Transfert des nitrates du bassin versant de la Tafna (Nord-Ouest de l'Algérie) vers la mer Méditerranée - approche couplant mesures, modélisation et changement d'échelle vers les grands bassins versants Nord africains

Dans des contextes semi-arides et fortement anthropisés la caractérisation et la quantification des transferts de polluants dans les eaux de surface et vers la mer est importante à appréhender pour aider à une meilleure gestion de la ressource en eau dans un contexte de changements environnementaux. Sur le Nord-africain notamment la difficulté d’obtenir des données en quantité et qualité suffisante est difficile. La présente étude s’intéresse aux mécanismes de transfert des nitrates et des sédiments à l’échelle du bassin versant de la Tafna (7200 km2) et des plus grands fleuves de l'Afrique du Nord par une approche couplant les mesures in situ et le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool). La partie in situ a permis de quantifier la quantité de nitrates apportée par les différents exutoires des sous bassins de la Tafna. Elle a aussi mis en évidence la contribution du bassin versant à l’eutrophisation de la Méditerranée tout en mesurant les quantités de nitrates acheminées vers les eaux marines. Les résultats ont mis en évidence les facteurs qui influent sur les flux et les concentrations en nitrates et notamment l’occupation du sol et les barrages ont une grande influence sur les flux de nitrates dans la Tafna. Les stations d’étude ont été classées selon un gradient d’eutrophisation, les stations amont présentant de fortes concentrations en nitrates, elles s’opposent aux stations avals. Les résultats de simulation sur la période 2003 à 2011 ont montré qu’une grande partie de l'eau de surface de la Tafna provient du ruissellement de surface (59%) et du flux latéral (40%), alors que la contribution des eaux souterraines est insignifiante (1%). La Tafna transfère une quantité annuelle moyenne de 2942 t.an-1 de sédiment vers la mer entre 2003 et 2011. SWAT a montré aussi que les cinq barrages de la Tafna stockent une grande quantité de sédiments, plus de 27 000 t.an-1 (90% des sédiments transportés par la Tafna). Le modèle reproduit aussi le flux de nitrates dans les stations de mesure entre 2003 et 2011. La Tafna transporte une quantité moyenne annuelle de 37 à 86 tN.an-1 jusqu'à la Méditerranée. Sur la base de ces résultats, l’approche de modélisation a pemis d’effectuer un changement d’échelle vers les grands bassins du nord-africain. La simulation a montré que les barrages de la Tafna stockent une quantité importante de nitrates [80 à 486 tN.an- 1], qui représente en moyenne 62% de la quantité totale de nitrates transportée annuellement par le fleuve. L’application du modèle sur les plus grands fleuves d'Afrique du Nord, Moulouya (55 860 km2), Tafna (7 200 km2), Chélif (44 694 km2) Oued el Kbir-Rhumel (8824 km2) et Medjerda (23 213 km2) a permis de représenter les flux d'eau, de sédiments et de nitrate. Les fleuves de cette région transportent une quantité de sédiments de 706 .103tan-1 vers la Mer ou le fleuve Oued Kbir-Rhumel qui contribue à la plus grande quantité (55%).Le flux de nitrates transportés vers la mer est de 5330 tN.an-1, le fleuve Moulouya qui contribue à la plus grande quantité (32%). Les barrages de cette région stockent une grande quantité de sédiments (98%) et de nitrates (39%) transportés par les fleuves vers la Méditerranée

Transfer of nitrates from the Tafna watershed (North-West Algeria) to the Mediterranean sea - approach coupling measurements, modeling and changing scale to the biggest coastal rivers in North Africa

Dans des contextes semi-arides et fortement anthropisés la caractérisation et la quantification des transferts de polluants dans les eaux de surface et vers la mer est importante à appréhender pour aider à une meilleure gestion de la ressource en eau dans un contexte de changements environnementaux. Sur le Nord-africain notamment la difficulté d’obtenir des données en quantité et qualité suffisante est difficile. La présente étude s’intéresse aux mécanismes de transfert des nitrates et des sédiments à l’échelle du bassin versant de la Tafna (7200 km2) et des plus grands fleuves de l'Afrique du Nord par une approche couplant les mesures in situ et le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool). La partie in situ a permis de quantifier la quantité de nitrates apportée par les différents exutoires des sous bassins de la Tafna. Elle a aussi mis en évidence la contribution du bassin versant à l’eutrophisation de la Méditerranée tout en mesurant les quantités de nitrates acheminées vers les eaux marines. Les résultats ont mis en évidence les facteurs qui influent sur les flux et les concentrations en nitrates et notamment l’occupation du sol et les barrages ont une grande influence sur les flux de nitrates dans la Tafna. Les stations d’étude ont été classées selon un gradient d’eutrophisation, les stations amont présentant de fortes concentrations en nitrates, elles s’opposent aux stations avals. Les résultats de simulation sur la période 2003 à 2011 ont montré qu’une grande partie de l'eau de surface de la Tafna provient du ruissellement de surface (59%) et du flux latéral (40%), alors que la contribution des eaux souterraines est insignifiante (1%). La Tafna transfère une quantité annuelle moyenne de 2942 t.an-1 de sédiment vers la mer entre 2003 et 2011. SWAT a montré aussi que les cinq barrages de la Tafna stockent une grande quantité de sédiments, plus de 27 000 t.an-1 (90% des sédiments transportés par la Tafna). Le modèle reproduit aussi le flux de nitrates dans les stations de mesure entre 2003 et 2011. La Tafna transporte une quantité moyenne annuelle de 37 à 86 tN.an-1 jusqu'à la Méditerranée. Sur la base de ces résultats, l’approche de modélisation a pemis d’effectuer un changement d’échelle vers les grands bassins du nord-africain. La simulation a montré que les barrages de la Tafna stockent une quantité importante de nitrates [80 à 486 tN.an- 1], qui représente en moyenne 62% de la quantité totale de nitrates transportée annuellement par le fleuve. L’application du modèle sur les plus grands fleuves d'Afrique du Nord, Moulouya (55 860 km2), Tafna (7 200 km2), Chélif (44 694 km2) Oued el Kbir-Rhumel (8824 km2) et Medjerda (23 213 km2) a permis de représenter les flux d'eau, de sédiments et de nitrate. Les fleuves de cette région transportent une quantité de sédiments de 706 .103tan-1 vers la Mer ou le fleuve Oued Kbir-Rhumel qui contribue à la plus grande quantité (55%).Le flux de nitrates transportés vers la mer est de 5330 tN.an-1, le fleuve Moulouya qui contribue à la plus grande quantité (32%). Les barrages de cette région stockent une grande quantité de sédiments (98%) et de nitrates (39%) transportés par les fleuves vers la Méditerranée.In semi-arid and highly anthropized area characterization and quantification of pollutant transfers in surface waters and to the sea is important to understand and to help better management of water resources, especially in North Africa, where the of obtaining data in quantity and sufficient quality is difficult. This study investigates mechanisms transfer of nitrate and sediment in the Tafna watershed (7200 km2) and at the biggest coastal rivers in North Africa with an approach, coupling in situ measurements and SWAT model (Soil and Water Assessment Tool). The in situ part made it possible to quantify the quantity of nitrates exported by the different Tafna sub-basins. It also highlighted the contribution of the watershed to eutrophication of the Mediterranean Sea by measuring the quantities of nitrates transported to marine waters. The quantities transferred are important in the high water season while they decrease in the rivers during the dry season. The results highlighted the factors that influence the nitrates flux and nitrate concentrations; the land use has a great influence on the nitrate flux in the Tafna. The study stations were classified according to the eutrophication gradient. The upstream stations with high nitrates concentration, oppose downstream stations. Modeling results showed that Tafna's surface water comes from surface runoff (59%) and lateral flow (40%), while the contribution from groundwater was insignificant (1%). Tafna has transferred an average annual amount of 2942 t.yr-1 of sediment to the sea. SWAT has also shown that dams store a large amount of sediment, over 27 000 t.yr-1 (90% of the sediments transported by Tafna). The model also reproduced the nitrates flux at the gauging stations between 2003 and 2011. The Tafna carries 37-86 tN.yr-1 to the Mediterranean Sea and Tafna dams store a large quantity of nitrates [80 and 486 tN.yr-1], which represents an average 62% of the total amount of nitrates transported annually by the river. The application of the model at largest scale in North Africa, Moulouya (55,860 km2), Tafna (7,200 km2), Chelif (44,694 km2) Oued el Kbir-Rhumel (8,824 km2) and Medjerda (23,213 km2) showed that the rivers of this region carry 706.103t.yr-1 of sediments to the Sea. The Oued Kbir-Rhumel River contributes with the greatest quantity (55%), whereas the nitrate flows transported towards the sea is 5330 tN.yr-1 and the Medjerda River contributes with the largest amount (32%). Dams in this region store a large amount of sediment (98%) and nitrate (39%) transported by rivers to the Mediterranean

Future climatic and hydrologic changes estimated by bias-adjusted regional climate model outputs of the Cordex-Africa project: case of the Tafna basin (North-Western Africa)

International audienceThis study investigates climatic and hydrologic changes of the Tafna basin, by using ten outputs of precipitation and temperature from RCMs of the Cordex-Africa project. Different methods of bias-correction (LS, LOCI, DM and VS) are compared to correct the bias of precipitation and temperature datasets to observations. The suitable method, DM, reduces the bias to 1.27 mm for precipitation and 0.06 and 0.7°C for minimum/maximum temperature, respectively. The bias-corrected precipitation and temperature datasets are introduced into the SWAT model, calibrated and validated on the Tafna basin with good Nash criteria (NSEoutlet = 0.83). The discharge is over or under-estimated without bias-correction of RCM outputs, which highlights the necessity of applying bias-correction before using RCM outputs from Cordex-Africa for hydrological applications. The results show that the precipitation and discharge decreases, and temperature increases are more important with RCP 8.5 than with RCP 4.5, especially in the last decades of the 21st century

Modelling Hydrology and Sediment Transport in a Semi-Arid and Anthropized Catchment Using the SWAT Model: The Case of the Tafna River (Northwest Algeria)

Sediment deposits in North African catchments contribute to around 2%–5% of the yearly loss in the water storage capacity of dams. Despite its semi-arid climate, the Tafna River plays an important role in Algeria’s water self-sufficiency. There is continuous pressure on the Tafna’s dams to respond to the demand for water. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used to evaluate the contribution of different compartments in the basin to surface water and the dams’ impact on water and sediment storage and its flux to the sea in order to develop reservoir management. The hydrological modelling fitted well with the observed data (Nash varying between 0.42 and 0.75 and R2 varying between 0.25 and 0.84). A large proportion of the surface water came from surface runoff (59%) and lateral flow (40%), while the contribution of groundwater was insignificant (1%). SWAT was used to predict sediments in all the gauging stations. Tafna River carries an average annual quantity of 2942 t·yr−1 to the Mediterranean Sea. A large amount of water was stored in reservoirs (49%), which affected the irrigated agricultural zone downstream of the basin. As the dams contain a large amount of sediment, in excess of 27,000 t·yr−1 (90% of the sediment transported by Tafna), storage of sediment reduces the lifetime of reservoirs

Modelling Hydrology and Sediment Transport in a Semi-Arid and Anthropized Catchment Using the SWAT Model: The Case of the Tafna River (Northwest Algeria)

Sediment deposits in North African catchments contribute to around 2%–5% of the yearly loss in the water storage capacity of dams. Despite its semi-arid climate, the Tafna River plays an important role in Algeria’s water self-sufficiency. There is continuous pressure on the Tafna’s dams to respond to the demand for water. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used to evaluate the contribution of different compartments in the basin to surface water and the dams’ impact on water and sediment storage and its flux to the sea in order to develop reservoir management. The hydrological modelling fitted well with the observed data (Nash varying between 0.42 and 0.75 and R2 varying between 0.25 and 0.84). A large proportion of the surface water came from surface runoff (59%) and lateral flow (40%), while the contribution of groundwater was insignificant (1%). SWAT was used to predict sediments in all the gauging stations. Tafna River carries an average annual quantity of 2942 t·yr−1 to the Mediterranean Sea. A large amount of water was stored in reservoirs (49%), which affected the irrigated agricultural zone downstream of the basin. As the dams contain a large amount of sediment, in excess of 27,000 t·yr−1 (90% of the sediment transported by Tafna), storage of sediment reduces the lifetime of reservoirs