués, en tant que par exemple, processus de pluie-débit. Ces
modèles ne sont pas entièrement distribués; plutôt ils sont quasi-distribués. Les
exemples des modèles distribués sont SHE, IHM, SWMM, NWSRFS, SWAT,
(ALEXENDRE ,2005), (HAMLET, 2005)
La description d'un processus peut être déterministe, stochastique, ou mixte.
Dépendant de la manière dont les processus sont décrits, les modèles peuvent
également être classés comme déterministes, stochastiques, ou mixtes (Singh, 1988).
Si tous les composants d'un modèle sont déterministes, le modèle de bassin versant est
déterministe. Si tous les composants du modèle sont stochastiques, le modèle est
entièrement stochastique, et si seulement quelques uns sont stochastiques le modèle est
quasi-stochastique. Quand les composants du modèle sont décrits par un mélange de
composants déterministes et stochastiques, le modèle est dit stochastique-déterministe,
hybride ou mixte. Une grande majorité des modèles sont déterministes, et
pratiquement aucun modèle n'est entièrement stochastique. Dans certains cas,
seulement quelques parties du modèle sont décrites par des lois de probabilités, et
d'autres (parties) sont entièrement déterministes. , (ALEXENDRE ,2005)
Les modèles stochastiques sont des ″ boîtes noires ″ dont les paramètres sont
estimés d'après les propriétés statistiques des séries chronologiques d'observation. Les
méthodes stochastiques ont d'abord été introduites en hydrologie en relation avec la
conception des réservoirs. La modélisation stochastique a également été appliquée à
l'établissement des limites de confiance (probabilités) pour les prévisions de débits en
temps réel ainsi qu'à la génération de données de précipitation à utiliser comme entrées
pour les modèles déterministes. , (ALEXENDRE ,2005), (HAMLET, 2005)
II.4.2. Classification sur la base de l’échelle temporelle
Les modèles de bassins versants peuvent être classés en se basant sur l'échelle de
temps. L'échelle de temps peut être définie comme la combinaison de deux intervalles
de temps : un des intervalles de temps est utilisé pour les entrées et les calculs internes,
le second intervalle de temps est utilisé pour les sorties et le calage du modèle. En se
basant sur cette description, les modèles peuvent être distingués en tant que :
Continu dans le temps ou événementiel ;
Quotidien ;
Mensuel ;
Annuel.
25
Cette classification est dictée par l'intervalle de calcul. Si les composants du
modèle sont disponibles à intervalles de temps plus courts, tels que l'intervalle horaire
ou plus petit, le modèle sera un modèle de court intervalle. Souvent le choix d'un
intervalle de temps est une question de l'utilisation prévue du modèle.
II.4.3. Classification sur la base de l’échelle spatiale
L’échelle spatiale peut être utilisée comme critère pour classer les modèles en
modèles de petits bassins versants, de bassins versants de taille moyenne, et de grands
bassins versants. Souvent la définition d'un petit bassin versant est quelque peu vague.
Habituellement, les bassins versants avec une surface de 100 km2 ou moins peuvent
être appelés petits, ceux avec une surface de 100 à 1.000 km2 sont appelés moyens, et
ceux avec une surface plus grande que 1.000 km2 de grands bassins versants. Une telle
classification est arbitraire et expérimentale plutôt que conceptuelle et régie par la
disponibilité de données plutôt que par signification physique. (HAMLET, 2005)
On parle de modèles à base physique lorsque les phénomènes sont décrits à
l’aide des lois de la mécanique des fluides ou de la physique des écoulements de l’eau
dans le sol et le sous sol: loi de Richards pour le transfert en milieu non saturé, loi de
Darcy pour le transfert en milieu saturé, loi de Barré-Saint-Venant pour l’écoulement
de surface. Ces modèles ne nécessitent pas a priori de phase de calage de leurs
paramètres puisqu’ils utilisent des paramètres mesurables sur le terrain. Leur
application en hydrologie opérationnelle sur des bassins versants d’une certaine taille
est limitée par la méconnaissance de la variabilité spatiale des descripteurs du milieu
qui interviennent dans leurs équations. C’est pourquoi une étape de calage de leurs
paramètres s’avère souvent nécessaire. Parmi les plus utilisés, on trouve SHE,
P.O.W.E.R. « Planner Oriented evaluative Watershed model for Environnemental and
socio-economical Réponses », TOPOG et SWAT « Soil and Water Assessment Tools
». Les modèles à base physique procèdent souvent d’une approche ascendante : on part
des équations valables à l’échelle du volume élémentaire (équations issues de la
mécanique des milieux continus le plus souvent) et on intègre ces équations à l’échelle
du versant ou à l’échelle du bassin versant (ARTHUR ,2007), (BESSIERE ,2007)
On parle de modèles empiriques lorsqu’on cherche à reproduire le
comportement global du bassin à partir d’une étude systémique de la relation
pluie/débit à l’échelle du bassin, sans faire d’hypothèse à priori sur les processus qui
rentrent en jeu. Dans cette catégorie, on peut ranger les modèles GR4J (Edijanto et
Michel, 1989 ; Makhlouf, 1994 ou Loumagne, 1988), le modèle SCS, ou encore tous
les modèles régressifs. L’utilisation de ces modèles empiriques nécessite une phase de
calage des paramètres, puisque ceux-ci ont une signification qui n’est pas reliée à
priori à des grandeurs mesurables du bassin versant.
26
L’avantage de ces modèles réside dans la simplicité de leur structure et au rôle souvent
Bien identifié de leurs paramètres. Des relations empiriques peuvent ainsi souvent être
Établies entre les valeurs calées des paramètres et un descripteur du bassin versant.
(ARTHUR ,2007), (BESSIERE ,2007)
Entre les modèles empiriques et les modèles à base physique, on trouve les
modèles conceptuels qui s’étudient comme les modèles empiriques (approche
systémique) mais dont l’approche est à base physique. Une bonne illustration de cette
catégorie de modèles est le modèle TOPMODEL, qui s’appuie sur un fonctionnement
du bassin basé sur la réaction de nappes préexistantes qui réagiront plus ou moins
suivant leur position sur le bassin, l’état initial du bassin et les caractéristiques locales
de pente et de perméabilité (ARTHUR ,2007), (BESSIERE ,2007)
Les critères de choix du model: le choix d’un modèle doit être fait en
considérant trois aspects
Le site sur lequel il doit être appliqué : le modèle doit être d’une part adapté aux
grands traits de fonctionnement de la zone et d’autre part d’une complexité en
équilibre avec la connaissance du site –équilibre entre nombre de paramètres à
renseigner et à calibrer.
L’objectif pour lequel il est utilisé (qui détermine dans quelles grandes familles
va être choisi le modèle : continu ou évènementiel ; groupé ou distribué ;
empirique, conceptuel ou physique).
La formulation de la réalité souhaitée (et qui découle du site et des objectifs)
II.5. LES CARACTERISTIQUES DES MODELES
II.5.1. La vérification
C'est une suite et un complément indispensable aux étapes de la modélisation.
Elle consiste à tester la capacité du modèle, à simuler le comportement du système
pour des excitations autres que celles avec lesquelles il a été identifié mais qui sont de
même nature (appartenant à la même classe). (HAMLET, 2005)
II.5.2. L’exploitation
Cette ultime étape où le modèle révèle toute son utilité ne pose théoriquement
aucun problème dès lors que l'identification et la vérification ont été bien conduites. Il
suffit simplement de s'assurer que les entrées pour lesquelles on exploite le modèle
appartiennent bien à la même classe que celles prises comme référence. (HAMLET,
2005).
27
II.5.3. La sensibilité
Quand, pour une excitation donnée, on fait varier les paramètres structuraux du
système aussi bien que du modèle, il s’ensuit que la réponse varie. Ce phénomène
caractérise la "sensibilité" du système et du modèle. C'est évidemment la sensibilité du
modèle qui est la plus intéressante car elle est la plus accessible Elle peut être
mathématiquement définie par des "fonctions de sensibilité" (une fonction par type de
paramètre qui traduisent l'effet d'une variation d'un paramètre sur la réponse du
modèle). (HAMLET, 2005)
II.5.4. La sécurité:
Il faut s'assurer qu'aucune erreur ne peut être commise dans l'entrée des données
sans qu'un diagnostic automatique la signale. Parce que des données aberrantes
peuvent, même avec un algorithme correct, conduire à des calculs infaisables qui
occasionnent des erreurs. Cela signifie donc que le programme doit entièrement être
protégé contre les erreurs, ce qui l'alourdit considérablement. (HAMLET, 2005)
II.5.5. La facilité d'utilisation :
Par ailleurs, un logiciel doit permettre le traitement d'un cas d'étude quelconque
relevant du type de modélisation sans exiger une nouvelle programmation après
compilation.
De plus en plus, se développent des prés et des post processeurs performants
offrant à l’utilisateur des possibilités conversationnelles étendues (langages spécialisés
de commande permettant de définir rapidement la structure du système à représenter,
interfaçage graphique, etc...). Les logiciels ont ainsi évolué depuis les structures
rigides tournées vers l'algorithme de calcul à des structures souples d'emploi tournées
vers l'utilisateur (conception assistée par ordinateur). (HAMLET, 2005)
La modélisation hydrologique et les différents types d’outils qui existent ont été
présentés. Si nos objectifs et notre terrain nous le permettent, nous préférons utiliser un
modèle existant : il nous semble en effet plus intéressant de contribuer à l’application,
l’évaluation, l’amélioration et la validation d’un outil connu que de développer un
nouveau modèle. Se pose alors la question de l’existence d’un modèle adapté à nos
objectifs et notre contexte. La figure suivante décrit quels Modèles hydrologiques de
bassin versant existant et leur pertinence dans un contexte de faible disponibilité des
données.
28
Figure (II-5) : Positionnement des modèles dans l’espace à deux dimensions délimité
par l’échelle spatiale du modèle (globale, semi-distribuée ou distribuée) et par le type
de formalismes adoptés (empiriques, conceptuels ou à base physique).
(CHAPONNIERE, 2005)
Il est possible de distinguer des « niveaux de physique » parmi ces trois
modèles qui illustrent leur complexité croissante : à un premier niveau nous
plaçons SWAT, à un deuxième niveau TOPOG, puis POWER et enfin SHE.
Cependant dans SWAT, si la plupart des modules sont à base physique, certains
sont conceptuels comme le module de sol qui repose sur le concept de réservoir
pour simuler les écoulements verticaux dans le sol. Ainsi, SWAT pour quelques
modules, pourrait être rangé dans la seconde classe de modèle : la classe de
modèles « conceptuels ».
Le concept de zones contributives est à la base des modèles TOPMODEL et
VIC. Là encore, nous estimons une « hiérarchie » dans les modèles : VIC est
très simple, TOPMODEL plus détaillé.
CEQUEAU (Morin et al. 1981) est entièrement basé sur des réservoirs qui se
vident et se remplissent en fonction de la hauteur de l’exutoire du réservoir et
GR4J (Edijatno et al. 1999) est un modèle pluie débit simple à seulement quatre
paramètres.
29
Une seule « unité de production », l’échelle spatiale du modèle sera qualifiée de
« globale » (comme dans GR4J ou CEQUEAU).
plusieurs unités de production dont les localisations géographiques ne sont pas
connues : le modèle est « semi-distribué ». C’est le cas du modèle VIC
plusieurs unités de production localisées explicitement : le modèle est «
distribué ».
Ces unités peuvent être déterminées par une grille découpant le bassin (une
maille = une unité), c’est le cas de SHE et de TOPOG. Elles peuvent également
être regroupées en classe dont le fonctionnement hydrologique est considéré
comme identique : au lieu d’être calculé en chaque point, le bilan hydrologique
est établi pour chaque classe. Chaque modèle a ses propres critères pour définir
les classes hydrologiques (critères topographiques, critères de couverture sol/
végétation). C’est la démarche adoptée par POWER, SWAT et TOPMODEL
(les « Unités de Réponse Hydrologique » de SWAT, les classes d’indices
topographiques de TOPMODEL et les « colonnes élémentaires représentatives»
de POWER)
Le modèle SWAT est déterministe, intermédiaire entre une base physique et
conceptuelle, distribué et continu ; son pas de temps est journalier et il permet la prise
en compte d’un grand nombre de processus (dont les infiltrations dans le lit du cours
d’eau, les écoulements profonds, la croissance dynamique de la végétation, la fonte
des neiges…). La plupart des modules adopte un formalisme de modélisation simple
(modèle réservoir pour le sol, modèles de type degré jour pour la croissance de la
végétation et le module neige) et certains modules proposent différents formalismes
(Évapotranspiration selon Penman-Monteith (1948), Priestley-Taylor (1972) ou
Hargreaves (1975) ; ruissellement selon la méthode du Curve number (S.C.S., 1972)
ou selon (Green et Ampt, 1911). Enfin, la discrétisation altitudinale du bassin peut être
précisée ce qui permet d’appliquer des gradients altitudinaux de précipitations et de
température aux données de forçage.
Notre objectif de modélisation du fonctionnement hydrologique, l’érosion et le
transport des sédiments à l’échelle annuelle est compatible avec le pas de temps
journalier de cet outil en particulier les versions SWAT 2000 et plus puisque ils sont
intégrés dans le système d’informations géographiques « arcview gis ».
30
III.1.Généralités
La matière première du débit solide est l'érosion continentale, c'est-à-dire ladésagrégation, sous toutes ses formes, du sol par les agents atmosphériques : le gel quifait éclater les roches par congélation de l'eau absorbée soit en petit dans la structurede la roche, soit en grand dans les fissures, 1'impact des gouttes de pluie, érosionfluviatile surtout active sur les sols meubles, le vent, les variations brutales detempérature, les actions chimiques de l'eau et le ruissellement.
L’érosion du sol arable est néfaste pour les régions hautes mais peut êtrebienfaisante pour les régions basses : inondation ou irrigation fertilisantes. L’érosiondes roches produit en général des matériaux stériles lorsqu'ils sont directementacheminés vers le cours d'eau; ces matériaux plus ou moins grossiers sont presquetoujours une cause d'ennuis dans les parties basses des rivières ou des fleuves.
Les matériaux arrachés au sol par l'érosion continenta1e finissent presque àcoup sur par atteindre le réseau hydrographique, sauf dans le cas d'un reliefparticulièrement dégradé ou l'endoréisme sévit à l'échelle micro géographique, sur depetites surfaces : les matériaux restent alors sur place, ou, s'i1s sont suffisammentlégers, sont emportés par le vent. Il faut ajouter les matériaux apportés par l'érosionéolienne d’autres bassins.
Il convient de signaler l'effet saisonnier de la végétation sur l'érosion,notamment dans les régions tropicales où les pluies sont groupées en une saison biendéterminée et où leur répartition dans le temps est le principal facteur de l'évolution decette végétation. Au début de la saison des pluies, la végétation herbacée est peudéveloppée ou même inexistante (ROCHE, 1990)
Le sol nu est particulièrement sensible à l'érosion et une crue survenant à cetteépoque de l'année va charrier une quantité importante de matériaux. A mesure que l'onavance dans la saison des pluies, la végétation devient de plus en plus dense,protégeant le sol de l'érosion, et les eaux des rivières, pour des précipitations de mêmeintensité, seront de moins en moins chargées.
Lorsque les matériaux ainsi arrachés ont atteint le réseau hydrographique, i1svont être transportés par le courant si celui-ci en est capable, sinon i1s se déposerontpour constituer la partie affouillable du lit des rivières. Compte tenu descaractéristiques spécifiques des matériaux transportés, que nous appellerons désormaischarge solide et des caractéristiques .de rugosité du lit, la possibilité de transport de la
31
rivière, exprimée par exemple en tonnes par jour, dépend de la répartition des vitessesdans la section considérée, c'est-à-dire 1a plupart du temps du seul débit liquide. Cettepossibilité est appelée capacité de transport solide; elle varie constamment d'amont enaval de la rivière, puisque la loi de répartition des vitesses n’est pas la même pour undébit donné à toutes les sections. Elle varie également dans le temps, à une sectiondonnée, avec le débit liquide (ROCHE, 1990)
Si tout au long du parcours la charge solide est toujours inférieure à la capacitéde transport, l'eau conservera un reliquat d'énergie qui pourra être utilisé aucreusement du lit si celui-ci est affouillable et si la granulométrie et les autrescaractéristiques du matériau de fond permettent le transport, compte tenu de la vitessedu courant. Si au contraire en un point du profil en long la capacité de transport tombeen dessous de la charge, une partie des matériaux va se déposer. (ROCHE, 1990)
Dans le cas général d'une rivière à fort débit solide, on assiste en fait à une séried'alluvionnements et d'affouillements répartis dans le temps et dans l'espace. Souvent,une rivière a tendance à affouiller aux forts débits et à alluvionner aux faibles débits cequi s'explique par la variation de la capacité de transport Avec le débit liquide et setraduit par une forte turbidité pendant les crues et des eaux limpide à l'étiage.Toutefois, il n'en est pas toujours ainsi et les eaux claires des basses ou moyennes eauxpeuvent parfois affouiller davantage que les eaux chargées des crues, localement bienentendu. On peut dire que d'une façon générale les mouilles sont affouillées en crue etremblayées en étiage; les seuils subissent une évolution inverse. (ROCHE, 1990)
On dit qu’une rivière affouil1able est stable ou en équilibre hydromorphologique lorsque les affouillements sont approximativement compensés en touspoints du lit par .les dépôts. Une rivière instable est au contraire celle qui est à larecherche de son équilibre, soit en creusant son lit par affouillement, soit enl'exhaussant par alluvionnement. n existe également des rivières stables à fond rocheuxon affouillable, pour lesquelles le creusement est extrêmement lent. D'autre part, unfond de rivière, affouillable pour certaines vitesses non atteintes par la rivière ourarement atteintes, peut se comporter comme un fond rocheux si les eaux sont clairesou ne contiennent que des éléments très fins en suspensions, ce qui a des chances de seproduire puisqu'il s'agit de vitesse très faibles; la rivière sera stable. (ROCHE, 1990)
III.2.Erosion hydrique
III.2.1.Définition
D’une manière générale, l’érosion des sols correspond au “détachement ” et au“transport” des particules de sol, par différents agents (gravité, eau, vent, glace), deleur emplacement d’origine à un endroit de “dépôt” à l’aval. Dans tous les cas, cesmouvements de sol sont des processus discontinus à fortes variations spatio-temporelles, difficiles à décrire sous forme d’équations mathématiques. Nous, nousintéressons dans cette étude plus particulièrement à l’érosion hydrique, qui est un
32
phénomène largement répandu et dont les conséquences peuvent entraîner des pertesde terre irréversibles et une diminution des capacités de stockage des barrages.
L'érosion des sols se développe lorsque les eaux de pluie, ne pouvant pluss'infiltrer dans le sol, ruissellent sur le sol en emportant les particules de terre. Ce refusdu sol d'absorber les eaux en excédent apparaît soit lorsque l'intensité des pluies estsupérieure à l'infiltrabilité du sol (ruissellement « Hortonien »), soit lorsque la pluiearrive sur une surface partiellement ou totalement saturée par une nappe(ruissellement par saturation). Ces deux types de ruissellement apparaissentgénéralement dans des milieux très différents, bien que l'on observe parfois unecombinaison des deux.
Les deux agents principaux de l’érosion hydrique sont les précipitations et leruissellement. Toutefois un grand nombre de facteurs (intensité et agressivité desprécipitations, caractéristiques du sol, pentes et longueur de pente, le couvert végétal etl’état hydrique initial) et de mécanismes affectent la relation “ pluie – ruissellement-entraînement des terres”. (AFRA, 2008) (BISSONNAIS, 2002)
III.2.2.LES PRINCIPAUX AGENTS DE L’EROSION HYDRIQUE
III.2.2.1.Intensité et agressivité des précipitations :
La désagrégation de la structure et le détachement des particules sous l’impactdes gouttes de pluie résultent du travail exercé par les gouttes à la surface du sol. Il estdonc lié à l’énergie cinétique des gouttes Ec.
Ec = ½ m.V2 [III-1]
Où, m est la masse de la goutte (kg) et V la vitesse (m/s), Ec l’énergie cinétique(joules/m2/mm de pluie).
L’évaluation de l’énergie cinétique des gouttes reste un bon critère d’évaluationde l’évaluation de l’énergie cinétique des gouttes reste un bon critère d’évaluation del’agressivité des pluies. Il existe d’ailleurs une relation empirique reliant l’intensitéd’une pluie et son énergie cinétique (Remy, J.C. et al. 1998).
Ec = 11.9 + 8.73log * Ip [III-2]
Avec, Ec : Energie cinétique en j/m2/mm et Ip : intensité de pluie en mm/h.Les pluies, lors de l’impact des gouttes, provoquent un détachement des matières etune destruction des agrégats lors de la conversion de l’énergie cinétique en efforts decisaillement.
33
Plusieurs phases sont à considérer lors d’une averse. Les premières gouttes depluies qui arrivent au sol y pénètrent proportionnellement à son ameublissement et saporosité. Cette première phase s’accompagne d’un déplacement de particules et d’untassement du sol. Puis la couche superficielle s’humidifie, et l’on assiste audéveloppement quasi simultané de trois processus : la désagrégation de la structure, laformation d’une pellicule de battance et l’érosion par “splasch” ou érosion parrejaillissement.
L’impact direct des gouttes de pluie provoque non seulement le délitage et lafragmentation des agrégats du sol, mais également l’entraînement et la projection desparticules dans toutes les directions. Ce rejaillissement peut être important. Plusieurschercheurs ont essayé de quantifier cette masse de sol détachée (Dp)expérimentalement. Les relations obtenues sont en général de la forme (Poessen, J.1984).
Dp = a. Ecb [III-3]
Où : Dp est la masse détachée et Ec l’énergie cinétique de la pluie. Les coefficients a etb dépendent essentiellement de la texture et de la structure du sol. (BOUANANI,2004) , (AFRA, 2008) (DUCHEMIN, 2001)
III.2.2.2.Le ruissellement
Le ruissellement apparaît dès que l’intensité d’une pluie devient supérieure à lavitesse d’infiltration du sol. Il est nettement plus élevé sur sol nu que sous cultures.Les plus faibles ruissellements proviennent des pluies tombant après une périodesèche. Par contre, les ruissellements et les pertes en terres les plus élevées ont eu lieu àune époque où le sol est déjà très humide et dans le cas de pluies exceptionnelles et desorages d’automne et de printemps.
D’une manière générale, il est admis que la vitesse du ruissellement est leparamètre prépondérant de l’action érosive du ruissellement. En 1965, Meyer aproposé la relation suivante pour évaluer cette vitesse (Meyer, L.D. 1965)(BOUANANI, 2004) , (AFRA, 2008) (DUCHEMIN, 2001)
VR = (I0,33.QR0 ,33) / n0, 66 [III-4]
Où VR : vitesse de ruissellementI : pente du terrainQR : Débit du ruissellementn : rugosité du sol.
34
III.2.2.2.1.Facteurs régissant le ruissellement:
III.2.2.2.1.1.L’infiltration
Tous les sols sont plus ou moins perméables. Le coefficient de perméabilité quireprésente la vitesse d’infiltration de l’eau dans le sol dépend essentiellement de laporosité du sol et donc de sa texture. Pour un sol homogène initialement non saturé, lasurface du sol présente une certaine infiltrabilité définie comme le flux maximumqu’elle peut absorber lorsqu’elle est maintenue en contact avec l’eau, à la pressionatmosphérique. Au cours du temps, cette baisse par l’action de la compaction des sols,que ce soit sous l’action des agents climatiques ou par l’action de l’homme, conduit àune saturation progressive du milieu jusqu’à atteindre la conductivité hydraulique àsaturation. La diminution de la capacité d’infiltration constitue ainsi un facteurdéfavorable générateur de ruissellement et de transport de sédiments.
En revanche, cette même diminution de l’infiltrabilité joue un rôle positif contrel’érosion puisqu’elle renforce la résistance au cisaillement des sols. L’équation deCoulomb donnant la charge de rupture (τ) montre le rôle des deux paramètresessentielsτ = c + σ tgφ [III-5]
Avec, C : la cohésion qui dépend des forces capillaires et de la teneur en eau du sol.Φ : l’angle de frottement interne qui dépend de la porosité du matériau et donc de laCompacité du sol (BOUANANI, 2004) , (AFRA, 2008) (DUCHEMIN, 2001)
III.2.2.2.1.2. Détention superficielle et rugosité du sol.
Elle correspond à la capacité de stockage temporaire de la surface du sol vis-à-vis de l’eau. La détention superficielle se fait sous forme de flaques dans les micro-dépressions, dont la capacité de stockage est liée à la rugosité (BOUANANI, 2004) ,(AFRA, 2008) (DUCHEMIN, 2001)
III.2.2.2.1.3. Le couvert végétal
Il est clair que le couvert végétal est efficace pour réduire le ruissellement. Lacouverture du sol, plus particulièrement celle assurée par la strate herbacée et lesrésidus végétaux, constitue la protection la plus efficace du sol. Elle intervient vis à visdu sol par : L’interception nette : une partie de la pluie qui tombe sur la végétation est
directement reprise par l’évaporation. elle ne participe alors, ni à l’infiltration,ni au ruissellement.
La dissipation de l’énergie cinétique : une partie de la pluie interceptée par lefeuillage continue sa course jusqu’au sol. L’énergie cinétique des gouttes s’en
35
trouve alors modifiée. (BOUANANI, 2004) , (AFRA, 2008) (DUCHEMIN,2001)
III.2.2.2.1.4. Pente et longueur de pente
L’influence de la pente est complexe. Le plus souvent, l’érosion augmente avecla pente. Il se développe une érosion en rigoles dix fois plus agressive que l’érosion ennappe. Quant à la longueur des pentes, il semble que son influence sur la naissance derigoles dépend de diverses interactions avec la rugosité et la perméabilité du sol, letype et l’abondance du couvert végétal.
III.2.2.2.1.5. Etat hydrique initial
L’état hydrique du sol au moment d’une pluie a une très forte influence sur ladégradation. la formation des croûtes et la réduction de l’infiltrabilité résultante. Lesagrégats secs sont plus sensibles à l’éclatement. En effet l’intensité de ce processuscroît avec le volume d’air piégé en particulier sous des pluies de forte intensité quipeuvent former des croûtes très rapidement.
L’état hydrique initial influence aussi la succion exercée à la surface du sol parles couches sous- jacentes et donc l’infiltration au travers de cette surface.Lorsque le sol en surface est argileux. sensible à la dispersion par l’effet de l’impactdes gouttes de pluie à la désagrégation mécanique par l’alternance des cycles dedessiccation et d’humectation. il y a mobilisation des particules argileuses sousl’action de l’impact des pluies. En effet. l’humectation des sols argileux entraîne ungonflement qui est une forme analogue de désagrégation. Cette argile mobilisée migredans l’eau d’infiltration. couvre la périphérie des agrégats et colmate les intersticesintra-agrégats ou bien se dépose à la surface du sol pour former une croûte. Laformation des croûtes ou organisation pelliculaire de surface. entraîne une réduction del’infiltrabilité. accroît les risques de ruissellement et d’érosion (BOUANANI. 2004) .(AFRA. 2008)
III.2.3. Typologie des phénomènes érosifs
Le phénomène érosif se déclenche et se développe de différentes manières,selon qu'il affecte des types de cultures ou des espaces géographiques différents. Dansles zones de grandes cultures ou de vignobles, l’érosion ne prendra pas la même formeselon les facteurs (sol, occupation du sol, topographie et climat) prédominants dans lazone géographique concernée.
Par conséquent, on peut distinguer quatre grands types érosifs en fonction de leursprincipaux facteurs déclenchant l'érosion, classés par ordre d'importance.
36
III.2.3.1.L'érosion en nappe ou "sheet érosion"
Elle se produit lorsque le ruissellement et l’érosion se font sur toute la surfacedu sol, ce qui provoque une usure homogène non perceptible dans la majorité des cas.L'érosion en nappe est liée à deux mécanismes :
Le détachement des particules de terre causé par le choc de gouttesdes pluies (effet splash).
Le ruissellement en nappe et se formant sur un sol à pente très faible.
Cette forme d'érosion est caractéristique des bas de versant.Où des grandes plaines cultivées.
Figure (III-1) : érosion en nappe
Ce type d’érosion entraîne des conséquences morphologiques et pédologiquesfâcheuses suite à un décapage de l’horizon superficiel diminuant insidieusement saréserve en éléments fertilisants et un entraînement préférentiel des particules les plusfines, de la matière organique et du carbonate de calcium(BOUANANI, 2004) ,(AFRA, 2008) (BARON, 2008)
III.2.3.2. L'érosion linéaire (micro-channel ou Rill érosion)
Un micro-filet ou une rigole est une dépression suffisamment petite pourpouvoir être supprimée par les façons culturales.
Sur un bassin versant ou une parcelle, l'érosion en rigole succèdeà l'érosion en nappe par concentration du ruissellement dansles creux. A ce stade, les rigoles ne convergent pas mais forment des ruisseletsparallèles (BOUANANI, 2004) , (AFRA, 2008) (BARON, 2008)
37
Figure (III-2) : érosion linaire
III.2.3.3. Erosion en griffes et rigoles
Elle se produit lorsque l’écoulement d’eau se concentre et choisit son passage.Dès qu’une griffe s’établit, l’eau de ruissellement tend à se réunir, et plus elle secreuse plus il y a appel d’eau dans la rigole. Ainsi le phénomène de creusements’accélère de lui-même. De point de vue quantitatif, ce type d’érosion reste dans lesmêmes proportions que l’érosion en nappe (BOUANANI, 2004) , (AFRA, 2008) ,(BARON, 2008)
Figure (III-3) : érosion en griffes et rigoles
38
III.2.3.4. L'érosion par ravinement (Gully érosion)
La ravine est une rigole approfondie où se concentrent les filets d’eau ; larigole se transforme en ravine lorsque sa profondeur interdit son nivellement par dessimples instruments aratoires. Le ravinement constitue un stade avancé de l'érosion.Les ravines peuvent atteindre des dimensions considérables. L'approfondissement desravines remonte du bas vers le haut de la pente (érosion régressive).
Figure (III-4) : érosion par ravinement
Lorsque le sol est peu perméable, saturé et peu couvert, le ruissellement estabondant. Ce dernier creuse des ravines et augmente les pointes de crue des oueds, cequi favorise le sapement des berges et les glissements de terrain, et par conséquentl’envasement des barrages, la destruction des infrastructures et la dégradation desterres. En Algérie, l’érosion ravinante a déplacé 90 à 300 t/ha/an ce qui correspond àune vitesse d’altération des versants de 8 à 17 mm/an (BOUANANI, 2004) , (AFRA,2008) , (BARON, 2008)
III.3. LE TRANSPORT SOLIDE
III.3.1. Généralités
La dynamique des matériaux arrachés au sol et transportés dans le réseaud'écoulement dépend essentiellement de la vitesse d'écoulement et de la granulométrie.
39
Le champ d'exploration des vitesses varie tout au long du profil de l'oued d'amont enaval. La capacité de transport est liée à la nature granulométrique des matériaux etvarie dans le temps et dans l'espace avec le débit liquide.
Américan Géophysical Union a classé les granulats en 19 catégories, d'aprèsleur diamètre Tableau (III-1). Ce même organisme définit le granulat comme étant unmatériau non cohérent, plus ou moins roulé ou brisé, tapissant tout ou une partie desberges et du fond et qui conserve son individualité propre au cours de son transportdans les rivières.
Les différents types de granulats sont cités dans le tableau 1 en fonction de leurdiamètre. (CORNE, 2009)
La dimension d'une particule est définie par son diamètre apparent mesuré autamis pour les particules supérieures à 0.1 mm.
Pour les particules les plus petites (jusqu'à 4 microns environ); leur diamètre estmesuré au microscope ou évalué par la formule de Stokes au moyen de la vitesse desédimentation et ceci pour les matériaux homogènes
Tableau (III-1) Différents types de granulats (CORNE, 2009)
40
Au dessous de 4 microns sont représentées les argiles.Lorsqu’ un matériau n'est pas homogène (sédiments naturels), c'est sa courbegranulométrique qui le caractérise.
III.3.2. Définition
Le transport solide est par définition la quantité de sédiments (ou, flux solide,charge solide, débit solide) transportée par un cours d’eau à une section donnéependant un temps dt (t=1 jour, 1 Mois, 1 année). Il est composé de la charge ensuspension et du transport de fond (glissement ou Roulement sur le fond et saltation).Le transport des sédiments dans les cours d’eau est déterminé par les caractéristiquesdes particules (taille, forme, concentration, vitesse de chutes et densité des particules).
III.3.3. Les différents aspects du transport solide
Le mode de transport dépend essentiellement d’un paramètre fondamental : lataille du sédiment transporté. Généralement deux modes de transport solide sontconsidérées (figure III.5) :
Le transport solide par charriage et le transport solide en suspension. Les deuxmodes diffèrent par deux aspects essentiels : dans le premier cas, les particules sedéplacent par roulement et glissent sur le fond et leurs vitesses est inférieure à celle del’écoulement. Dans le deuxième cas, les particules se déplacent au sein del’écoulement avec une vitesse de même ordre de grandeur que celle du fluide. Iln’existe pas de délimitation nette entre ces deux modes de transport.Certains matériaux progressent par bonds successifs, se trouvant tantôt sur le fond,tantôt au sein du liquide représente la saltation. Cette dernière notion est considérée engénéral avec le charriage car il n'existe pas de théorie particulière (CORNE, 2009) ,(BOUANANI, 2004) ,
III.3.3.1. La charge en suspension
Constituée de matériaux dont la taille et la densité leur permettent, dans des conditionsd’écoulement déterminées, de se déplacer sans toucher le fond du lit. Le transport ensuspension est en général constitué de matériaux fins, argiles et colloïdes etquelquefois de silts. C’est souvent la seule fraction du débit solide qui puisse êtreaisément mesurée : par rapport à la capacité de mesures, on distingue la chargeéchantillonnée de la charge non échantillonnée (Figure III-6). Dans la majorité descas, la charge en suspension représente quantitativement un pourcentage très importantdu transport global (BICOUET, 1999)
41
Figure (III-5): Schématisation des trois modes de transport solide en rivière(DUCHEMIN, 2001)
III.3.3.2. La charge de fond
Formée de matériaux trop gros pour être mis en suspension compte tenu de leurdensité et de la vitesse du courant, ces particules roulent sur le fond ou se déplacentpar saltation (BICOUET, 1999)
Figure (III-6) : Classification des différentes couches de transport solide (BICOUET,1999)
42
III.3.4. LE TRANSPORT SOLIDE DE FOND OU CHARRIAGE
III.3.4.1. Généralités
Le transport solide par charriage, représente la progression de sédimentsgrossiers (sables, gravier, galets et blocs), de diamètre supérieur à 1 mm, qui sedéplacent par roulement ou glissement, au voisinage immédiat du fond du cours d’eau,et parcourent des distances relativement petites et discontinues dans le temps et dansl’espace.
Le charriage constitue un problème très important en régularisation des débitsdes cours d'eau et dans la conception des ouvrages d'art.
Beaucoup de chercheurs se sont intéressés au charriage, mais il n'existe pas encore unethéorie générale du mécanisme. La plupart des recherches ont été axées sur le transportdes sédiments en régime fluvial aussi bien par voie théorique que par voieexpérimentale.
Du Boys (1879), a été l'un des pionniers de la recherche sur le charriage. Cen'est qu'en 1930 que cette recherche s'intensifie avec Meyer-Peter, Einstein...... Ils ontbasé leurs travaux sur l'équilibre d'une particule au sein d'un liquide en mouvement enrégime fluvial, pour un canal de forme régulière. Ces théories ne peuvent pass'appliquer directement à des transports de particules non homogènes, pour des formesde lit d'oued non homogènes (CORNE, 2009) , (BOUANANI, 2004) ,
III.3.4.2. Le charriage (cours d'eau naturels)
L'étude du charriage nécessite la connaissance du débit à partir duquel commencela mise en mouvement des matériaux du fond. La mesure du débit peut être réaliséepar diverses méthodes : détecteurs hydroponiques nasses de prise en rivière traceurs radioactifs procédés topographiques fosses à sédiments modèles réduitsLe charriage est discontinu dans le temps au cours de l'année hydrologique et dans
l'espace, d'amont en aval. Sa variation dans le temps se traduit par des valeurs trèsélevées lors des crues, surtout pour les bassins de montagne où le régime d'écoulementest torrentiel. Malheureusement, lors des crues cette variation est souvent très peuconnue, faute de mesures.
43
III.3.5. LE TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION
III.3.5.1. Généralités
Le transport solide en suspension représente le transport de sédiments fins(argiles, Limons, sables fins), de taille micritique, maintenues en suspension sur toutela hauteur de la masse liquide du cours d’eau, sous l’action des fluctuations turbulentesde l’écoulement. Les sédiments se déplacent sur des grandes distances et le débitsolide croît de l’amont vers l’aval.
Quelques valeurs indicatives, permettent de délimiter les deux modes detransport. Ces valeurs utilisent le rapport entre vitesse de l’écoulement V sur le lit ducours d’eau, et la vitesse W de chute des particules, (Graf, 1971)V/ W > 0.10 début de transport par charriage.V/W > 0.40 début de transport en suspension.
Lorsque les matériaux arrachés au bassin atteignent le réseau hydrographique, ilsseront transportés par le courant si celui-ci en est capable, sinon ils se déposent pourformer la partie affouillable du lit des rivières. La majeure partie du transport solide estconstituée d'éléments fins restant en suspension dans les eaux de rivières.(BOUANANI, 2004) , (CORNE, 2009) , (BARON, 2008)
La quantité de matériaux véhiculés par les cours d'eau peut atteindre des valeursconsidérables et avoir des conséquences très graves sur les infrastructures hydro-agricoles et routières: comblements de barrage, dépôt dans les canaux d'irrigation,avaloirs, routes et autoroutes, blocage des stations de pompage, impact surl’aquaculture et la qualité de l’eau dans les lacs naturels et artificiels, eutrophisation...).En Algérie, la majorité des barrages ont vu leur capacité diminuer de moitié après unetrentaine d'année d'exploitation. Le tableau 7.3 montre l’ampleur de l’érosion à traversl’érosion spécifique, au droit de 15 grands barrages en exploitation, calculée sur labase de l’observation en 2001
III.3.5.2. Mesures du transport solide en suspensionA la différence du charriage, la mesure du transport solide se fait sur toute la
largeur de la section de mesure. La méthode utilisée, consiste à explorer le champ desvitesses et des concentrations sur une section donnée du cours d'eau.
Des prélèvements d'échantillons par des équipements spécifiques, au droit de lasection de mesure, se font parallèlement au jaugeage de débit au moulinet pourdifférentes largeurs et différentes profondeurs de la section de mesureLe prélèvement d'échantillons doit se faire avec des appareils à action très rapide. Ilexiste plusieurs appareils de prélèvements d'échantillons actuellement utilisés, àsavoir :
44
- Turbidisonde NEYRPIC- Turbidisonde DELFT- Prélèvement au moyen d'une pompe- Prélèvement au moyen de bouteilles
Pour les faibles courants d'eau, les prélèvements peuvent être faits à l'aide debouteilles que l'on envoie à la profondeur voulue grâce à un câble.
III.3.5.3. Procédé de mesure des matériaux en suspension
Les échantillons prélevés sont pris au laboratoire. Les eaux sont filtrées. Lesmatériaux en suspension sont récupérés sur des filtres en papier ou des membranescellulosiques préalablement pesées. Papiers ou membranes chargées sont séchées àl'étuve à environ 100 °c. Le filtre séché est pesé avec une balance de précision et lepoids de la charge solide est ramené à l’unité de volume [M/L3]. La turbidité ou laconcentration en éléments en suspension s'exprime en mg/l ou en g/m3 ou autres.
III.3.5.3.1. Procédé de quantification du débit solide
Le procédé est similaire à celui de la mesure du débit liquide au moulinet. Surun certain nombre de points répartis sur plusieurs verticales A, B, C, D,..... d’unesection, des prélèvements sont effectués et on détermine ainsi aussi bien le débitliquide spécifique instantané que la concentration C des matériaux en suspension.(BICOUET, 1999) , (CORNE, 2009)
III.3.5.3.2. ESTIMATION DE L’EROSION SPECIFIQUE
L’objectif à atteindre à travers la mesure du débit solide est la connaissance ducomportement du bassin versant vis-à-vis du ruissellement et par conséquent del’érosion hydrique. Celle-ci est identifiée à travers le calcul de l’érosion spécifiquedéfinie comme étant la quantité de sédiments arrachés au bassin versant et charriés parle cours d’eau rapportée à l’unité de surface. Elle est exprimée en t/km²/an. C’est unparamètre difficilement calculable. Plusieurs facteurs entrent en jeu pour le déterminer,depuis la nature des sols, la végétation du bassin versant jusqu’au ruissellementproprement dit.
Une des approches utilisées dans le contexte algérien en zone semi aride est lamodélisation empirique qui a donné des résultats représentatifs selon la région d’étude.Le modèle le plus performant rencontré est la modèle régressif de type puissance.Des formules empiriques existent et sont utilisées en absence de données, qu’ilconvient de prendre avec précaution car souvent elles ne reflètent pas la réalité.La méthode de Gravilovitch a donné des résultats comparables à ceux trouvés parl’observation dans certains bassins versants.
Il existe plusieurs formules permettant la quantification de l’érosion spécifique,nous ne citerons que celles qui impliquent des paramètres physiques représentatifs,puis on détaillera le modèle de l’USLE (Wischmeier et Smith)
45
III.3.5.3.3. Les formules de quantification de l’érosion spécifique
III.3.5.3.3.1. Formule de T’ixeront (1960)
Basée sur les données recueillies dans 32 bassins algériens et 9 bassins tunisienssur une durée comprise entre 2 et 22 ans (BOUANANI, 2004) , (CORNE, 2009) Ass=354*E0,15 pour les bassins tunisiens Ass=92*E0,21 pour l’Est algérien Ass=200*E pour la région centre algérien
Avec :ASS : apport solide spécifique en t/km2/anE : Ecoulement en mm
III.3.5.3.3.2. Formule de la Songeras
Basée sur les données de 30 bassins algériens, de superficie comprise entre 100et 300km2, soumis à une pluviométrie annuelle comprise entre 300 et 1000 mm.Ass=α*E0,15 [III.7]
Avec :Ass : apport solide spécifique (t/km2/an)α : coefficient dépendant de la perméabilité du sol, donné au tableau ci dessousE : écoulement annuel (mm)
Tableau (III-2): coefficient α en fonction de la perméabilité
Perméabilité α
Forte 8.5
Moyenne 75
Moyenne à faible 350
Perméabilité faible 1400
Imperméable 3200
[III.6]
46
III.3.5.3.3.3. Formule de Fournier (1960) (BOUANANI, 2004) ,(CORNE, 2009)
Ass = (1/36) (Pm/Pam)2 (2.65) (h/S)2 (0.46) (III-8)
AvecAss: apport solide spécifique (t/km2/an)Pm : précipitations moyennes mensuelles du mois le plus pluvieux (mm)Pam : précipitations annuelles (mm)h : dénivelée moyenne (m)
III.3.5.3.3.4. Formules de Touaibia (CORNE, 2009)
Touaibia et als ont développé une formule pour la détermination de l’érosionspécifique. Celle qui a donné de bons résultats en climat semi aride est :Es = 34,12. S-0,164. Dd-0,284. Ce0, 573. Cv-0, 329 (III.10)
Es = 38,63. S-0,175. Dd-0,286. Cv-0, 343 (III.11)
Es = 19,36. S-0,134. Cv-0, 308 (III.12)AvecEs : Erosion spécifique (t/ha/an)S : Surface du Bassin versant (Km²)Dd : Densité de drainage (Km/Km²)Cv : Couverture végétale (%)
III.3.5.3.3.5. Equation universel des pertes en sols (USLE)
a) Historique :
Meyer (1984) a résumé l’évolution de l'USLE (Universal Soil LossEquation) en distinguant plusieurs périodes. La première période (1890-1940)est caractérisée par la compréhension et la description, de manière qualitative,de la plupart des facteurs qui affectent l’érosion. On retrouve les études sur lapluie de Laws (1940) et les analyses de l’impact des gouttes de pluie rapportéespar Ellison (1944, 1947). Pendant la période 1940-1954, le travail dans la «
47
cornbelt » des Etats-Unis a abouti à une procédure d’estimation des pertes enterre qui incorporait l’influence de la longueur et de l’intensité de la pente(Zingg, 1940), des pratiques de conservation (Smith, 1941 ; Smith et Whitt,1947) et des pratiques culturales (Browning et al., 1947). En 1946, un Comiténational américain a réévalué les valeurs des facteurs en ajoutant un paramètrepour la pluie, produisant ainsi l’équation de Musgrave (Musgrave, 1947). Apartir de 1954, l’USLE a été développée par le département américain del’agriculture (USDA).
Des études sur de petites parcelles sous pluies naturelles et simulées ont forméla base des données de l’USLE. Jusqu’en 1978, des résultats expérimentaux ont fournides données supplémentaires pour, finalement, donner la forme définitive de l’USLE(Wischmeier et Smith, 1978)
L’équation Universelle de Pertes en Terre est un modèle empirique basé surl'analyse statistique de 10.OO0 parcelles expérimentales.
Elle permet de prédéterminer les pertes en terre annuelles moyennes pour uneparcelle donnée, dans des conditions bien définies.
Cette équation se présente sous la forme d'un produit de 6 facteurs indépendants,chacun représente une équation paramétrique à plusieurs variables sous sa formesimplifiée, ce modèle s'écrit :
A = R. K. LS. C. P. (III-13)
Où
A = perte en terres en tonne/ha ;
R = facteur d'agressivité climatique ou érosivité ;
K = facteur sol ;
L : facteur topographique ;
C : facteur agronomique ;
P : facteur des aménagements antiérosifs.
Ce modèle présente un certain nombre de points faibles :
Inaptitude à estimer les pertes en terre sur une courte période (saison ou épisodepluvieux isolé).
48
Il considère les facteurs de l'érosion comme indépendants, alors qu'il existe desnombreuses interactions entre ceux-ci.
b) Description des différents termes de l'équation-de WISCHMEIER
Le facteur d'agressivité climatique (R)
Il est défini comme le produit de l'énergie cinétique (E c ) et l'intensité maximaleen 30 minutes (I 30 ).
R = Ec x I 30 (III-14)
Avec E c = 11,9 + 8,73 log(I) (III-15)
Ec en J/m²/mm de pluie
I = l'intensité moyenne de la pluie (mm/h).
R peut-être déterminé pour des périodes variables (1 averse à 1 année).
Lorsqu'il est utilisé comme paramètre du modèle de Wischmeier, l'indice R estgénéralement calculé comme la moyenne de plusieurs années.
Le facteur sol (K)
Le facteur sol caractérise l'érodabilité du sol, c'est-à-dire sa sensibilité à l'érosion.
Ce facteur sans dimension mesure la plus ou moins grande résistance relative d'un solà l'érosion.
WISCHMEIER propose un mode de calcul de K, à partir des paramètres suivants :
Pour une première approximation :
La somme des pourcentages de limon et sable fins Le pourcentage de sable La teneur en M.O
Et pour une approche plus précise
La structure La perméabilité.
Le nomogramme en figure ci-dessous donne ainsi la méthode de déterminationde K.
49
Figure (III-7):Nomogramme de détermination de l’indice d’érodabilité du sol K
On peut également déterminer K par la formule suivante :
100K=2,1.M1,14.10-4 (12–a) + 3,25 (b–2) + 2,5 (c–3) (III-16)OùM est déterminé à partir de :M = (% sable fin + limon).(100 – % argile),a : est le pourcentage de matière organique,b : est le code de la perméabilité,c : est le code de la structure
Tableau ((III-3)) : quelques valeurs du paramètre K [32]
type du sol K métrique t/ha
sol peu évolue lithique 0.32
sol peu évolue régosolique 0.44
sol peu évolue d'apport alluvial 0.39
sol peu évolue d'apport colluvial 0.27
vert sol 0.36
sol calcimagnisique rendzine 0.27
sol fersialitique 0.46
50
Le facteur topographique (L.S)
Il tient compte à la fois de la longueur de la parcelle L et de l'inclinaison de la penteS. Les deux facteurs L et S sont combinés en un seul facteur topographique qui permetd'évaluer globalement l'influence de la pente sur la vitesse de l'érosion. Des formules,tables et abaques (figure III.8) permettent de quantifier les valeurs du facteurtopographique ; les relations établies par WISCHMEIER permettent également dedéterminer L et S:
LS= (1/22.15) m . (0.06543 + 0.045 s+ 0.065 s2 (III-17)
L : facteur de longueur de pente (-)
l : la longueur de la pente (m)
22,13 : longueur de la parcelle standard (m)
m : exposant dépendant de plusieurs paramètres dont la pente
m = 0,5 lorsque la pente < 10 %
m = 0,6 lorsque la pente > 10 %
S : le facteur de pente (-)
s : la pente (%)
51
Figure (III-8):Facteur topographique d’après Wischmeier et Smith, 197
Le facteur C ou indice de culture :
Il est défini dans l’équation de l'USLE comme le rapport entre l'érosion mesuréesur une parcelle de référence (jachère nue) et une parcelle test sous une culture bienprécise. Il existe des tableaux pour déterminer C en fonction de la couverture végétale,des effets du Much (couche de protection sur le sol) et des techniques culturales. Lavaleur du facteur C dépend de plusieurs variables ( tableau III.4): la couverture desfeuilles et des branches qui interceptent les gouttes de pluie et dissipent une partie deleur force érosive; la couverture végétale au sol composée de résidus de culture et devégétation vivante à la surface du sol; la biomasse du sol qui améliore l'écoulement del'eau dans e sol ainsi que la capacité de rétention et le type et la fréquence de travail dusol qui influent la porosité, la rugosité de surface et la compaction du sol. Chacune deces variables est traitée comme un sous facteur et C est le produit de ceux ci.
52
Tableau ((III-4)) : quelques valeurs du paramètre C [32]
type d'occupation de sol le facteur C
badlands/ terrains incultes 0.75
cultures annuelles 0.26
cultures extensives 0.28
agricultures 0.25
oliviers 0.28
reboisement 0.15
foret claire 0.1
foret normale 0.08
Le Facteur P ou indice des aménagements antiérosifs
Il permet d’évaluer l'action des pratiques visant à modifier la vitesse, le profil, lapente ou la direction de l'écoulement en surface et à réduire ainsi l'érosion. Parexemple, la culture en pente transversale, la culture en courbes de niveau, la culture enbandes alternées, l'aménagement de terrasses, la présence de bandes enherbées ouencore l'enherbement des rangs dans le sens de la pente sont des types d'actionsantiérosives. Le facteur P est le rapport de la perte de sol observée sur le terrain étudiétravaillé mécaniquement d'une certaine façon et protégé contre l'érosion d'une certainefaçon avec celle qui a lieu sur la parcelle de référence où le terrain est labouréfréquemment dans le sens de la plus grande pente
III.3.5.3.3.6. L'équation Universelle des pertes en terre modifiée: MUSLE(AFRA, 2008) , (ELIAS, 2009) , (BARON, 2008)
L'équation universelle des pertes en sol USLE ne s'applique que pour des donnéespluviométriques moyennes à l'échelle annuelle. Elle n'est donc pas valable à l'échellede l'averse. Le modèle MUSLE a été mis au point pour estimer les transports solidesde chaque averse. Il ne tient plus compte de l'érosivité de la pluie mais du volumeruisselé (Williams, 1975). L'équation MUSLE (Williams 1975), se présente sous laforme suivante pour un événement pluvieux donné sur un bassin versant :
SY = 11, 8. (Q*qp) 0, 56 .K. C x P. Lv S (III-18)
SY: production en sédiments d'un événement particulier (tonnes)Q : volume de ruissellement consécutif à l'averse (m3) au niveau du bassin versantQp : débit de pointe (m3/s)Lv : longueur du versantLes autres termes, K, C, P et LS sont les mêmes que ceux de l'USLE. L'utilisation duMUSLE nécessite de la métrologie pour connaître les débits et volumes ruisselés.
53
III.3.5.3.3.7. L'équation Universelle des pertes en terre révisée: (AFRA,2008) , (ELIAS, 2009) , (BARON, 2008)
En 1991, Renard propose la Revised Universal Soil Loss Equation (Renard et al,1991). Cette équation est utilisée aux Etats-Unis depuis cette date en agriculture.Son principe est de comparer l'érosion d'un site quelconque à l'érosion d'une parcelletémoin ayant une longueur de 22 m et une pente de 9 % sur jachère nue, c'est à direlabourée périodiquement de manière à ce qu'aucune végétation ne puisse s'ydévelopper et tel que le sol ne puisse former une croûte superficielle.
Ce modèle empirique a été établi à partir du traitement statistique des résultatsde nombreuses mesures en parcelles expérimentales menées sur plus de 20 ans. Ilexprime les pertes en sol comme le produit de différents facteurs. E est exprimé ent/ha/an est la perte de sol due à l'érosion et constatée par unité de surface pendant uneannée:
E = R. K .L . S. C. P (III-19)
E: est le taux annuel de perte en sol en t/ha/anLes paramètres sont les mêmes que l’usle et leur détermination se font de la mêmemanière, sauf le paramètre LS qui sera déterminé à partir de l’équation suivante :LS = λ0, 5(0,0076 + 0,0053.α + 0.00076. α²) (III-20)Ou α est la pente en % et λ= (l/22.15) m
On verra plus tard que le model swat utilise l’USLE et le MUSLE de williams 1995.
55
IV.1. Généralités sur swat
Le modèle SWAT est le fruit de prés de 18 ans d'effort initie par le United State
Département of Agriculture (USDA) Agricultural Research Service (Arnold et Fhorer
2005) et supporte par une large communauté internationale. SWAT est un modèle
distribue semi-physique et semi-empirique qui fonctionne au pas de temps journalier.
Le bassin versant est discrétise en sous bassins contenant chacun un bief principal. A
l'intérieur des sous bassins une combinaison unique d'occupations du territoire, de
pratiques culturales et de types et propriétés de sols forment des unités homogènes de
calculs nommées unités de réponse hydrologique (HRU). C'est a cette échelle spatiale
que sont calcules les bilans en eau, en sédiments et en nutriments, ce qui constitue la
modélisation des processus terrestres. Les apports de chacune de ces HRU sont ensuite
achemines au bief principal. Par la suite, entrent enjeu les processus fluviaux qui
acheminent ces apports jusqu'a l'exutoire principal du bassin versant. Neitsch et al.
(2005) proposent une description détaillée de la modélisation des processus terrestres
et fluviaux par SWAT. Les étapes clefs de la caractérisation de la physiographie sont :
la délimitation du bassin versant, la caractérisation de l'occupation du territoire et des
Pedro-paysages, puis la distribution des HRU.
L'outil d'évaluation de sol et d'eau (Swat; Le modèle d'Arnold et autres 1996, de
Neitsch et autres 2001) exige des entrées nombreuses comprenant l'hydrologie de
frontières, de surface et d'eaux souterraines de ligne de partage, données
climatologiques, sols, information d'utilisation de la terre, récoltes et toute autre
végétation, et procédures de gestion de labourage et d'éléments nutritifs.
Modèle Swat:
Swat a été développé par l'USDA-ars pour améliorer la technologie utilisée
dans le SWRRB modèle (simulateur pour des ressources d'eau en bassins ruraux;
Williams et autres, 1985; Arnold et autres, 1990). Swat est un modèle distribué,
modèle quotidien d'étape de temps qui a été développé pour évaluer principalement la
source de pollution des grands bassins complexes et des fleuves. Swat simule des
processus hydrologiques pour prévoir l'impact de la gestion d'utilisation de la terre sur
l'exportation de l'eau. Avec Swat, un grand bassin hétérogène peut être divisé en
centaines de sous bassins et de ce fait, permet des représentations plus réalistes du sol,
de la topographie, de l'hydrologie, du climat et de la gestion spécifique d'un secteur
particulier. En outre, les sorties d'autres modèles peuvent être entrées dans le modèle
56
comme les composants principaux des récoltes.
Les données modélisées par Swat peuvent être facilement entrés à un autre
programme de bilan ou de base de données. Les processus principaux simulés dans le
modèle Swat incluent l’hydrologie de surface et les eaux souterraines, le temps de
percolation de l'eau dans le sol, la croissance des récoltes, l’évapotranspiration, la
gestion agricole, la sédimentation, le cycle des éléments nutritifs.
Depuis que le modèle SWAT a été créé dans les années1990, il a subi des
améliorations et une expansion continue de ses possibilités. Les améliorations les plus
significatives du modèle incluent :
SWAT94.2:
Des unités de réponse hydrologiques multiples (HRU) étaient incorporées.
SWAT96.2:
L’auto fertilisation et l’auto irrigation étaient ajoutées comme options de
gestion. Le stockage superficiel de l'eau est incorporé. Un composant de CO2 a été
ajouté au modèle de croissance agricole. Pour les études de changement climatiques
les équations d'évapotranspiration potentielle de Penman-Monteith ont été incorporées.
Un modèle pour l’écoulement latéral de l'eau dans le sol, basé sur le modèle
cinématique de stockage, a été incorporé également, de même que les équations de
qualité de l'eau et des nutriments dans le cours d’eau.
SWAT98.1:
Des sous programmes de fonte de neige, de la qualité de l'eau du cours d’eau;
du cycle d'éléments nutritifs, des applications d'engrais, du drainage ont été incorporés
comme options de gestion.
SWAT99.2:
Les sous-programmes de cycle d'éléments nutritifs sont améliorés. Le
déplacement des nutriments des réservoirs/ étangs sont ajoutés. L’extension du
stockage de l'eau dans les berges, l’acheminement des métaux sont incorporés
également.
SWAT2000:
Des sous-programmes de transport des bactéries sont ajoutés. Le générateur du
climat a été amélioré en tenant compte du rayonnement solaire journalier, de
l'humidité relative et la vitesse du vent. Le nombre de réservoirs est illimité dans la
simulation.
57
SWAT2005 :
Les routines de transport de bactéries améliorées, scénario de prévisions
météorologiques se sont ajoutées, subdaily précipitation supplémentaire, le paramètre
de conservation utilisé dans le calcul quotidien de CN soient une fonction teneur en
eau des sols ou évapotranspiration, une amélioration de l’interface du model (soit
AVESWAT-X sous arcview ou ARCSWAT sous arc gis) (LEVESQUEE, 2008) ,
(ARNOLD, 2005) .
IV.2. HYDROLOGIE SELON LE MODEL SWAT
Pour qu’il soit modélisé, un bassin versant doit être divisé en un certain nombre de
sous-bassins. L'utilisation des sous-bassins dans une simulation est particulièrement
importante lorsque les différentes superficies du bassin versant sont dominées par une
répartition des terres ou des sols hétérogènes et dont les propriétés hydrologiques sont
assez différentes... La figure ci-après expose une délimitation en sous-bassins d’un
bassin versant donné.
Figure (IV-1): une délimitation en sous-bassins (HRU;) d’un bassin versant donné.
58
L’information d’entrée pour chaque sous-bassin est groupée ou organisée en
catégories telles que : climat;; surfaces d’eau; eaux souterraines; et le cours d’eau
principal drainant le sous-bassin dans des unités de réponse hydrologique ou HRU.
Pour n'importe quel problème étudié avec le modèle SWAT, le bilan hydrique est la
force d'entraînement de toute chose qui se produit dans le bassin versant. Pour prévoir
exactement le mouvement des pesticides, des sédiments ou des nutriments, le cycle
hydrologique simulé par le modèle doit être conforme à ce qui se produit dans le
bassin versant. La simulation hydrologique d'un bassin versant peut être séparée en
deux parties principales. La première est la phase terrestre du cycle hydrologique,
représentée dans la figure III-2, elle contrôle la quantité d'eau, les chargements en
sédiments, les éléments nutritifs et les pesticides dans le cours d’eau de chaque sous-
bassin. Quant à la deuxième partie, elle représente la phase d’acheminement du cycle
hydrologique qui peut être défini comme étant le mouvement de l'eau, des sédiments,
etc.…, par le réseau hydrographique du bassin versant jusqu'à l’exutoire (ARNOLD,
2005)
Figure (IV-2) : Représentation schématique du cycle hydrologique dans swat
(ARNOLD, 2005)
Afin d'évaluer les mouvements de sédiments, pesticides, nitrates ou bactéries au
sein du bassin versant, il est nécessaire de définir le cycle hydrologique qui contrôle
les mouvements de l'eau à travers les chenaux d'écoulements de la source à l'exutoire.
Le cycle hydrologique simulé par SWAT est basé sur l'équation du bilan de l'eau
59
Suivante :
(IV-1)
Avec
SWt : quantité finale d'eau dans le sol (en mm)
SW0 : quantité initiale d'eau dans le sol (en mm)
Rday : précipitation totale (en mm)
Qsurf : ruissellement total (en mm)
Ea : évapotranspiration totale (en mm)
Wseep : quantité d'eau du sol entrant dans la zone non saturée (en mm)
Qgw : quantité d'eau retournant dans le sol (en mm) (ARNOLD, 2005) ,
Les processus actifs rentrant en jeu dans le cycle de l'eau modélisé par SWAT sont
l'infiltration, l'évapotranspiration, le prélèvement par les végétaux, l'écoulement latéral
et l'écoulement vers les horizons verticaux la figure suivante représente les différentes
Composantes hydrologiques du modèle SWAT
Figure (IV-3) : Composantes hydrologiques du modèle SWAT (ARNOLD, 2005) ,
(ARNOLD, 2005)
60
Dans SWAT, les précipitations fournissent l'énergie nécessaire aux
mouvements de l'eau en surface et dans le sol ainsi qu'au transport des sédiments et des
nutriments. Les précipitations sous forme liquide et la fonte de neige sont d'abord
séparées entre ruissellement et infiltration à l'aide de la méthode du numéro de courbe
du Soil Conservation Service (SCS). Cette méthode attribue un numéro de courbe
(CN : Curve Number) à chacune des HRU selon Le groupe hydrologique du sol,
l'utilisation du sol ainsi que les pratiques agricoles
Le cycle de l'eau est reproduit de façon journalière et de manière simplifiée
pour chacun des HRU selon l'équation de bilan de l'eau. L'eau qui s'infiltre dans le sol
percole d'une couche à l'autre lorsque la capacité au champ de la couche est atteinte,
pour atteindre l'aquifère peu profond et ensuite l'aquifère profond. Les cours d'eau sont
ensuite alimentés par l'aquifère peu Profond et les sols. Seule l'eau dans le sol est
disponible pour répondre aux besoins des plantes (ARNOLD, 2005) , (RENAUD,
2005)
IV.2.1. Flux d’eau : production et transfert
IV.2.1.1. Production
La variable gouvernant le bilan hydrique est l’humidité du sol. Son suivi permet
la détermination de L’ensemble des flux à chaque pas de temps. La Figure illustre
comment SWAT, à chaque pas de Temps et pour chaque HRU, réactualise cette
variable et détermine les différents flux d’eau.
Soulignons que SWAT ne simule que les flux (verticaux et latéraux) en zone
saturée. (ARNOLD, 2005) , (CHAPONNIERE, 2005)
61
Figure (IV-4): Schématisation des différentes étapes de modélisation dans Swat
(CHAPONNIERE, 2005)
IV.2.1.2. Processus latéraux
Trois type de flux contribuent au débit de la rivière : le ruissellement de surface
et de subsurface ainsi que le flux issu de l’aquifère superficiel, appelé dans SWAT le
débit de base (fig. IV.5).
62
Figure (IV-5) : Schématisation des flux latéraux pris en compte par le modèle Swat.
(CHAPONNIERE, 2005)
IV.2.1.2.1. Ruissellement de surface
La détermination de ce flux est directement liée au calcul de l’infiltration.
Comme nous l’allons évoquer ultérieurement, si la méthode de Green & Ampt est
utilisé pour estimer l’infiltration, le ruissellement de surface est obtenu en retranchant
l’infiltration cumulée aux précipitations.
La méthode du Curve Number, quant à elle, permet le calcul direct du
ruissellement de surface. Elle est basée sur une relation empirique (établie à partir de
plus de 20 années d’analyse des relations pluie/ ruissellement sur des bassins versants
des Etats-Unis) d’estimation des volumes de ruissellement sous des occupations du sol
et des types de sol variés. L’équation SCS (1972) est la suivante ; (ARNOLD, 2005)
Si Ia < Rday
(IV-2)
Où
Qsurf : est le ruissellement de surface,
63
Rday : la pluie du jour j,
Ia : l’interception initiale du jour j
S : est un paramètre de rétention qui dépend du CN, le Curve number.
( IV-3)
Où
CN est le nombre de courbe pour le jour. Les abstractions initiales, I a est
généralement
Rapproché comme 0,2 S et équations deviennent
(IV-4)
Le « SCS Curve number » ou « CN » dépend de la perméabilité du sol, de
l’occupation du sol et des conditions d’humidité antécédentes. Des abaques permettent
de connaître le CN. Plus le CN est élevé, plus le ruissellement est important. La
relation entre pluie, ruissellement et CN est illustrée dans la Figure IV.6
Figure (IV-6): Relation entre ruissellement et hauteur de pluie dans la méthode SCS
Curve Number (ARNOLD, 2005)
64
IV.2.1.2.2. Ruissellement de sub-surface
L’eau percole jusqu’à la base du profil de sol (assimilée à une couche
imperméable ou semi imperméable) où, en s’accumulant, elle peut former une zone
saturée (nappe perchée). En se basant sur l’équation de conservation de la masse et en
utilisant l’hypothèse de l’approximation de l’onde cinématique (les lignes de flux sont
parallèles à la couche imperméable et le gradient hydraulique est égal à la pente),
l’écoulement latéral de cette nappe est modélisé comme une fonction de la pente et de
la longueur du sous-bassin (L sous-bassin) ainsi que de l’humidité (SW), la porosité (Φd)
et la conductivité (Ksat) du sol (ARNOLD, 2005)
(IV-5)
IV.2.1.2.3. Débit de base
Swat incorpore une fonction d'affaiblissement exponentiel utilisée dans la
réponse des eaux souterraines (Sangrey et al, 1984) pour calculer les recharges des
couches aquifères peu profondes et profondes. La fonction d'affaiblissement est
donnée par :
(IV-6)
Où
Qgw, j : est le débit issu de l’aquifère dans le cours d’eau principal au jour j (mm),
Qgw, j-1 : est celui de la veille (mm)
αgw : est la constante de récession du débit issu du réservoir profond,
Δt : est le pas de temps (un jour)
wrchg :est la recharge de l’aquifère pour le jour j (mm). (ARNOLD, 2005)
IV.2.1.3. Processus verticaux
Cinq flux verticaux sont modélisés : l’infiltration de l’eau dans le sol, la
percolation de l’eau au sein du profil de sol, la transpiration de la végétation,
65
l’évaporation du sol , la sublimation de la neige et enfin la recharge profonde qui
alimente les aquifères. Nous présenterons succinctement comment ces différents flux
sont modélisés.
Figure (IV-7): Schématisation des processus verticaux pris en compte dans SWAT.
(CHAPONNIERE, 2005)
IV.2.1.3.1. Infiltration
SWAT propose deux méthodes de calcul de l’infiltration : une méthode directe
dans le cas où les pluies à l’échelle infra journalière sont disponibles et une méthode
indirecte si seuls les cumuls journaliers sont disponibles.
La méthode directe applique l’équation de Green et Ampt fondée sur la loi de
Darcy et la conservation de la masse, (Green et Ampt, 1911) qui découpe l’infiltration
en deux phases : une première phase pendant laquelle il n’y a pas encore de flaquage et
où l’infiltration est égale au taux de précipitations suivie d’une seconde phase où, sous
« l’effet piston » de la flaque formée en surface l’infiltration s’effectue à un taux
fonction de la conductivité hydraulique effective (fonction de la conductivité à
saturation), de la succion au front d’humectation, de la porosité du sol et de la quantité
d’eau déjà infiltrée.
La méthode indirecte consiste à calculer la lame infiltrée en soustrayant à la
lame d’eau précipitée le ruissellement de surface -calculé par la méthode du Curve
Number (S.C.S., 1972). (ARNOLD, 2005)
66
IV.2.1.3.2. Percolation ou drainage
Le modèle considère le sol comme un réservoir. S’il y a plusieurs horizons
(couches) au sein du profil de sol, SWAT considère un empilement de réservoirs dont
les caractéristiques diffèrent. Chaque couche est caractérisée par une profondeur, une
conductivité hydraulique à saturation (‘Ksat’), une réserve utile (l’humidité à la
capacité au champ ‘SWCC’ à laquelle est retranchée l’humidité au point de
flétrissement permanent ‘SWPFP’), une densité apparente et un contenu en argile
(l’humidité au point de flétrissement permanent est fonction de la densité apparente et
du contenu en argile).
Il y a drainage lorsque, au sein d’une couche, le contenu en eau du sol ‘SW’
dépasse l’humidité à la capacité au champ et que la couche inférieure n’est pas saturée.
Le flux, perc, est fonction du volume d’eau excédentaire (SW – SWCC), de la
conductivité hydraulique à saturation du sol Ksat et de la différence entre humidité à
saturation ‘SWSAT’ et humidité à la capacité au champ
(IV-7)
Où
perc: est le flux de percolation pour une couche,
SW : le contenu en eau du sol de la couche,
SWCC : le contenu en eau du sol à la capacité au champ pour la même couche,
Δt : le pas de temps,
SWSAT : le contenu en eau du sol à saturation de la couche et Ksat la conductivité
hydraulique à saturation de la couche de sol (ARNOLD, 2005)
IV.2.1.3.3. Transpiration et évaporation
a) Evapotranspiration potentielle ou demande climatique
La transpiration et l’évaporation du sol sont fonction de l’évapotranspiration
potentielle (‘ETP’). Le modèle propose trois façons d’estimer l’ETP : Hargreaves
(1975), Priestley-Taylor (1972) et Pennman-Monteith (1948). (ARNOLD, 2005)
67
La méthode de Penman-Monteith calcule l’évapotranspiration potentielle par
l’équation suivante
(IV-8)
Où :
Etp : est l’évaporation potentielle (mm H2O/jour) ;
λ : est la densité latente du flux de chaleur (MJ/m2 jour) ;
Δ : est la pente de la courbe température-pression de saturation de vapeur ;
Hnet : est la radiation nette (MJ/m2 jour) ;
G : est le flux de chaleur du sol (MJ/m2 jour) ;
ρair : est la densité de l'air (kg/m3) ;
Cp : est la chaleur spécifique à la pression constante (MJ/Kg °C) ;
ez0 : est la pression de saturation de la vapeur d'air à la hauteur z (kPa) ;
ez : est la pression de la vapeur de l'eau d'air à la hauteur z (kPa) ;
γ : est la constante psychométrique (Kpa/°C) ;
rc : est la résistance de la couche supérieure (s/m) ;
ra : est la résistance aérodynamique, (s/m).
LAI : l’indice de surface foliaire
rl :la résistance minimale foliaire
La méthode de Hargreaves permet le calcul de l’évapotranspiration potentielle par
l’équation suivante
(IV-9)
Où :
Etp : est l’évaporation potentielle (mm H2O/jour) ;
λ: est la chaleur latente de vaporisation (MJ/Kg) ;
H0 : est la radiation extraterrestre (MJ/m2 jour) ;
Tmx : est la température maximale de l’air du jour considéré (°C) ;
Tmn : est la température minimale de l’air du jour considéré (°C) ;
Tav : est la température moyenne du jour considéré (°C)
La méthode de Priestley-Taylor calcule l’évapotranspiration potentielle par l’équation
suivante
68
(IV-10)
Où :
Etp : est l’évaporation potentielle (mm H2O/jour) ;
αpet : est un coefficient ;
Δ: est la pente de la courbe température-pression de saturation de vapeur;
Hnet : est la radiation nette (MJ/m2 jour) ;
G : est le flux de chaleur du sol (MJ/m2 jour) ;
λ: est la chaleur latente de vaporisation (MJ/Kg)
γ : est la constante psychométrique (Kpa/°C) ;
Selon Maidment (Maidment, 1992), le formalisme d’Hargreaves ne peut être
appliqué que pour l’obtention d’estimations moyennes mensuelles d’ETP, une
estimation d’ETP journalière par cette formule n’est pas fiable. Le formalisme de
Priestley Taylor pour sa part est conseillé pour des régions humides : en région sèche il
aura tendance à sous-estimer l’ETP (Maidment, 1992; Neitsch et al, 2001). Quant à la
formule de Penman-Monteith, elle reste la référence en matière d’estimation de l’ETP.
Dans la suite de ce travail, le formalisme de Priestley Taylor n’a pas été utilisé étant
donné son inadéquation au contexte climatique de l’étude.
L’ETP représente la demande évaporatoire de l’atmosphère, celle-ci s’exerce en
cascade sur les différents réservoirs qu’elle met à contribution selon leur stock d’eau
disponible et la facilité à en extraire de l’eau.
En premier lieu, toute précipitation interceptée par le couvert est évaporée
(surface d’eau libre, résistance minimale). Si ce stock ne suffit pas à satisfaire la
demande climatique, une demande évaporatoire maximale « E0’ » (mm) s’exerçant sur
le sol et la végétation est calculée (E’0 = E0 – eau interceptée par le couvert) : la
végétation va y répondre via un flux de transpiration et le sol (ou neige)
via un flux d’évaporation ou de sublimation.
Dans la formule de Penman Monteith la résistance de la canopée est prise en
compte pour le calcul de l’ETP. SWAT considère comme couvert de référence une
luzerne dont le LAI est de 4.1 et la résistance minimale foliaire de 100s.m-1(ARNOLD,
2005) , (CHAPONNIERE, 2005)
69
Figure (IV-8) : Schématisation des réservoirs successifs sur lesquels s’exerce la
demande évaporatoire de l’atmosphère (ARNOLD, 2005) , (CHAPONNIERE, 2005)
b) Transpiration
Le calcul de la demande qui s’exerce sur les plantes dépend du formalisme adopté
pour le calcul de l’évapotranspiration potentielle. Si les formalismes d’Hargreaves ou
Priestley-Taylor ont été choisis, la quantité maximale transpirée par la plante par jour «
Et » est fonction de l’indice de surface foliaire
(IV-11)
Et : est le flux maximal qui serait transpiré si le couvert poussait dans des conditions
idéales. Ces conditions étant rarement remplies, la quantité d’eau réellement transpirée
par le couvert est supposée égale à la quantité d’eau prélevée par ses racines. Le calcul
du prélèvement d’eau est similaire au calcul de l’évaporation du sol : le prélèvement
d’eau potentiel est fonction de la demande qui s’exerce sur le couvert et décroît avec la
profondeur. Par ailleurs, plus le sol est sec moins l’eau est extractible donc les
prélèvements potentiels sont réduits si le contenu en eau du sol est inférieur à un quart
de la réserve utile du sol. Enfin, les prélèvements ne peuvent pas être supérieurs à la
quantité d’eau disponible dans le sol (ARNOLD, 2005) , (CHAPONNIERE, 2005)
70
c) Sublimation / Evaporation du sol
La quantité maximale d’évaporation ou sublimation par jour « E’S » (mm) est
fonction de E0’ et d’un indice de couverture de sol « covsol » (lui-même fonction de la
biomasse épigée et des résidus ou constant si la quantité de neige dépasse un seuil
prédéfini) . Cette quantité maximale est réactualisée également en fonction du flux de
transpiration de la végétation : plus la végétation transpire, moins la réponse du sol à la
demande est forte. Si de la neige est présente en surface, la sublimation de celle-ci
permet de répondre à la demande E’S.
La sublimation est simulée jusqu’à ce qu’il n’y ait plus de neige (alors, la demande
restante s’exerce sur le sol) ou jusqu’à ce que la demande soit satisfaite (dans ce cas le
stock neigeux restant est actualisé et le sol n’est pas soumis à contribution).
La demande évaporatoire sur une couche de sol est fonction de la profondeur à
laquelle celle-ci est située et d’un facteur de distribution, ‘esco’. Par couche de sol, la
demande est réduite si le contenu en eau (‘SW’) est inférieur à la capacité au champ ;
par ailleurs, quelle que soit l’humidité, la quantité maximale d’eau prélevée pour
satisfaire la demande est limitée à 80% de la quantité d’eau disponible
(Contenu en eau – contenu en eau au point de flétrissement permanent) (ARNOLD,
2005) , (CHAPONNIERE, 2005)
IV.2.1.3.4. Recharge profonde
Deux aquifères peuvent être simulés dans chaque sous-bassin : l’aquifère
superficiel, supposé non confiné (donc susceptible de contribuer au débit du cours
d’eau) et l’aquifère profond, supposé confiné (l’eau y pénétrant est une perte pour le
bassin). SWAT modélise le mouvement de l’eau vers les couches sus-jacentes comme
une fonction de la demande d’évapotranspiration et d’un facteur « d’évaporation » La
recharge de l’aquifère superficiel est donnée par la relation suivante
(IV-12)
Où
Wrchg : j est la recharge de l’aquifère superficiel le jour j (mm),
Δgw : le temps de drainage des formations géologiques sus-jacentes (jour),
71
Wseep : la quantité totale d’eau quittant le bas du profil de sol (percolation ou
écoulements préférentiels) le jour j (mm) et wrchg, j-1 la recharge de la veille (mm).
(LEVESQUEE, 2008) .
IV.2.1.4. Fonctions de transfert
Les échelles spatiales sont imbriquées dans le modèle : l’unité sur laquelle tous
les flux sont calculés est le HRU. Les HRU situées dans un même sous-bassin versant
alimentent la rivière du sous-bassin via les différents flux latéraux qu’elles génèrent.
Les différents sous-bassins sont reliés par le réseau hydrographique. La Figure IV.9
représente cette imbrication d’échelle et précise les principaux paramètres pris en
compte par les différentes fonctions de transfert.
Figure (IV-9): Schématisation de l’imbrication d’échelle spatiale du modèle et détails
des fonctions de transfert appliquées entre les différentes échelles (CHAPONNIERE,
2005)
72
IV.2.1.4.1. Transfert du ruissellement de surface
Le ruissellement de surface est transféré dans le cours d’eau en tenant compte
du temps de concentration du sous-bassin. Pour chaque sous-bassin, le temps de
concentration est la somme du temps nécessaire au flux pour atteindre le cours d’eau
en partant d’un point du bassin (temps calculé en fonction de la pente moyenne, la
longueur de la pente et du coefficient de rugosité de Manning pour la surface du sol) et
du temps nécessaire pour parcourir le cours d’eau (dépend de la longueur du cours
d’eau, de la pente du cours d’eau, de la superficie du bassin et du coefficient de
rugosité de Manning pour le cours d’eau). Un léger ajustement de ce temps est
possible via un paramètre de retard (ARNOLD, 2005) , (CHAPONNIERE, 2005) .
IV.2.1.4.2. Transfert du ruissellement de sub-surface
Pour tenir compte du phénomène de stockage temporaire, SWAT intègre un
terme de retard dans le calcul de la contribution du ruissellement de sub-surface au
débit selon l’équation suivante :
(IV-13)
Où
Qlat : est le débit de sub-surface dans le cours d’eau,
Q’lat : le débit de sub-surface généré dans le sous-bassin,
Qlatstor, i-1 : le flux latéral stocké le jour précédent et TTlat le temps de retard du
Ruissellement de sub-surface.
L’influence du paramètre de retard TTlat sur la fraction de ruissellement de sub-surface
contribuant au débit est donnée par la figure IV.10 ci dessous (ARNOLD, 2005) ,
(CHAPONNIERE, 2005)
73
Figure (IV-10): Influence du paramètre de retard sur la fraction de ruissellement de
sub-surface contribuant au débit
IV.2.1.4.3. Cheminement de l’eau dans le réseau hydrographique
Pour déterminer le débit en tout point du réseau hydrographique, SWAT
propose deux méthodes dérivées de la théorie de l’onde cinématique : la méthode de
stockage variable développée par Williams (Williams, 1969) ou la méthode de
Muskingum développée par (McCarthy,1938). Ces méthodes hydrologiques
approximatives calculent l'amortissement d'une onde de crue en se basant sur la
résolution de l'équation de continuité pour un tronçon du cours d'eau (approximation
simple en différences finies), et sur l'hypothèse de la dépendance linéaire du volume
d'eau dans le tronçon aux débits entrant et sortant pondérés. Elles diffèrent par leur
conceptualisation du volume de stockage dans un cours d’eau : la méthode de stockage
variable considère un stockage en prisme, la méthode de Muskingum y ajoute un terme
de stockage du front d’onde (fig. IV.11).
Dans le modèle, la lame d’eau du cours d’eau est soumise à des pertes par
transmission et au processus d’évaporation. Les pertes par transmission représentent
un volume d’eau qui s’infiltre dans le lit du cours d’eau et dans les berges. Les pertes
sont plus ou moins importantes selon la nature du lit de rivière. Elles contribuent soit à
74
l’alimentation des aquifères soit à l’alimentation du cours d’eau par flux d’eau en
provenance des berges, soit à l’alimentation de zones non saturées adjacentes.
L’évaporation le long du réseau hydrographique est fonction de la demande
évaporatoire, de la longueur et de la largeur du cours d’eau.
Figure (IV-11) : Schématisation d’une section de cours d’eau dans SWAT lorsque la
méthode Muskingum ou la méthode de stockage variable est utilisée pour la simulation
de l’écoulement au sein du réseau hydrographique. (ARNOLD, 2005) ,
(CHAPONNIERE, 2005)
Le volume stocké de l’eau à la fin du pas de temps Δt est déterminé par l’équation
suivante :
(IV-14)
Où :
Vstored,2 : est le volume stocke à la fin du pas de temps Δt (m3 H2O)
Vstored,1 : est le volume stocke au début du pas de temps Δt (m3 H2O)
Vin : est le volume entrant dans le canal pendant le pas de temps Δt (m3 H2O)
Vout : est le volume sortant du canal pendant le pas de temps Δt (m3 H2O)
tloss : le volume des pertes de transmission dans le canal durant le pas de temps Δt
(m3 H2O)
Ech : le volume des pertes d’évaporation dans le canal durant le pas de temps Δt (m3
H2O)
75
div : est le volume d’eau ajouté (+) ou transféré (-) dans le canal durant le pas de
temps Δt (m3 H2O)
Vbnk : est le volume entrant dans le canal par les berges (écoulement de retour,
souterrain latéral) pendant le pas de temps Δt (m3 H2O)
IV.3. : Erosion et transport des sédiments dans le modèle swat
L'érosion provoquée par les précipitations et l'écoulement est calculée avec
Équation Universelle de Perte de Sol modifiée, Musle, (Williams, 1975). MUSLE
modifié est une version de l'équation universelle des pertes de sol (USLE) développée
par Wischmeier Et Smith (1965, 1978). L’USLE prévoit l'érosion brute annuelle
moyenne (érosion en nappe) en fonction des précipitations. Dans MUSLE, le facteur
d'énergie de précipitations est remplacé par un facteur d'écoulement. Ceci améliore la
prévision du rendement des dépôts et permet à l'équation d'être appliqué à différents
événements d'orage. La prévision est améliorée parce que l'écoulement est une
fonction de l'humidité antécédente.
IV.3.1. MUSLE
L'équation universelle modifiée des pertes de sol (Williams, 1995) s’écrit sous la
forme suivante :
(IV-15)
Où
Sed : est le rendement de dépôt un jour donné (tonnes ) ;
Qsurf : volume du ruissellement en (mmH2O /ha) ;
qpeak: le débit de maximal d’écoulement (m 3 / s) ;
areahru : la surface du HRU (ha) ;
KUSLE : le facteur d’érodabilité de sol dans USLE en (0.013 métrique ton m2 hr/ (m3-
métrique tonne cm)) ;
C USLE : est le facteur de couverture et de gestion d'USLE ;
P USLE : est le facteur de pratique en matière de soutien d'USLE ;
LS USLE : est le facteur topographique d'USLE et CFRG est le facteur brut de fragment.
des eaux de surface et la crête évaluent des calculs ; (ARNOLD, 2005)
76
IV.3.1.1. Le facteur d’érodabilité du sol
Williams (1995) a proposé une équation alternative:
Où
fcsand : est un facteur qui donne bas salissez les facteurs d'érodabilité pour des sols
avec la haute le contenu de brut-sable et les valeurs élevées pour des sols avec peu de
sable,
fCl-si : est un facteur cela donne de bas facteurs d'érodabilité de sol pour des sols avec
du haut argile aux rapports de vase,
forgc : est un facteur qui réduit l'érodabilité de sol pour des sols avec le contenu
organique élevé de carbone, et f hisand est le facteur qui réduit l'érodabilité de sol pour
des sols avec le sable extrêmement haut Contenu. Ces facteurs sont calculés de
manière suivante :
Où
ms : est le pourcentage des particules de sable de (0,05-2,00 mm de diamètre) dans la
couche,
KUSLE =fcsand *fcl-si*forgc*fhisand (IV-16)
(IV-17)
(IV-18)
(IV-19)
(IV-20)
77
msilt : est le pourcentage des particules de silt de (0.002-0.05 mm) dans la couche,
mc : est le pourcentage des argiles de (< 0,002 mm de diamètre), et l'orgC est le
pourcentage des carbone organique contenu dans la couche (%),(ARNOLD, 2005)
IV.3.1.2. Le facteur de cultures ou d’occupation des sols :
Puisque la couverture végétale change pendant le cycle de sa croissance, le
model SWAT mettre à jour quotidiennes le C USLE en utilisant l'équation suivante :
Où
C USLE, mm ; est la valeur minimum pour le facteur de couverture et de gestion de terre,
rsdsurf : est la quantité de résidu sur la surface de sol (kg/ha).
Le facteur du minimum C peut être estimé à partir d'un annuel moyen connu C en
utilisant l’équation (d’Arnold and Williams, 1995) :
Où
C USLE, mm : est la valeur minimum du facteur C et C USLE, aa est La valeur moyenne
l'annuel de C (ARNOLD, 2005)
IV.3.1.3. Le facteur des pratiques antiérosives
C’est le paramètre Pusle discuté dans le chapitre précédant
IV.3.1.4. Le facteur topographique LS
Le facteur topographique, LS USLE est le rapport prévu de la perte de sol par
unité Secteur d'une pente de champ à cela d'une longueur de 22.1-m d'uniforme pente
de 9 pourcent dans des conditions autrement identiques. Le facteur topographique est
calculé :
(IV-21)
(IV-21)
(IV-22)
78
Où :
Lhill : est la longueur de pente (m), m est la limite exponentielle, et hill est l'angle de
la pente. La limite exponentielle, m est calculée par :
Où
Le slp : est la pente du HRU exprimé comme la course d'excédent d'élévation
(m/m).le rapport entre la colline de hill et le slp est:
La pente de colline = tanghill
IV.3.1.5. Le facteur brut de fragment
Il est calculé par la relation suivante :
CFRG = expo (-0.053* rock)
Ou
Rock représente le pourcentage de cailloux, graviers dans la première couche de sol
(ARNOLD, 2005) .
IV.3.2. USLE
L'équation universelle de perte de sol (Williams, 1995) est :
Où
Sed : est le rendement de dépôt un jour donné (t/ha.ans),
EIUSLE est l'index d'érosivité de précipitations
K USLE : est le facteur d'érodabilité de sol en t/ha.ans),
C USLE : est le facteur de couverture et de gestion d’USLE,
P USLE : est le facteur de pratique en matière de soutien d'USLE,
LS USLE : est le facteur topographique d'USLE et CFRG est le facteur brut de
fragment. . (ARNOLD, 2005) Des facteurs autres qu'EI USLE sont discutés
précédemment
(IV-23)
(IV-24)
79
IV.3.3. Effet de la couverture neigeuse
La puissance érosive de la pluie et de l'écoulement sera moins quand la couverture de
neige est présentez que quand il n'y a aucune couverture de neige. Pendant des
périodes où la neige est présente dans un HRU, swat modifie le rendement de dépôt en
utilisant le rapport suivant
Où :
Sed : est le rendement de dépôt un jour donné (tonnes métriques),
Sed’ : est le dépôt le rendement calculé avec MUSLE (tonnes métriques), et le SNO est
la teneur en eau de la couverture de neige (millimètre H 2O). (ARNOLD, 2005)
IV.3.4. Le dépôt dans les eaux de surface
Dans de grands sous bassins avec un temps de concentration plus qu’un jour,
seulement une partie des eaux de surface atteindra le canal principal le jour où il est
Produit. Swat incorpore un dispositif de stockage d'eaux de surface pour draîner une
partie des eaux de surface au canal principal. Le dépôt dans les eaux de surface est
aussi draîné. Une fois que la charge de dépôt dans les eaux de surface est calculée, la
quantité de dépôt libéré du canal principal est calculée selon la relation IV.26).
Où
Sed : est la quantité de dépôt déchargée au principal creusent des rigoles sur donné
le jour (tonnes métriques),
sed’ : est la quantité de charge de dépôt produite dans le HRU dans un jour indiqué
(tonnes métriques),
sed stor, I -1 : est le dépôt stocké ou traîné du la veille (tonnes métriques),
surlag : est le coefficient de retard d'eaux de surface, et tconc est le temps de
concentration pour le HRU (heures), la figure suivante représente l’influence du surlag
et du tconc sur la fraction d’Écoulement de surface et dépôt libérés.
(IV-25)
(IV-26)
80
Figure (IV-12): l’influence du surlag et du tconc sur la fraction d’Écoulement de
surface et dépôt libérés. (ARNOLD, 2005)
81
81
V.1. Introduction
Le bassin versant est l’unité de gestion du territoire pertinente d’un point deVue hydrologique, écologique et géomorphologique. Il est le cadre analytique àconsidérer pour toute prise de décision en matière d’aménagement. C’est pourquoi lesgestionnaires et les décideurs réclament des outils opérationnels adaptés à cetteéchelle. Mais le bassin versant est une unité complexe : l’ensemble des composantesdu cycle hydrologique y est représenté et des facteurs anthropiques perturbateurs s’yajoutent souvent. Rares sont les outils qui prennent en compte tous ces aspects defaçon spatialisée, répondant ainsi aux attentes des gestionnaires. [28]
V.2. Situation Géographique
Le bassin de la Tafna appartient à l’ensemble « Oranie – Chott Chergui » Figure(V-1); C’est le numéro 16 de l’ensemble des bassins de l’Algérie, selon la codificationde l’Agence Nationale des Ressources Hydriques( ANRH) Figure (V-2) Il s'étendentre la latitude 34°47 et 35°10 et la longitude 2°14 Ouest et 0°50 Est. Il couvre unesuperficie de 7245 km2. Il déborde d'un tiers (1/3) de la superficie sur le territoireMarocain. Le bassin est délimité par le principal relief des Monts de Tlemcen au Sud,par la mer Méditerranée et les hautes plaines Oranaises au nord et relayé à l'Ouest parle moyen Atlas Marocain, et à l'Est par les Monts de Daïa (Saida). Il est formé par unebarrière montagneuse au sud (800-1400m d'altitude) axée WSW-ENE, dominantlargement au Nord, les régions des plaines de Maghnia, de Hennaya et de Sidi-Abdelli.
Globalement, le bassin de la Tafna peut être subdivisé en trois grandes parties et enhuit sous bassins :
Partie orientale avec comme principaux affluents l’oued Isser et l’oued Sikkak ;
Partie occidentale comprenant la haute Tafna (oued Sebdou et oued Khémis) et
l’oued Mouilah.
Partie septentrionale débutant pratiquement du village de Tafna et s’étend
jusqu’a la plage de Rachgoune. Les oueds Boukiou, Boumessaoud et Zitoun
sont les principaux affluents de cette partie
82
Figure (V-1) : le bassin de la Tafna dans l’ensemble « Oranie – Chott Chergui »(ABH, 2009)
83
Figure (V-2) : Codes et noms des bassins versants de l’Algérie (BOUANANI,2005)
Le bassin de la Tafna est subdivisé en neuf sous bassins Figure (V-3) Sous bassin d’Oued Isser (Bensekrane) ; Sous bassin d’Oued Isser (Rémchi) ;
Sous bassin d’Oued Lakhdar (Chouly) ;
Sous bassin d’Oued Sikkak ;
Sous bassin d’Oued En Enachef ;
Sous bassin d’Oued Ouardefou ;
Sous bassin d’Oued Boukiou ;
Sous bassin d’Oued Mouilah ;
Sous bassin de la haute Tafna (oued Sebdou et Khémis) ;
84
Fig. I.4: Représentation des sous bassin de la Tafna [A, 2]
Figure (V-3) : les sous bassin de la Tafna
V.3. Cadre géographique du bassin
Le bassin de la Tafna présente une géographie diversifiée. Selon (BOUANANI,2004) et (BOUANANI, 2005), On distingue principalement trois domaines.
85
.
Figure (V-4) : Cadre géographique du bassin de la Tafna et de la wilaya deTlemcen. (BOUANANI, 2005)
Au Nord, une chaîne montagneuse dresse une barrière entre le bassin versant et
la mer Méditerranée représentée par les massifs des Traras et de Sebâa
Chioukh.
Au centre, on trouve une zone de plaines et de plateaux intérieurs ; Elle est
formée par la plaine de Maghnia à l’Ouest se prolongeant par les plaines
d’Angads au Maroc et les plaines des Ghossels à l’Est.
Au sud se dressent les monts de Tlemcen formant la bordure sud du bassin avec
une altitude maximale dépassant les 1500m.
La plaine des Ghossels est parcourue par l’oued Tafna et ses affluents. Ce dernierprend ses sources dans les monts de Tlemcen. C’est un cours d’eau permanent de 117km de long qui reçoit deux affluents importants : oued Mouilah à l’Ouest et Oued Isserà l’Est.
86
: Les zones montagneuses :Les zones montagneuses entourent en quelque sorte le bassin de la Tafna du
côté Nord-Ouest, du côté sud et du coté Nord pour laisser au centre une zone deplaines et de dépressions. Ces zones sont représentées par :A : Les monts des Traras
C’est une chaîne montagneuse côtière de 1250km2 occupant le Nord-Ouest dela wilaya de Tlemcen. Cette zone se caractérise par de fortes pentes ; l’érosion y estdonc intense. Le couvert forestier est localisé essentiellement dans la partie centrale,aux alentours des monts les plus culminants (Djebel Fillaoucène).B : Les monts de Sebâa Chioukh
C’est une chaîne montagneuse de 250km2 située au Nord-est de la wilaya deTlemcen. Elle forme le prolongement du côté Est des monts des Traras ; ses reliefs ontdes pentes dépassant les 25%.C Les monts de Tlemcen
Les monts de Tlemcen se situent au sud de la wilaya de Tlemcen formant lafrontière sud du bassin versant. Ils occupent une superficie de 3000km2 et s’étendent àl’ouest jusqu’au royaume du Maroc et à l’est jusqu’à la wilaya de Sidi Bel Abbés. Ilsont un relief très accidenté avec de fortes pentes et des altitudes moyennes comprisesentre 1200m et 1500m avec comme point culminant Djebel Cheloufi à 1843m.
Les zones des plaines et des plateaux
Les plaines et les plateaux occupent la partie centrale du bassin, entouré par leszones montagneuses. La population se concentre principalement dans cette région. Ondistingue de l’Ouest à l’Est : La plaine de Maghnia
Elle est limitée au Nord et Nord-est par les piémonts sud des Traras, au Sud parles piémonts Nord des monts de Tlemcen et à l'Ouest par un prolongement naturelformant la plaine des Angad (Maroc). Cette plaine est en grande partie recouverte delimons très fertiles. Les sols de la plaine sont limités en profondeur par des croûtescalcaires. La plaine de Hennaya
Elle est limitée au Sud par les piémonts Nord des monts de Tlemcen, au Nordpar le plateau de Zenata. Ses dépôts sont formés des alluvions récentes. Par la positiongéographique et la structure granuleuse des dépôts, la plaine profite de la proximité despoints d'eau (cours d'eau, nappe phréatique).
87
Plateau de Zenata-Ouled Riah
Le plateau de Zenata-Ouled Riah est situé au nord-ouest de la plaine deHennaya. Il est constitué de sols rouges méditerranéens reposant sur desencroûtements ou parfois sur la carapace calcaire ; la texture du sol est argilo-limoneuse. Plateau Sidi Abdelli-Ain Nahala
Le plateau de Sidi Abdelli-Ain Nahala est formé de sols bruns calcairescontenant de l’argile. A la suite de la variation de l'humidité de ces sols, la structure sedilate en été, donnant naissance à de larges fentes.
V.4. Cadre géologique du bassinV.4.1. Cadre général
La structure actuelle de l’Algérie du nord est liée aux mouvements hercynienset alpins qui ont permis l’individualisation de plusieurs domaines. En oranie, ondistingue du nord au sud :-le domaine tellien représenté dans la zone d’étude par les monts des Traras et desSebâa chioukh ;-le domaine tlemcenien dominé essentiellement par les Monts de Tlemcen ;-les hautes plaines oranaises ;-le domaine atlasique ;-le domaine saharien ;Le bassin de la Tafna comprend de grandes plaines, dont les deux principales sontcelles de Maghnia à l’ouest et celles des ghossels à l’est entourées de massif élevés :
-le massif des Traras comprenant la chaine des Fillaoucène qui s’étendent versl’ouest par le massif des béni-Snassen
-les monts de Tlemcen dessinant la bordure sud du bassin et s’interposent entredeux domaines bien d’finis : Le domaine des nappes du tell au nord
Le domaine stable des hautes plaines oranaises au sud
La terminaison occidentale des montagnes de Tlemcen qui s’élève graduellement duNord vers le Sud est occupée par les monts de Rharb-Roubane.
88
Figure (V-5) : Schéma structural de la chaîne alpine de la Méditerranée occidental(ABH, 2009)
V.4.2. : La série litho stratigraphique
Le bassin versant de la Tafna est caractérisé par une géologie complexe etdiversifiée. L’évolution des terrains au niveau du bassin va du primaire au plio-quaternaire (fig. III. 7)
V.4.2.1. Le primaire
Il affleure dans le bassin de oued Mouilah (fig. III. 10) au niveau des monts deRhar Roubane à l’ouest et les monts de Fillaoucène à l’est ; il est représenté par
Formation schisto-quartzitique
Elle est d’âge silurien à dévonien, fortement plissée recouvrant une grandesurface à Rhar Roubane et djebel Fillaoucène, Les schistes sont de couleur brune etaltérés avec des quartzites très compacts en bancs décimétriques.
Granite
Le massif granitique est situé immédiatement au NE de la ville de Nedroma. Ilest de forme elliptique et de couleur blanchâtre à rosâtre.
89
Auréole de métamorphisme
L’intrusion granitique développe une auréole de métamorphisme dans laformation schisto-quartzitique ; On y trouve des cornéennes, des schistes àandalousites et des schistes tachetés.
V.4.2.2. Le secondaire
Il occupe une grande partie du bassin de la Tafna et forme essentiellement lesmonts de Tlemcen. La série litho stratigraphique schématisée par le log de la figureIII.7 est représenté par :
V.4.2.2.1. Le Trias
Le trias est localisé essentiellement dans la région de Béni-Bahdel et au nord deAin Telloute, à l’Est dans le bassin d’oued Mouilah (fig. III ,10). Il est constitué pardes argiles plus ou moins dolomitiques et gypseuses et des marnes bariolées fortementteintées. Il est souvent traversé par des jointements d’ophite d’âge plus récent(Jurassique ou crétacé) s’accompagnant d’un léger métamorphisme.
V.4.2.2.1.1. Le Jurassique Jurassique inférieur
Il est caractérisé par les séries du Lias visible au niveau de Rharb Roubane. Ony distingue du bas vers le haut :
Lias inférieur
Il est représenté généralement par des calcaires massifs karstifiés surmontantdes marnes vertes ou rouges.
Lias moyen
Il est représenté par des calcaires d'âge Carixien -Domérien. Cette formationdébute souvent par un calcaire bio détritique rougeâtre à éléments bréchiques.
Lias supérieur
Il est représenté par: Toarcien: représenté par des alternances de marnes et de calcaires de plus en
plus rapprochés vers le haut où les niveaux calcaires prennent de l'ampleur.
90
Aaléno-Bajocien: cette formation débute par des calcaires oolithiques en bancs
décimétriques surmontés par des dolomies massives beiges cristallines.
: Jurassique moyenIl est représenté par :
: Bathonien inférieur et moyen
Cette formation montre une variation d'épaisseur et de faciès. Ce sont descalcaires en bancs centimétriques à décimétriques gris foncés à verdâtres, affleurantaux monts de Rharb-Roubane.
Callovo-oxfordienC’est une formation, d'épaisseur variable, correspondant à des dépôts argileux et
marneux, parfois schisteux à passées gréseuses.
Jurassique supérieurReprésenté par
: Oxfordien supérieur-Kimméridgien inférieur :
C’est une formation à dominance gréseuse, avec des passées argileusesmasquées le plus souvent, par des éboulis ou la végétation. Ces grès sontparticulièrement développés dans les forêts de Zarifet et d'Hafir.
Kimméridgien supérieur
Représenté par les calcaires de Zarifet surmontant les grès de Boumediene. Ils'agit de bancs calcaires séparés par de minces intercalations de calcaires marneuxécailleux.
Kimméridgien terminal
Il forme les dolomies de Tlemcen. Il s'agit de dolomies cristallines grises àpatine rousse et avec de nombreuses cavités remplies de calcite. Elles se rencontrentautour d’Ain Fezza, dans la forêt de Zarifet au Nord de Tlemcen et sur le plateau deTerny. Cette formation peut atteindre 200 m aux environs de Tlemcen.
Tithonique basal
C’est une formation de marnes grises, blanchâtres en surface, intercalées denombreux lits et bancs de calcaires marneux durs. Cette formation est limitée à sa basepar les lits calcaires de stah et au sommet par les calcaires de lato, ou les premièresassises des dolomies de Terny. Elle affleure sur le plateau de Terny et à l'Est de AinFezza.
91
Tithonique inférieur
Ce sont des dolomies parfois vacuolaires avec de nombreuses stratificationsobliques et un aspect très massif. Elles sont développées au niveau du plateau desAzails, de Terny et près du barrage d’El-Mefrouche ; leur épaisseur est de l’ordre de100 m dans le plateau de Terny. Elles sont bien représentées au niveau des bassins del’oued Sebdou, Isser, Sikkak et au Sud de Ouled Mimoun.
Tithonique supérieur
C’est une alternance de calcaires et de marnes plus ou moins tendres formantles marno-calcaires de djebel El Guern et de celui de Bouchiba.
Tithonique Supérieur à Berriasien basal
Cette formation renferme les couches de passage du Jurassique au Crétacé. Elleest limitée à sa base par les grès de Merchich et à sa partie supérieure par le toit d’unecorniche de calcaires. Elle forme les marno-calcaires d’Ouled Mimoun.
: Le Crétacé
Il est représenté par la série du Crétacé inférieur où on y distingue du bas vers lehaut :
Berriasien moyen –ValanginiensC’est une formation argilo-gréseuse, nettement calcaire au sommet formant les
argiles de Lamoricière (Ouled-Mimoun) et au niveau de hassi zerga dans le bassin deSebdou.
Hauterivien : grés de Berthelot
C’est une formation caractérisée par une récurrence de la smaltite et surtout parla présence du chlorite. La base est riche en stratifications obliques, marqués par desblancs de dolomies pulvérulentes. Elle se rencontre au Sud Ouest du fossé de Sebdou.
Barrémien-Aptien :
Il représente le passage entre le Crétacé et l’Eocène. Cette formation affleure àSebdou.
92
V.4.2.3. Le tertiaire
L’Eocène
La formation affleure sur une très faible surface au niveau d’Ain Berkouk. C’estun ensemble gréseux avec passage de bancs de poudingues. Dans la basse valléed’Oued Isser près de la confluence avec Oued Tafna, le massif des Sebâa Chioukh estconstitué de grès siliceux, jaunes à rougeâtres, assez friables à ciment argileuxalternant avec des marnes argileuses verdâtres. Cette alternance forme une série de100m à 150 m d’épaisseur.
Le Miocène Le Miocène inférieur (Burdigalien)
Il débute par un niveau de poudingue très dur à blocs bien roulés,hétérométriques et polygéniques, formés par des éléments calcaires, dolomitiques àciment calcairo-gréseux très résistants, pouvant atteindre 20 m d’épaisseur.La partie supérieure est constituée par des argiles marneuses de teinte verdâtre, au seindesquelles s’intercalent des bancs décimétriques de grés ferrugineux friables formantun ensemble d’une épaisseur pouvant dépasser les 100 m. Cette formation affleure depart et d’autre de la Tafna, essentiellement entre la vallée de oued Zitoun et djebelFillaoucène.
Le Miocène moyen (Serravalien)
Il repose souvent en transgression et en discordance sur le Burdigalien déforméet partiellement érodé. Il est constitué d’une épaisse série d’argiles marneuses grisesou bleutées dont la masse devient ocre à l’affleurement. Au sein de cette série, pouvantatteindre 300 m d’épaisseur dans la vallée d’oued Isser, s’intercalent de nombreuxbancs décimétriques de grés jaunes, plus fréquents au sommet de la série. La base duSerravallien, en particulier dans le bassin de la Tafna, est marquée par un niveaudiscontinu de poudingues relativement peu consolidés à ciment argilo-gréseux, bienreprésenté à 4 km à l’est de Hammam Boughrara.
Le Miocène supérieur (Tortonien)
Il est formé par des dépôts de grès durs (fig. III. 8), jaunes d’or à citron, peuconsolidés pouvant atteindre 20 à 30 m d’épaisseur. Ces grès s’appuient sur desmarnes sérravalliennes, comme entre Tlemcen et Rémchi dans le bassin de Sikkak, oudirectement sur le Jurassique au Nord et au Sud de la plaine de Maghnia, dans lebassin de Mouilah.
V.4.2.4. Le plio-quaternaire
Représenté par des sédiments continentaux d’âge comparables bien que denatures variables. Il s’agit d’une série complexe de dépôts discontinus formésd’éléments hétérométriques et hétérogènes. Les faciès suivants sont rencontrés :
93
Les travertins Villafranchiens
Situés en bordure des monts de Tlemcen, et représentés par des travertins
fortement consolidés et des calcaires lacustres ;
Le complexe de sédiments Plio-Villafranchiens
La bordure des massifs secondaires est soulignée par des éboulis de piémonts
plus ou moins encroûtés et remaniés d’épaisseur très variable mais toujours
assez faible ; des marnes rouges avec peu ou pas de galets, plus ou moins
tufeuses, parfois très épaisses surtout au niveau du bassin de Oued Abbas.
Des anciennes alluvions allant des marnes alluvionnaires verdâtres aux galets,
en passant par les limons et les graviers;
Les limons, sables et graviers récents qui s’étendent entre Oued Mehaghene et
Chaabat El Arneb au Nord-est de la frontière algéro-marocaine. Les limons
sont jaunes en général avec des couches rougeâtres. Les galets se trouvent
surtout en lits à la base des limons.
Quelques lambeaux de basaltes inter stratifiés, témoins d’une activité
volcanique ; ils sont situés au Nord-Ouest de la plaine de Maghnia dans le
bassin Mouilah.
Les figures suivantes résument sommairement ce contexte géologique du bassin de laTafna.
94
Figure (V-6): Colonne litho stratigraphique des monts de Tlemcen jusqu’aux hautesplaines (BOUANANI, 2004) . (BOUANANI, 2005)
95
Figure (V-7): Cadre géologique du bassin versant de la Tafna (BOUANANI, 2005)
Figure (V-8) : Carte géologique du sous bassin d’oued Sikkak (Tafna- Algérie)(BOUANANI, 2004)
96
Figure (V-9) : Carte géologique du sous bassin d’oued Mouilah (Tafna NW Algérie(BOUANANI, 2004)
97
Figure (V-10) : Carte géologique du bassin d’oued Isser (Tafna, Algérie)(BOUANANI, 2004)
98
Figure (V-11) : Coupe schématique au niveau d’Oued Isser (BOUANANI, 2004)
V.5. Morphométrie du bassin versant de la Tafna
V.5.1. Caractéristiques morphométriques d’un bassin versant
Rappelons que le bassin de la Tafna s’étend sur la wilaya de Tlemcen en seprolongeant vers le royaume du Maroc sur lequel on distingue trois grandes zones àsavoir : Zone Est : Elle correspond aux sous-bassins versants (06) et (07). Ses
principaux oueds sont Oued Chouly, Oued Isser et Oued Sikkak et son
confluent, le Mefrouche.
Zone Ouest ou haute Tafna : Elle correspond aux sous bassins versants (01),
(02), (03) et (04). Ses principaux oueds sont Oued Tafna, Oued Mouilah et
Oued Khémis.
Zone Nord ou moyenne et basse Tafna : Elle correspond aux sous bassins
versants (05) et (08). Elle débute pratiquement au poste Tafna et s’étend
jusqu'à son embouchure avec la mer. Les drains principaux de cette zone sont
l’oued Tafna avec les Oueds Zitoun du coté sud et Boukiou du coté nord.
99
V.5.2. Paramètres de forme
Le tableau suivant regroupe les paramètres de forme des sous bassin de la Tafna
Tableau (V-1) : paramètres morphologique des sous bassin de la Tafna
V.5.3. Paramètres de relief
V.5.3.1. Courbe hypsométrique
La plupart des phénomènes hydrologiques et climatologiques sont directementliés à l’altitude. Généralement cette courbe peut être résumée par Altitudescaractéristiques
V.5.3.2. Altitudes caractéristiques
Certaines altitudes sont caractéristiques pour un bassin versant. Elles donnent desindications supplémentaires sur le potentiel érosif du bassin et sont représentés par : L’altitude moyenne définie par l’altitude correspondante à la moyenne de la
courbe hypsométrique ; L’altitude la plus fréquente définie par le maximum de la courbe des fréquences
altimétriques ; L’altitude de fréquence ½ définie par l’altitude correspondante au point
d’abscisse ½ de la courbe des fréquences altimétriques.
Bassins Superficie(Km
2)
Périmètre(Km)
Kc Rectangle équivalent
Longueur(Km)
Largeur(Km)
Oued Khémis 350 93 1.39 37.23 9.4
Oued Sebdou 255.5 78 1.37 30.70 8.32
Oued Mouilah 2650 230 1.25 82.96 31.94
Oued Zitoun 140 65 1.54 24 5.83
Oued Boumessaoud 118 59 1.52 24.53 4.81
Oued En Nchef 86 46.7 1.41 9.04 9.51
Oued Sikkak 463 116 1.50 48.49 9.55
Oued Chouly 288.9 115 1.28 21.7 13.31
Oued Isser (Bensekrane) 1139.74 180 1.49 85.26 13.37
Oued Boukiou 117.3 58 1.50 23.91 4.9
100
Tableau (V-2) : Altitudes caractéristiques des sous bassin de la Tafna
V.6. Le cadre Hydrologique et représentés par :
V.6.1. Les pentes et dénivelé spécifique
Le tableau suivant contient les pentes, dénivelé spécifique ainsi que laclassification des sous bassin de la Tafna selon ces paramètres.
.Tableau (V-3) : Indices de pentes et reliefs des sous bassins de la Tafna(BOUANANI, 2004)
Les résultats du tableau montrent que d’après la classification de l’Ird, les fortesvaleurs de Ig (0.02 < Ig < 0.05) concernent les bassins situés à l'amont de la basse
Sous bassins Ip Ig Reliefs selon « Ig » Ds Reliefs selon «Ds »
Oued Khémis 2.89 0.019 Modéré 355.5 Fort
Oued Sebdou 1.46 0.016 Modéré 255.8 Fort
Oued Mouilah 1.16 0.011 Modéré 566.6 Très fort
Oued Zitoun 2.09 0.039 Assez fort 461.4 Fort
Oued Boumessaoud 1.96 0.035 Assez fort 380.2 Fort
Oued En Nchef 0.44 0.016 Modéré 148.4 Assez fort
Oued Sikkak 1.52 0.021 Assez fort 451.9 Fort
Oued Chouly 0.19 0.037 Assez fort 628.8 Très fort
Oued Isser (Bensekrane) 0.10 0.011 Modéré 371.3 Fort
Oued Boukiou 1.65 0.020 Assez fort 216 .6 Assez fort
Bassins Altitude la plusfréquente (m)
Altitude defréquence ½ (m)
Observation
Oued Khémis 1400-1250 1410 Jeune
Oued Sebdou 1100-1000 1060 Equilibre
Oued Mouilah 600-400 687 Vieux
Oued Zitoun 500-400 485 Vieux
Oued Boumessaoud 800-700 630 Vers vieillesse
Oued Sikkak 400-300 575 Vers vieillesse
Oued Chouly 1400-1300 1075 Equilibre
Oued Isser (Bensekrane) 800-600 785 Equilibre
Oued Boukiou 300-200 362 Vieux
101
Tafna, ce qui permet de les ranger dans la classe de relief assez fort. Les valeurs lesplus faibles (relief modéré) correspondent aux bassins de la haute Tafna.
V.6.2. Coefficient de torrentialité et Temps de concentrationLes valeurs de ces deux paramètres correspondant aux sous bassin de la Tafna
sont représentés dans le tableau suivant :
Tableau (V-4) : Valeurs des coefficients de torrentialité et les temps de concentrationsdes sous bassins de la Tafna (BOUANANI, 2004)
Les valeurs élevées du coefficient de torrentialité correspondent respectivement auxchevelus hydrographiques: Boukiou, Khémis et Sebdou issus d'un secteur montagneuxet pluvieux. Par contre, les faibles valeurs des autres bassins sont liées soit à lafaiblesse des précipitations, ou encore à la forte perméabilité des formationsgéologiques.
V.7. Sols et végétations
Les sols du bassin de la Tafna sont composés de quatre grands ensembles figure(V-12) Les terres d’alluvions qui recouvrent les basses terrasses .Mouilah et les lits
majeurs des oueds,
Les terres caillouteuses aux piémonts des monts de Tlemcen et des Traras,
Les terres rouges à encroûtement, localisées dans les plaines de Maghnia et
Ouled Riah,
Les terres marneuses, couvrant une grande partie de la région de Tlemcen.
On remarque que les marnes et les alluvions sont dominantes, elles représentent plusde 80% du bassin.
Bassins Coefficient de torrentialitéCT
Temps de concentrationTc
Oued Khémis 17.6 06 h 00
Oued Sebdou 15.2 07 h 00
Oued Mouilah 0.0032 20 h 30 mn
Oued Zitoun 5.5 05 h 30 mn
Oued Boumessaoud 6.9 04 h 30 mn
Oued Sikkak 1.9 09 h 30 mn
Oued Chouly 2.7 05 h 15 mn
Oued Isser (Bensekrane) 2.1 14 h 30 mn
Oued Boukiou 26.9 06 h 00
102
Figure (V-12) : carte des types de sols dans la Tafna
La végétation est un facteur déterminant de la rapidité du ruissellementsuperficiel, du tau D’évaporation et de la capacité de rétention du bassin. Donc laprésence de végétation va jouer le rôle de « Régulateur » dans le régime d’écoulement.L’occupation végétale a une influence directe sur l’écoulement fluvial aussi bien quefacteurs Orographiques et climatiques. La résistance à l’écoulement est d’autant plusgrande que le Couvert végétal est plus dense. Cette influence de la forêt sur le régimedes eaux en domaine Méditerranéen à un rôle considérable.
Les données pédologiques de la Tafna sont très limitées. Sur la base de nospropres connaissances de la région et la littérature consultée [7], [8] nous avons déduitdeux types de sols dominants dans la Tafna.
Le tableau suivant regroupe les sous bassin de la Tafna ainsi que leurs solsreprésentatifs.
103
Tableau (V-5) : caractéristique des principaux sols dans la Tafna
Ce tableau est illustré est par une carte d’occupation des sols dans notre bassinafin de mètre en évidence la variation « C » dans les différents sous bassin figure ci-dessous.
Figure (V-13) : carte d’occupation des sols dans la Tafna
sous bassin type desol
densitéapparente(t/m
3)
capacitéaux
champs(mm)
conductivitéhydraulique
(mm/h)
code deperméabilité
code destructure
Kusle
hauteTafna
Terremarneuse
1.29 0.24 73 5 3 0.14
Mouilahamont
Mefrouche 1.2 0.27 80 4 3 0.09
Mouilahaval
alluvions 1.22 0.27 21 5 3 0.27
moyenneTafna
Isser
Sikkak
Tafnamaritime
104
VI.1. Introduction
Plus encore que les facteurs morphologiques, lithologiques et biogéographiques,
les conditions climatiques du bassin versant jouent un rôle capital dans le
comportement hydrologique des cours d'eau. Ce sont les précipitations, surtout
liquides, qui constituent le facteur essentiel intervenant par :
Leur hauteur totale annuelle qui détermine l'abondance fluviale,
Leur répartition mensuelle et saisonnière qui influence directement les régimes
hydrologiques,
leurs totaux journaliers et surtout les averses génératrices de crues.
Ces différents aspects des précipitations sont plus ou moins modifiés selon l'effet
Combiné des autres paramètres physiques cités plus haut et climatiques (températures
et Évapotranspiration). Mais, contrairement aux paramètres proprement physiques
permettent une interprétation seulement qualitative du comportement hydrologique
des bassins, les précipitations et les facteurs climatiques dans leur ensemble, variables
aléatoires dans le temps et l'espace, permettent d'expliquer quantitativement les
variations des composantes du Régime hydrologique dans sa conception la plus large
[2].
VI.2. Aperçu sur le climat de l'Afrique du Nord
Par sa position en Afrique du Nord, donc en latitude, l'Algérie correspond à la
zone de contact entre les masses d'air d'origine ou d'affinités polaires et arctiques
d'une part et les masses tropicales d'autres part .L'avancée des masses d'air froides vers
le Sud peut être enregistrée à tout moment de l'année. Mais l'observation a montré
qu'elles n'influent avec efficacité sur l'évolution du temps qu'entre le début de
l'automne et la fin du printemps.
Les masses d'air tropicales, peuvent provenir de l'Atlantique ou du continent
Africain par des courants dirigés vers le Nord, le Nord-Ouest ou le Nord-est.
Les différentes situations météorologiques perturbées qui sont susceptibles
d'affecter l'Afrique du Nord correspondent à une circulation des masses d'air orientées
d'une manière zonale (approximativement d'Ouest en Est) suivant le flux de
Westernien.
Le climat de la Méditerranée eurafricaine est étroitement bloqué entre un domaine
tempéré plus frais au Nord et le désert au Sud. Excepté en bordure même de la mer où
l'on n'observe pas un véritable climat maritime, mais plutôt un climat contrasté
traduisant plus d'influences continentales qu'océaniques et reflétant avant tout leur
double appartenance aux franges de la zone tempérée et de la zone tropicale.
(BOUANANI, 2004), (BABA HAMED, 2005)
105
VI.3. Aperçu sur le climat de l’Algérie :
Selon (bouanani, 2004) le climat de l'Algérie est de type méditerranéencaractérisé par une Période pluvieuse allant en moyenne de Septembre à Mai et un étésec et ensoleillé. L'Atlas tellien joue le rôle d'un rempart qui provoque la condensationet les précipitations d'une partie de la vapeur d'eau amenée par les vents soufflant de lamer. L'altitude entraîne une diminution générale de la température, l'éloignement de lamer, une augmentation des amplitudes diurnes et annuelles Le climat de l'Atlas tellienprésentera donc tous les degrés intermédiaires entre un climat de montagne pluvieux,froid à amplitude thermique relativement faible avec chutes de neige et un climat deplaines plus sec relativement chaud et à forts écarts thermiques. La région de Tlemcense trouve entre deux domaines géographiques contrastés : les monts de Tlemcen auSud et la zone des plaines qui s'étendent vers le Nord. La Tafna présente en général lamême configuration géographique. (BOUANANI, 2004)
Le bassin de la Tafna est caractérisé par un climat Semi-aride à deux saisons
prédominantes. Une saison humide, fraîche s’étend du mois d’Octobre au mois de
Mai avec des pluies assez irrégulières, l’autre saison, sèche plus chaude s’étend du
mois de Juin à Septembre avec une pluviométrie faible.
Le bassin versant de la Tafna est équipé d’un réseau hydro pluviométrique,
assez dense et uniforme, depuis une longue période. Ce réseau est équipé d’une
vingtaine de stations de jaugeage et de plus de trente stations pluviométriques, en
relation avec les aménagements (ouvrages hydrauliques) existant dans le bassin. Dans
cette partie nous avons utilisé 18 station pluviométrique ou en dispose des données
récentes (jusqu'à 2006), L'intérêt et le but de cette série et de permettre la
confrontation avec l'écoulement correspondant afin de dégager une étude hydro
pluviométrique et d'estimer la lame d'eau moyenne tombée sur le bassin ; les résultats
de cette étude sont groupées dans le tableau ((VI-1)) et la figure (VI-1):
(BOUANANI, 2004), (ABH, 2006),
106
Tableau (VI-1): caractéristiques des précipitations annuelles des stationspluviométriques du bassin versant de la Tafna
station code précipitationmoyenneannuelle
(mm)
pmamax
(année)Pmamin
(année)NBR
d'annéesannéespmamax
annéesPmamin
pmamax /Pmamin
HENNAYA 160516 395.6411765 602.2 209.2 34 1974 1982 2.878585086
MAGHNIA 160302 285.5457143 528.4 144.9 35 1973 1982 3.646652864
B-OUASSINE 160303 272.065 544.8 121.4 40 1973 1982 4.487644152
SEBDOU 160401 367.971875 694 198 32 1995 1999 3.505050505
B-BAHDEL 160403 444.0795455 756.9 208.7 44 1967 2004 3.626736943
KHEMIS 160406 406.1333333 713.1 114.4 39 1995 1998 6.233391608
S/MEDJAHED 160407 306.82 631 133 40 1967 1982 4.744360902
HBGHRARA 160501 259.9684211 496.9 74.1 38 1974 1982 6.705802969
SABRA 160502 385.1725 624.8 50.1 44 1973 1969 12.47105788
P DU CHAT 160802 319.07 594.6 135.6 40 1972 1981 4.384955752
TLEMCEN 160724 494.3391304 761.7 13 23 1985 1984 2.248229044
L SETTI 160705 569.4886364 974.8 269.1 44 1967 1965 3.622445188
BENSEKRAN 160702 380.6863636 725 133.4 44 1964 2006 5.434782609
MEFROUCH 160701 631.0477273 1062.4 281 44 1973 1965 3.780782918
IZDIHAR Bge 160613 359.4038462 527.9 255.7 26 1985 1987 2.064528745
MEURBAH 160602 375.9131579 637.7 116 39 1969 1994 5.497413793
CHOULY 160601 422.7974359 636.8 218.4 39 1974 1987 2.915750916
DCHOUACHI 160518 270.6964286 473.4 149.8 28 1980 1987 3.160213618
Figure (VI-1) : Précipitations moyennes annuelles aux stations pluviométriques dubassin de la Tafna
précipitation moyenne annuelle dans la tafna
0
100
200
300
400
500
600
700
HENNAYA
MAG
HNIA
B-O
UASS
INE
SEBDO
U
B-B
AHDEL
KHEM
IS
S/MEDJA
HED
HBG
HRA
RA
SABRA
PDU
CHAT
TLEM
CEN
LALLA
SETTI
BENSE
KRAN
MEFR
OUCH
IZD
IHAR
Bge
MEURBA
H
CHO
ULY
DCHO
UA
CHI
station
pré
cip
ita
tio
nm
oy
en
ne
an
nu
ell
e(m
m)
PAMOY ANNUELLE
107
Dans l'ensemble, malgré des écarts plus prononcés entre certaines stations, on relèveune certaine homogénéité des valeurs des précipitations.
VI.4. Variations spatio-temporelles des précipitations annuellesIl convient de remarquer également à partir de la figure, la tendance déficitaire
des précipitations lors des 20 dernières années (à partir de 1976) où plusieurs valeursannuelles se Trouvent en dessous de la moyenne. C'est là, en effet, que l'on repère lesannées les plus sèches de la période de 36 ans.
Figure (VI-2) : Variation annuelle des précipitations moyennes annuelles dans lebassin de la Tafna (1972/2006)
Tous les auteurs qui ont étudié la pluviométrie en Algérie montrent que larépartition de la pluie subit trois influences, celle de l'altitude, les conditionstopographiques, la longitude et enfin celle de l'éloignement à la mer. (BOUANANI,2004)
La répartition des pluies en Algérie obéit aux trois lois suivantes :
La hauteur de pluie augmente avec l'altitude mais est plus élevée sur lesversants exposés aux vents humides que sur les versants sous le vent. La figure
variation des précipitation moyenne annuel dans la TAFNA
0
100
200
300
400
500
600
700
1972
1974
1976
1978
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
années
Pm
oy
en
ne(m
m)
précipitation moy annuelle
moyenne
108
18 montre clairement le rôle des barrières constituées par les monts des Traraset ceux de Tlemcen. [2], (BABA HAMED, 2005), (ABH, 2006)
Elle augmente de l'Ouest à l'Est. Elle diminue à mesure que l'on s'éloigne du littoral
Figure (VI-3): Carte en isohyètes de la Tafna (1913-1998) (BOUANANI, 2004),(BABA HAMED, 2005)
Cette figure représente un échantillon caractéristique au niveau de l'Ouestalgérien. En effet, la pluie diminue à mesure que l'on s'éloigne du littoral à cause del'appauvrissement progressif de l'atmosphère en vapeur d'eau, lors du passage descourants aériens qui abandonnent leur pluie en franchissant les chaînes montagneuses: tel est le cas de la station de Maghnia située à une altitude de 395 m qui ne reçoit que357.4 mm, alors qu’à 30km seulement au Nord, la station de Nedroma est plus arroséeet reçoit 462.3mm ; Les Traras constitueraient un premier obstacle au passage denuages.
On constate également une sensible augmentation pluviométrique de l'Ouest àl'Est; ceci est très perceptible au niveau du bassin. Ce dernier à une largeur Est - Ouestdans sa partie centrale approximativement égale à 100 km. La station de Maghnia, setrouvant à la limite Ouest et à une altitude de 395 m, enregistre 357.4 mm. A la mêmelatitude, à la limite Est, les stations de Rémchi à 224 m et de pierre du chat à 81md'altitude enregistrent respectivement une hauteur de pluie de 398.1mm et 417mm
VI.5. Variations temporelles des précipitations annuelles
Afin de caractériser la pluviosité propre à chaque année, il convient de tenircompte de l'écart à la moyenne correspondant à l'excédent ou au déficit desprécipitations de l'année considérée rapporté à la moyenne de 36 ans. Cet écart estcalculé par la relation suivante :Ei (%) = (Pi - Pn / Pn). 100 (VI-1)OuEi : écart à la moyenne,
109
Pn : module pluviométrique moyen,Pi : total de l'année considérée.
D’après nos calculs cet écart varie pour les années de plus forte pluviosité, de+157% à Mefrouche jusqu’a +6% à. Pour les années de plus faible pluviosité, iloscille entre -80% à Sabra et -10% au barrage de sidi Abdelli.
Le coefficient d'irrégularité du régime des précipitations annuelles : rapport dumodule de l'année la plus humide Pmamax à celui de l'année la plus sèche Pmamin esten moyenne de 3.8 pour le bassin de la Tafna. Il varie d’environ 2 ‘(Pierre du Chat etB-OUASSINE) jusqu’à plus de 5 à MEURBAH et BENSAKRAN. Ceci traduit uneirrégularité aussi bien spatiale que temporelle du régime pluviométrique dans le bassinde la Tafna. L’influence du relief ainsi que celle la mer est les causes essentielles
VI.6. Ajustement des précipitations annuelles à une loi de probabilité
Pour mieux cerner cette irrégularité inter annuelle des précipitations qui a unrôle essentiel et décisif sur l'écoulement fluvial et afin de caractériser le régime desprécipitations annuelles, nous allons essayer de trouver une loi d'ajustement de ladistribution des pluies annuelles dans le but d'aboutir à une estimation des paramètresd'ajustement et calculer des variables réduites. L’ajustement graphique des sériespluviométriques des différentes stations de la Tafna pour la durée du fonctionnementdes 18 stations (montre que la pluie s’ajuste en général suivant une loi normale deGauss ou une loi log normale. Par exemple dans les figures suivantes on donne unajustement des précipitations annuelles de la station de Hennaya faite à l’aide duprogramme (hyfran)
110
Figure (VI-4) : ajustement des précipitations de Hennaya à une loi statistique
111
VII.1. Introduction
La ressource eau qui est devenue un sujet vital et économique de préoccupation à
l’échelle d’une région, de par sa denrée rare et précieuse, caractérise un élément
indispensable pour la vie et l’équilibre de la population tout en étant un facteur
déterminant pour le développement économique et social. Ainsi, la connaissance et la
maîtrise des ressources en eau constituent, dans nos régions aux potentialités
hydriques limitées un objectif fondamental pour assurer leur développement socio-
économique.
Etant donné l'absence totale de toute étude globale, le cours d'eau de la Tafna
appartenant au domaine hydro climatique à caractère méditerranéen mérite d'être
étudié afin de dégager les caractéristiques de son régime. Nous avons divisé le bassin
de Tafna en neuf sous bassins : la ou les donnés sont disponibles On note que
seulement dans sept sous bassins en dispose des séries (des débits liquides et solides).
VII.2. Généralités
La disposition du réseau hydrographique est liée en grande partie à l’évolution des
phénomènes structuraux, qui ont affecté la région au cours des temps géologiques.
Le réseau hydrographique du bassin de la Tafna est constitué essentiellement du cours
d’eau principal, prenant le nom de la Tafna, et ses deux principaux affluents : oued
Mouilah à l’Ouest et oued Isser à l’Est. L’oued Tafna prend sa source à partir des
monts de Tlemcen formant ainsi la haute Tafna avec la confluence d’oued Khémis à
Béni-bahdel. L’OuedMouilah se trouvant dans la partie ouest draine une grande partie
du territoire marocain. Quand à l’oued Isser, prenant sa source dans les monts de
Tlemcen également, draine la partie Est du bassin de la Tafna et prend confluence
avec l’oued Sikkak.sur La figure (VII-1) on montre deux tentatives : le réseau
hydrographique formé uniquement par les principales artères, et le même réseau avec
l emplacement des différents barrages de dans.
112
Figure (VII-1) : le réseau hydrographique de la Tafna
VII.3. Choix de l'année hydrologique
Toutefois, en Algérie, l'année hydrologique adoptée par les services de
l'Hydraulique correspond à l'année climatique définie précédemment (septembre -
août). Aussi, afin de pouvoir utiliser aisément la documentation hydrologique établie
par ces services, nous retiendrons cette année de référence en émettant toutefois une
réserve quant au découpage de l'année hydrologique adoptée qui ne tient pas compte
des nuances dues à l'existence de secteurs géographiques différenciés. Une année
113
hydrologique comptée de novembre à octobre semble plus convenable au niveau de
nos sous bassins.
Cette année hydrologique est assez bien adaptée au régime thermique qui se traduit
par Une saison froide de novembre à avril et par une saison chaude de mai à octobre.
C'est plutôt ce découpage annuel car, de façon globale, les réserves en eaux
souterraines épuisées en saison estivale ne sont en voie de reconstitution qu'en
novembre. Il en est de même pour l'écoulement de surface, car les précipitations de
septembre et octobre ne provoquent pas efficacement le ruissellement, non seulement
en raison de l'évapotranspiration encore élevée en cette période
VII.4. Les débits est apports liquides moyens annuels par station dans la
Tafna :
Apres un traitement des séries d’observations fourni par ANRH nous avons déduit
des valeurs moyennes annuelles des dédits et apports dans notre bassin ; les résultats
sont donnés dans le tableau le graphe ci-dessous.
Tableau (VII-1) : Les débits est apports liquides moyens annuelsstation code période Qmoy an
(m3/s)
Apport
annuel (hm3/ans)
Qm
ecartype
Qmcv apport
ecartype
apport
cv
pont RN7 160202 73/06 0.839 26.459 0.4 0.48132911 15.439
pierre du
chat
160801 80/06 2.042 64.382 1.2 0.57373577 55.311 0.86
béni bahdel 160402 72/06 0.881 27.793 0.5 0.51617639 19.911 0.72
sidi aissa 160614 87/06 0.358 11.299 0.2 0.59192604 9.3149 0.82
ZENATA 160507 98/06 0.049 1.5494 0 0.53145897 0.8036 0.52
Chouly 160601 70/88 0.39 12.312 0.2 0.52998757 8.4251 0.68
Tafna village 160426 87/06 0.272 8.5932 0.2 0.75602365 9.6065 1.12
Ain Yousef 160704 72/90 0.631 19.888 0.4 0.60891797 16.709 0.84
sidi belkheir 160504 73/98 1.719 54.197 0.9 0.52682364 35.393 0.65
Mefrouche 160726 87/06 0.06 1.8796 0 0.63472165 2.0309 1.08
Djebel
chouachi
160503 80/06 0.07 2.2139 0 0.68373631 2.2747 1.03
Maghnia 160509 72/02 0.067 2.1087 0.1 0.82178836 2.7512 1.3
On constate :
Le bassin de la Tafna débite 2.041 m3/s avec un apport annuel moyen de 64.382 hm3 ;
pratiquement c’est au niveau de La station de pierre du chat
la station de sidi belkheir (exutoire du sous bassins de Mouilah) débite1, 718 m3/s
d ou un apport liquide moyens annuel de 54.197hm3
114
la station de béni bahdel (exutoire du sous bassins Sebdou) débite 0.881 m3/s d ou
un apport liquide moyen annuel de 27.793hm3
la station de sidi aissa (exutoire du sous bassins d’Isser) débite 0.358 m3/s d ou un
apport liquide moyen annuel de11.299 hm3
la station d’Ain Youssef (exutoire du sous bassins de Sikkak) débite 0.63m3/s d ou
un apport liquide moyen annuel de19.888 hm3
la station de Mefrouche (exutoire du sous bassins d’oued enachef) débite0.059
m3/s d ou un apport liquide moyens annuel de1.8796hm3
la station de Maghnia (exutoire du sous bassins d’oued Mehaghene) débite
0.06m3/s d ou un apport liquide moyen annuel de 2.1087hm3
la station de djebel chouachi (exécutoire du sous bassins de Oued moyenne Tafna)
débite 0.070m3/s d ou un apport liquide moyens annuel de 2.213hm3
Les variations annuelles des débits et apports liquide moyens sont aussi donnés par le
graphe suivant:
Figure (VII-2) : des débits est apports liquides moyens annuels dans les stations de la
Tafna
VII.4.1. Variations des débits est apports liquides moyens annuels dans
la Tafna
La variation annuelle des modules dans le bassin de la Tafna tableau (VII-2)
est illustrée par la figure : on constate
D’une part la a enregistré un apport maximal durant l’année 1980/1981(251.896 hm3),
et un apport minimal durant l’année2005/2006(4.941 hm3), d’autres part on conclut
variations des débits et apports moyen annuels dans les station de la tafna
0
0.5
1
1.5
2
2.5
pont RN7
piere
duch
at
beni b
ahdel
siddi a
issa
ZENATA
chouly
tafn
avi
llage
ain
youse
f
sidi b
elkh
eir
mef
rouch
e
DJB
ELCHO
UACHI
Mag
hnia
station
déb
it(m
3/s
)
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
Ap
p(h
m3)
Qmoyen(m3/s)
apport moyen (hm3/ans)
115
que touts les futures ouvrages de mobilisation qui serons projetée dans la Tafna
doivent avoir un volume total aux maximum 64hm3.
Tableau (VII-2) : débits et apports moyens annuels à l’exutoire de la Tafnastation année Q moye an (m3/s) apport annuel (hm3/ans)
pie
rre
du
chat
1980/1981 7.9558098 250.89
1981/1982 2.11162769 66.59
1982/1983 1.29022677 40.69
1983/1984 0.97761373 30.83
1984/1985 1.12104228 35.35
1985/1986 2.82013618 88.94
1986/1987 5.47345168 172.61
1987/1988 0.85612675 27.00
1988/1989 2.04705734 64.56
1989/1990 1.78381384 56.25
1990/1991 2.94603312 92.91
1991/1992 2.94603312 92.91
1992/1993 1.50386874 47.43
1993/1994 0.68239618 21.52
1994/1995 5.25890438 165.84
1995/1996 1.96648245 62.01
1996/1997 1.3901868 43.84
1997/1998 1.47285067 46.45
1998/1999 1.1754718 37.07
1999/2000 0.2426208 7.65
2000/2001 1.204028 37.97
2001/2002 1.936753 61.08
2002/2003 1.515623 47.80
2003/2004 1.758768 55.46
2004/2005 0.4841082 15.27
2005/2006 0.1586262 5.00
1980/2006 2.0415254 64.38
116
Figure (VII-3) : variations annuelle des débits et les apports dans la Tafna
La variation interannuelle des débits et les apports liquides de la Tafna graphe () est
caractérisé d’une part grande irrégularité temporelle .d’autre par on peut constater des
sicles ou on à des valeurs très approchées par exemple en1987 l’apport est 172.61hm3
après sept ans (1995) l’apport est de 165.84 hm3
Aussi on peut remarquer l’effet des précipitations sur les apports par exemple :
En (1980, 87,95) pour des précipitations respectives (480mm, 320mm ,464mm) ;
les modules sont de l’ordre de (250.89 hm3, 172.61hm3, 165.84 hm3)
En (1984, 88,90) pour des précipitations respectives (283mm, 328mm ,422mm) ;
les modules sont de l’ordre de (30.83 hm 3, 27.00 hm3, 56.25 hm3).
VII.4.2. Variations spatiaux- temporelle des modules liquides dans la
Tafna :
On vue de bien comprendre cet aspect, on fait une comparaison entre les débits
spécifiques, les écoulements des différents sous dans une période identique ; d’après
nos données elle s étant de (1987-1990), le tableau ci-dessous représente les résultats
de cette tentative.
variation interannuelle des dédits et les apport dans la tafna
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1980/1
981
1982/1
983
1984/1
985
1986/1
987
1988/1
989
1990/1
991
1992/1
993
1994/1
995
1996/1
997
1998/1
999
2000/2
001
2002/2
003
2004/2
005
année
Q(
m3/s
)
0.00
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
Ap
p(h
m3)
Débit moyen annuel
APPORT annuel
117
Tableau (VII-3) : variations des débits spécifiques et les écoulements dans les sous
bassin de la Tafna
Le tableau montre que le bassin de Mouilah contrebuté de plus de 63% de l’apport
total du bassin. Cette valeur vas diminuée est atteigne les 20% à partir du 2000(mise
en eau du barrage de Boughrara), par contre le sous bassin du Tafna maritime reste la
source principale des apports à l’exécutoire du bassin, donc on peut dire que toute les
études les futures réservoirs doivent prendront ce bassin comme un choix primordial.
VII.4.3. Variations des débits spécifiques moyens annuels (l/s/km2)
Afin de mieux cerner la variation de l'écoulement dans la Tafna, nous
utiliserons les modules spécifiques, car ces derniers permettent de les comparer entre
eux en ramenant le débit à l'unité de surface. L'abondance spécifique des bassins
(tableau VII-4) varie d'une part en fonction de la distribution des précipitations et
d'autre part en fonction des caractéristiques physiographiques de chaque bassin, à
savoir la lithologie, le couvert végétal. C'est donc un élément purement géographique.
Le tableau suivant contient les valeurs des débits spécifiques pour sept sous bassins
qui recouvrent pratiquent 90% du bassin
Nom (sbv) station période Qmoy an(m3/ans)
Q spécifique(l/s/km2)
E (mm) apport(hm3)
Oued Mouilahaval
sidi belkheir 87/90 0.998 0.496 15.6 31.48
oued-hauteTafna
béni bahdel 87/90 0.479 0.368 11.6 15.11
Oued moyenneTafna
DJBEL CHOUACHI 87/90 0.081 0.08 2.52 2.54
Oued Isser sidi aissa 87/90 0.288 0.386 12.2 9.079
OuedMefrouche
Mefrouche 87/90 0.024 0.271 8.56 0.77
Oued Sikkak Ain yousef 87/90 0.227 0.262 8.28 7.143
Oued TafnaMaritime
pierre du chat 87/90 1.13 2.943 92.8 30.51
ouedMehaghene
87/90 0.036 0.042 1.33 1.13
Bassin totalTafna
pierre du chat 87/90 1.562 0.216 6.8 49.27
118
Tableau (VII-4) : Variations des débits spécifiques moyens annuels
VII.4.4. Bilan moyen annuel de l'écoulement
Nous exprimons par P la tranche d'eau précipitée et par E la lame d'eau écoulée
équivalente en mm. La différence de ces deux notions P-E donne ce qu'on appelle :
déficit moyen annuel de l'écoulement (D) en mm. Elle correspond aux pertes par
l’évapotranspiration
Le rapport E / P est appelé, coefficient moyen annuel de l'écoulement "C". Pour cette
étude, nous retiendrons l'année hydrologique correspondant à l'année climatique
(septembre- août) adoptée par l'A.N.R.H.les résultats sont regroupées dans le tableau
Tableau (VII-5) : Bilan moyen annuel de l'écoulement
L'étude du déficit montre le terme du bilan hydrologique D = P - E, c'est à dire la
différence
Entre la hauteur d'eau reçue par un bassin en une période considérée et l'écoulement
dans l'oued de ce bassin pendant cette même période. Le déficit annuel moyen de
l'écoulement augmente avec l'accroissement du total pluviométrique moyen annuel, il
Nom (sbv) station période p (mm) E (mm) D (mm) C(%)
Oued Mouilah aval sidi belkheir 73/98 297.1 25.22 271.92 8.49
oued-haute Tafna béni bahdel 72/06 417.53 45.90 371.63 11
Oued moyenne Tafna DJBELCHOUACHI
80/06 270.7 2.20 268.5 0.81
Oued Isser sidi aissa 87/06 324.13 7.90 316.23 2.44
Oued Mefrouche Mefrouche 87/06 531.575 20.88 510.69 3.93
Oued Sikkak Ain Youcef 72/90 379.15 24.25 354.89 6.4
Oued Tafna Maritime pierre du chat 80/06 294.17 80.71 213.46 27.4
oued Mehaghene Maghnia 72/02 285.54 2.482 283.06 0.87
Nom (sbv) station période Qmoy an(m3/s)
Q spécifique(l/s/km2)
E (mm)
Oued Mouilah aval sidi belkheir 73/98 1.71857392 0.79980915 25.22
oued-haute Tafna béni bahdel 72/06 0.88131153 1.45551037 45.90
Oued moyenne Tafna DJBELCHOUACHI
80/06 0.07020086 0.06978217 2.20
Oued Isser sidi aissa 87/06 0.35828955 0.25037705 7.90
Oued Mefrouche Mefrouche 87/06 0.05960085 0.66223163 20.88
Oued Sikkak Ain yousef 72/98 0.63064991 0.76908526 24.25
Oued Tafna Maritime pierre du chat 80/06 0.9828 2.559375 80.71
oued Mehaghene Maghnia 72/02 0.06686777 0.07871427 2.48
119
passe de 270.21 mm sur Mouilah à Sidi Belkheir à 308.98mm sur l'Isser à Sidi Aissa;
et de213.46 mm à l’exutoire du bassin à 396.16mm sur Sebdou, ce paramètre peut être
calculé par des formule tell que la formule de (turc, Thornthwaite, Ex) dans le ou on
les donnés nécessaires
VII.4.5. Ajustement des débits annuels de la Tafna à une loi statistique :
L'étude statistique des modules présente un intérêt indéniable dans le cadre desprojets d'aménagements hydrauliques et permet de compléter la connaissance duphénomène d'irrégularité de L’écoulement annuel. Le choix de la période de retour dudébit dépend de la taille de l'échantillon. La forte dispersion des débits annuels miseen évidence par les valeurs du coefficient de variation (Cv), laisse supposer unedistribution dissymétrique des échantillons ; les Débits moyens annuels des sousbassins de la Tafna ajustent bien soit une distribution de log normale ou à unedistribution de gauss, comme le montre le tableau suivant, pour les graphes voirannexe :
Tableau (VII-6) : paramètres statistiques du bassin de la Tafna
sous bassin paramètres statistiques droite d'henry
Moye Q log (m3/s) σ Q log
haute Tafna -0.362 0.35 Q log= -0.362+0.35 u
Mouilah 0.296 0.40 Q log= 0.296+ 0.40u
Isser -1.24 0.48 Q log= -1.246+ 0.48u
Sikkak -0.836 0.60Q log = -0.836+ 0.60u
Mehaghene -3.43 1.66Q log=-3.43 + 1.66u
Mefrouche -3.5 2.20 Q log= -3.5+2.20 u
moyenne Tafna -3.51 2.29 Q log =-3.51+2.29u
bassin total 0.33 0.66 Q log= 0.33+ 0.66u
120
VII.5. Débits mensuels
L'analyse des débits moyens mensuels permet de mettre en évidence les
régimes des cours D’eau et leurs variations inter annuelles ou inter saisonnières. Ces
régimes peuvent être traduits par divers critères numériques et graphiques parmi
lesquels on retiendra, principalement les coefficients mensuels de débits (C.M.D)
VII.5.1. Coefficient mensuel de Débit
Les coefficients mensuels ou rapports des débits moyens mensuels au module
de la période Considérée, pris pour l'unité, ont l'avantage de permettre la comparaison
des variations saisonnières du régime des cours d'eau de débits très différents. Les
CMD inférieurs à l'unité correspondent aux mois de basses eaux et les CMD
supérieures à l'unité représentent les mois de hautes eaux tableau (VII-7).
L'examen des tableaux si dessus et les histogrammes des figures, montrent que les
maxima Mensuels sont observés au mois de mars pour toutes les stations, alors que les
minima mensuels sont enregistrés en juillet-août, ce minimum est précoce pour la
station de Sidi Aissa et Mefrouche où il est observé dès juin
121
Tableau (VII-7) : débits moyens mensuels dans la Tafna
Les régimes moyens de ces bassins à alimentation essentiellement pluviale comportentgénéralement des hautes eaux de saison froide, de janvier à mai et des basses eaux desaison chaude, dé juin à septembre
Pour le bassin de l'oued Mouilah, la période des hautes eaux est nettementmarquée au cours de trois mois successifs : octobre, novembre et décembre,mais les CMD tombent au dessous de l'unité pendant les deux mois suivantsavant de croître à nouveau en mars et avril. La moyenne mensuelle maximalese situe en mars.
période,Q, CMD
sep oct. nov dec jan Fév mars AP Mai Jun juil aout Qmoyenannuel
80-06 Bassin total : pierre du chat
Qmoy(m3/s)
0.667 0.729 2.606 2.782 2.828 3.710 6.711 1.659 1.577 0.825 0.391 0.248 2.061
CMD 0.324 0.353 1.265 1.350 1.372 1.800 3.256 0.805 0.765 0.400 0.189 0.120
87-06 SBV6:sidi aissa
Qmoy(m3/s)
0.1983 0.187 0.388 0.26 0.457 0.453 1.562 0.396 0.271 0.052 0.007 0.021 0.354
CMD 0.5597 0.529 1.096 0.735 1.29 1.278 4.407 1.116 0.765 0.146 0.019 0.059
80-06 SBV5:djebel chouachi
Qmoy(m3/s)
0.0047 0.019 0.15 0.053 0.058 0.142 0.285 0.036 0.025 0.002 5E-04 9E-05 0.064
CMD 0.0733 0.295 2.326 0.824 0.893 2.199 4.415 0.554 0.384 0.026 0.008 0.001
87-06 SBV7:MEFROUCHE
Qmoy(m3/s)
1E-05 0.014 0.013 0.018 0.101 0.129 0.31 0.017 0.06 0.002 0 8E-06 0.055
CMD 0.0002 0.252 0.236 0.324 1.83 2.337 5.612 0.299 1.082 0.028 0 1E-04
72-06 SBV4:béni bahdel
Qmoy(m3/s)
0.5836 0.748 0.602 0.67 0.932 1.394 2.106 1.33 0.867 0.557 0.386 0.382 0.88
CMD 0.6634 0.85 0.684 0.762 1.059 1.585 2.394 1.512 0.985 0.633 0.439 0.434
73-98 SBV2:sidi belkheir
Qmoy(m3/s)
1.2694 1.983 2.329 2.075 1.533 1.605 3.745 1.867 1.42 1.124 0.815 0.859 1.719
CMD 0.7386 1.154 1.355 1.207 0.892 0.934 2.179 1.086 0.826 0.654 0.474 0.5
72-79 SBV8:Ain Youcef
Qmoy(m3/s)
0.6106 0.616 0.721 0.993 0.968 1.714 3.056 2.089 1.199 0.463 0.27 0.21 1.076
CMD 0.5676 0.573 0.67 0.923 0.9 1.593 2.84 1.941 1.115 0.43 0.251 0.195
72-02 SBV3:Maghnia
Qmoy(m3/s)
0.0203 0.034 0.043 0.065 0.068 0.092 0.233 0.139 0.062 0.023 0.012 0.01 0.067
CMD 0.3043 0.513 0.649 0.967 1.02 1.38 3.489 2.074 0.92 0.351 0.176 0.156
122
Pour les bassins du Sikkak et Mefrouche, la période des hautes eaux s’étale de
janvier à mai et entrecoupée par le mis d’avril. Soit quatre mois humides. Tous
les autres mois sont dans les « basses eaux ». Le barrage du Mefrouche et les
formations karstiques en amont retardent l’arrivée des pluies importantes
d’automne sur les monts de Tlemcen d’y arriver à l’exutoire du Sikkak. En
effet, le réseau de failles et fissures existantes dans les dolomies jurassiques
des monts de Tlemcen au niveau de oued Enachef et Mefrouche en amont du
Sikkak [], favorisent l’infiltration des eaux dans l’aquifère karstique sous le
barrage du Mefrouche. Ces eaux dont une partie est stockées dans la partie
souterraine du barrage et l’autre sortira plus tard pour rejoindre le
ruissellement de surface par l’intermédiaire des sources.
quant à l'oued Isser, les hautes eaux apparaissent de novembre à avril avec une
coupure en décembre. Les basses eaux vont de mai à octobre. Les pluies du
début de l'année climatique n'interviennent donc pas là aussi efficacement au
soutien de l'écoulement superficiel. La période des basses eaux est décalée
dans le temps par rapport à l'oued Mouilah, elle ne commence qu'au mois de
juin. A cause des précipitations importantes du printemps. La moyenne
mensuelle minimale est observée en août.
pour les bassins de la haute Tafna et oued Mehaghene, la période des hautes
eaux s’étale de janvier à avril. Soit quatre mois excédentaires. La période des
basses eaux intervient à partir de mai. (soit huit mois déficitaires). en janvier,
en raison vraisemblablement de l'énorme capacité d'infiltration qu'offre leurs
bassins concomitant à une évaporation élevée, les pluies du début de l'année
climatique n'interviennent donc pas efficacement au soutien de l'écoulement
superficiel. Par ailleurs, la période des basses eaux est assez décalée dans le
temps, elle ne commence qu'au mois de juin du fait de l'importance relative
des précipitations de printemps. La moyenne mensuelle minimale est
également retardée, elle se situe en août. Nous pensons que ceci est lié à
l'alimentation des oueds par des circulations d'eaux souterraines qui
soutiennent l'écoulement.
Pour le bassin de la moyenne Tafna, la période des hautes eaux est concentrées
sur deux mois (février et mars); les basses eaux débutent à partir de septembre
et prennent fin à la fin aout. Avec une coupure au mois de novembre.
La moyenne mensuelle maximale se situe en mars, La période de basses eaux,
est ici plus précoce que dans la moyenne Tafna, elle commence en avril, il en
est de même pour la moyenne mensuelle minimale qui est réalisée en juillet.
123
Ceci peut s'expliquer, à priori par les variations saisonnières des précipitations,
sans échapper aux effets importants de l'évapotranspiration potentielle qui
réduisent les réserves d’eau utiles dans le sol, donc la période d’arrosage des
cultures seront commencée.
Quant au bassin total, la période des hautes eaux est nettement marquée au coursde cinq mois successifs du novembre au mars; tandis que les basses eauxs’étalent sur le reste de l’année .La présence du période humide importantepeut être expliqué par l’influence de la topographie du sous bassin d’ouedTafna maritime qui accélère l’écoulement superficiel car nous avants déjàconstaté que pour une précipitation moyenne de 75% du moyenne totale dubassin, on observe la plus grande valeur d’écoulement environ de 80mm dansce dernier.
Figure (VII-4) : variations des débits moyens mensuels pour l’ensemble de la Tafna
variation des débits moyens mensuels dans le bassin de tafna
(Période: 1980-2006)
0.000
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
8.000
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
Qm
oy(m
3/s
)
Bassin total
124
Figure (VII-5) : variations des débits moyens mensuels dans les SBV (haute Tafna etOued Mehaghene)
Figure (VII-6) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin deMouilah
v a r ia tio n d e s d é b its m o ye n s m e n s u e ls d a n s le s S B V d 'o u e d m o u ila h
d e (1 9 7 2 -1 9 9 8 )
0 .0 0 0
0 .5 0 0
1 .0 0 0
1 .5 0 0
2 .0 0 0
2 .5 0 0
3 .0 0 0
3 .5 0 0
4 .0 0 0
s e p o c n o v d e c ja n F é v m a rs a p r m a i ju n ju il a u o t
M o is
Mo
uil
ah
:Qm
oy(m
3/s
)
o u e d m o u ila h
variation des débits moyens mensuels dans les SBVde: la Haute tafna et Mehaghene
0
0.5
1
1.5
2
2.5
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
se
bd
ou
:Qm
oy
(m3
/s)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
Me
ha
gh
en
e:Q
mo
y(m
3/s
)
oued Sebdou
ouedMehaghene
125
Figure (VII-7) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin d’Isser
Figure (VII-8) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin deMefrouche
variation des débits moyens mensuelsdans le bassin de mefrouche
de (1897-2006)
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.350
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
Isser
:Qm
oye(m
3/s
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
pre
cip
itati
on
mo
yen
ne
men
su
ell
e(m
m)
oued Mefrouche
precipitation demefrouche
variation des débits moyens mensuel dans le bassin de isser
de(1987-2006)
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
Qm
oy
(m3/s
)
0
10
20
30
40
50
60
pré
ci
mo
yen
ne
men
su
ell
e(m
m)
oude isser
precipitationde isser
126
Figure (VII-9) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin de lamoyenne Tafna
Figure (VII-10) : variations des débits moyens mensuels dans le sous bassin de Sikkak
variation des débits moyens mensuels dans le SBV D'oued sikkak
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
Qm
oy
(m3/s
)
oued sikkak
variation des débits moyens mensuel dans le sous bassin de la moyenne tafna
de(1980-2006)
0.000
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
sep oc nov dec jan Fév mars apr mai jun juil auot
Mois
Qm
oy(m
3/s
)
moyenne tafna
127
VII.5.2. Ressources mensuelles disponibles en eau de surface :
Les disponibilités en eau sont plus importantes pendant les mois de hautes eauxpar opposition au déficit marqué des mois de basses eaux ; tableau (VII-8)
Les moyennes de la période ne sont pas significatives, il est nécessaire de prendre enconsidération les apports mensuels extrêmes et leurs rapports respectifs afin demesurer l’amplitude des disponibilités potentielles en eau. Les rapports entre lesextrêmes sont considérables ; ils atteignent leur maximum en saison froide ets’atténuent relativement en été. Ainsi, les ressources en eau superficielles sontsoumises à de très fortes variations saisonnières qui vont dans le sens inverse desbesoins : ressources en excès en saison froide où les besoins sont relativementmodérés, ressources déficitaires en saison chaude où les besoins surtout agricoles, sontextrêmement élevés en raison des conditions bioclimatiques des bassins
Tableau (VII-8) : apports moyens mensuels
La moyenne de ces apports mensuels varie entre 1.03 et 9.03 Hm3 pour l'oued Sebdouà Béni Bahdel, entre 2.18 et 10.0 Hm3 pour l’oued Mouilah à Sidi Belkheir, entre 0.8
Période.Apport
Sep oc nov dec jan Fév mars apr. mai Jun juil aout
80-06 Bassin total : pierre du chat
Apport moy(hm3)
2.125 2.153 7.5418 8.779 8.7944 10.1717 27.244 4.863 4.111 1.651 0.807 2.162
87-06 SBV6:sidi aissa
0.514 0.502 1.0067 0.697 1.2245 1.09529 2.9336 1.025 0.727 0.134 0.018 0.048
80-06 SBV5:djebel chouachi
Apport moy(hm3)
0.012 0.051 0.3887 0.142 0.1543 0.34302 0.9187 0.093 0.066 0.004 0.001 0.004
87-06 SBV7:MEFROUCHE
Apport moy(hm3)
3E-05 0.037 0.0338 0.048 0.271 0.31258 0.8372 0.043 0.16 0.004 0 0
72-06 SBV4:béni bahdel
Apport moy(hm3)
1.513 2.002 1.5596 1.795 2.496 3.37347 9.0355 3.447 2.321 1.443 1.033 2.767
73-98 SBV2:sidi belkheir
Apport moy(hm3
3.29 5.312 6.0355 5.557 4.1067 3.88195 10.397 4.838 3.803 2.912 2.182 5.843
72-79 SBV8:Ain Youcef
Apport moy(hm3)
1.583 1.651 1.8686 2.661 2.5921 4.14646 11.106 5.413 3.213 1.2 0.723 1.937
72-02 SBV3:Maghnia
Apport moy(hm3)
0.053 0.092 0.1125 0.173 0.1827 0.22328 0.598 0.359 0.165 0.061 0.032 0.085
128
et 9.4 Hm3 pour l’Isser à Sidi Aissa et entre 0.39 et 3.77 Hm3 pour l’oued Sikkak àAin Youcef. Quant au bassin total ces valeurs sont de 0.80 à 27.24 Hm3.Quant à leurs évolutions temporelles. Les apports mensuels sont proportionnels auxdébits mensuels ; c.-à-d. en périodes humides les apports sont considérables parcontre dans les périodes de basses eaux sont minimes.Dans la figure suivante on donne un exemple qui justifier ce paragraphe.
Figure (VII-11) : variations des débits et apports moyens mensuels dans le bassin dela Tafna
VII.6. Effets des ouvrages de mobilisation sur les ressources annuellesdisponibles à l’exutoire du bassin :
Dans le bassin de la Tafna, où coule le principal oued de la région (Oued Tafna),de nombreuses infrastructures de mobilisation ont été réalisées pour satisfaire lesbesoins en eau domestique, industrielle et agricole des populations locales. Le tableau(VII-9) regroupe les propriétés principales de ces ouvrages.
variatio n d es d éb its et ap p o rts m o yen s m ensu els d ans le b assin d e tafn a
(P ériod e: 1980-2006)
0 .000
5 .000
10 .000
15 .000
20 .000
25 .000
30 .000
35 .000
40 .000
sep o c n o v d ec jan F év m ars ap r m ai jun ju il au o t
M o is
Qm
oy(m
3/s
)&A
pp
ort
(hm
3/m
ois
)
app o rt m o yenm en su el
D éb it m o yenm en su el
129
Tableau (VII-9) : caractéristiques des barrages
Afin de mieux comprendre l’influence des barrages sur les ressources en eau
(annuelle) disponibles a l’exutoire du bassin, nous avons suivi leur évolution dans le
temps qui correspond à la mise en eau des différents ouvrages en tenant compte des
précipitations et de leurs variations. Les résultats sont donnés sous le tableau suivant.
Tableau (VII-10) : évolution des apports suite à l’implantation des réservoirs
On constate que l’apport liquide annuel à l’exutoire du bassin de la Tafna décroit au
fur et à mesure que le nombre de barrages implantés dans la région croit. Aussi on
remarque que pour des variations des précipitations d’ordre de10%, les apports
peuvent avoirs des variations considérables (90%).
Ba
ssin
de
laT
afn
a
Commune NomBarrage
cordonnées selon(l'Ambert nord -Algérie)
CapacitéInitiale
Capacitélevé 2004
Annéemise enservice
x (km) y (km) Hm3
Hm3
Beni Bahdel Béni Bahdel 110 165 63 54,63 1952
Terny Mefrouche 136 179 15 14.99 1963
Sidi Abdelli IZDIHAR (SidiAbdelli)
154 204 110 106.61 1988
H. Boughrara H. Boughrara 103 188 177 175.45 2000
Ain Youcef Sikkak 133 190 27 27 2004
Bassin total : station de pierre du chat
année Nombre de barrages p(mm)
apport annuel (hm3) variation d’apport
(%)variation du p(%)
1980 2 480 250.89
1991 3 470 92.90 62.97 2.08
2001 4 415 61.07 75.6 11.70
2006 5 321 5.00 98.00 22.6
130
VII.7. Conclusion
Les ressources en eau de surface disponible sont actuellement de l’ordre
de soit ceinte quatre millions de mettre cube.
Plus de quatre vint de cette valeurs est appartient aux sous bassin d’oued Tafna
maritime.
131
VIII.1. Introduction
Le transport solide se compose de la somme du transport par suspension et du
transport par charriage. Le premier est continu dans le temps tant que l’écoulement
existe. Le deuxième est discontinu et n’apparait qu’à la faveur des crues.
L’érosion des versants est accentuée, en dehors des caractéristiques morpho éco
pédologiques, lorsque le ruissellement se généralise et prend de l’ampleur en dévalant
les pentes raides. Ce dernier n’apparait que lorsque la capacité d’infiltration des sols
est dépassée (écoulement Hortonien) : cas des pluies à intensité élevée. Sinon, c’est la
dégradation de l’état de la surface du sol (tassement, formation de pellicules de
battance) sous l’impact des gouttes de pluie surtout lorsque ces dernières sont intenses.
Dans tous les cas, c’est le déclenchement du ruissellement qui est responsable de
l’érosion des bassins et du gonflement des hydrogrammes : d’où l’intérêt des crues. Ce
sont les évènements pluvieux les plus intenses qui vont générer les crues les plus
importantes (nonobstant les conditions physiques et topographiques des bassins. C’est
le ruissellement qui va assurer l’arrachement des particules solides (voir des
matériaux) des bassins et assurer leur transport jusqu’au cours d’eau. La crue va
pouvoir déplacer les matériaux du fond (les plus lourds et aussi éroder le fond ainsi
que les berges du cours d’eau. L’importance du phénomène « crue » est primordiale.
L’essentiel des exportations solides des bassins se fait lors du passage des crues.
Nous n’étudions ici que le transport solide en suspension ; le transport solide par
charriage n’a fait l’objet des mesures effectuées par les services de l’ANRH.
Les bassins sont étudiés en tenant compte des valeurs observées à leurs
exutoires, à savoir : Mouilah à Sidi Belkheir, haute Tafna à Béni Bahdel, Isser à Sidi
Aissa et Sikkak à Ain Youcef, la moyenne Tafna à djebel chouachi, enachef à
Mefrouche et l’exutoire du bassin a pierre du chat. Le choix de ces bassins est dicté
par la disponibilité des données de mesure des concentrations des matières en
suspension pour des périodes différentes tableau (VIII-1).
VIII.2. L’échantillonnage des matières en suspension
L’échantillonnage effectué par les services de l’ANRH Oran se fait selon le mode
opératoire suivant :
La charge de la matière en suspension est obtenue à partir d’échantillons d’eau
prélevés sur les rives de l’oued au moyen d’un conteneur de 50cl. La boue recueillie
sur un papier filtre est pesée après séchage à l’étuve à 105°C pendant 30 minutes. On
détermine ensuite la charge correspondante à un litre d’eau prélevé, ce qui établit la
132
concentration, donnée en g/l. La fréquence des prélèvements effectués dépend de la
variation de la hauteur d’eau :
- En période de crue, à chaque variation de10 cm de hauteur d’eau, on
prélève un échantillon.
- En période normale, on prélève une fois tous les deux jours.
Notons que si les sédiments en suspension étaient uniformément distribués dans
la section du cours d'eau, un échantillon prélevé à n'importe quel point dans la section
donnerait une mesure de la concentration moyenne des sédiments suspendus. Mais
cette concentration connaît une variabilité spatiale et temporelle. En effet, la
concentration en sédiments varie le long d'une section de mesure, du fond du cours
d'eau vers la surface et d'un instant à l'autre.
La principale difficulté de mesure des concentrations réside donc dans le prélèvement
d'un échantillon qui représente fidèlement l'écoulement ; d’où le caractère approché de
cette méthode [2].
Aussi cette méthode de prélèvement est appliquée dans cadre administrative c.-à-d.les
levés se font uniquement dans les heures de travail tandis que le phénomène du
transport solide en suspension est continu et maximal en période de crues ; d’où la
présence d’une perte considérable en informations brutes dans cette stratégie.
VIII.3. Les résultats
VIII.3.1. La concentration en matière solide en suspension
Les valeurs des concentrations moyennes mensuelles et inter annuelles des
différents sous bassins sont regroupés dan le tableau suivant :
133
Tableau (VIII-1) : concentration moyenne mensuelle dans les principales unités
hydrologiques de la Tafna
VIII.3.1.1. Variations temporelles de la concentration en matière
solide en suspension moyenne mensuelle
Nous allons suivre les variations de la concentration en matière solide en suspension
moyenne mensuelle sur l’ensemble des sous bassins.
Le bassin à l’exutoire
Sur les douze mois de l’année, seulement trois mois (octobre, novembre et à la
limite mai) présentent des concentrations en MES supérieures à la moyenne (3,77g/l).
Les mois d’octobre et novembre apportent le plus de concentration en MES
(respectivement 17 g/l et 10 g/l). On peut penser que les pluies d’automne, intenses et
prolongées, tombant sur des sols secs et dénudés, génèrent un ruissellement alimentant
les crues et responsable de L’érosion des bassins. Figure (VIII-1)
période) Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Avr Mai Jun Juil Aout annuelle
99-05 bassin total: pierre du chat
C (g/l) 0.53 17.06 10.53 2.28 1.27 3.24 1.27 2.64 4.65 0.11 0.12 1.49 3.77
88-04 SBV6:sidi aissa
C (g/l) 68.13 0.67 2.21 0.04 0.12 0.14 0.65 0.22 0.03 0.00 0.07 0.02 6.03
86-03 SBV5:DJEBEL CHOUACHI
C (g/l) 28.32 25.68 19.58 6.67 11.73 14.14 8.04 80.15 27.41 0.00 0.00 0.00 18.48
91-06 SBV7:MEFROUCHE
C (g/l) 1.38 2.73 0.35 0.18 0.35 0.20 0.21 0.09 0.17 0.80 0.00 0.06 0.54
85-06 SBV4:béni bahdel
C (g/l) 1.25 6.39 1.04 0.41 0.38 0.22 0.91 0.02 0.05 0.00 0.00 0.02 0.89
77-04 SBV2:sidi belkheir
C (g/l) 0.04 0.51 0.93 0.90 2.05 0.47 3.55 2.82 1.30 0.36 0.01 0.01 1.08
72-99 SBV8:Ain Youcef
C (g/l) 0.49 0.33 0.53 0.52 1.06 0.50 1.84 1.61 0.66 0.18 0.89 0.02 0.72
134
Figure (VIII-1) : concentration moyenne mensuelle en matière solide en suspension
dans la Tafna
Le sous bassin de la moyenne Tafna
Dans ce sous bassin, il semblerait que ce sont les pluies de printemps (avril et mai),
tombant sur des sols humides, qui sont à l’origine de l’érosion du bassin. Mais les
turbidités correspondantes sont largement inférieures à celles exportées durant
l’automne. Figure (VIII-2)
Figure (VIII-2) : concentration moyenne mensuelle en matière solide en suspension
dans la moyenne Tafna
variation mensuelle de la concentration en MES dans
la moyenne tafna(1886-2003)
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
90.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l)
Cmoyenne mensuelle
Cmoyenne annuelle
135
Le sous bassin de Mefrouche
La aussi, il semble que ce soit les pluies d’automne qui sont responsables de ces
exportations solides. Mais comme le sous bassin est en grande partie occupé par des
affleurements calcaires, les concentrations correspondantes sont faibles. Figure (VIII-3)
Figure (VIII-3) : moyenne mensuelle concentration en matière solide en suspension
dans Mefrouche
Le sous bassin de Sikkak
Ce sous bassin semble fonctionner de la même façon que celui de Mouilah, ci-
dessous. Des crues exceptionnelles de juin, suite à des orages violents seraient
responsables d’une érosion du sous bassin pendant cette période. Figure (VIII-4)
variation mensuelle de la concentration en MES dans le bassin
de mefrouche (1991-2006)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l)
CmoyenneM mensuelle
C moyenne annuelle
136
Figure (VIII-4) : concentration moyenne mensuelle en matière solide en suspension
dans Sikkak
Le sous bassin d’Isser
Ce sous bassin réagit uniquement pendant les premières pluies d’automne (pluies
intenses et prolongées) .figure (VIII-5)
Figure (VIII-5) : concentration moyenne mensuelle en MES dans Isser
variation mensuelle de la concentration en MES dans le SBV
de sikkak(1972-1999)
0.00
0.20
0.40
0.60
0.80
1.00
1.20
1.40
1.60
1.80
2.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l)
Cmoyenne mensuelle
C moyenne annuelle
variation mensuelle de la concentration en MES dans le SBV
de Isser(1988-2004)
-10.00
0.00
10.00
20.00
30.00
40.00
50.00
60.00
70.00
80.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l)
Cmoyenne mensuelle
C moyenne annuelle
137
Le sous bassin de Mouilah
Pour ce sous bassin, il semblerait que ce sont les pluies d’hiver et de printemps
tombant sur des sols humides et générant des crues qui sont responsables de ces
exportations solides. Comme pour la moyenne Tafna, les concentrations en MES
correspondantes sont relativement faibles par rapport à celles générées par les crues
d’automne.
Figure (VIII-6) : concentration moyenne mensuelle en matière solide en suspension
dans Mouilah
Le sous bassin de la haute Tafna
Comme pour le bassin à l’exutoire, le sous bassin de la haute Tafna contribue à
l’exportation des matières en suspension pendant la saison automnale pour les mêmes
causes et les mêmes effets. Figure (VIII-7)
variation mensuelle de la concentration en MES dans le SBVde mouilah(1977-2004)
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
4.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l) Cmoyenne mensuelle
C moyenne annulle
138
Figure (VIII-7) : la concentration moyenne mensuelle en MES dans la haute Tafna
VIII.3.1.2. Variations spatiales de la concentration en MES
moyenne annuelle
Les concentrations moyennes annuelles enregistrées à l’exutoire des sous
bassins sont données dans le tableau ci-dessous.
Ce paramètre nous permettre de faire une comparaison entre nos bassin on vue de bien
caractérisé le du transport de sédiment dans les cours d’eau concerner. Nous avons
pris une période commune s’étale de (1991-1999). Le tableau (VIII-2) regroupe les
résultats de cette étude
variation mensuelle de la concentration en MES dans le SBV de
la haute tafna(1985-2006)
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
C(g
/l) Cmoyenne mensuelle
Cmoyenne annuelle
139
Tableau (VIII-2) : variations spatiales de la turbidité moyenne annuelle
L’exam du tableau montre une légère variabilité pour la majorité des sous bassins, de
0.19 g/l à 0.35 g/lg/l. Tandis que le bassin de la moyenne Tafna présente les valeurs
les plus fortes (8.27 g/l). Par apport aux autres donc il subit un changement permanant
de forme d’oued et par conséquent ce bassin est un milieu favorable pour
l’inondation.
VIII.3.2. Débits solides et apport solides annuels
Les variations annuelles des apports solides, des débits solides et des apports
solides spécifiques montrent une grande irrégularité pour les différents sous bassins,
liée à l’irrégularité des précipitations et donc des apports liquides et aux complexités
spatiales du bassin.
Les tableaux (VIII-3) et (VIII-4) regroupent les valeurs des débits solides,
apports solides et apports solides spécifique.
période SBV C Moyenneannuelle (g/l)
1991-1999 haute Tafna 0.33
moyenne Tafna 8.27
Mouilah 0.35
Sikkak 0.22
Isser 0.19
Mefrouche 0.23
Tableau (VIII-3): Débits et apports annuels dans les sous bassin de la Tafna
pierre du chat sidi aissa Béni bahdel sidi belkheir Ain Youssef Mefrouche djebel chouachi
années Qs (kg/s) As(Mt) Qs (kg/s) As(Mt) Qs (kg/s) As(Mt) Qs (kg/s) As(Mt) Qs (kg/s) As(Mt) Qs (kg/s) As(Mt) QS (kg/s) As(Mt)5.14 0.162
73/74 3.19 0.1005
74/75 2.29 0.0721
75/76 0.25 0.008
76/77 0.11 0.0035
77/78 3.33 0.105 0.03 0.001
78/79 0.602 0.019 0.24 0.0077
79/80 26.22 0.827 3.42 0.1077
80/81 2.315 0.073 0.63 0.02
81/82 6.913 0.218 0.15 0.0048
82/83 0.412 0.013 0.06 0.0019
83/84 1.998 0.063 0.09 0.0029
84-85 1.11 0.035 0.08 0.0024
85-86 1.33 0.042 1.871 0.059 1.31 0.0414
86-87 1.68 0.053 181.5 5.725 1.53 0.0482 70.075 1.6408
87-88 1.14 0.036 21.21 0.669 0.15 0.0048 41.867 0.4449
88-89 7.864 0.248 9.99 0.315 31.65 0.998 1.27 0.0399 73.947 0.2683
89-90 1.046 0.033 0.98 0.031 82.48 2.601 1.1 0.0347 131.71 0.7738
90-91 37.42 1.18 29.6 0.935 64.69 2.04 6.5 0.0904 67.878 0.1877
91-92 0.507 0.016 2.31 0.073 33.14 1.045 3.88 0.0688 5.46446 0.0713 66.051 0.194
92-93 0.254 0.008 0.86 0.027 3.044 0.096 2.5 0.0361 0.99772 0.0036 26.401 0.0753
93-94 0.032 0.001 6.06 0.191 14.17 0.447 2.2 0.0257 2.45622 0.0042 5.2329 0.0208
94-95 13.98 0.441 5.49 0.173 10.72 0.338 40.6 0.4071 2.96928 0.0172 8.0304 0.0187
95-96 2.632 0.083 26.1 0.823 6.872 0.2167 10.2 0.0678 9.22866 0.0231 7.5538 0.0202
96-97 0.095 0.003 2.03 0.064 9.908 0.0548 3.7 0.0125 1.15515 0.0112 112.33 0.4076
97-98 1.427 0.045 11.1 0.35 81.66 1.665 2.35 0.0083 0.13039 0.0004 37.3 0.203
98-99 10.86 0.3426 0.74 0.023 87.65 1.3405 0.8 0.0035 0.04205 6E-05 34.241 0.0473
99-00 12.326 0.0799 114.6 1.7134 5.75 0.044 36.73 0.5713 2.83138 0.0125 14.114 0.0805
00-01 91.62 1.0053 47.34 0.6217 16.4 0.247 277.8 5.3516 2.4488 0.0279 310.18 0.536
2001/2002 152.86 1.6377 215.8 2.4987 69.7 1.151 136.1 2.4691 0.88347 0.0042 10.787 0.0065
2002/2003 37.721 0.3846 3.942 0.0416 117 1.827 9.499 0.1444 0.68396 0.0057 2.2667 0.0025
2003/2004 54.326 0.7792 26.12 0.2934 1.02 0.015 106.6 1.5837 0.25935 0.0013
2004/2005 40.404 0.3002 0.91 0.014 0.00614 0.0002
0.04 4E-04 0.03265 6E-05
Moyenne 64.876 0.6978 30.25 0.4731 14.8 0.306 45.93 1.0655 3.47 0.0512 1.97265 0.0122 59.998 0.2899
ecartype 50.329 0.5697 57.62 0.7234 28.5 0.48 66.09 1.5048 7.79 0.0821 2.41984 0.0186 74.922 0.412
Cv 0.7758 0.8164 1.905 1.529 1.93 1.567 1.439 1.4123 2.24 1.6012 1.2267 1.5231 1.2487 1.4211
141
Tableau (VIII-4) : apports solides spécifiques annuels dans les sous bassin de la Tafna
station pierre duchat
sidi aissa Béni bahdel sidibelkheir
Ain Youcef Mefrouche djebelchouachi
années Ass t/km2/ans Asst/km2/ans
Ass t/km2/ans Asst/km2/ans
Asst/km2/ans
Asst/km2/ans
Asst/km2/ans
72/73 197.56
73/74 122.56
74/75 87.93
75/76 9.76
76/77 4.27
77/78 48.87 1.22
78/79 8.842 9.39
79/80 384.9 131.34
80/81 33.97 24.39
81/82 101.5 5.85
82/83 6.05 2.32
83/84 29.32 3.54
84-85 16.29 2.93
85-86 41.99 27.46 50.49
86-87 52.99 2664 58.78 1631
87-88 35.99 311.3 5.85 442.27
88-89 314.95 464.5 48.66 266.74
89-90 173.31 31.00 1210 42.32 769.23
90-91 23.06 934.85 949.4 104.80 186.55
91-92 824.60 72.99 486.3 79.67 792.13 192.88
92-93 11.18 27.00 44.68 41.84 40.23 74.83
93-94 5.59 190.97 208 29.78 47.16 20.67
94-95 0.70 172.97 157.3 471.68 190.98 18.622
95-96 308.18 822.87 100.9 78.51 256.93 20.11
96-97 58.00 63.99 25.5 14.44 124.20 405.19
97-98 2.10 349.94 774.9 9.67 4.13 201.82
98-99 31.45 23.45 623.8 4.10 0.65 47.05
99-00 11.02 239.41 43.73 265.9 138.62 80.00
00-01 138.76 1197.37 246.61 2491 310.31 532.79
2001/2002 226.04 434.45 1150.34 1149 46.65 6.485
2002/2003 53.08 1746.12 1826.92 67.22 63.03 2.53
2003/2004 107.55 29.04 15.00 737.1 13.94
2004/2005 41.44 205.05 14.14 2.15
0.37 0.69
Moyenne 96.32 338.97 306.34 495.9 55.62 135.45 288.16
ecartype 78.63 522.09 480.11 700.3 93.72 206.31 226.17
Cv 0.82 1.54 1.57 1.412 1.69 1.52 0.78
142
Le sous bassin de Mouilah
Pour le Mouilah, les dégradations spécifiques annuelles varient de 6.05 à 2664.36
t/km2/an, soit une moyenne de383.6 t/km2/an, pour une lame d’eau écoulée de 26.94
mm. L’apport solide annuel varie très fortement (0.01 M tonnes à plus de 5 M tonnes)
pour une moyenne annuelle autour de 1.0655 M tonnes, déduit d’un débit solide
moyen annuel de 45.93Kg/s.
L’exam de la figure (VIII-8) montre deux période, la premiers caractérise dont les
débit solde sont faible elle s’étale du (1977-1986) , la deuxième période recouvre les
de hautes débits solide elle corresponde à l’intervalle(1986-2002) entrecoupe par une
deuxième périodes de basse débit entre(1994-1998) toutefois les année(1986 et 2001)
représentent des valeurs exceptionnelle en apport solide d’ordre de(6 Mt) donnant
lieux à une dégradation spécifique qui représente cinq fois la valeur moyenne annuelle
de la période d’étude. Malgré les quantités importantes de l’apport solide, la
dégradation spécifique reste modeste ne dépassant qu’en deux reprises sur 27 années
le seuil de 1013.85 t/km2/an. La crue maximale est observée en 1987 avec une valeur
de turbidité qui dépasse les 54 g/l.
Figure (VIII-8) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin Mouilah
variation interannuelle des débits et apport solide à la station de m ouilah
0
1
2
3
4
5
6
7
1977/1978
1979/1980
1981/1
982
1983/1
984
1985/1
986
1987/1988
1989/1990
1991/1
992
1993/1
994
1995/1
996
1997/1998
1999/2000
2001/2
002
2003/2
004
annees
As(M
t)
-50
0
50
100
150
200
250
300
Qs
(kg
/s)
a pport so lide
d ébit so lide
143
Le sous bassin de la haute Tafna
Le débit solide annuel varie de 0.04 kg/s à environ 70 kg/s avec une moyenne
autour de 15 kg/s L’apport solide annuel varie de 10-4 Mt à 1.8 Mt; la moyenne
tournant autour de 0.306 Mt. Les dégradations spécifiques varient de 1.44 t/km2 à
7151.52 t/km2, soit une moyenne de 1199.15 t/km2.
Dans ce bassin figure (VIII-9) l’année 02/03 a été exceptionnelle avec un apport
solide de 1.82 millions de tonnes figure. Cet apport du à une crue 29.88 m3 /s et
représente six fois la valeur moyenne annuelle de la période d’étude. Ce bassin
enregistre la dégradation spécifique maximale pour toute la Tafna environ de 1200Mt
elle peut aller jusqu'à 4503.03 Mt. On constate aussi une certaine période de retour
des années de fort apport solide ; elle est environ de cinq ans.
Figure (VIII-9) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin de la haute
Tafna
Le sous bassin d’Isser
Le débit solide annuel varie de 0.02 kg/s à 215 kg/s autour d’une moyenne de 30
kg/s. L’apport solide annuel varie de 3.10-3 Mt à 2.5 Mt pour une moyenne annuelle de
0.47 Mt. La dégradation spécifique moyenne annuelle est de 338.9 t/km2, pour des
valeurs variant de 0.70 t/km2 à 1746.12. t/km2.
variation interanuelle des débit et apports solide à
la station de beni bahdel
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
19
85
/19
86
19
86
/19
87
19
87
/19
88
19
88
/19
89
19
89
/19
90
19
90
/19
91
19
91
/19
92
19
92
/19
93
19
93
/19
94
19
94
/19
95
19
95
/19
96
19
96
/19
97
19
97
/19
98
19
98
/19
99
19
99
/20
00
20
00
/20
01
20
01
/20
02
20
02
/20
03
20
03
/20
04
années
As
(Mt)
-20
0
20
40
60
80
100
120
140
Qs
(kg
/s)
apport solide
débit solide
144
D’après la figure (VIII-10) on constate que pour l’oued Isser durant l’année2001/2002, l’apport solide drainé vers le barrage El Izdihar représente 33% de l’apportglobal enregistré durant la période d’étude.
La dégradation spécifique durant cette année est cinq fois supérieure à la valeurmoyenne de l’ensemble de la période. On constate une certaine stabilité du débitsolide entre 1988 et 1999 de avec des valeurs très faibles, consécutives à (des débitsliquides faibles et ne dépasse les 0.40 m3 /s en moyenne entrecoupe par une année dehaute concentration (1990-1991) caractérisée par une crue 143.4 m3 /s. l’année du1999 -2000 est aussi remarquable par un apport solide de 1.713 Mt déduit d’uneprécipitation 470.2mm qui engendre une crue de 152.2 m3 /s.
Figure (VIII-10) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin d’Isser
Le sous bassin de Sikkak
L’oued Sikkak est affecté par une dégradation spécifique moyenne annuelle de
60.88t/km2 et variant de 1.21 t/km2 à 197 t/km2. La lame d’eau écoulée moyenne est de
23.05 mm, apportant en moyenne51200 tonnes de sédiments par an avec un débit
solide moyen annuel de3.47 kg/s.
Sur une fourchette de mesure (1972 /1999), le bassin de l’oued Sikkak montre une
meilleure résistance à l’érosion et donc de plus faibles valeurs en transport solide. On
peut voir Figure (VIII-11), les années (1972/1973 à 1974/1975) enregistrent les plus
importants apports solides par rapport au reste de la période puisque la région a connue
une sécheresse depuis 1975[1].Sauf l’année (1994-1995) ou la pluviométrie est d’ordre
541.5mm notre bassin enregistre un apport solide exceptionnel de(0.40Mt) résulte une
crue de 42.25 m3 /s c’est années remarquable par son apport liquide de 18 hm3 et sa la
va ria tio n in te ra n n u e lle d e s d é b its e t a p p o rts s o lid e s
à la s ta tio n d e s id i a is s a
0
0 .5
1
1 .5
2
2 .5
3
1988/1989
1989/1990
1990/1991
1991/1992
1992/1993
1993/1994
1994/1995
1995/1996
1996/1997
1997/1998
1998/1999
1999/2000
2000/2001
2001/2002
2002/2003
2003/2004
a n n é e s
As(M
t)
-5 0
0
5 0
1 0 0
1 5 0
2 0 0
2 5 0
Qs
(kg
/s)
a p p o rt so lid e
d é b it so lid e
145
dégradation spécifique 471.67 t/km2/an, huit fois plus grande que la moyenne de la
période étudie.
Figure (VIII-11) : variation des débits et apports annuels dans sous bassin de Sikkak
Le sous bassin Mefrouche :
Pour ce bassin, le débit solide annuel varie de 6.10-3 kg/s à 9 kg/s pour une
moyenne annuelle autour de 1.9 kg/s. L’apport solide annuel varie pour sa part de
6.10-5 Mt à 0.07 Mt. La dégradation spécifique annuelle varie de 0.6 t/km2 à 712 t/km2,
la moyenne annuelle se situant autour de 135 t/km2. On constat que pour une lame
d’eau écoulée moyenne de 20.88 mm, l’apport annuels 12200 tonnes de sédiments.
Avec dégradation spécifique moyenne annuelle est de 135.45t/km2/an, pour des
valeurs variant de 4.130à 792.12 t/km2/an, déduit d’un débit solide de 1.97kg/s.
L’oued de Mefrouche qui constitué la partie amont du Sikkak enregistre les plus
petite valeurs des modules solide dans Tafna traduisent la nature rocheux à propriété
karstique du bassin .sur toute la période (1991/2005) la dégradation spécifique
maximale est observée en 1991 (792.12 t/km2/an) et un apport correspond de 71290Mt
déduit d’une crue de 53.32 m3 /s figure (VIII-12)
va ria tio n in te ra n n u e lle d e s d é b its e t a p p o rt s o lid e s
à la s ta tio n d e s a in yo u c e f
0
0 .0 5
0 .1
0 .1 5
0 .2
0 .2 5
0 .3
0 .3 5
0 .4
0 .4 5
1972/1973
1974/1975
1976/1977
1978/1979
1980/1981
1982/1983
1984/1985
1986/1987
1988/1989
1990/1991
1992/1993
1994/1995
1996/1997
1998/1999
a n n é e s
As
(Mt)
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Qs
(kg
/s)
ap p o rt s o lid e
d éb it s o lid e
146
Figure (VIII-12) : variation des débits et apports annuels dans le sous bassin de
Mefrouche
Le sous bassin moyenne Tafna
Le débit solide annuel varie de 2 kg/s à 310 kg/s pour une moyenne annuelle
autour de 60 kg/s. L’apport solide annuel varie 2.10-3 Mt à 1.6 Mt pour une moyenne
annuelle autour de 0.29 Mt. L’apport solide spécifique varie de 2 t/km2 à 532 t/km2 ; la
valeur moyenne annuelle se situant autour de 288 t/km2. De Le bassin reçoit
annuellement un l’apport 289900 tonnes de sédiments du a un débit solide de 59.99
kg/s, et provoque une dégradation spécifique moyenne annuelle est de 288.16 /km2 qui
varie de 2.53 à 532.79 t/km2 .
Malgré sa position (effluant) de Mouilah et Sebdou, les résultats de notre étudeconcernent la période de (1986/2003) figure (VIII-13) montrent des valeurs assezfaibles qui ne dépasse pas les deux millions de tonnes (1.6Mt) observé en1987 pourprécipitation de 311.4mm et une crue de 42.3 m3 /s.
Ces valeurs peuvent être justifiées d’une part par la mise en place des périmètres
irrigués ce qui réduite énormément les paramètres accélératives d’érosion, d’autre part
par l’effet des forces de frottement engendrer par les alluvions et par conséquent on
aura une augmentation des vitesses de chut des particules en suspension.
variation interannuelle des débit et apports solides
à la sation de mefrouche
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
19
91
/19
92
19
92
/19
93
19
93
/19
94
19
94
/19
95
19
95
/19
96
19
96
/19
97
19
97
/19
98
19
98
/19
99
19
99
/20
00
20
00
/20
01
20
01
/20
02
20
02
/20
03
20
03
/20
04
20
04
/20
05
années
As
(Mt)
-2
0
2
4
6
8
10
Qs
(kg
/s)
apport solide
dédit solide
147
Figure (VIII-13) : variation des débits et apports annuels dans le sous bassin de la
moyenne Tafna
Le bassin à l’exutoire
Pour l’ensemble du bassin, le débit solide annuel varie de 37 kg/s à 152 kg/s
pour une moyenne annuelle autour de 64 kg/s. L’apport solide annuel varie 0.08 Mt à
1.6 Mt pour une moyenne annuelle autour de 0.69 Mt. L’apport solide spécifique varie
de 11 t/km2 à 226 t/km2 ; la valeur moyenne annuelle se situant autour de 96 t/km2.
La figure (VIII-14) montre que Les années 2000/2001 et 2001/2002) apportent63% du tonnage global cumulé sur l’ensemble de la période et correspondent auxannées pluviométriques excédentaires dont les débits de pointe des crue observées sontrespectivement 27.7m3 /s et 139.27m3 /s)
variation interannuelle des débits et apports solides à la
station du djebel chouachi
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
1986
/198
7
1987
/198
8
1988
/198
9
1989
/199
0
1990
/199
1
1991
/199
2
1992
/199
3
1993
/199
4
1994
/199
5
1995
/199
6
1996
/199
7
1997
/199
8
1998
/199
9
1999
/200
0
2000
/200
1
2001
/200
2
2002
/200
3
années
As(M
t)
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
Qs(k
g/s
)
apport solide
débit solide
148
Figure (VIII-14) : variation des débits et apports annuels dans le bassin de la Tafna
VIII.3.2.1. Variation spatiales des apports solides spécifiques
moyens annuels
Afin de quantifier l’état érosif de nos bassin nous faisant appel aux apports solidesspécifiques sur une période identique ; dans notre Cas elles’étaledu1991aux1999.
Le bassin total n’a pas pu être pris dans cette comparaison puisque les donnés que l’onDispose début en 1999.Le tableau (VIII-5) appuyé par figure (VIII-15) représente les résultats obtenus.
Tableau (VIII-5) : variations spatiales de l’apport solide spécifique annuel
variation interannuelle des débits et apports solides
a l'exutoire du bassin
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
1999/2000 2000/2001 2001/2002 2002/2003 2003/2004 2004/2005
années
As(M
t)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
Qs
(kg
/s)
apport solide
débit solide
période (1991-1999)
Isser hauteTafna
Mouilah Sikkak Mefrouche moyenneTafna
Ass(t/km2/ans) 82.08 215.5 302.68 95.99 182 122.6
149
L’examen du tableau (VIII-5) et de la figure (VIII-15) montre que : Le sous bassin de Mouilah connu les taux d’érosion les plus élevés ; fortement
due aux nature des sols (sols marneux) et aux dégradations du couvert végétalen partie amont (haut plateaux), ainsi qu’à l’irrégularité des précipitations.
Le bassin de Sikkak enregistre les taux d’érosion les plus faibles durant cettepériode, en effet le nature karstique bassin diminué l’écoulement et parconséquent le transport des sédiments, ainsi que le rôle du barrage deMefrouche (constituer une embouchure ou il aura une sédimentation).
Les taux d’érosion augmente on va vers le sud et sud-ouest) et diminuer au furet au mesure du sud vers le Nord et en particulier le Nord –Est.
Figure (VIII-15) : variation spatiale de l’apport solide spécifique
apport solide spécifique dans les SVB de la tafna(1991-1999)
0
50
100
150
200
250
300
350
Isser haute Tafna Mouilah Sikkak Mefrouche moyenne Tafna
sous bassin
Ass
(t/k
m2/a
n
Ass Ass moy
150
VIII.3.3. Débits solides et apport solides mensuels
D’après le tableau VIII-6 on constate :
Le bassin total
Les valeurs mensuelles de l’apport en suspension révèlent une forte variabilité.
99% de cet apport est mesurée au cours de cinq mois seulement (du septembre aux
janviers), les 1% restant sont observées en huit mois (a partir du février avec un
minimum en juillet 562.34 tonnes).
Cette variabilité mensuelle de l’apport solide en suspension est due à la fréquence
des crues importantes. La figure (VIII-16) montre une grande irrégularité des débits
solides mensuels qui varient de 1.62 kg/s en septembre à 368 kg/s en novembre et de
58.83 kg/s en février à 0.185kg /s en juillet.
Figure (VIII-16) : variation des débits solides moyens mensuels de la Tafna
La haute Tafna
Sur les douze mois seulement les deux premiers mois de l’année hydrologiquecaractérisent la période de fort taux d’érosion avec un débit solide exceptionnel enoctobre de 356 kg/s déduit dune crue de 249.4m3 /s et une précipitation de 67.9mm.A partir d’avril on constate une certaine stabilité du débit solide.
variation des débits solides moyens mensuelsdans la Tafna(1999-2004)
-10.000
40.000
90.000
140.000
190.000
240.000
290.000
340.000
390.000
Sep Oc Nov Dec Jan Fév M ars Avr M ai Jun Juil Auot
Qs(
kg/s
)
débi solide m oyenm ensuel
Tableau (VIII-5): débits et apports solides moyens mensuels dans la Tafna
(Période. Qs,Apportmoy)
Sep Oct Nov Dec Jan Fév Mars Avr Mai Jun Juil Août
99-05 bassin total: pierre du chat
Qs (kg/s) 1.620 268.310 368.431 37.495 12.635 58.838 45.123 24.085 10.872 0.260 0.186 15.515
Asmoy(t) 839.908 579550.153 2355603.241 281841.614 92788.129 320267.164 183234.944 81156.469 81721.765 1573.420 562.341 29490.127
88-04 SBV6:sidi aissa
Qs (kg/s) 47.802 0.196 0.548 0.019 0.022 0.184 0.518 0.070 0.004 0.000 0.006 0.003
Asmoy(t) 71415.000 2520.000 20932.000 709.000 3735.000 1246.000 100242.000 2641.000 2096.000 13.400 2.280 6.220
86-03 SBV5:DJEBEL CHOUACHI
Qs (kg/s) 20.499 73.341 157.681 10.109 39.581 66.954 35.891 22.125 114.449 0.000 0.000 0.000
Asmoy(t) 58447.462 582976.310 2002680.263 92584.944 673699.325 1012344.219 474452.035 42054.595 316429.027 0.000 0.000 0.000
91-06 SBV7:MEFROUCHE
Qs (kg/s) 0.018 5.180 1.871 0.445 1.676 1.547 10.246 0.538 2.699 1.923 0.000 0.005
Asmoy(t) 1.555 19244.736 5820.635 1344.294 15491.593 28877.252 215107.217 4553.348 21684.916 1827.239 0.000 1.210
85-06 SBV4:Béni bahdel
Qs (kg/s) 40.971 356.859 10.244 1.329 3.669 2.542 6.416 0.006 0.054 0.002 0.000 0.007
Asmoy(t) 1673166.541 1506497.168 37694.563 5097.804 14592.299 10132.456 35959.729 1771.754 4520.125 349108.031 12615.000 2679.359
77-04 SBV2:sidi belkheir
Qs (kg/s) 110.637 308.837 135.654 118.327 26.227 1.613 264.842 21.864 6.126 0.019 1.151 2.641
Asmoy(t) 6622821.447 345480.478 1141521.905 587238.498 154158.221 16119.141 1413615.923 101229.929 79288.714 24060.193 3935.599 9984.982
72-99 SBV8:Ain Youcef
Qs (kg/s) 0.342 0.097 0.132 0.243 0.189 0.677 1.469 0.517 0.079 0.009 0.072 0.003
Asmoy(t) 511.636 1245.663 5042.857 8976.796 31741.430 4585.487 284285.442 19471.548 44014.922 894.265 28.213 5.870
152
Figure (VIII-17) : variation des débits solides moyens mensuels de la haute Tafna
La moyenne Tafna :
La variation mensuelle des apports solides dans la moyenne Tafna, se manifeste
d’une suite à un enchainement périodique ou on remarque que chaque deux mois de
faible à moyen apport sont entrecoupé par un mois d’apport exceptionnel avec un
apport nul durant (juillet et aout).
Cet aspect aussi synthétisé dans la figure (VIII-18) concernant les débits solide
par exemple : Entre décembre et octobre nous avons un débit solide 175kg/s en
novembre ; de même nous avons une valeur de 66kg/s en février entre janviers et
mars.
variation des débits solides moyens mensuels dans le SBV de la haute tafna
(1985-2006)
40.9
71
356.
859
10.2
44
1.32
9
3.66
9
2.54
26.
416
0.00
6
0.05
4
0.00
2
0.00
0
0.00
7
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Avr Mai Jun Juil Auot
Qs(kg/s)
153
Figure (VIII-18) : variation des débits solides moyens mensuels de la moyenne Tafna
Sikkak et Mefrouche
Les bassins transport en un mois plus de 70% du tonnage annuel en MES ;cette valeur est observée en mars.
Le dépouillement du figure (VIII-19) montre la période haute débit solide semanifeste en quatre mois, soit (septembre, février. mars et avril). Tandis que les autresmois caractérisent la période ou les débits solides sont faibles. Toutefois le mois dumars est dominant par son débit d’ordre de 1.469 kg/s ou 10.246 kg/s déduites d’unecrue de 60.9 m3/s ou 63.16 m3/s
variation des débits moyen mensuel dans le SBV de la moyenne tafna
(86-03)
-20.000
0.000
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
160.000
180.000
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Apr Mai Jun Juil Auot
Qs(k
g/s
)
Qs
154
Figure (VIII-19) : variation des débits solides moyens mensuels de Sikkak
Le sous bassin Mouilah :
En tenant compte d’apport solide moyen durant la période d’étude, on constateque notre bassin délivre en septembre plus que 64% d’apport en MES une valeur de6622821.44 tonnes. L’apport minimum est observé en aout, le mois enregistre unevaleur de 13% de la moyenne.
Compte aux variations de débits solide figure (VIII-20), la période de hautsdébit solide recouvre les premiers quatre mois de l’année hydrologique suivi d’unepériode de faible débit débute en février et se termine en aout entrecoupé pars unmois de hauts débit.
Le mois d’octobre reste le plus dominant sur toute l’année par son débit solide308.83 kg/s causé par une crue de 209.5 m3/s.
variation des débits solides moyehs mensuels dan le SBV de sikkak
(1972-1999)
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Avr Mai Jun Juil Auot
Qs
(kg
/s)
Qs
155
Figure (VIII-20) : variation des débits solides moyens mensuels de Mouilah
Le sous bassin d’Isser :
L’apport moyen mensuel global (annuel) observé est de205557.9t ; 85% de cetapport est se manifeste en un seul mois (septembre).
Ce bassin représente un cas particulier figure (VIII-21) ou la période de haut débitse limite en septembre et mars avec une valeur exceptionnelle en septembre de plusdouze fois de la moyenne observée durant cette période.
En effet la majorité du notre bassin est occupée par Couvert forestier dégradé etles Cultures extensives en particulier les céréales. Apres un enté sec est longue lespluies de automne rencontre un sol facilement érodables, ce explique cette valeur.
variation des débits solides moyens mensuels dans le SBV de mouilah
(1977-2004)
110.
637
308.
837
135.
654
118.
327
26.2
27
1.61
3
264.
842
21.8
64
6.12
6
0.01
9
1.15
1
2.64
1
Sep Oc Nov Dec Jan Fév Mars Avr Mai Jun Juil Auot
Qs(kg/s)
156
Figure (VIII-21) : variation des débits solides moyens mensuels d Isser
VIII.3.4. Variation saisonnière
L’échelle saisonnière tableau (VIII-7), montre que plus 80% des modulessolides en suspension dans les différent sous bassins se manifeste en (automne plushiver) ou l’automne est dominant .Sauf dans les trois bassins adjacent (Sikkak,Mefrouche et Isser) ou cette valeur est observée en (automne plus le printemps) avecune dominance du printemps dune raison logique car nous avons constaté par avantque les écoulements dans ces bassins sont retardés jusqu’aux printemps.
Tableau (VIII-7) : apport solide saisonnier dans les sous bassin de la Tafna
v a ria tio n d e s d é b its s o lid e s m o ye n s m e n s u e ls d a n s le S B V d e Is s e r
(1 9 8 8 -2 0 0 4 )
47.802
0.196
0.548
0.019
0.022
0.184
0.518
0.070
0.004
0.000
0.006
0.003
S e p O c N o v D e c J a n F é v M a rs A v r M a i J u n J u il A u o t
Q s (k g /s )
période. Apportsaisonnier
Automne Hiver Printemps Eté
1999-2005 bassin total: pierre du chat
As saisonnier(t) 978664.434 231632.302 115371.059 10541.963
1988-2004 SBV6:sidi aissa
As saisonnier(t) 31622.333 1896.667 34993.000 7.300
1986-2003 SBV5:DJEBEL CHOUACHI
As saisonnier(t)) 881368.012 592876.163 277645.219 0.000
1991-2006 SBV7:MEFROUCHE
As saisonnier(t) 8355.642092 15237.713 80448.49353 609.48288
1985-2006 SBV4:béni bahdel
As saisonnier(t) 1072452.757 9940.853 14083.869 121467.463
1977-2004 SBV2:sidi belkheir
As saisonnier(t) 2703274.610 2703274.610 531378.189 12660.258
1972-1999 SBV8:Ain Youcef
As saisonnier(t) 2266.719 15101.238 115923.970 309.449
157
VIII.4. Conclusion
Le bassin de la Tafna transporte actuellement plus de six cents milles tonne desédiment vers la mer méditerranée.Le bassin de la Mouilah est en état érosive développée « en particulier dans la partieamont du barrage Boughrara ».Les sous bassin du la partie EST de la Tafna représente les taux d’érosions les pluspetite dans toute la région.
158
IX.1. Introduction
Rappelons qu’en hydrologie, la modélisation peut avoir une fonction de recherche,où une fois Calibré, le modèle permet d’établir des scénarios qui pourront êtreconfrontés aux mesures. Il est également fréquent d’utiliser la modélisation à des finsde prévisions ou encore pour reconstituer des séries de débits possibles dans le cadredes aménagements hydrauliques.
L’application du modèle swat dans le bassin de la Tafna à pour but : Mettre à ajoure de la modélisation hydrologique (faite par Mr : Hamlet) en
particulier les écoulements dans la Tafna. Tester la traction érosion et transport solide offrez par le model.IX.2. Donnés nécessaires pour le model swat :
Les model nécessite une banque de donnés (morphologie, hydrographie,climatologie et la pédologie).
La figure suivante résume les différentes étapes pour mettre swat en marche.
Figure (IX-1) : les entrées dans le modèle SWATOn note que en point de vue cartographie la version utilisé (SWAT99.2) emploisseulement les données attributaires.
IX.2.1. Le DEM (model numérique du terrain) :
MNT de la Tafna à été réaliser à l’aide du logiciel arcview «3.2 » sous uneéchelle de 1/200000.C’est une échelle très petite et elle l’exploitation du MNT (tous qu’on peut extraire :les superficies, les pentes globaux).
159
Cette étape est résumée dans la version SWAT 99.2 par la boite de dialogue(subbasin data « configuration des sous bassin ») pour plus de détaille voir thèsesHamlet
Figure (IX-2):boite de dialogue pour la configuration des sous bassins dans SWAT99.2
IX.2.2. Le réseau hydrographieDe même le chevauché hydraulique du bassin est digitalisé à partir une carte
d’échelle 1/200000 voir chapitre VII.
Les paramètres exigés par le modèle sont :
La géométrie des cours d’eau (Sections transversales, pente) ; Les caractéristiques hydrauliques (coefficient de Manning)
La boite de dialogue (Routing Data « configuration du réseau hydrographique »)corresponde à cette étape est représentée dans la figure suivante
160
Figure (IX-3) : boite de dialogue pour la configuration du chevauché hydraulique dansSWAT 99.2
IX.2.3. La pédologie :Les données des sols utilisées par le modèle SWAT sont divisées en deux
groupes, les caractéristiques physiques (granulométrie, densité apparente…ex), et lescaractéristiques hydrauliques « conductivité hydraulique, capacité aux champ.. ».
Les principales données pédologique de la Tafna sont données au niveau duchapitre précédent.
IX.2.4. Climatologie :Le modèle utilise les séries de Markov pour générer les précipitations
journalières dans le bassin. Pour cela, les différents paramètres (précipitations,température de l’air, vitesse du vent, ensoleillement et humidité atmosphérique) sontintégrés dans le modèle sous forme de données statistiques « des moyennes, desmaximums, des minimums et des écarts types ».
La figure suivante montre la boite de dialogue d’intégration des donnéesclimatiques selon swat.
161
Figure (IX-4) : Le fichier des données du générateur du climat d’un sous bassin dansSwat 99.2
IX.2.5. Les ouvrages de mobilisation :
La mise en place des réservoirs influence beaucoup le régime d’écoulement etpar conséquent la réponse hydrologique du bassin.
Puisque les réservoirs ralentissent l’écoulement, il y aura une sédimentation desMES. Pour entrer des donnés concernant les barrages, Le modèle exige laconnaissance des caractéristiques principales telles que « la superficie et le volume destockage au niveau de retenue normale et exceptionnelle, les taux d’évacuation, lesconcentrations normales en sédiments et les taux de transfert ».
La boite de dialogue de saisie des donnés du réservoir est donnée ci-dessous.
162
Figure (IX-5) : Paramètres du fichier des données du réservoir dans SWAT 99.2
IX.2.6. Caractéristique des sous bassin simulés :
Le tableau (IX-1) contient Les données concernant les caractéristiquesmorphologiques des sous bassins.
Tableau (IX-1) : caractéristiques des sous bassin à simuler
Nom (sbv) N° Surface(km2)
Périmètre(km)
Kc L (km) l (km) Pente du canalPrincipal (m/m)
Ig(%)
LS
OuedMouilahamont
1 73.83 4O.95 1.33 15.70 4.70 0.009 1.5 0.72
Oued Mouilahaval
2 2074.97 338 2.12 156.22 12.755 0.007 1.1 0.47
Oued Mehaghene 3 849.5 175 1.89 78.74 8.483 0.009 0 .2 0.2
oued-haute Tafna 4 605.5 202 1.51 82.454 16.25 0.018 1.3 0.61
Oued moyenneTafna
5 1006 128.5 1.134 37.177 6.31 0.005 0.8 0.38
Oued Isser 6 1431 171.8 1.423 69.42 16.45 0.017 1.1 0.51
Oued Mefrouche 7 90 46.7 1.378 18.47 4.872 0.004 1.6 0.79
OuedSikkak
8 730 113 1.139 33.36 23.1 0.002 2.1 1.16
Oued TafnaMaritime
9 384 88.52 1.264 32.36 11.86 0.002 2 1.1
163
IX.2.7. Caractéristiques des stations hydro pluviométriques utiliséesdans la simulation :
Le tableau si dessous regroupe la différente station hydro pluviométriques ainsique leurs caractéristiques.Tableau (IX-2) : caractéristiques des stations hydro pluviométriques
Figure (IX-6) : configuration du bassin de la Tafna sous un sig
sous bassin station code cordonnée selon les coordonnéesL’Ambert nord Algérie
altitude(m)
x (km y (km)
Oued TafnaMaritime
pierre du chat 160801 123 220 80
oued-haute Tafna béni bahdel 160402 115 164.6 666
Oued Isser sidi aissa 160614 157.35 199.5 380
Oued Sikkak Ain Yousef 160704 131.7 201.7 200
Oued Mouilahaval
sidi belkheir 160504 101.2 185.3 360
Oued Mefrouche Mefrouche 160726 135.6 180.2 1120
Oued moyenneTafna
Djebelchouachi
160503 118.9 202.9 130
Oued Mehaghene Maghnia 160509 90.7 174.7 430
OuedMouilahamont
El Abed 160104 97 140 1275
164
IX.2.8. Configuration de notre bassin par le model SWAT :
La figure suivante représente la configuration du bassin de la Tafna et ses sousbassins par le modèle SWAT 99.2.
On note que toutes les caractéristiques des réservoirs existants sont déduites àpartir des travaux qui on été fait dans la région « thèse : Hamlet et les PFE de :Melle Mehdi » et intégrées dans le modèle.
Figure (IX-7) : configuration du bassin de la Tafna par le modèle SWAT 99.2.
IX.2.9. Simulation :
L’essentiel des données est maintenant intégré au modèle et celui ci est doncprêt pour La simulation. Plusieurs options s’offrent alors à l’utilisateur. Le choixconcernant ces options se fait par le biais de la boîte de dialogue ci-après. La première chose à définir est la période de temps sur laquelle la simulation va
être effectuée. La deuxième section concerne la méthode de calcul des précipitations et du
ruissellement. La section suivante propose à l’utilisateur différentes équations permettant de
calculer l’évapotranspiration. Le dernier choix important laissé à l’utilisateur est le pas de temps de sortie.
165
Dans notre cas nous avons pris une période de simulation s’étalant de 1980 jusqu’à2006, compatible avec la période riche en modules observés.
Notons que la méthode de Hargreaves a été retenue pour le calcul del’évapotranspiration puisque elle est déjà prouvée dans cette région par plusieurstravaux.
IX.3. Résultats est discussions
IX.3.1. Le calage du model SWAT
Trois étapes résument le calage du modèle : Calage des précipitations ou on considère l’écart type mensuel comme un
élément représentatif de la précipitation, puis on le fait varier et relancer lasimulation jusqu’ à ce que les valeurs simulées se rapprochent des valeursobservées.
Le tableau (IX-3) regroupe les résultats du calage de générateur du climat (moyennesannuelles)
Le tableau montre une légère différence entre les précipitations moyennes annuellesobservées et celles simulées par le modèle SWAT. Ces résultats sont appuyés par lafigure suivante correspondant au sous bassin de Mefrouche où nous constatons cetteprécision.
sous bassin station P simulée (mm) P observée (mm)
OuedMouilah amont EL Abed 298.33 282.68
Oued Mouilah aval sidi belkheir 260.39 269.20
Oued Mehaghene Maghnia 267.28 266.78
oued-haute Tafna béni bahdel 399.12 387.79
Oued moyenne Tafna djebel chouachi 377.09 377.54
Oued Isser sidi aissa 290.45 329.35
Oued Mefrouche Mefrouche 543.57 546.13
Oued Sikkak Ain Youcef 359.46 349.76
Oued Tafna Maritime pierre du chat 296.61 294.60
166
Figure (IX-8) : les précipitations moyennes annuelles (observées et simulées par swat)dans le sous bassin de Mefrouche.
Au pas de temps mensuel, le modèle swat donne aussi de bons résultats. Ceci estillustré par les deux figures ci-dessous correspondant aux sous bassins de la moyenneTafna et de la Tafna maritime, et présentant les précipitations observées et simuléesdu mois de septembre.
sous bassin de Mefrouche
1980-2004
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
2006
années
P(m
m)
Préci observée
Préci simulée
167
Figure (IX-9) : précipitations simulées et observées dans la moyenne Tafna au mois deSeptembre
Figure (IX-10) : précipitations simulées et observées dans l’oued Tafna maritime aumois de Septembre
variation des précipitations moyenne mensuelle dans le sous bassin de la moyenne tafna
(1980-2004)
0
10
20
30
40
50
60
Se
pte
mb
re198
0
Se
pte
mb
re198
1
Se
pte
mb
re198
2
Se
pte
mb
re198
3
Se
pte
mb
re198
4
Se
pte
mb
re198
5
Se
pte
mb
re198
6
Se
pte
mb
re198
7
Se
pte
mb
re198
8
Se
pte
mb
re198
9
Se
pte
mb
re199
0
Se
pte
mb
re199
1
Se
pte
mb
re199
2
Se
pte
mb
re199
3
Se
pte
mb
re199
4
Se
pte
mb
re199
5
Se
pte
mb
re199
6
Se
pte
mb
re199
7
Se
pte
mb
re199
8
Se
pte
mb
re199
9
Se
pte
mb
re200
0
Se
pte
mb
re200
1
Se
pte
mb
re200
2
Se
pte
mb
re200
3
Se
pte
mb
re200
4
mois
Pré
cip
itati
on
en
(mm
)
précipi observée
précipi simulée par swat
variation des précipitations moyennes mensnsuelle dans le sous bassin du tafna maritime
(1980-2004)
0
10
20
30
40
50
60
Sep
tem
bre19
80
Sep
tem
bre19
81
Septe
mbre
1982
Septe
mbre
1983
Sep
tem
bre19
84
Sep
tem
bre19
85
Sep
tem
bre19
86
Sep
tem
bre19
87
Sep
tem
bre19
88
Sep
tem
bre19
89
Sep
tem
bre19
90
Sep
tem
bre19
91
Septe
mbre
1992
Septe
mbre
1993
Sep
tem
bre19
94
Sep
tem
bre19
95
Sep
tem
bre19
96
Sep
tem
bre19
97
Sep
tem
bre19
98
Sep
tem
bre19
99
Sep
tem
bre20
00
Sep
tem
bre20
01
Sep
tem
bre20
02
Septe
mbre
2003
Septe
mbre
2004
mois
Pré
cip
itati
on
en
(mm
)
précipi obseservé précipi simulée par swat
168
Le Calage du ruissellement superficiel pour chaque sous bassin se fait parajustement de la " Curve Number " (fonction de production du SCS) propre àchacun des sous bassins jusqu’à ce que les valeurs simulées de l’écoulement,représenté par la variable surfQ, se rapprochent des valeurs réelles observés.
Tableau (IX-4) : Valeurs du CN, des écoulements observés ainsi que des écoulementssimulés pour chaque sous bassin (moyennes annuelles).
Le tableau montre de faibles incertitudes pour des valeurs de ruissellement moyennes.
De même le modèle donne des résultats satisfaisants au pas de temps mensuel etannuel (figure (IX-11) et (IX-12). Ces figures concernent (Mouilah et Isser) où onconstate une faible fluctuation entre les valeurs observées et ce qui est simulé par swat.
Figure (IX-11) : les écoulements annuels (observés et simulés) dans le sous bassinMouilah aval.
sous bassin station CN surfQ observé
(mm)
surfQ simulé
(mm)
OuedMouilah amont EL ABED 80 11.07
Oued Mouilah aval sidi belkheir 93 21.61 20.2
Oued Mehaghene Maghnia 78.5 1.81 1.57
oued-haute Tafna béni bahdel 86 36.38 31.38
Oued moyenne Tafna djebel chouachi 72 2.28 1.76
Oued Isser sidi aissa 85 8.2 8.1
Oued Mefrouche Mefrouche 63 21.88 19.24
Oued Sikkak Ain Youcef 87.5 12.38 13.11
Oued Tafna Maritime pierre du chat 95 83.44 73.67
variation des ecoulements m oyens annuels dans le sous bassin de m ouilah aval
(1980-1997)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
19
80
19
81
19
82
19
83
19
84
19
85
19
86
19
87
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
années
Qs
urf
(mm
)
Qsurf observé
Qsurf sim ulé (sw at)
169
Figure (IX-12) : les écoulements moyens mensuels (observés et simulés) dans le sousbassin d’Isser.
Le Calage des sédiments se fait par l’intermédiaire de quatre principauxparamètres :
Le calage des précipitations (agressivités des pluies représentéespar le R index).
Le calage du ruissellement (générateur du transport solide).Une fois que ces deux paramètres sont calibrés, l’utilisateur peut jouer soit : Sur l’indice d’occupation du sol (indice C). L’indice des aménagements anti érosif (indice P). Même sur les propriétés hydrauliques du sol (si l’information le permet).
D’après le manuel du modèle, la simulation des sédiments est influencée par l’effet ducanal principal. Donc il suffit de rapprocher les valeurs simulées à l’observé. Notons que le la version 99.2 du modèle swat simule seulement
l’érosion en nappe (format usle) tandis que nos valeurs observées représententl’érosion linéaire (en ravines, format MUSLE). Pour résoudre ce problème,nous avons converti l’USLE simulée en MUSLE simulée et faire le calibrage.
Le tableau suivant regroupe les apports solides simulés, observés et les paramètres ducalibrage.
variation des ecoulements moyens mensuels dans le sous bassin d'Isser
(1987-2004)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Septembre Novembre Janvier Mars Mai Juilet
Qsu
rf(m
m)
Qsurf observé
Qsurf simulé(sw at)
170
Tableau (IX-5) : calage du transport solide.
D’après le tableau on constate une grande convergence entre les valeurs observées etsimulées. Les sous bassins (oued Mouilah amont et oued Mehaghene ne sont pas prisen compte puisque nous n’avons pas d’observations).Dans les deux figures suivantes, on présente les variations annuelles des apportssolides au niveau des sous bassins qui enregistrent les taux d’abrasion extrêmes(Mefrouche et la haute Tafna). De même, le modèle présente une bonne corrélationmalgré les contraintes exigées, en particulier en terme pédologique puisque nousdéclarons un sous bassin comme un élément élémentaire représentative HRU àpropriétés homogènes. Pour le reste des sous bassins les résultats sont tolérables avecun calibrage plus modéré (65% au niveau du Sikkak).
Figure (IX-13) : Apports solides observés et simulés dans le sous bassin de Mefrouche(variation annuelle).
sous bassin station Pusle Cusle Asobservé(Mt)
Assimulé(Mt)
OuedMouilah amont EL ABED 0.4 0.1 0.022
Oued Mouilah aval sidi belkheir 0.35 0.45 0.931 0.722
Oued Mehaghene Maghnia 0.45 0.25 0.124
oued-haute Tafna béni bahdel 0.5 0.1 0.321 0.292
Oued moyenne Tafna djebel chouachi 0.45 0.3 0.289 0.211
Oued Isser sidi aissa 0.45 0.29 0.47 0.35
Oued Mefrouche Mefrouche 0.3 0.26 0.013 0.018
Oued Sikkak Ain Youcef 0.25 0.26 0.02 0.013
le bassin entier pierre du chat 0.8 0.32 0.697 0.504
variation des apports solides annuels(observés et simulés) dans le SBV de mefrouche
[1991-2004]
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
199
1
199
2
199
3
199
4
199
5
199
6
199
7
199
8
199
9
200
0
200
1
200
2
200
3
200
4
années
As(M
t) As simulé
As observé
171
Figure (IX-14) : Apports solides observés et simulés dans le sous bassin de la hauteTafna (variation annuelle).
A l’échelle mensuelle, il est très difficile de calibrer cette version du modèle swatpuisque des scenarios d’utilisations des sols sont exigés (information indisponible,même si on veut créer nos propres scenarios on doit migrer vers les versions récentesdu modèle qui utilisent les systèmes d’informations géographiques pour lesgénérations des HRUS à partir des cartes thématiques.
IX.3.2. Exploitation du modèle SWAT :
L’utilisation d’un tel modèle à pour but d’offrir aux gestionnaires des bassins dessolutions souples et efficaces au point du vue : Prévision des différentes ressources en eau disponible. La gestion de cette ressource. Concevoir les agents qui réduisent cette ressource. Et enfin, la caractérisation des solutions proposées a ces problèmes.
IX.3.2.1. Prévision des précipitations :
Le modèle swat permet d’approvisionner les précipitations en un bassin donné parl’intermédiaire du générateur climatique intégré.Dans notre étude, nous avons pris une période qui s’étale du 2006 à 2020 avec un pasde temps annuel. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-dessous.
172
Tableau (IX-6) : Précipitations annuelles simulées par le modèle swat
On constate par exemple que :Le sous bassin Mouilah amont va enregistrer une précipitation maximale de393.174mm en 2011 et une valeur minimale 171.34mm en 2008.De même le sous bassin de Mefrouche enregistre un maximum de 891.769 mm en2009 et un maximum de 324.269 mm en 2015.Tandis que le minimum au niveau du sous bassin d’oued Tafna maritime seraenregistré en 2019 avec un maximum de 527mm en 2010.
IX.3.2.2. Prévisions des écoulements :
De même, les écoulements superficiels sont simulés par le modèle sur la même périodeet avec un simple calcul, on peut avoir les apports corresponds.
Dans le tableau suivant (tableau IX-7), on a regroupé les valeurs des écoulements desurface simulés.On note ici que ces valeurs sont représentatives seulement si les paramètres clés duruissèlement (occupation du sol, aménagement hydraulique, la gestion desréservoirs…etc.) sont les mêmes de nos jours.
sousbassin
Mouilahamont
Mouilahaval
Mehaghene hauteTafna
moyenneTafna
Isser Mefrouche Sikkak Tafnamaritime
année précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
précip(mm)
2006 210.635 215.888 319.293 315.002 370.87 306.04 773.146 433.946 372.386
2007 204.236 218.17 286.458 189.652 342.7 469.6 483.528 318.575 323.104
2008 171.475 327.946 384.352 440.749 570.06 299.57 499.795 239.847 145.632
2009 262.769 231.806 250.13 252.971 329.96 322.78 891.769 341.92 365.97
2010 297.665 234.841 343.956 316.456 581.65 260.3 593.379 333.129 526.427
2011 393.174 267.11 357.225 322.324 805.76 235.55 381.189 278.462 255.54
2012 305.522 323.346 272.295 413.435 415.41 218.14 391.002 246.377 224.45
2013 240.076 275.059 108.987 450.416 224.75 235.41 425.63 297.873 245.257
2014 283.378 195.044 383.029 368.595 278.09 242.91 682.622 309.319 327.364
2015 201.927 382.304 274.654 474.634 340.56 262.38 324.269 315.965 345.052
2016 233.049 309.037 253.255 348.372 226.9 196.89 729.238 361.075 389.462
2017 289.872 388.162 305.616 199.773 473.54 266.53 650.331 418.081 309.565
2018 326.142 265.403 307.176 404.621 296.19 334.03 491.171 241.012 337.516
2019 177.34 177.012 319.445 271.013 354.35 366.52 413.832 214.168 144.471
2020 216.378 322.917 299.589 591.235 392.52 299.42 427.02 408.594 208.565
173
Tableau (IX-7) : les écoulements de surface simulés par le modèle swat
A titre d’exemple, l’apport liquide annuel maximal au niveau du sous bassin deMouilah aval selon le modèle est de 133hm 3 déduit d’un écoulement de 61.983mmdoit être enregistré en 2006 et un apport liquide minimal de 3.23hm 3 résulte d’unécoulement de 1.507mm qui sera enregistré en 2014.
IX.3.2.3. Effet des réservoirs sur les ressources en eau :
La mise en place des barrages influence beaucoup la réponse hydrologique du bassinversant.Apres avoir calibré notre modèle, nous avons essayé de concevoir ce contexte à partirdes résultats simulées (tableau (IX-8)). On peut admettre que les résultats sontsatisfaisants et le modèle peut être utilisé pour la conception des futurs réservoirs entermes de capacité.
sousbassin Mouilah
amont
Mouilahaval
Mehaghene hauteTafna
moyenneTafna
Isser MefroucheSikkak
Tafnamaritime
année Ecoul(mm)
Ecoul(mm)
Ecoul (mm) Ecoul(mm)
Ecoul(mm)
Ecoul(mm)
Ecoul (mm) Ecoul(mm)
Ecoul(mm)
2006 0 61.983 21.008 26.623 57.038 112.822 9.479 137.833 201.354
2007 0 28.261 0.676 0.318 3.423 88.694 22.515 24.299 167.161
2008 1.28 20.587 7.634 36.379 18.399 44.324 15.155 6.836 29.02
2009 2.619 13.79 1.16 11.226 8.408 9.634 85.392 9.943 130.89
2010 4.504 28.46 43.991 3.209 52.642 2.462 18.364 12.824 146.539
2011 28.105 13.69 6.447 2.893 130.728 2.543 4.412 12.173 53.709
2012 3.166 14.336 0.862 11.076 13.435 0.07 21.638 1.771 45.024
2013 0.829 22.666 0.163 26.6 1.419 7.147 0 5.349 62.706
2014 0.025 1.507 0.054 18.763 6.075 10.948 46.892 3.821 69.791
2015 0 22.077 0.028 52.133 15.227 1.1 3.875 6.224 92.439
2016 1.269 20.122 4.679 15.43 0.265 0.43 18.059 11.642 102.99
2017 3.282 36.852 1.538 0.036 7.082 7.217 57.43 13.449 86.154
2018 0.664 13.511 2.482 11.47 0.258 5.739 7.728 1.137 76.535
2019 0 4.62 11.912 2.467 0.001 3.696 9.537 2.968 6.954
2020 0.125 16.043 1.406 174.277 0.218 0.09 1.96 11.964 18.732
max 28.105 61.983 43.991 174.277 130.728 112.822 85.392 137.833 201.354
moyen 3.0579 21.2337 6.936 26.1933 20.97453 19.7944 21.4957 17.4822 85.9998667
min 0 1.507 0.028 0.036 0.001 0.07 0 1.137 6.954
174
Tableau (IX-8) : Apports et écoulements (observés et simulés) en fonction du nombrede barrages.
IX.3.2.4. Extraction de l’érosion en nappe et le coefficient d’agressivitédes précipitations :
Érosion en nappePar définition, cette érosion résulte seulement de l’effet des précipitations sur le sol etaux propriétés du bassin (pente, pédologie…ex).dans la littérature elle est expriméepar le modèle (USLE). La version utilisée du modèle swat génère cette érosion et onpeut l’exporter à partir du fichier output des sous bassin (taf-ham sbs). Les résultatsobtenus sont fusionnés dans le tableau (IX-9).On constate que :
- D’une part, les valeurs de cette érosion sont très faibles (tableau IX-9) dans lamajorité des sous bassins et ne dépasse pas au maximum la valeur de 2(t/ha/ans).
- D’autre part, elles sont négligeables devant les taux d’érosion spécifique parexemple la figure (IX-15) montre cet aspect.
Les valeurs nulles signifient que les précipitations sont tellement faible et non pas uneénergie cinétique assez importante pour détacher les particules sol.Nous avons constaté que pour un seuil minimum de précipitation annuelle de 300mml’érosion en nappe tombe vers le zéro, ceci est illustré par la figure (IX-16) compatibleau sous bassin de la moyenne Tafna.De même cette figure montre une linéarisation entre la lame d’eau tombée est l’érosionen nappe.
pierre du chat(exécutoire)
nombre debarrage
E observé (mm) E simulé (mm) apportobservé(hm3)
apport simulé(hm3)
1980 2 34.63 28.97 250.89 209.91
1989 3 7.76 6.21 56.25 45.00
2000 4 5.24 4.04 37.97 29.24
2004 5 2.11 2.15 15.27 15.57
Tableau (IX-9) : Valeurs de l’érosion en nappe simulées par le modèle SWAT
sousbassin
Mouilahamont
Mouilah aval Mehaghene haute Tafna moyenneTafna
Isser Mefrouche Sikkak bassin entier
année USLE(t/ha/an) USLE(t/ha/ans) USLE(t/ha/ans)) USLE(t/ha/ans) USLE(t/ha/ans USLE(t/ha/ans) USLE(t/ha/ans) USLE(t/ha/ans) USLE(t/ha/ans)1980 0 0.031 0.15 0.035
1981 0 0.019 0.03 0.078
1982 0 0.017 0.08 0.037
1983 0 0.013 0.09 0.096
1984 0.037 0.026 0.56 0.099
1985 0.068 0.012 0 0.055 0.084
1986 0 0.02 0.11 0.045 0 0.021
1987 0 0.019 0 0.077 0 0.036
1988 0.072 0.005 0.03 0.03 0.303 0.012
1989 0 0.027 0 0.056 0.056 0.406 0.064
1990 0 0.011 0.12 0.038 0 0.168
1991 0.195 0.023 0.04 0.156 1.617 0.102 0.063
1992 0 0.005 0.06 0.075 0.018 0.059 0.05
1993 0 0.003 0.09 0 0.055 0.096 0.045
1994 0 0.028 0.05 0.272 0.13 0.039 0.088
1995 0.024 0.045 0 0.017 0.022 0.067 0.131
1996 0 0.028 0.19 0.037 0.319 0.238 0.088
1997 0 0.024 0.03 0.057 0.439 0.025 0.18
1998 0.023 0 0.034 0.361 0.033 0.05
1999 0.036 0 0.102 0.025 0.062 0.035 0.1
2000 0 0.11 0.007 0 0 0.52 0.056
2001 0 0.12 0.095 0 0.181 0.044 0.09
2002 0 0 0.062 0.041 0.056 0.091 0.055
2003 0 0.1 0.04 0.021 0.083 0.056
2004 0 0.21 0.031 0.066 0.012 0.034
moyenne 0.018 0.02 0.09 0.064 0.199 0.101 0.106 0.056 0.065
176
Figure (IX-16) : érosion en nappe et l’érosion spécifique simulée par le modèle enMouilah aval
Figure (IX-15) : USLE et apport solide spécifique simulé par le modèle SWAT dans lesous bassin de Mouilah aval.
Figure (IX-16) : USLE et précipitation simulé par le modèle SWAT dans la moyenneTafna
erosion specifique et USLE annulle simulé par swat dans le SBV de mouilah aval
(1980-1997)
-1
1
3
5
7
9
11
13
15
17
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
année
As
s(t
/ha
/an
s)
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05
US
LE
(t/h
a/a
ns
)
USLE
Ass
USLE et précipitations simulées par swat(valeurs annuelle) dans le SBV de
la moyenne tafna
0
100
200
300
400
500
600
700
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
année
Pré
cip
itati
on
(mm
)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
US
LE
(t/h
a/a
ns)
USLE
Précipitation
177
Coefficient d’agressivité des précipitations
Généralement, on calcule un index d’érosivité moyen annuel calculé sur plusieursépisodes pluvieux de plusieurs années (20 ans selon Wischmeier). Pour calculer ceparamètre, on doit connaitre deux facteurs à savoir : L’énergie cinétique de précipitations ; L’intensité maximale en 30minutes ;
Puisque nous ne disposons pas cette information ; ce paramètre à été récupéré à partirde l’érosion en nappe simulée par le modèle à partir de la relation suivante :
Les tableaux suivants regroupent les résultats obtenus ainsi que les valeurs ducoefficient CFRG utilisé dans la simulation (propre à chaque sous bassin).Notons que ces valeurs sont significatives seulement pour les stations pluviométriquesutilisées dans la simulation alors que ce coefficient est généralement représenté sousforme de carte d’égale érosivité
Tableau (IX-10) : valeurs du coefficient R et du CFRG
A partir du tableau on peut constate que :Le coefficient d’érosivité des précipitations augmente au fur et à mesure que l’altitudede station augmente et par conséquent la lame d’eau précipitée est importante.De façon générale, ces valeurs sont proches de la valeur moyenne estimée dans lebassin de la Mina (16.35).Un coefficient d’érosivité important implique forcément des taux d’abrasion élevés.Ce contexte est illustré dans la figure (IX-17). Certains sous bassins ne répondent pasà la règle. .
R= (USLE/LS*Kusle*P*C* CFRG
sous bassin période CFRG R (moyen)
Mouilah amont 1980-2004 0.34 13
Mouilah aval 1980-1997 0.34 3.3
Mehaghene 1980-2004 0.45 28
haute Tafna 1985-2004 0.45 32.15
moyenne Tafna 1986-2002 0.58 8
Isser 1989-2004 0.58 10.11
Mefrouche 1991-2004 0.45 26.42
Sikkak 1980-1990 0.26 10.81
bassin entier 1999-2004 0.45 3
178
Figure (IX-18) : coefficient d’agressivité de pluie et les taux d’abrasion dans lesprincipales unités hydrologique de la TafnaLa figure montre que par exemplePour le sous bassin de Sikkak avec un coefficient (R =10.81) l’érosion spécifiquesimulé est de 16.65 t/km2 /ans tandis que pratiquement par la même valeur (R=10 .11)au niveau d’Isser, le modèle simule une érosion spécifique 370t/km2 /ans.De même pour Mefrouche et la haute Tafna avec une variation du R de six, lafluctuation des taux d’abrasion simulé est d’ordre de milles.Exam des trois figures ci-dessus conduit à une conclusion que le ruissellement est leparamètre clé du transport solide dans les bassins versants.
Figure (IX-17) : Influence de l'érosivité sur les apports solides spécifiques
IX.3.2.5. Solutions du modèle SWAT pour réduire le transport solideen suspension
Rappelons que la méthode d’aménagement antiérosifs inclut dans cette version dumodèle swat est la méthode des bandes enherbés (méthode biologique) et la méthodedes terrasses (méthode de génie-civil). Dans cette partie, notre travail consiste à :En premier lieu, faire varier le paramètre P de pratiques antiérosives et voir la réponsedu bassin en matières solides en suspension ; bien sur en respectant la fourchette devariation du coefficient P dans le modèle du Wischmeier.
En second lieu, faire varier le pourcentage de cailloux dans la couche superficielle dusol. En pratique, ceci est impossible mais dans ce cas on suppose que le pourcentageintégré au modèle est sous estimé ou surestimé.
On terme aménagement anti-érosif ce dernier paramètre peut être assimilé à laméthode du paillage.
Le sous bassin de la haute Tafna à été pris en compte dans cette application puisquenous avons constaté que c’est à ce bassin que les taux d’abrasion sont maximums.
erosion spécifique simulée par swat et coefficient d'agéssivité de precipitation dans la tafna
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Mouila
ham
ont
Mouila
hav
al
Meh
aghen
e
hau
teTaf
na
moye
nne
Taf
na
Isse
r
Mef
rouch
e
Sik
kak
bas
sin
entier
sous bassins
Ass(t
/km
2/a
ns)
0
5
10
15
20
25
30
35
R
R
Ass
179
Le tableau suivant comporte les résultats de la première tentative et appuyé par lafigure (IX-19).
Tableau (IX-11) : réponse en matière solide en suspension en fonction du paramètreP dans la haute Tafna
sous bassin de la haute Tafna
année As simulé (Mt) As simulé (Mt) As simulé (Mt) As observé (Mt)
1985
P=0.5
0.049
P=0.38
0.037
P=0.25
0.024 0.042
1986 0.072 0.055 0.037 0.053
1987 0.112 0.084 0.055 0.036
1988 0.107 0.082 0.054 0.315
1989 0.050 0.037 0.025 0.031
1990 0.237 0.181 0.118 0.935
1991 0.351 0.267 0.175 0.073
1992 0.075 0.057 0.037 0.027
1993 0.000 0.000 0.000 0.191
1994 0.537 0.409 0.269 0.173
1995 0.148 0.113 0.079 0.823
1996 0.073 0.055 0.035 0.064
1997 0.178 0.137 0.090 0.350
1998 0.020 0.016 0.010 0.023
1999 0.105 0.080 0.052 0.044
2000 0.021 0.015 0.009 0.247
2001 1.695 1.284 0.838 1.151
2002 0.819 0.621 0.409 1.827
2003 0.012 0.009 0.006 0.015
2004 0.012 0.009 0.006 0.014
moyenne 0.234 0.177 0.116 0.322
variation d'apport solide annuel simulé par swat en fonction du valeurs de P
dans la haute tafna
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
année
As(M
t)
As simulé(P=0.5) As simulé(P=0.38) As simulé(P=0.25) As observé
Figure (IX-18) : apport solide annuel simulé par SWAT en tenant compte du paramètre P, dans la haute Tafna.
181
L’examen du tableau (IX-11) illustré par la figure (IX-18) montre ne peut être obtenueseulement si le coefficient p tombe vers le zéro par exemple si on prend des bandesfacultatives on constate que :
Le passage d’une bande de type C qui corresponde à une valeur de P égale à 0.5 versune bande de type B où P est égal à 0.38 (voir annexes), l’apport solide en suspensionsimulé diminue de 30%.
De même l’augmentation du pourcentage de cailloux en surface de 5% c.-à-d. unediminution du coefficient CFRG de 25%, le modèle simule des résultats compatibles.(Tableau (IX-12) et figure (IX-19)). Ceci confirme le ruissellement est l’acteur majeurdu transport solide en suspension donc ces deux solutions sont pratiquement proposéespar les chercheurs en vue de ralentir l’écoulement et de minimiser l’effet desprécipitations sur le sol (effet splash).
Tableau (IX-12) : Valeurs des apports solide selon le paramètre CFRG
sous bassin de la haute Tafnaannée CFRG=0.45 As
simulé(Mt)
CFRG=0.34 Assimulé(Mt)
CFRG=0.26 Assimulé(Mt)
Asobservé
(Mt)
1985 0.049 0.037 0.028 0.042
1986 0.072 0.056 0.043 0.053
1987 0.112 0.086 0.066 0.036
1988 0.107 0.082 0.061 0.315
1989 0.050 0.038 0.029 0.031
1990 0.237 0.181 0.137 0.935
1991 0.351 0.270 0.207 0.073
1992 0.075 0.057 0.044 0.027
1993 0.000 0.000 0.000 0.191
1994 0.537 0.413 0.316 0.173
1995 0.148 0.113 0.087 0.823
1996 0.073 0.055 0.043 0.064
1997 0.178 0.137 0.106 0.350
1998 0.020 0.016 0.012 0.023
1999 0.105 0.080 0.062 0.044
2000 0.021 0.015 0.012 0.247
2001 1.695 1.302 0.999 1.151
2002 0.819 0.634 0.475 1.827
2003 0.012 0.009 0.007 0.015
2004 0.012 0.009 0.007 0.014
moyenne 0.234 0.180 0.137 0.322
variation d'apport solide annuel simulé par Swat en fonction du pourcentage de roche en surface
0.000
0.200
0.400
0.600
0.800
1.000
1.200
1.400
1.600
1.800
2.000
1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
année
As(M
t)
As simulé(15% de roche en surface) As simulé(20%de roche en surface)
As simulé(25%de roche en surface) As observé
Figure (IX-19) : Apport solide simulé par SWAT en tenant compte du pourcentage de cailloux en surface dans la haute Tafna.
183
IX.4. Conclusion
On conclut que modèle utilisé est fiable d’une manière générale surtout en partiemodélisation hydrologique. Tandis que la modélisation du transport solide ensuspension par cette version du modèle nécessite un nombre important d’entrée et queles résultats obtenus sont pratiquement très limitées.
De même nous avons constaté que le modelé se converge bien .sur une période desimulation qui ne dépasse pas les dix ans.
184
Conclusion générale
Le bassin versant de la Tafna constitue le plus important réservoir potentiel desressources en eau de surface de toute la région Ouest de l’Algérie. Ce bassin a connuun grand développement dans la réalisation d’ouvrages assez importants qui ont coutébeaucoup à l'état algérien. Malheureusement ces ouvrages sont exposés à unesédimentation accélérée, ce qui réduit leur durée de vie.
Les données hydrométriques récentes montrent que la région Ouest a connu unesécheresse depuis 1975.
Ce travail se propose d’étudier la modélisation distribuée pluie/débit (liquide etsolide) pour la prévision des ressources en eaux ainsi que les durées de vie desbarrages de la Tafna.
Cette thèse constitue une première étape, nécessaire à une modélisation réalistedu fonctionnement hydrologique sur un bassin semi-aride et de mettre en évidencel'influence de l’occupation des sols sur les flux du bassin.
Pour cela, l’outil de modélisation retenu est le modèle américain SWAT, (Soiland Water Assessment Tools), développé par l’USDA (United State Département ofAgriculture). Le modèle a été développé pour prévoir l'impact des procédures degestion des terres sur l'eau, les sédiments et le rendement chimique de l’agriculturedans des grands bassins versants complexes, avec une utilisation des terres dans desconditions de gestion variables sur des longues périodes .
Les résultats observées dans notre étude montrent que :
Les précipitations moyennes annuelles sont de l’ordre de 385mm ; cette valeurdiminue au fur et à mesure que l’on s’éloigne de la mer et augmente tant quel’altitude du bassin augmente ; la valeur maximale est observée dans le sousbassin de Mefrouche (531.57mm).
Les ressources en eau de surface non utilisables dans le bassin de la Tafna sontactuellement aux environs de 64millions de mètre cube par ans. La majorité decette ressource est attribuée au sous bassin (oued Tafna maritime). Donc, cebassin peut faire l’objet de futurs projets de retenue de barrage ou de prise d’eaudans la Tafna.
Sur le plan érosion et transport des sédiments, notre bassin déverse actuellementplus six cents mille tonnes de matière solide en suspension dans la merméditerranée.
185
Le sous bassin de Mouilah enregistre les taux d’érosion spécifique les plusélevés « 500t/km2/ans ».
Les fortes concentrations en matière solide en suspension (fort apport solide)sont observées pratiquement en automne correspondant aux périodes des pluiestombant sur des sols secs et dénudés.
Les résultats simulés par le modèle swat montrent une légère différence parrapport à celles observées.
Cette version du modèle swat offre des solutions de gestion et quantification del’érosion très limitées. Nous avons essayé d’utiliser la version swat 2005,malheureusement elles nécessité une banque de données très précises et en particulierde cartographie (utilisation et occupation des sols), chose qu’on ne dispose pasactuellement et on espère que dans notre perspective de recherche, cette version soitexploitée.
.ARNOLD J., -le tutoriel du model swat 2005 .guide.
ABH., 2006-Cadastre hydraulique bassin de la Tafna. Document de synthèses.
ABH., 2009- Plan directeur d’aménagement des ressources en eau .rapport de
synthèse.
ALEXENDRE C ., 2005-Etude et modélisation de la dynamique de fonctionnement
hydrologique des bassins versants torrentiels marneux apport du traçage naturel.
Thèses de doctorat université d’Avignon et des pays de Vaucluse.
ANDRE M., 2006- hydrologie appliquée. Cours
ARFA A, M., 2008- Les incendies de forêt en Algérie -Stratégies de prévention et
plans de gestion .thèses de magister université Mentouri Constantine.
ARTHUR Ma., 2007 - Modélisation hydrologique distribuée sur le Gardon d’Anduze
; étude comparative de différents modèles pluie-débit, extrapolation de la normale à
l'extrême et tests d'hypothèses sur les processus hydrologiques .thèses de doctorat
université Montpellier II ;
BABA HAMED K., 1991 -Contribution à l’étude hydrogéologique de la haute Tafna
en amont du barrage béni bahdel (monts de Tlemcen) .projet de fin d’études Université
de Senia.
BARON S.,2008 -Caractérisation de l’érosion hydrique sur le bassin versant de
Rouffach (haut-rhin.Alsace).PFE Ecole Nationale du Génie de l'Eau et de
l'Environnement de Strasbourg.
BESSIERE H.,2008 - Assimilation de données variation elle pour la modélisation
hydrologique distribué e des crues à cinétique rapide .thèses de doctorat université de
Toulouse.
BISSONNAIS Y -THORETTE J- BARDET C- DAROUSSIN J., 2002 -l’érosion
hydrique des sols en France. Etude- Institut national de la recherche
agronomique(France).
BOUANANI A., 2004-Hydrologie, Transport Solide et Modélisation Etude de
quelques sous bassins de la Tafna (NW – Algérie) .thèses doctorat d’états Université
de Tlemcen.
CHAPONNIERE A., 2005 - Fonctionnement hydrologique d’un bassin versant
montagneux semi-aride Cas du bassin versant du Rehraya (Haut Atlas marocain).
Thèses de doctorat Ecole Doctorale ABIES Centre d’Etudes Spatiales de la Biosphère.
CORNE D., 2009 –Hydrologie des retenues collinaires. Séminaire TIPAZA.
DEMOLON A., 1952 – Dynamique du sol. Editions Dunod Paris
DUCHAUFUR P., 1984 –Abrégés de pédologie. Editions Masson Paris.
DUCHEMIN M., 2001- Approche géomantique pour simuler l’érosion hydrique et le
transport des sédiments à l’échelle des petits bassins versants .article No. 3, 435–
473(Water Qual. Res. J. Canada, 2001)
EL GAROUANI A., 2008- cartographie de l’utilisation du sol et de l’érosion nette à
partir d’image satellitaire et du sig Idrisi au Nord –Est du Maroc Revue Télédétection,
2008, vol. 8, n° 3, p. 193-201.
Elias G. and H. Vernon., 2009-Hydrologic Modeling of the Fox River Watershed
Using SWAT2000: Model Development, Calibration, and Validation .rapport de
contrat université de Illinois at. Urbana-Champaign
HAMLET A., 2005 - Contribution a la gestion des ressources hydriques des bassins
versants par l’application du modèle SWAT. Thèses de magister Université de l’usto.
LABORDE J.,2009 – Elément hydrologique de surface .guide université de Nice -
Sophia Antipolis
LAGUIONIE P., 2006– Mesures in situ et modélisation du transport des sédiments en
rivière application au bassin versant de la vilaine. Thèses de doctorat université de
rennes1.
LEVESQUEE E., 2007 –Evaluation de la performance hydrologique du modèle swat
pour de petits bassins versants agricole de Québec .thèses de maitre de conférences
université Laval Québec.
LINARES M., 2007 – Modélisation numérique bidimensionnelle du transport solide
et de la dynamique fluviale. Validation sur deux sites en loire sur l’arc. Validation sur
deux sites en Loire et sur l’Arc .thèses de doctorat université Joseph Fourier –
Grenoble.
MATHIEU L., 2006 -modélisation hydrologique dans un cas de variabilité hydro-
climatique une approche comparative pour l’étude du cycle hydrologique à méso-
échelle à bénin .thèses de doctorat institut national de Grenoble.
MERRIEN SOUKATCHOFF V., 2003 -hydrologie et hydrogéologie. Guide école
des mines de Nancy.
Morgane B- Jean C- Raouf G- Sahira D-Monique P., 2008-Modélisation des flux de
contamination fécale et de leur impact sur la zone littorale (conséquences sur la qualité
des eaux conchylicoles) Partie 1 : Application au bassin versant de l'estuaire de la
rivière de Daoulas : Estuaire de la rivière de Daoulas (source : Ifremer) N° : 0620979
PICOUET C., 1999 –Géodynamique d’un hydro système tropical peu anthropien Le
Bassin supérieur du Niger et son delta intérieur : thèses de doctorat université
Montpellier II.
RENAUD J ., 2004- Mise en place du modèle agro-environnemental SWAT sur le
bassin versant du Mercure (Haute-Savoie) : Vers une modélisation des transferts de
Phosphore .thèses de master université de jean Monnet Saint-Etienne.
ROCHE M., 1990 – hydrologie de surface. Livre.
ROCHE M., 1991- Modélisation hydrologique, typologie des modèles hydrologiques,
calage et incertitudes
SOCIETE HPO., 2011- étude des ressources superficielle dans le nord du Tlemcen
(monts des Traras et Sebâa chioukh). (Projet en cour de réalisation).
I : Ajustement des débits liquides de la Tafna à une loi statistique
Figure(X-1) : ajustement des débits de l’exutoire du bassin
Figure(X-2) : ajustement des débits D’Isser
²
Figure(X-3) : ajustement des débits de Sikkak
Figure(X-4) : ajustement des débits de Mouilah
Figure(X-5) : ajustement des débits de la haute Tafna
II : calibrage de l’écoulement superficiel pour les différents sous bassins
Figure(X-6) : calibrage du modèle pour le SBV du Tafna maritime
Ruisslement annuel observé et simulé dans le SBV du Tafna maritime
0
50
100
150
200
250
300
350
19
80
19
81
19
82
19
83
19
84
19
85
19
86
19
87
19
88
19
89
19
90
19
91
19
92
19
93
19
94
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
20
04
années
E(m
m)
Ecoulement observé Ecoulement simulé
Figure(X-7) : calibrage du modèle pour le SBV d’oued Mehaghene
Figure(X-8) : calibrage du modèle pour le SBV de Sikkak
Ruisselemet annuel observé et simulé par Swat dans le SBV d'oued Mehaghene
0
1
2
3
4
5
6
7
198
0
198
1
198
2
198
3
198
4
198
5
198
6
198
7
198
8
198
9
199
0
199
1
199
2
199
3
199
4
199
5
199
6
199
7
199
8
199
9
200
0
200
1
années
E(m
m)
Ecoulement observé Ecoulement simulé
Ruisselement annuel observé et simulé par Swat dans le SBV de Sikkak
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989
années
E(m
m)
Ecoulement observé Ecoulement simulé
Figure(X-9) : calibrage du modèle pour le SBV de la moyenne Tafna
Figure(X-10) : calibrage du modèle pour le SBV D’Isser
Ruisselement annuel observé et simulé par Swat Dans le SBV de la moyenne tafna
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1980
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
années
E(m
m)
Ecoulement observé Ecoulement simulé
Ruisselement annuel observé et simulé par Swat dans le SBV D'isser
0
5
10
15
20
25
30
1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004
années
E(m
m)
E ccoulement observé Ecoulemeent simulé
Figure(X-11) : calibrage du modèle pour le SBV de la haute Tafna
III : Calibrage du générateur du transport solide en suspension dans Swat99.2
Figure(X-12) : calibrage du modèle pour l’ensemble du bassin
apport solide annuel(observé et simulé par swat) dans le bassin de la tafna
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1999 2000 2001 2002 2003 2004
année
As(M
t)
As observé As simulé
Ruisselement observé annuel et simulé par Swat dans le SBV de la haute tafna
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
1980
1982
1984
1986
1988
1990
1992
1994
1996
1998
2000
2002
2004
années
E(m
m)
Ecoulement observé Ecoulement simulé
Figure(X-13) : calibrage du modèle pour le SBV de la moyenne Tafna
Figure(X-14) : calibrage du modèle pour le SBV de Sikkak
apport solide annuel( observé et simulé par swat ) dans la moyenne tafna
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
année
As(M
t)
As observé As simulé
apport solide annuel ( observé et simulé par swat) dans le SBV de sikkak
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989
année
As(M
t)
As observé As simulé
Figure(X-15) : calibrage du modèle pour le SBV de Mouilah
Figure(X-16) : calibrage du modèle pour le SBV D’Isser
apport solide annuel( observé et simulé par swat ) dans le SBV de mouilah aval
0
1
2
3
4
5
6
7
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997
année
As
(Mt)
As observé As simulé
apport solide annuel (observé et simulé par swat) dans le SBV d'isser
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003
année
As(M
t)
As observé As simulé
![Estimation du bilan hydrologique du Plateau péri-urbain de ... · Bibliographie [1] Artelia, l’union de Coteba et Sogreah. « Modélisation des écoulements du réseau hydrologique](https://img.pdfslide.fr/doc/110x75/60fd844fe9252b6ed532176c/estimation-du-bilan-hydrologique-du-plateau-pri-urbain-de-bibliographie-1.jpg)
