Application d'une modélisation de la relation pluie brute - pluie efficace à la prévision des crues sur le Haut-Aveyron

Après une brève synthèse bibliographique, une modélisation de la relation pluie brute - pluie efficace est présentée, dans le cadre général des relations pluie-débit. Ce modèle fait appel à une expression de forme quadratique, et l'estimation de la pluie efficace est bien sûr fonction de l'état de saturation des sols, par l'intermédiaire d'un indice d'humidité. On associe cette fonction de production, pour laquelle une méthode simple de calage est exposée, à une fonction de transfert pluie efficace-débit déterminée par la méthode DPFT bien connue. Le calage est réalisé sur le haut-bassin de l'Aveyron, puis l'on procède à la validation sur des crues-tests. Les résultats semblent satisfaisants, au vu des critères d'adéquation préalablement définis. (Résumé d'auteur

Évaluation des ressources en eau de la Martinique : calcul spatialisé de la pluie efficace et validation à l’échelle du bassin versant

L’évaluation des différents termes du bilan hydrologique à l’échelle d’un bassin versant constitue l’un des points clés de la gestion des ressources en eau, et ce, tout particulièrement dans les régions montagneuses présentant de fortes variations spatiales de la pluviométrie et de l’évapotranspiration. Une méthodologie, basée sur le modèle classique de Thornthwaite, est proposée. Elle prend en compte les différents types de sols, l’occupation des sols ainsi que les effets topographiques et calcule les différents termes du bilan hydrologique (pluie, évapotranspiration, pluie efficace, etc.). L’approche a été mise en oeuvre à l’échelle du kilomètre carré, pour l’ensemble de l’île de la Martinique (1 080 km2), puis validée à l’échelle du bassin versant, en comparant les pluies efficaces calculées avec les débits mesurés aux stations de jaugeage. Malgré l’absence de calage des différents paramètres du modèle, les résultats sont très satisfaisants. Une surestimation de la pluie efficace est néanmoins observée pour la plupart des bassins versants utilisés pour la validation du modèle. Cet écart est attribué à une sous-estimation de l’évapotranspiration potentielle, la plupart des bassins versants comportant une composante forestière significative, non prise en compte dans le modèle.The assessment of the various components of the hydrologic budget at catchment scale represents a key challenge for water resources management. This is especially true for regions characterized by important spatial variability in rainfall or evapotranspiration due, for example, to topographical effects. A methodology, based on the classical Thornthwaite model, is proposed to account for soil types, land cover changes and topographical effects on the main components of the water cycle (rainfall, evapotranspiration and efficient rainfall). The approach is developed for the whole Martinique Island (French West Indies, 1080 km2) using a 1-km2 resolution and validated at catchment scale comparing computed efficient rainfall with measured discharge at several gauging stations. Despite the absence of any calibration of the model parameters, the results are satisfying. A slight overestimation of the efficient rainfall is generally observed for the validation watersheds. This discrepancy is interpreted as an underestimation of potential evapotranspiration as the classical Penman-Montheit formula for grass is used despite the presence of forested areas in most of the watersheds

Bassin versant

13 pagesThis chapter introduces the concept of watershed. It discusses its interest in hydrology. It shows the different models that seek to establish its form, from simple coefficients to the fractal geometry use

Caractérisations Hydroclimatiques et Estimation du Taux de Recharge de la Nappe Libre du Haut Bassin Versant de la Korama, Commune de Droum/Région de Zinder/Niger

La zone d’étude, la Commune de Droum, est située dans le haut bassin versant de la Korama. Celle-ci dispose de plusieurs aquifères, dont l’aquifère phréatique des sables récents ayant des hautes potentialités en eau souterraine. Cet aquifère est très sollicité pour l’approvisionnement en eau de boisson, l’abreuvage des animaux et pour l’irrigation en pleine expansion. Cependant, cet aquifère peu profond reste très sensible à la variabilité climatique ayant affecté la région, comme le reste du sahel, de 1970 à nos jours. L’objectif principal de cette étude est de caractériser les paramètres climatiques puis de quantifier la recharge de cette nappe pendant la période de 1921-2016. La méthodologie adoptée est la caractérisation des différents paramètres climatiques et l’estimation du bilan hydrique à partir de plusieurs techniques (l’indice pluviométrique annuel, le filtre passe-bas de Hanning et les tests statistiques de détection de rupture tels que le Test de Petitt, procédure bayésienne de Lee et Heghinian, segmentation d’Hubert, méthodes Thornthwaite et Penman pour le calcul du bilan) ayant permis d’aboutir à plusieurs résultats. Ainsi, l’analyse de la série pluviométrique montre l’alternance de trois phases: la phase humide de 1921 à 1964, la phase sèche de 1965 à 1997 et la phase normale de 1998 à 2016, et une rupture significative traduisant la baisse de précipitations à partir de 1965 et peu significative mettant en évidence le retour de celles-ci à partir de 1998. Par ailleurs, le bilan hydrologique met en évidence le comportement de la nappe pour ces différentes phases climatiques. On observe, cependant que la recharge de cette nappe en période sèche est relativement faible par rapport à la période humide. Celle-ci provienne probablement de la recharge indirecte car il y a eu une intensification de ruissellement. A partir de 1998, la tendance observée du retour des précipitations a eu comme conséquence, une légère augmentation de la lame d’eau infiltrée par rapport à la période sèche. Toutefois, celle-ci est trop faible quand on le compare à celle de la période humide et aux demandes accrues de cette ressource pour les différents usages. The study area, the municipality of Droum, is located in the high watershed of Korama. It has several aquifers, including the aquifer of recent sands with high potential in groundwater. This aquifer is in great demand for the supply of drinking water, animal watering and for expanding irrigation. However, this shallow aquifer remains very sensitive to the climate variability that has affected the region, like the rest of the Sahel, from 1970 to the present day. The main objective of this study is to characterize the climate parameters and quantify the recharge of this aquifer during the period of 1921-2016. The methodology adopted is the characterization of the various climatic parameters and the estimation of the water balance from several technics (annual pluviometric index, Hanning’s low-pass filter and statistical tests for detecting discontinuities such as it is: Petitt’s test, Lee and Heghinian’s bayesian procedure, Hubert’s segmentation procedure, Thornthwaite and Penman’s methods for water balance calculate) that have led to severalresults. Thus, the analysis of the rainfall series shows the alternation of the three phases : the wet phase from 1921 to 1964, the dry phase from 1965 to 1997 and the normal phase from 1998 to 2016, and a significant discontinuities reflecting the decrease in rainfall starting at 1965 and not very significant highlighting the return of these from 1998. Moreover, the hydrological balance highlights the behavior of the water table for these different climatic phases. It is observed, however, that the recharge of this layer in the dry period is relatively low compared to the wet period. This probably comes from indirect recharge because there has been an intensification of runoff. From 1998, the observed trend of precipitation return has resulted in a slight increase in the infiltrated water slide compared to the dry period. However, it is too weak compared to that of the wet period and the increased demands of this resource for different uses

La prévision des crues du bassin versant de l'Oued Dis (Sebaou) par la métode DPFT

La modélisation pluie-débit dans le cas de la prévision des crues peut être étudiée par la méthode DPFT (différence première de la fonction de transfert) qui est une extension de la méthode de l'hydrogramme unitaire. Contrairement aux autres méthodes, la méthode DPFT permet d'obtenir à la fois la fonction de transfert à travers sa différence première (DPFT) et une série des pluies efficaces. L'avantage principal de la formulation en différences est la diminution de l'auto corrélation des débits successifs et des coefficients de la fonction de transfert.L'algorithme de calcul procède par itérations en résolvant alternativement un système multi-événements qui identifie la fonction de transfert et un système de déconvolution qui estime une série de pluies efficaces, cette fois-ci crue par crue. L'initialisation se fait à l'aide des pluies brutes comme première approximation des pluies efficaces puisque les résultats ne dépendent que des variations des débits. La convergence de l'algorithme est établie aisément lorsqu'on applique les différentes contraintes (positivité des ordonnées de la fonction de transfert et des pluies efficaces; normalisation de la fonction de transfert).La méthode DPFT ne nécessite donc que les mesures des pluies brutes et les débits pour effectuer les identifications de la fonction de transfert et des pluies efficaces. Elle n'impose pas de préciser la fonction de production. Une fois la fonction de transfert calée et les pluies efficaces estimées par la DPFT, l'ajustement de la fonction de production se fait par la suite en résolvant un problème du type entrée-sortie.Une application de la méthode DPFT est faite sur le bassin versant de Oued Dis (Sebaou) dans le but de tester les performances de cette méthode sur des données réelles, sachant qu'on a obtenu une confirmation assez rigoureuse de ces propriétés sur des données synthétiques générées. Les résultats de l'identification de la fonction de transfert sont satisfaisants tandis que ceux de l'ajustement de la fonction de production sont moins satisfaisants, ce qui a influencé directement la qualité des résultats de validation.Rainfall-runoff modelling in the case of flood forecasting may be studied by the first difference of the transfer function (FDTF) method, which is an extension of the unit hydrograph approach. In contrast to other methods, the FDFT method simultaneously provides both the transfer model by its first difference and an excess precipitation series. The principal advantage of the difference formulation is the diminution of the autocorrelation between successive flow data and the transfer function coefficients.The compilation algorithm proceeds iteratively by resolving alternately a multievent system which identifies the transfer function, and a deconvolution system which assesses the excess precipitation series event by event The initiatization is done with the total precipitation as a first approximation of the excess precipitations, since the results are only dependent on flood variations. The algorithm convergence is easily established if the various constraints are applied (positive values for the transfer function coefficients and the excess precipitations; normalization of the transfer function).Thus, the FDFT method only requires total precipitation and flood data in order to generate the transfer function and quantify the excess precipitation. It doesn't require that the production function be specified. once the Transfer fonction is calibrated and the excess precipitation estimated, the production function adjustment is carried out by resolving an input-output model type.The FDTF method has previously been applied successfully to simulated data. In the present study, the method has been applied to the Oued Dis watershed (Sebaou, Algeria) in order to test its performance using real data. The transfer function identification results proved satisfactory, but those related to the producton function adjustment were less satisfactory and degraded the overall quality ofthe validation results

Impact des banquettes sur le ruissellement d'un petit bassin versant

Dans le milieu aride et semi-aride tunisien, les aménagements de conservation des eaux et du sol jouent un rôle important dans la collecte et le stockage sur les versants des eaux de ruissellement. Cependant l'impact de ces aménagements sur les écoulements reste mal connu. Pour évaluer l'impact de banquettes à rétention totale à l'échelle d'un bassin versant situé au centre de la Tunisie, en zone semi-aride, nous nous proposons dans cet article d'utiliser le modèle géomorphologique H2U, fonction de transfert basée sur la répartition des chemins de l'eau à la surface du bassin. Pour la reconstitution des crues, ce modèle a été couplé à une fonction de production qui définit la pluie nette (lame ruisselée) à partir de la hauteur précipitée sur le bassin versant.Entre juillet 96 et juillet 97, le bassin versant d'El Gouazine (18,1 km2) a été aménagé en banquettes à rétention totale. La longueur moyenne de ces banquettes est d'environ 100 m pour une hauteur moyenne de 1,50 m. L'écartement moyen entre les banquettes est de 25 m. La superficie aménagée sur le bassin versant est de 783 hectares, soit 43 % de sa superficie. Cet aménagement a intéressé principalement les terres de culture et une partie des parcours dégradés transformés à cette occasion en terres de culture. Dès lors, sur ce bassin, les eaux de ruissellement sont interceptées par ces levées de terre et elles n'atteignent l'oued principal qu'après avoir rempli les fossés créés en amont des banquettes.Avant l'aménagement en banquettes, le coefficient de ruissellement global du bassin versant était de l'ordre de 7 à 8 % pour les hauteurs de pluie inférieures à 20 mm et compris entre 20 et 30% pour les hauteurs de pluie supérieures à 20 mm. Les pluies d'automne (septembre - octobre) présentaient les coefficients de ruissellement les plus forts car elles sont caractérisées par des intensités très élevées et les sols ne sont pas encore couverts par les végétations naturelles et cultivées. Ils présentent alors des croûtes de battance qui limitent l'infiltration des eaux de ruissellement. Le calage du modèle H2U (fonctions de transfert et de production associée) sur 12 crues avant aménagement a fourni une pluie d'imbibition initiale de 10 mm, une intensité limite pour l'apparition de ruissellement de 3,6 mm.h-1, un coefficient de ruissellement efficace de 42 % et un temps moyen de parcours de l'ordre de 40 minutes. Le modèle a été par la suite validé pour la crue du 20 septembre 1995. Les critères d'ajustement sont bons pour le calage et pour la validation.Le critère de Nash appliqué aux débits ruisselés est de 0,62 à 0,96 pour le calage et de 0,96 pour la validation.Après l'aménagement, les pluies enregistrées n'ont engendré qu'un faible ruissellement : un coefficient de ruissellement compris entre 1 à 3% pour les pluies de 30 à 50 mm, un coefficient de ruissellement de 9% pour une pluie de 80 mm (24 septembre 1998). L'utilisation du modèle H2U nous a permis d'évaluer l'impact des banquettes en comparant directement les crues observées avec aménagement et les crues reconstituées par le modèle sans aménagement. Ainsi la pluie du 24 septembre 1998, de fréquence décennale, a-t-elle engendré un ruissellement 4 fois plus faible avec l'aménagement en banquettes, un débit maximum 8 fois plus faible et un temps de réponse 4 fois plus fort. Malgré son extension limitée à 43 % de la surface du bassin d'El Gouazine, l'aménagement anti-érosif en banquettes joue donc un rôle très important sur la rétention des eaux de ruissellement, au point de limiter considérablement, de 50 à 80 %, les apports dans la retenue du petit barrage collinaire. Il convient donc de trouver, pour chaque bassin versant de la dorsale tunisienne, une solution optimale à l'aménagement des terres cultivées sur les versants tout en conservant des apports suffisants aux lacs collinaires pour subvenir aux besoins en eau des cultures irriguées. Pour caler le modèle H2U et sa fonction de production sur des bassins versants aménagés, une meilleure analyse du fonctionnement hydrologique d'un système de banquettes en cascade semble donc nécessaire.In arid and semiarid Tunisian regions, water and soil conservation is an important way to decrease erosion and to collect runoff in hill-slope catchments.However, few studies have focused on the impacts of runoff on water harvesting techniques. This paper deals with the hydrological effects of contour ridges in the El Gouazine catchment located in central Tunisia.Hydrological observations were used to calibrate a conceptual rainfall-runoff model. The H2U hydrological model was used for this purpose (CUDENNEC, 2000; DUCHESNE et al., 1997). This model is built around a production function that defines the net storm rainfall (portion of rainfall during a storm that reaches a stream channel as direct runoff) from the gross rainfall (observed rainfall in the catchment) and a transfer function based on the most complete possible definition of the surface drainage system (CUDENNEC, 2000).The runoff production function defined by NASRI et al. (2001) was used for the El Gouazine catchment. Observed rainfall during 5-min time steps was used in the model.The 18.1 km2 El Gouazine catchment is located 15 km south of the town Oueslatia. With an annual average rainfall of 411 mm and a potential evapotranspiration of 1680 mm, the climate can be regarded as semiarid. The main annual rainfall is usually received between September and January. All runoff from the catchment is collected in a small artificial lake, created in 1990. Its initial storage capacity was 233,370 m3. Water level observations in the lake were used to estimate total runoff from the catchment. The altitude of the drainage area varied from 575 m in the south to 375 m in the north at its outlet. The land surface of the catchment is partitioned into the following uses: 40% cereal production alternating with fallow land; 33% pasture, shrub-land (carob trees, lentisk), and Esparto grass steppe; 20% Aleppo pine forest (both dense and degraded forest); 6% arboriculture (olive trees, almonds); and 1% lake and dyke area.Between July 1996 and July 1997, soil contour ridges covering 43% of the total area were constructed in the El Gouazine hillside catchment. The length of each ridge is typically about 100 m with an average height of 1.5 m and an average perpendicular distance between ridges corresponding to about 25 m.Construction of the contour ridges significantly changed the hydrological conditions in the catchment. Before contour ridges, average global runoff coefficients were 20-30% for autumn rainfalls (september to october) and 4-10% for rainfalls in winter and spring (November to May). Rainfalls during autumn were usually characterized by high intensity and soils were usually compacted with an impermeable surface crust. From November to February, soils usually become more permeable due to agricultural activities (e.g., ploughing) and during March to May infiltration is increased due to increasing crop cover.During this period, before introducing contours ridges in the El Gouazine catchment, the conceptual rainfall-runoff model based on surface topography and the drainage network was calibrated to reproduce observed runoff satisfactorily. Geomorphologic data (topography and drainage system characteristics) for the catchment were extracted with the geographic information software ERDAS IMAGINE of ESRI (Environmental Systems Research Institute, Inc.). The procedure allows extracting the actual probability density function (p d f) of watercourse lengths in the network (L) for the catchment, the catchment Strahler order (n), and the average length of the watercourse in the network L. These parameters are used in a gamma law type transfer function called H2U (unit hydrograph). For this study, in order to be in the usual situation of flood designing practitioners, we used topographical maps with a scale of 1:50000, which are the commonly available maps in Tunisia, and digital grids with a 10 m resolution. Due to the semiarid landscape and relief, there is no ambiguity in identifying the drainage networks.Simulated runoffs using both the actual and theoretical pdfs were compared.The theoretical functions give better results, especially with respect to peak flow. This is probably due to smoothing of the drainage system represented by the theoretical density function. The empirical function calculated from maps probably includes errors and uncertainties, which are smoothed in the theoretical function. For both calibration and validation events, results showed an excellent agreement between observed and simulated runoff volumes as well as peak flows. For the Nash criteria, results varied from case to case (from 0.62 to 0.96).After introduction of the contour ridges, runoff coefficients changed to below 10%. Similarly, inflow to a reservoir at the outlet of the catchment decreased by 50-80%. Observed erosion virtually disappeared after introduction of the contour ridges. Similarly, peak discharge was reduced 60-90%. The changes made in the semiarid catchment will allow agriculture to more efficiently use existing water resources. In practical terms it means that pasture lands can be diverted into cultivated areas (e.g., cereals, olive trees, and almond trees).However, it also means that most surface water infiltrates and eventually replenishes the groundwater, thus leaving downstream areas with almost no surface runoff. Soil contour ridges covering 43% of the El Gouazine catchment area increased the total runoff storage capacity by approximately 258 000 m3. Consequently, contour ridges may be said to present an alternative to the construction of small hillside reservoirs. The introduction of contour ridges therefore has dramatic consequences for downstream runoff conditions. To improve runoff management for both upstream and downstream conditions, it may be necessary to a) simulate runoff effects using a conceptual rainfall-runoff model and b) allow a certain part of the catchment to deviate a part of the runoff to the downstream natural watercourse.A conceptual rainfall-runoff based on surface topography and the drainage network was seen to reproduce observed runoff accurately. By applying the model for runoff simulation with and without contour ridges a more detailed comparison of the changed runoff conditions could be made. The detailed hydraulic function of water harvesting techniques is still to a major extent unknown. A detailed study of the hydrological function of contour ridges in a cascade system is necessary to calibrate hydrological models such as H2U and their associated production function on hill-slope catchments with soil surface management