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ARTICLE
Auteur(s) :, Mohamed Achite1, Mohamed Meddi2
1Université des sciences et de la technologie d’Oran, Faculté de génie civil et d’architecture, Département d’hydraulique, Laboratoire
Eau – Environnement. El M’naouar, BP 1505, Oran 31000, Algérie
2Laboratoire Eau, roche et plante, Centre universitaire de Khemis Miliana, 44225 Khemis Miliana, Algérie
L’alluvionnement des
retenues de barrages est un phénomène préoccupant en Algérie, à l’instar des pays du Maghreb. Ce phénomène est dû principalement à une érosion très active dans les
bassins-versants algériens [1-3] et maghrébins [4, 5]. L’estimation du taux de sédimentation des barrages et de leur durée de vie nécessite une bonne connaissance des apports
solides. Ces derniers dépendent aussi bien des contraintes topographiques et granulométriques imposées au fond des vallées que de la nature et du volume des apports liquides et
solides fournis au réseau d’écoulement. En plus de cette complexité, le manque de données constitue un handicap majeur dans l’évaluation et la prévision de l’envasement des
barrages. Cet état de fait a conduit de nombreux chercheurs à proposer des modèles de prévision générale (pour un ensemble de bassins) et des modèles particuliers (propres à un
bassin donné). Notre travail s’intègre dans la deuxième catégorie de modèles. Ces derniers ont été largement utilisés en Algérie pour développer des modèles propres aux bassins
étudiés afin d’évaluer le transport solide à leur exutoire [6-11].Le bassin-versant de l’oued Hadad, sous-bassin de l’oued Mina, est confronté à un grave problème de dégradation
du sol, comme pratiquement toute la région du Tell occidental algérien. Ce problème provoque l’envasement du barrage d’Es – Saâda sur l’oued Mina (bassin d’Echellif) et affecte
négativement l’agriculture locale en entraînant des pertes énormes en terres arables, ce qui conduit à l’exode rural [1, 12].Afin de mieux appréhender ce phénomène et de
proposer des modèles liant le débit solide au débit liquide à différentes échelles temporelles, une banque de données de 22 années (1973/1974-1994/1998) a été utilisée. Le
travail consiste dans un premier temps à développer la meilleure relation explicative du débit solide au niveau du bassin et, dans un second temps, à quantifier le transport
solide à l’exutoire du bassin.
Matériel et méthode
Région d’étude
Appartenant au bassin-versant de l’oued Mina, le sous-bassin-versant de l’oued Haddad draine une superficie de 470 km2 à l’extrême sud
de Relizane (nord-ouest algérien). Il est situé entre 0° 35’ 28’’ de longitude Est et entre 35° 33’ 52’’ de latitude Nord. L’oued Haddad suit une direction
SW-NE. Il prend sa source dans le djebel Bazita (côte 1 000-1 100 m) et collecte les eaux des oueds Baloul, Rekada et Medjaref (( figure 1 )). L’oued Haddad a une pente moyenne de
8,91 m/km sur une longueur de 40,8 km jusqu’à la station de Sidi Abdelkade el Djilali. Son relief est très accidenté et est qualifié d’« assez fort » selon la
classification Orstom [13], les altitudes maximales et minimales étant respectivement de l’ordre de 1 160 m et de 225 m avec une dénivelée spécifique [13] de 360 m
(tableau 1( Tableau 1 )).
Le climat est de type méditerranéen, caractérisé par une saison humide et une saison sèche. La pluviométrie annuelle est très irrégulière (elle
varie de 200 mm/an à 379 mm/an). La pluie moyenne interannuelle est de 245 mm, avec un coefficient de variation de 45 % (1973/1974 à 1994/1995). Le régime hydrologique des
cours d’eau dépend essentiellement du régime pluviométrique [14, 15]. Il se caractérise par une grande variabilité spatio-temporelle, avec une succession de périodes de hautes
et de basses eaux. Le débit moyen interannuel enregistré sur la période d’observation (1973/1974 à 1994/1995) est de 0,18 m3/s soit un apport moyen interannuel de
5,42 millions de m3.
La lithologie du bassin est constituée par le Quaternaire continental (cette formation est représentée par des alluvions, regs et terrasses),
le Pliocène continental (représenté par des calcaires lacustres) et le Miocène inférieur marin (représenté par une formation marneuse). La végétation du bassin est
constituée essentiellement de maquis représentant environ 30 % de l’ensemble du bassin (forêt dégradée). Elle est soumise à un surpâturage et est discontinue dans l’espace
[1].
Cette présentation des différents facteurs physico-géographiques permet d’émettre les conclusions suivantes [1] :
-
– les facteurs morphométriques sont très favorables à l’écoulement superficiel ;
-
– les facteurs lithologiques sont favorables à l’infiltration des eaux ;
-
– la végétation est favorable au ruissellement et par conséquent à l’érosion et au transport solide.
Tableau 1 Caractéristiques hydromorphométriques du bassin-versant de l’oued Haddad.
|
Caractéristiques
|
Paramètres
|
Unité
|
Symbole
|
Valeurs
|
|
Morphologie du bassin-versant
|
Superficie du bassin-versant
|
Km2
|
A
|
470
|
|
Périmètre du bassin-versant
|
Km
|
P
|
91
|
|
Indice de compacité
|
–
|
Kc
|
1,23
|
|
Longueur du rectangle équivalent
|
Km
|
L
|
37,36
|
|
Largeur du rectangle équivalent
|
Km
|
l
|
12,58
|
|
Relief
|
Altitude maximale
|
m
|
Hmax
|
1 160
|
|
Altitude minimale
|
m
|
Hmin
|
225
|
|
Altitude moyenne
|
m
|
Hmoy
|
588
|
|
Indice de pente de roche
|
%
|
Ip
|
2,5
|
|
Indice de pente globale
|
%
|
Ig
|
42
|
|
Pente moyenne
|
%
|
Im
|
46
|
|
Réseau hydrographique
|
Longueur du thalweg principal
|
Km
|
Lp
|
47
|
|
Densité de drainage
|
Km/Km2
|
Dd
|
2,44
|
|
Coefficient de torrentialité
|
–
|
Ct
|
5,40
|
|
Temps de concentration
|
Heures
|
Tc
|
10,30
|
|
Rapport de confluence
|
–
|
Rc
|
0,71
|
|
Rapport de longueur
|
–
|
Rl
|
0,81
|
Collecte et mise en forme des données
Les données de base disponibles sont constituées par les débits liquides instantanés, les débits liquides moyens journaliers (m3/s) et les
concentrations en sédiments instantanées en (g/L). Cette banque de données couvre la période allant de 1973/1974 à 1994/1995, soit 22 années.
Pour l’établissement des modèles, trois cas de regroupements ont été envisagés afin de déceler la meilleure relation possible.
Débits liquides instantanés - débits solides instantanés : ensemble des données mesurées au niveau de la station de Sidi Abdelkader El
Djillali par les services de l’Agence nationale d’hydraulique
Ce premier cas est composé de cinq groupes différenciés par l’échelle considérée :
-
– dans leur totalité (un seul groupe), (( figure 2 )) ;
-
– annuellement (un groupe par année hydrologique) ;
-
– mensuellement (un groupe par mois sur les 22 années d’observations) ;
-
– saisonnièrement (un groupe par saison, automne, hiver, printemps et été, sur les 22 années d’observations) ;
-
– par saison humide et saison sèche (sur les 22 années d’observations).
Débits liquides moyens journaliers - Débits solides moyens journaliers observés
Les valeurs des débits liquides et solides moyens journaliers observés ont servi à développer un modèle liant les deux paramètres. Ce dernier a
été utilisé pour calculer les valeurs des débits solides correspondant aux valeurs liquides observées (pour lesquelles il n’y a pas eu d’observation des débits solides). De
cette manière, un nouvel échantillon a été constitué. Un nouveau modèle a été développé sur la base des nouvelles séries des débits liquides et solides (( figure 3 )).
Pour pouvoir développer des modèles de débits solides, il existe deux approches distinctes selon les besoins. Une approche spatiale (prise en
compte de nombreux bassins-versants disposant de mesures) et une approche ponctuelle (prise en compte des données existantes pour un bassin-versant).
La première est généralement utilisée pour estimer le transport solide au niveau des sites non équipé en moyens de mesure. De nombreux chercheurs
(Meddi en Algérie [16], Lahlou au Maroc [4], Steegen et al. en Belgique [17], Henry et al. en Zambie [18], Kassoul et al. en Algérie [19]) ont mis au point des modèles de
prévision du transport solide. Ces modèles sont utilisés pour palier le manque de données au niveau d’un site destiné à un aménagement.
La seconde est établie pour prévoir le débit solide pour un bassin-versant donné, par exemple pour étendre la série de mesures dans les cas où les
paramètres explicatifs existent pour une période plus longue. Cette technique a été largement utilisée en Algérie [1, 7, 9-11].
La relation retenue entre les débit solide et liquide depuis les travaux de Remy-Berzencouitch [20] et des chercheurs américains, est de
type :
Où :
a et n sont des paramètres du bassin-versant considéré.
Cette expression fournit une première approximation de la variation dans le temps du débit solide des cours d’eau.
Heusch [21], a remarqué que cette relation n’est pas stable au cours de l’année hydrologique et que ces paramètres sont influencés par les
changements saisonniers.
Fournier et Henin [22], en portant en abscisse les débits liquides mensuels de l’année moyenne et en ordonnée les débits solides correspondants,
ont trouvé de véritables boucles d’hystérésis représentatives du phénomène. Donc, on ne peut calculer les débits solides à partir d’une courbe de tarage [23].
Nous allons essayer d’éclairer le phénomène de variation temporelle du transport solide au niveau du bassin (à la station hydrométrique). Pour
cela, nous allons étudier les relations et l’influence du débit liquide sur la variation du débit solide à l’échelle annuelle, mensuelle et saisonnière.
Cinq modèles régressifs sont utilisés : linéaire, logarithmique, parabolique, puissance et exponentiel. Le coefficient de détermination calculée
pour une erreur de 1ère espèce (α = 5 %) oriente le choix du modèle [24-26]. De tous les modèles considérés le modèle puissance offre les meilleurs
ajustements (tableaux 2–7( Tableau 2 )(
Tableau 3 )( Tableau 4 )( Tableau 5 )( Tableau 6 )( Tableau 7 )).
Tableau 2 Modèles obtenus à l’échelle interannuelle.
|
Échelle temporelle
|
Nombre d’observations
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
Totalité des données
|
1 878
|
0,70
|
Qs = 14,423Ql1,4519
|
Tableau 3 Modèles obtenus à l’échelle annuelle.
|
Échelle temporelle
|
Nombre d’observations
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
1973/1974
|
55
|
0,91
|
Qs = 2,044Ql1,7604
|
|
1974/1975
|
30
|
0,83
|
Qs = 7,495 Ql1,7748
|
|
1975/1976
|
83
|
0,67
|
Qs = 12.697Ql1,433
|
|
1976/1977
|
49
|
0,86
|
Qs = 10,201Ql1,4748
|
|
1977/1978
|
64
|
0,90
|
Qs = 20,819 Ql1,6766
|
|
1978/1979
|
110
|
0,81
|
Qs = 8,678 Ql1,7246
|
|
1979/1980
|
102
|
0,72
|
Qs = 6,275 Ql1,6209
|
|
1980/1981
|
85
|
0,84
|
Qs = 7,435 Ql1,298
|
|
1981/1982
|
61
|
0,85
|
Qs = 10,316 Ql2,057
|
|
1982/1983
|
94
|
0,80
|
Qs = 9,318 Ql1,5091
|
|
1983/1984
|
76
|
0,91
|
Qs = 20,046Ql1,6755
|
|
1984/1985
|
70
|
0,73
|
Qs = 24,347 Ql1,4929
|
|
1985/1986
|
166
|
0,84
|
Qs = 12,204 Ql1,4147
|
|
1986/1987
|
170
|
0,87
|
Qs = 12.854 Ql1,5255
|
|
1987/1988
|
130
|
0,82
|
Qs = 18,449 Ql1,503
|
|
1988/1989
|
84
|
0,90
|
Qs = 25,796 Ql1,4819
|
|
1989/1990
|
114
|
0,88
|
Qs = 30,216 Ql1,4231
|
|
1990/1991
|
108
|
0,64
|
Qs = 18,437 Ql1,3132
|
|
1991/1992
|
38
|
0,88
|
Qs = 23,787 Ql2,1755
|
|
1992/1993
|
48
|
0,89
|
Qs = 58,625 Ql1,235
|
|
1993/1994
|
65
|
0,91
|
Qs = 25,253 Ql 1,4548
|
|
1994/1995
|
76
|
0,91
|
Qs = 22,529 Ql 1,2633
|
Tableau 4 Modèles obtenus à l’échelle mensuelle.
|
Échelle temporelle
|
Nombre d’observations
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
Septembre
|
109
|
0,94
|
Qs = 22,626 Ql 1,5444
|
|
Octobre
|
218
|
0,86
|
Qs = 14,526 Ql 1,4696
|
|
Novembre
|
213
|
0,83
|
Qs = 16,906 Ql 1,4262
|
|
Décembre
|
184
|
|
Qs = 16,074 Ql 1,584
|
|
Janvier
|
239
|
0,90
|
Qs = 15,811 Ql 1,5758
|
|
Février
|
279
|
0,76
|
Qs = 10,390 Ql 1,3883
|
|
Mars
|
292
|
0,82
|
Qs = 11,890 Ql 1,6323
|
|
Avril
|
101
|
0,74
|
Qs = 14,024 Ql 1,5767
|
|
Mai
|
127
|
0,88
|
Qs = 21,958 Ql 1,4429
|
|
Juin
|
45
|
0,95
|
Qs = 16,599 Ql 1,4326
|
|
Juillet
|
48
|
0,87
|
Qs = 5,790 Ql 1,740
|
|
Août
|
23
|
0,96
|
Qs = 35,472 Ql 1,3570
|
Tableau 5 Modèles obtenus à l’échelle saisonnière.
|
Échelle temporelle
|
Nombre d’observations
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
Automne
|
540
|
0,85
|
Qs = 16,898 Ql 1.4521
|
|
Hiver
|
702
|
0,77
|
Qs = 13,412 Ql 1,4463
|
|
Printemps
|
520
|
0,79
|
Qs = 14,049 Ql 1,4009
|
|
Été
|
116
|
0,86
|
Qs = 10,641 Ql 1,.5915
|
Tableau 6 Modèles obtenus pour la saison humide et sèche.
|
Échelle temporelle
|
Nombre d’observations
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
Saison humide
|
1 242
|
0,83
|
Qs = 14,202.Ql 1,4333
|
|
Saison sèche
|
623
|
0,81
|
Qs = 13,542.Ql 1,4439
|
Tableau 7 Modèles retenus pour le deuxième cas de groupement de données.
|
Cas
|
R2
|
Modèles retenus
|
|
2e cas
|
0,78
|
Qs = 9,734 Ql1,7141
|
Interprétation des résultats
Du fait de la complexité du phénomène du transport solide et, malgré l’existence de nombreux modèles de par le monde en général et en Algérie en
particulier, il n’existe aucun modèle théorique ou procédure de calcul standard. Les modèles, dans leur majorité, expliquent plus de 70 % de la variance. Les résultats
trouvés confirment la nature du modèle développé par rapport à ceux obtenus en Algérie [6] et au Maroc [4]. Les relations, à l’échelle mensuelle, donnent les meilleurs
coefficients de détermination. Le taux de la variance expliqué est plus élevé en saison chaude qu’en saison froide. Après une longue saison sèche caractérisée par de fortes
températures (été), les pluies provoquent la destruction des agrégats du sol. Le ruissellement déclenché par ces pluies assure le transport des particules détachées. En plus, en
saison chaude, les sols sont très souvent nus ou mal protégés. Cette situation accentue le phénomène érosif du sol en raison des fortes énergies produites par les pluies
orageuses et brèves (pluies de fortes intensités), ce qui explique les bonnes relations trouvées pour cette saison. En hiver, où l’évapotranspiration est faible, l’eau
interceptée par la végétation est en grande partie restituée au sol par égouttage. Cette partie des précipitations peut donc atteindre le sol après un certain temps, et la
quantité d’eau perdue est négligeable [27]. Dans ce cas, le ruissellement est retardé et atténué, ce qui donne un pouvoir érosif (des pluies et du ruissellement) limité.
Les modèles retenus pour différents cas de regroupement de données ont permis de quantifier l’érosion spécifique (tableau 8( Tableau 8 )).
La disponibilité des données à l’échelle journalière (débits liquides mesurés au niveau du bassin) nous a amené à utiliser le modèle développé à
cette échelle (second cas) pour quantifier le transport solide (tableau 9( Tableau 9 )).
En Algérie, seul le transport solide en suspension est mesuré et le transport solide charrié est pris égal à 30 % du transport solide en
suspension [12].
Les résultats obtenus sur les 22 années d’observation montrent qu’il existe une variation importante de l’érosion spécifique aux échelles
intra-annuelles (coefficient de variation égal à 0,76) et interannuelles (coefficient de variation égal à 0,88) (figures 4 et 5).
L’analyse des valeurs intra-annuelles montre que la quantité de sédiments transportés au cours de l’année varie d’un mois à un autre. Le transport
solide d’automne reste le plus élevé, dépassant significativement les autres saisons (33 %). Cette variabilité s’explique par la variation du couvert végétal durant l’année
et par la nature des pluies d’automne (agressivité des pluies). Ces deux facteurs préparent les agrégats du sol à la destruction, favorisée par le faible taux du couvert
végétal, par les premières pluies. Également le faible taux de couverture végétal en cette saison. Le faible taux d’érosion d’hiver s’explique par le fait que la plus grande
partie des particules solides ont été transportées par les premières crues d’automne.
L’érosion spécifique moyenne interannuelle du bassin-versant de l’oued Haddad à la station de Sidi A.E.K Djillali est de 2,87 t/ha/an, avec une
variation allant de 0,14 tonnes en 1991/1992 à 10,72 t en 1990/1991 avec un coefficient de variation égal à 0,88.
Tableau 8 Apport solide (As) et érosion spécifique (Es) selon différents cas
|
|
Bassin-versant de l’oued Haddad
|
|
|
As (t/an)
|
Es (t/ha/an)
|
|
1er cas (totalité des observations instantanées)
|
Échelle interannuelle
|
123 353
|
2,62
|
|
Échelle mensuelle
|
120 189
|
2,56
|
|
2e cas
|
Échelle journalière
|
103 791
|
2,20
|
Tableau 9 Transport solide en suspension, transport solide total et érosion spécifique dans le bassin-versant de l’oued
Haddad à Sidi A.E.K. Djillali.
|
Transport solide en suspension (t)
|
Transport solide total (t)
|
Érosion spécifique (t/ha/an)
|
|
103 791
|
134 928
|
2,87
|
Conclusion
Le problème de disponibilité des données relatives au transport solide se pose avec acuité en Algérie. Par ce travail, dans un premier temps, des
modèles explicatifs de la variation du débit solide par le débit liquide ont été développés pour différents cas de regroupements de données (interannuelles, annuelles,
mensuelles et saisonnières). Les modèles obtenus aux échelles mensuelle et journalière ont donné les meilleurs coefficients de corrélations. Le débit liquide, à l’échelle
mensuelle, explique plus de 74 % de la variance du débit solide. Le pourcentage expliqué varie de 74 % en avril à 96 % au mois d’août. Le débit liquide, à l’échelle journalière,
explique plus de 78 % de la variance du débit solide. La disponibilité des données du débit liquide à l’échelle journalière nous a conduit à utiliser, pour quantifier le
transport solide dans le bassin-versant de l’oued Haddad, le modèle développé à cette échelle. La dégradation spécifique au niveau de ce bassin est de 2,87 t/ha/an).
Références
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Pasteur, Strasbourg, 1992, 285 p.
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323 p.
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1–3 ‚décembre 1991.. Alger : Agence nationale des ressources hydrauliques, 1991 : 204-26.
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l’envasement des barrages. Alger, 1–3‚décembre 1991. Alger : Agence nationale des ressources hydrauliques, 1991 : 18-43.
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BLIDA, Algérie, 1993.
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Civil 1999 ; 79 : 41-50.
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Colloque international sur l’eau dans le bassin méditerranéen, 10–13 octobre 2002, Monastir (Tunisie). 2002 : 894-9.
10 Terfous A, Meghnoufi A, Bouanani A. Étude du transport solide en suspension dans l’oued Mouilah (nord-ouest algérien). Rev Sci
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Wahrane (Algérie). Rev Sci Eau 2003 ; 16 : 333-56.
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nationale supérieure de l’hydraulique, Blida, Algérie, 1999, 203 p.
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Sidi-Feredj (Alger), 16–17 mai 1995 : 280-8.
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