Simulation de la recharge artificielle de nappe en oued par un modèle à réservoirs

Dans la zone semi-aride de Tunisie centrale, un grand barrage a été construit en 1982 sur l'oued Zeroud, dont l'infiltration des crues naturelles constituait jadis la principale source d'alimentation des nappes de la plaine de Kairouan. Ce barrage est destiné à l'écrêtement des crues, l'irrigation et à la recharge des nappes à l'aval de la retenue.Entre 1988 et 1996, plus de 70 millions de m3 d'eau ont été mobilisés sous forme d'ondes de lâchers à partir du barrage pour la recharge artificielle par infiltration dans le lit de l'oued. Le suivi des ondes de lâchers est effectué sur 3 stations de contrôle disposées sur une distance de 40 km le long du lit. L'analyse de l'évolution des débits a révélé que la capacité d'infiltration du lit augmente progressivement avant de se stabiliser, mettant en évidence l'effet de l'air sur le processus de recharge.Un modèle conceptuel à réservoirs conjuguant fonctions de production et de transfert avec discrétisation spatiale a permis de modéliser la propagation et l'infiltration des ondes de lâchers le long de l'oued. Son ajustement sur un échantillon de six événements de lâchers a fourni des résultats satisfaisants. Même si la validation reste insuffisante en raison de la rareté des données, ce modèle peut constituer un premier outil d'évaluation de l'efficacité de la recharge et de prédiction de son impact sur la nappe souterraine de la plaine de Kairouan.In semi-arid central Tunisia, flood infiltration through the streambed of the ephemeral Zeroud Wadi has long been the principal mechanism of recharging aquifers beneath the plains of the city of Kairouan. In addition to controlling infiltration, a dam built on the Zeroud in 1982 to supply water to Kairouan also protects the city from floods.From 1988 to 1996 over 70 million cubic meters of dam-held water were mobilized in the form of flood waves over the stream channel to recharge the Kairouan aquifers. Analysis of flow discharges measured at three control stations spanning 40 km of the stream reveals that infiltration is reduced during initial flood-wave spreading and increases gradually before stabilizing. The differential rate of infiltration is thought to be caused by interstitial air initially present.A conceptual reservoir model based on production and transfer functions with spatial discretization was used to simulate flood-wave propagation and infiltration along the Zeroud. After calibration with six flood events the model produced satisfactory results. Though current data scarcity prevents its validation, the model constitutes a prototype for the evaluation of recharge efficiency and for the prediction of recharge impact on Kairouan aquifers

Suivi des variations spatio-temporelles du stock d'eau près d'une mare endoréique au Sahel par résonance magnétique des protons et par gravimétrie

L'infiltration profonde sous les mares temporaires est la principale source de recharge des aquifères libres au Sahel. Au Niger semi-aride, une tomographie et un suivi RMP (résonance magnétique protonique) ainsi que plusieurs campagnes de mesures de gravimétrie absolue et relative ont été réalisés entre 2008 et 2010 pour étudier la sensibilité des deux méthodes géophysiques aux variations spatio-temporelles du stock d'eau souterrain à proximité d'une mare. Les résultats montrent une bonne cohérence et une complémentarité des méthodes, les sondages RMP étant davantage précis pour caractériser les variations verticales et horizontales du stock d'eau et la gravimétrie étant plus performante pour l'estimation des variations temporelles et/ou superficielles. (Résumé d'auteur

Evolution de la ressource en eau dans la vallée du Merguellil (Tunisie centrale)

International audienceLa plaine de Kairouan (Tunisie centrale) se trouve au débouché des trois grandes vallées du Zéroud, du Merguellil et du Nebhana. Dans ce contexte semi-aride (pluies moyennes entre 200 et 400 mm.an−1), l'intensification de l'irrigation au cours des dernières décennies a suscité une forte croissance de la demande en eau. En même temps, différents aménagements affectent l'ensemble du fonctionnement hydrologique : multiples ouvrages de conservation des eaux et des sols, petits et moyens, d'une part, grands barrages de protection contre les crues sur les trois oueds majeurs d'autre part. La distribution de l'eau B la surface du bassin-versant et dans le sous-sol a donc considérablement évolué et change encore. Dans la plaine du Merguellil, à l'aval du barrage el Haouareb, la nappe alluviale quaternaire est devenue la seule ressource en eau disponible. Elle est actuellement exploitée sans réel contrôle, ce qui conduit à une baisse sensible de son niveau (de 0,25 à 1 m par an). Elle n'est plus alimentée comme en régime naturel par les crues de l'oued, désormais entièrement bloquées par le barrage. Elle ne reçoit plus que les apports des nappes latérales et le flux souterrain passant sous le barrage. L'avenir du développement agricole régional dépend de manière évidente de la maîtrise de la ressource souterraine et donc de sa bonne connaissance. Malgré de multiples mesures de terrain et études entreprises depuis plusieurs décennies, il reste encore de nombreuses incertitudes qui rendent le bilan actuel de la nappe très incertain, à la fois sur les flux entrants et sortants. La surexploitation est nette et générale et aucune solution alternative simple n'apparaît. Le risque d'augmentation à long terme de la minéralisation existe mais ce problème est moins grave et moins immédiat que la baisse piézométrique

Groundwater recharge from heavy rainfall in the southwestern Lake Chad Basin: evidence from isotopic observations

We examine groundwater recharge processes and their relationship to rainfall intensity in the semi-arid, southwestern Lake Chad Basin of Nigeria using a newly compiled database of stable isotope data (δ2H, δ18O) from groundwater and rainfall. δ18O signatures in groundwater proximate to surface waters are enriched in 18O relative to regional rainfall and trace focused groundwater recharge from evaporated waters via ephemeral river discharge and Lake Chad; groundwater remote from river channels is comparatively depleted and associated with diffuse recharge, often via sand dunes. Stable isotope ratios of O and H (δ2H, δ18O) in groundwater samples regress to a value along the local meteoric waterline that is depleted relative to weighted mean composition of rainfall, consistent with rainfall exceeding the 60th percentile of monthly precipitation intensity. The observed bias in groundwater recharge to heavy monthly rainfall suggests that the intensification of tropical rainfall under global warming favours groundwater recharge in this basin

Observed long-term land cover vs climate impacts on the West African hydrological cycle: lessons for the future ? [P-3330-65]

West Africa has experienced a long lasting, severe drought as from 1970, which seems to be attenuating since 2000. It has induced major changes in living conditions and resources over the region. In the same period, marked changes of land use and land cover have been observed: land clearing for agriculture, driven by high demographic growth rates, and ecosystem evolutions driven by the rainfall deficit. Depending on the region, the combined effects of these climate and environmental changes have induced contrasted impacts on the hydrological cycle. In the Sahel, runoff and river discharges have increased despite the rainfall reduction (“less rain, more water”, the so-called "Sahelian paradox "). Soil crusting and erosion have increased the runoff capacity of the watersheds so that it outperformed the rainfall deficit. Conversely, in the more humid Guinean and Sudanian regions to the South, the opposite (and expected) “less rain, less water” behavior is observed, but the signature of land cover changes can hardly be detected in the hydrological records. These observations over the past 50 years suggest that the hydrological response to climate change can not be analyzed irrespective of other concurrent changes, and primarily ecosystem dynamics and land cover changes. There is no consensus on future rainfall trend over West Africa in IPCC projections, although a higher occurrence of extreme events (rainstorms, dry spells) is expected. An increase in the need for arable land and water resources is expected as well, driven by economic development and demographic growth. Based on past long-term observations on the AMMA-CATCH observatory, we explore in this work various future combinations of climate vs environmental drivers, and we infer the expected resulting trends on water resources, along the west African eco-climatic gradient. (Texte intégral

Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa

Groundwater in sub-Saharan Africa supports livelihoods and poverty alleviation, maintains vital ecosystems, and strongly influences terrestrial water and energy budgets. Yet the hydrological processes that govern groundwater recharge and sustainability—and their sensitivity to climatic variability—are poorly constrained. Given the absence of firm observational constraints, it remains to be seen whether model-based projections of decreased water resources in dry parts of the region are justified. Here we show, through analysis of multidecadal groundwater hydrographs across sub-Saharan Africa, that levels of aridity dictate the predominant recharge processes, whereas local hydrogeology influences the type and sensitivity of precipitation–recharge relationships. Recharge in some humid locations varies by as little as five per cent (by coefficient of variation) across a wide range of annual precipitation values. Other regions, by contrast, show roughly linear precipitation–recharge relationships, with precipitation thresholds (of roughly ten millimetres or less per day) governing the initiation of recharge. These thresholds tend to rise as aridity increases, and recharge in drylands is more episodic and increasingly dominated by focused recharge through losses from ephemeral overland flows. Extreme annual recharge is commonly associated with intense rainfall and flooding events, themselves often driven by large-scale climate controls. Intense precipitation, even during years of lower overall precipitation, produces some of the largest years of recharge in some dry subtropical locations. Our results therefore challenge the ‘high certainty’ consensus regarding decreasing water resources in such regions of sub-Saharan Africa. The potential resilience of groundwater to climate variability in many areas that is revealed by these precipitation–recharge relationships is essential for informing reliable predictions of climate-change impacts and adaptation strategies

Observed controls on resilience of groundwater to climate variability in sub-Saharan Africa

Groundwater in sub-Saharan Africa supports livelihoods and poverty alleviation1,2, maintains vital ecosystems, and strongly influences terrestrial water and energy budgets. Yet the hydrological processes that govern groundwater recharge and sustainability—and their sensitivity to climatic variability—are poorly constrained4. Given the absence of firm observational constraints, it remains to be seen whether model-based projections of decreased water resources in dry parts of the region4 are justified. Here we show, through analysis of multidecadal groundwater hydrographs across sub-Saharan Africa, that levels of aridity dictate the predominant recharge processes, whereas local hydrogeology influences the type and sensitivity of precipitation–recharge relationships. Recharge in some humid locations varies by as little as five per cent (by coefficient of variation) across a wide range of annual precipitation values. Other regions, by contrast, show roughly linear precipitation–recharge relationships, with precipitation thresholds (of roughly ten millimetres or less per day) governing the initiation of recharge. These thresholds tend to rise as aridity increases, and recharge in drylands is more episodic and increasingly dominated by focused recharge through losses from ephemeral overland flows. Extreme annual recharge is commonly associated with intense rainfall and flooding events, themselves often driven by large-scale climate controls. Intense precipitation, even during years of lower overall precipitation, produces some of the largest years of recharge in some dry subtropical locations. Our results therefore challenge the ‘high certainty’ consensus regarding decreasing water resources in such regions of sub-Saharan Africa. The potential resilience of groundwater to climate variability in many areas that is revealed by these precipitation–recharge relationships is essential for informing reliable predictions of climate-change impacts and adaptation strategies

Impacts des facteurs climatiques et anthropiques sur les ressources et la qualité des eaux de la mare de Tabalak

Au Niger, les facteurs climatiques et anthropiques influencent les secteurs de l’agriculture, de l’élevage et de la pêche et la qualité des eaux de surface. Cette étude a pour objectif d’identifier les impacts des aléas climatiques et de l’action de l’homme sur les ressources et la qualité de l’eau de la mare de Tabalak. A terme, cette étude devrait permettre de poser les jalons pour des actions, afin de réduire les risques liés à l’exploitation des ressources de cette zone humide. Pour réaliser cette étude, des enquêtes, des visites de terrain et des prélèvements d’échantillons d’eau ont été effectuées. Ces derniers ont été analysés au laboratoire. L’analyse des données météorologiques et des perceptions de la population sur la variabilité climatique indiquent une tendance à la baisse des précipitations contre une hausse des températures et de la force des vents. En ce qui concerne la dynamique d’occupation des sols, toutes les unités ont subi des transformations. Selon 80% des personnes enquêtées, cette tendance est causée par des facteurs climatiques et anthropiques. Les impacts de ces aléas sont : une perturbation dans le déroulement des saisons, une baisse de la productivité, une perte des terres par ravinement ; la formation de dunes vives; l’ensablement et l’assèchement fréquent de la mare, la pression parasitaire et la persistance des épizooties. Les résultats sur la qualité des eaux montrent que les paramètres physico-chimiques étudiés se situent dans les normes requises. Cependant, la présence des métaux lourds tels que le fer, le zinc, le nickel, le plomb, le manganèse et le chrome, dénote de l’existence de sources de pollutions diffuses. Au terme de cette étude, le constat général montre que l’environnement biophysique du bassin versant de la mare de Tabalak présente de sérieuses tendances à la dégradation des terres. Ces tendances dont les conséquences directes affectent le potentiel productif du bassin versant de la mare sont particulièrement dues aux facteurs climatiques et à la surexploitation des ressources.Mots clés : Climat, agriculture, élevage, pêche, qualité des eaux, Tabalak

Ressources en eau dans la région de Tillabéri (Niger) : potentiel de mise en valeur par l'agriculture irriguée : rapport technique

Le Sahel sub-saharien dispose de ressources en eau considérables, essentiellement portées par de grands systèmes aquifères régionaux (aquifères du Sénégal, de Taoudenni au Mali, des Iullemmeden au Niger, du Tchad). De nombreuses mares et points d'eau existent le long d'affluents temporaires des grands fleuves régionaux, constituant des ressources en eau temporaires ou permanentes. Pourtant, l'exploitation des ressources en eau en vue de l'irrigation demeure limitée, essentiellement concentrée le long des étroites vallées des grands axes fluviaux régionaux (fleuves Niger, fleuve sénégal). Il en résulte que seulement 1% de la superficie cultivée est irriguée en Afrique subsaharienne, alors même qu'à l'échelle du globe, la proportion atteint les 11% (Siebert et al., 2005). La région de Tillabéri au sud-ouest du Niger présente des caractéristiques favorables à l'irrigation : en eau de surface tout d'abord, avec des eaux de surface mobilisables le long des koris (ou vallées sableuses) et des affluents du fleuve Niger aux débits importants. En eau souterraine secondairement, avec des aquifères alluviaux le long des vallées, même temporaires, et l'existence d'une nappe phréatique généralisée sur une grande partie Est de la région. Dans cette partie la plus favorisée de la région de Tillabéri, les vallées du Dallol Bosso, à la nappe phréatique sub-affleurante, ainsi que la présence d'aquifères captifs localement artésiens offrent des avantages indéniables en terme de coût d'exhaure réduit. Dans ce rapport technique, une estimation quantitative du potentiel en terre irrigables est également présenté par département voire par commune, par représentation des informations collectées sous forme de SIG. L'état de l'art scientifique sur les liens existants entre ressources en eau, en sol (érosion) et du couvert végétal est également abordé sous l'angle de l'évolution des ressource sous impact climatique et d'usage des sols, afin d'assurer le caractère durable des recommandations émises en conclusion. Au final, dans la région de Tillabéri, la hausse régionale plurimétrique des ressources en eau souterraine (+4 m depuis les années 1960s), facteur de salinisation des sols, ainsi que l'augmentation de l'ordre de +30 à +60% des coefficients d'écoulement et l'érosion accrue en rive droite du fleuve, militent pour un accroissement raisonné des surfaces irriguées, pour le bénéfice de l'environnement