| Titre : | CARACTÉRISATION HYDROLOGIQUE ET ANALYSE DU TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION DANS TROIS ENSEMBLES HYDROGRAPHIQUES DU NORD-EST ALGÉRIEN. : cas dans la Seybouse, les hautes plaines constantinoises et Chott Melghir (Coupe Nord-sud) |
| Auteurs : | AZEDDINE GUIDOUM, Auteur ; Abdelmalek NEMOUCHI, Directeur de thèse |
| Type de document : | Monographie imprimée |
| Editeur : | Biskra [Algerie] : Université Mohamed Kheider, 2017 |
| Format : | 349.P / Ill / 30/20 cm |
| Accompagnement : | CD |
| Langues: | Français |
| Mots-clés: | bassin versant,précipitations,écoulement,cartographie,érosion hydrique,transport solide,Seybouse,Aurès. HAZOP |
| Résumé : |
RESUME :
Notre étude s’articule autour de trois grands thèmes de recherche portant sur l’hydrologie proprement dite, l’érosion hydrique et le transport solide en suspension pour trois ensembles hydrographiques caractérisant le Nord-est algérien. Une analyse préalable de l’ensemble des paramètres physico-géographiques des bassins versants sélectionnés a été effectuée. Ensuite et tenant compte de l’importance des précipitations, comme facteur générateur et explicatif du régime de l’écoulement à toutes les échelles de temps, ce paramètre climatique a fait l'objet d'une analyse approfondie et d’une cartographie automatique. Ce qui nous a permis de préciser l’évolution de la pluviosité pendant les dernières décennies et les tendances qu’on y peut détecter. L’étude hydrologique, qui est fondée sur le traitement statistique des données hydrométriques, a mis en lumière les aspects fondamentaux de l’écoulement annuel, saisonnier, extrême, et donc des ressources en eau de surface et leur variabilité. En plus, nous avons tenté de modéliser les interactions entre les différents facteurs érosifs, puis cartographier l’aléa érosion hydrique et quantifier les apports solide en suspension dans des milieux bioclimatiques allant de l’humide à l’aride et présentant ainsi une différenciation dans le régime d’écoulement. Enfin, nous avons recensé et présenté les aménagements et les techniques de mobilisation des eaux de surface dans la Seybouse-Aurès, leurs impacts, leurs efficiences et les contraintes auxquels ils sont confrontés. ABSTRACT : Our study focuses on three main research themes, dealing with hydrology, water erosion and transport of suspended sediment for three hydrographic units, characterizing the Northeastern Algeria. A prior analysis of all physical-geographical parameters of selected watersheds was conducted. Then, rainfall has been the subject of detailed analysis and automatic mapping, taking into account the importance of this climatic parameter, as a generator and explanatory factor of the flow regime to all time scales. This allowed us to clarify the rainfall evolution during the last decades and trends that it can detect. The hydrological study, which is based on the statistical treatment of hydrometric data, highlighted the fundamental aspects of the annual, seasonal or extreme flow and thus surface water resources. In addition, we attempted to model the interactions between the different erosive factors, then map water erosion hazard and quantify a suspended solid lad in bioclimatic environments ranging from humid to arid and so presenting a differentiation in the flow regime. Finally, we have identified and presented the amenities and techniques of surface waters mobilization in Seybouse-Aurès region, their impact, their efficiencies, and the constraints they are faced. |
| Sommaire : |
Résumés..............................................................................................................................................................
Avant-propos………………………………………………………………………………………………….. Table des matières……………………………………………………………………………………………. I Liste des tableaux…………………………………………………………………………………………….. VII Liste des figures………………………………………………………………………………………………. IX Liste des abréviations………………………………………………………………………………………… XII Introduction générale………………………………………………………………………………………… 1 Une répartition inégale des ressources en eau sur la planète……………………………………………… 1 Problématique des ressources en eau en Algérie............................................................................................ 1 Objectifs et questions de recherche…………………………………………………………………………. 2 Présentation du manuscrit…………………………………………………………………………………… 4 Première partie Particularités Physiques de la région d’étude : Les facteurs conditionnels de l’écoulement Chapitre I Etude physico-géographique et réseau hydrographique I-1) Cadre géographique régional…………………………………………………………………………… 6 I-2) Ensembles physiques…………………………………………………………………………………… 6 I-2-1) La plaine septentrionale du Tell…………………………………………………………………….. 6 I-2-2) L’Atlas Tellien et la chaîne Numidique…………………………………………………………... 7 I-2-3) Le secteur des hauts plateaux……………………………………………………………………….. 7 I-2-4) le secteur de l’Atlas saharien………………………………………………………………………… 7 I-2-5) Le secteur du piémont méridional de l’Atlas saharien………………………………………………. 7 I-3) Ensembles hydrographiques..................................................................................................................... 8 I-3-1) Le bassin exoréique de la Seybouse………………………………………………………………… 8 I-3-2) Le bassin endoréique des hauts plateaux constantinois……………………………………………... 8 I-3-3) Le bassin endoréique de Chott Melrhir……………………………………………………………… 8 I-4) Géologie et interaction hydrologique…………………………………………………………………… 10 I-4-1) Aperçu sur la géologie régionale…………………………………………………………………….. 10 I-4-1-1) Domaine interne……………………………………………………………………………….. 10 I-4-1-2) Domaine médian ou domaine des flyschs allochtones………………………………………… 10 I-4-1-3) Domaine externe ou nappes telliennes………………………………………………………... 10 I-4-1-4) L’avant-pays allochtones……………………………………………………………………... 11 I-4-1-5) Les formations autochtones et parautochtones ……………………………………………….. 11 I-4-2) Description lithologique…………………………………………………………………………….. 12 I-4-2-1) Les sous bassins de la Seybouse……………………………………………………………… 12 A) Oued Cherf amont………………………………………………………………………………. 12 B) Oued Cherf aval ………………………………………………………………………………... 12 C) Oued Bouhamdane………………………………………………………………………………. 12 D) Oued Seybouse moyenne ……………………………………………………………………….. 13 E) Oued Melah.................................................................................................................................. 13 F) Oued Seybouse maritime ……………………………………………………………………….. 13 I-4-2-2) Les bassins des Hauts plateaux Constantinois………………………………………………… 14 A) Fesdis……………………………………………………………………………………………. 14 B) Oued Chemoura…………………………………………………………………………………. 15 C) Oued El Gueiss………………………………………………………………………………….. 15 I-4-2-3) Les bassins de Choot Melrhir…………………………………………………………………. 16 A) Oued El Hai……………………………………………………………………………………… 16 B) Oued El Abiod…………………………………………………………………………………... 18 II C) Oued El Arab……………………………………………………………………………………. 18 D) Oued Chéria……………………………………………………………………………………... 18 1-5) Occupation des sols et types de couvertures végétales……………………………………...………… 19 1-5-1) La végétation forestière……………………………………………………………………………... 19 1-5-2) Végétation steppique………………………………………………………………………………… 20 1-5-3) La végétation des terres cultivées…………………………………………………………………… 21 I-5-4) La végétation des oasis sahariennes…………………………………………………………………. 22 Conclusion…………………………………………………………………………………………………...... 24 Chapitre II Les facteurs climatiques et leur variabilité II-1 Aperçu sur le climat de l’Algérie………………………………………………………………………. 25 II-2 Les paramètres météorologiques déterminant……………………………………………………….. 25 II-2-1 Les précipitations et leur variabilité…………………………………………………………………. 25 II-2-1-1 Le réseau pluviométrique et les séries d’observation…………………………………………. 26 II-2-1-2 Contrôle de la fiabilité des séries pluviométriques……………………………………………. 28 II-2-1-3 Comblement des lacunes d’observation……………………………………………………….. 30 II-2-1-4 Les précipitations annuelles et leur évolution…………………………………………………. 30 A. Répartition pluviométrique interannuelle………………………………………………………... 30 A.1 Le coefficient de variation (CV)…………………………………………………………… 31 A.2 Ecart à la moyenne…………………………………………………………………………. 40 A.3 Indice de précipitation standardisé (IPS)…………………………………………………… 43 A.4 Etude de tendance…………………………………………………………………………... 45 B. Distribution statistique des pluies annuelles…………………………………………………….. 47 II-2-1-5 Les précipitations mensuelles et les régimes saisonniers……………………………………… 54 A. Variabilité inter-mensuelle des précipitations…………………………………………………… 54 B. Le régime pluviométrique saisonnier……………………………………………………………. 57 II-2-1-6 Les précipitations extrêmes……………………………………………………………………. 62 A. Les pluies journalières maximales, facteur générateur des crues………………………………... 62 B. Les pluies de courte durée……………………………………………………………………….. 65 C. Courbes Intensités-Durées-Fréquences…………………………………………………………. 67 II-2-2 Les températures et ses nuances : Régime thermique……………………………………………….. 68 II-3 L’évolution annuelle des précipitations et des températures : Régime climatique………………….. 69 II-4 Le bilan climatique………………………………………………………………………………………. 76 II-5 L’évapotranspiration et le bilan hydrique sous l’aspect agronomique……………………………… 78 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 86 Chapitre III Spatialisation des précipitations et analyse des tendances : approche géostatistique III-1 La cartographie des précipitations en Algérie………………………………………………………... 87 III-2 variables à cartographier, Choix des stations et période d’étude…………………………………… 87 III-3 Construction du modèle pluie – relief…………………………………………………………………. 88 III-3-1 La construction du modèle numérique de terrain (MNT)…………………………………………... 89 III-3-2 L’altitude lissée (Zliss)……………………………………………………………………………… 89 III-3-3 La distance à la mer…………………………………………………………………………………. 90 III-3-4 Régression pluviométrie-paramètres explicatifs……………………………………………………. 91 III-4 Etude de la structure spatiale des résidus de régression……………………………………………... 96 III-4-1 Variogrammes expérimentaux et modélisation théorique…………………………………………... 96 III-4-2 Interpolation des résidus de régression……………………………………………………………... 96 - Le krigeage comme méthode d’interpolation spatiale………………………………………………… 97 III-5 Constitution de la grille finale et de la cartographie automatique………………………………….. 100 III-6 Interprétation des cartes pluviométriques élaborées……………………………………………….. 100 III-6-1 Étude de la variabilité spatiale et analyse des tendances évolutives……………………………….. 100 III III-6-2 Evaluation de la lame d’eau précipité sur les bassins………………………………………………. 113 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 116 Conclusion de la première partie……………………………………………………………………………. 117 Deuxième partie Les processus hydrologiques et les ressources en eau de surface Chapitre IV Les écoulements annuels et leurs variations spatiales IV-1 Le réseau hydrométrique et les données d’observation des débits………………………………… 118 IV-2 L’écoulement moyen annuel et ces nuances…………………………………………………………... 121 IV-2-1 Les modules absolus et spécifiques………………………………………………………………… 121 IV-2-2 lames d’eau écoulée et précipité……………………………………………………………………. 124 IV-3 Le bilan hydrologique et le déficit d’écoulement……………………………………………………... 125 IV-4 Les variations interannuelles de l’écoulement………………………………………………………... 127 IV-4-1 le coefficient d’immodération ou d’irrégularité…………………………………………………….. 127 IV-4-2 le coefficient d’hydraulicité………………………………………………………………………… 129 IV-4-3 Variabilité relative à travers le coefficient de variation (Cv)………………………………………. 129 IV-5 Analyse statistique des apports liquides………………………………………………………………. 131 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 133 Chapitre V Les variations intra-annuelles des débits : Régime de l’écoulement V-1 Les variations des débits et les nuances géographiques des régimes d’écoulement………………… 134 V-2 Le coefficient de variation et l’écart-type……………………………………………………………… 137 V- 3 L’approche classique du régime : Méthode des CMD………………………………………………... 139 V-4 L’approche géographique des régimes des oueds : R. Lambert……………………………………... 143 V-4-1-1 Oued Melah……………………………….……………………………………………………….. 145 V-4-1-2 Oued Chemoura…………………………………………………………………………………… 145 V-5 Conséquences hydrologiques de tels régimes à l’aval………………………………………………… 146 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 149 Chapitre VI Les formes extrêmes de l’écoulement : Crues et étiages VI -1 Les débits maximums annuels : Les crues……………………………………………………………. 150 VI -1-1 Les variations spatio-temporelles des débits maximums…………………………………………... 150 VI -1-2 Typologie et caractéristiques des crues ……………………………………………………………. 153 VI -1-2-1 La genèse des crues…………………………………………………………………………. 153 VI -1-2-2 Les crues des oueds exoréiques……………………………………………………………... 153 A. Les crues de mars 1973………………………………………………………………………….. 154 B. Les crues de décembre 1984……………………………………………………………………... 155 C. Les crues de mars 1991………………………………………………………………………….. 156 VI -1-2-3 Les crues des oueds endoréiques……………………………………………………………. 157 A. Les crues de septembre 1972……………………………………………………………………. 157 B. Les crues de septembre 1979…………………………………………………………………….. 158 C. Les crues de septembre 1989…………………………………………………………………….. 159 VI -1-3 Les apports de crues………………………………………………………………………………... 161 VI -1-4 La puissance des crues……………………………………………………………………………... 162 VI -1-5 Le rapport d’affinité : débit de pointe/ débit moyen de la crue……………………………………. 162 VI -1-6 La récurrence des débits de crues………………………………………………………………….. 164 VI -2 Les débits annuels minimums : Les étiages…………………………………………………………... 169 VI -2-1 La genèse des étiages, et leurs variations spatiales………………………………………………… 169 IV VI 2-2 Débits fréquentiels d’étiage…………………………………………………………………………. 174 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 177 Conclusion de la deuxième partie…………………………………………………………………………… 178 Troisième partie L’aléa érosion hydrique, les transports solides et la mobilisation des eaux de surface Chapitre VII Processus de l’érosion hydrique des sols et du transport solide: état de l’art VII-1 Qu'est-ce qu’une érosion hydrique ?..................................................................................................... 179 VII-2 Mécanismes et genèse ……………………………………………….………………………………… 179 VII-2-1 Erosion par l'impact (splash)………………………………………………………………………. 179 VII-2-2 Erosion par ruissellement………………………………………………………………………….. 180 VII-2-2-1 L’érosion en nappe (sheet érosion)………….……………………………………………… 180 VII-2-2-2 L’érosion linéaire (rill erosion)……………………………………………………………... 180 VII-3 Les principaux agents de l’érosion hydrique en milieu méditerranéen……………………………. 180 VII-3-1 La lithologie et nature du sol………………………………………………………………………. 180 VII-3-2 Le climat…………………………………………………………………………………………… 181 VII-3-3 Les précipitations…………………………………………………………………………………... 181 VII-3-4 Le couvert végétal…………………………………………………………………………………. 181 VII-3-5 L’effet amplificateur des actions anthropiques……………………………………………………. 181 VII-4 Le transport solide…………………………………………………………………………………….. 181 VII-4-1 Régime de transport ……………………………………………………………………………….. 181 VII-4-1-1 Le charriage (bed load)……………………………………………………………………… 181 VII-4-1-2 La suspension (suspended load)…………………………………………………………….. 182 VII-4-1-3 la saltation…………………………………………………………………………………... 182 VII-5 Prédiction de l’érosion hydrique…………………………………………………………………….. 182 VII-5-1 Estimation des pertes en terre à l’aide du modèle de Wischmeier………………………………… 182 VII-5-1-1 Principe…………………………………………………………………………………….. 182 VII-5-1-2 Intérêt et limites de lʹUSLE…………………………………………………………………. 183 VII-5-2 Cartographie de l’aléa « érosion des sols »……………………………………………………….. 183 VII-5-2-1 L’analyse multicritère (AMC)……………………………………………………………….. 183 VII-5-2-2 Apport des SIG à la cartographie de l’érosion hydrique…………………………………….. 184 VII-5-2-3 Le système SIG-AMC intégré………………………………………………………………. 185 VII-5-2-4 Les intérêts de l’imagerie pour la cartographie de l’érosion………………………………… 185 VII-5-3 Evaluation du transport solide avec les données de mesures…………………………………….. 186 VII-5-3-1 Méthode basée sur la mesure du taux de remplissage des retenues…………………………. 186 VII-5-3-2 Méthode basée sur la mesure de la concentration…………………………………………… 186 A. Mesure par prélèvement ponctuel –pesée……………………………………………………….. 186 B. Mesure optique (turbidité)……………………………………………………………………….. 187 C. Mesure acoustique……………………………………………………………………………….. 188 D. Limites des méthodes et incertitudes de mesures………………………………………………... 188 E. Extrapolation des mesures : corrélation et régression…………………………………………… 188 F. Quantification des apports solides : techniques d’interpolation et d’extrapolation…………….. 189 VII-5-3-3 La mesure des transports de fond……………………………………………………………. 190 VII -6 Ampleur de l’érosion en zone méditerranéenne…………………………………………………….. 191 VII-7 Quelques données chiffrées sur l’érosion et le transport solide en Algérie……………………….. 192 VII-8 Énonce de quelques études faites sur l’érosion et le transport solide en Algérie………………….. 193 VII-9 Conclusion et conséquences pour le choix d’une démarche………………………………………… 195 Chapitre VIII Cartographie et analyse multicritère de l’aléa d’érosion hydrique V VIII -1 Données utilisées……………………………………………………………………………………... 197 VIII -2 Approche adoptée……………………………………………………………………………………. 197 VIII -2-1 Réalisation des couches d’informations………………………………………………………….. 198 VIII -2-1-1 Déclivité du relief…………………………………………………………………………. 198 VIII -2-1-2 Friabilité de substrat……………………………………………………………………….. 198 VIII -2-1-3 Occupation des sols et pratiques antiérosives……………………………………………… 198 VIII -2-1-4 Érosivité des pluies………………………………………………………………………… 199 VIII -2-2 Pondération des facteurs………………………………………………………………………….. 200 VIII -2-3 Croisement des couches par évaluation Multicritère…………………………………………….. 205 VIII -3 Analyse et Interprétation des cartes d’aléa………………………………………………………… 205 VIII -4 Différenciation saisonnière de d’aléa érosion : étude d’un cas particulier………………………. 211 VIII -4-1 Impact du caractère saisonnier de l’occupation du sol et des précipitations…………………….. 212 VIII -4-2 Analyse de scénarios saisonniers…………………………………………………………............ 216 VIII -4-3 Identification des périodes érosives……………………………………………............................ 217 VIII -5 Validation des résultats……………………………………………………………………………… 217 Conclusion…………………………………………………………………………………………………….. 220 Chapitre IX Bilan et modélisation statistique du transport solide en suspension IX -1 Mesures des transports solides en suspension en Algérie: Dispositifs et incertitudes……………... 221 IX -2 Présentation des données……………………………………………………………………………… 222 IX -2-1 Statistiques générales sur les données de concentration en MES………………………………….. 222 IX -2-2 Evolution des concentrations observées au cours d’une crue……………………………………… 222 IX -3 Évaluation de la charge solide (Méthode opérationnelle)…………………………………………… 224 IX -4 Modélisation statistique: Évolution de la charge solide en fonction des débits instantanés………. 226 IX -4-1 Critères d’évaluation et sélection du modèle adéquat……………………………………………… 226 IX -4-2 Homogénéisation et extension des données………………………………………………………... 227 IX -5 Bilan des exportations de matières en suspension dans les bassins versants étudiés……………… 227 IX -5-1 Evaluation et validation des résultats de la modélisation statistique………………………………. 227 IX -5-2 Les valeurs annuelles moyennes et leur variation spatiale………………………………………… 233 IX -5-3 Les variations interannuelles de l’apport solide en suspension……………………………………. 235 IX -5-4 Les variations saisonnières et mensuelles………………………………………………………….. 242 IX -5-5 La relation saisonnière entre le débit liquide et le débit solide…………………………………….. 246 IX -5-6 Les variations journalières de la concentration en MES et contribution des crues dans le bilan annuel des apports…………………………………………………………………………………………... 246 Conclusion 253 Chapitre X Impact et efficience des ouvrages de mobilisation des eaux de surface X-1 Potentialités en eau de surface………………………………………………………………………….. 254 X-2 Le potentiel de mobilisation des eaux de surface et bilan prospectif…………………………………. 254 X-2-1 La petite hydraulique et ses limites………………………………………………………………….. 255 X-2-1-1 Les ouvrages traditionnels de dérivation des eaux (Ceds)……………………………………. 255 A. Les barrages de dérivation des eaux pérennes…………………………………………………... 255 B. Les barrages de dérivation des eaux de crue…………………………………………………….. 256 X-2-1-2 Les retenues collinaires………………………………………………………………………... 258 X-2-1-3 La localisation géographique et les impacts de ces aménagements élémentaires…………… 260 X-2-2 Les grandes hydrauliques, contraintes d’aménagement et de gestion……………………………….. 261 X-2-2-1 Bilan actuel des usages des eaux mobilisées par les barrages………………………………… 261 A. Le barrage de Hammam Debagh………………………………………………………………… 261 B. Le barrage Foum El Khangua……………………………………………………………………. 261 C. Le barrage d’Ourkiss (Talizardane)……………………………………………………………… 261 D. Le barrage de Koudiat El Medaour……………………………………………………………... 262 E. Le barrage de Foum El Gueiss…………………………………………………………………… 262 VI F. Le barrage des fontaines de gazelles……………………………………………………………... 262 G. Le barrage de Foum El Guerza………………………………………………………………….. 262 H. Le barrage de Babar……………………………………………………………………………... 262 X-2-2-2 Les barrages en projet ……………………………………………………………………….. 264 X-2-2-3 Le schéma de transfert régional des eaux superficielles………………………………………. 264 X-3 Les contraintes liées à la mobilisation des eaux de surface…………………………………………... 266 X-3-1 Un climat peu favorable …………………………………………………………………………… 266 X-3-2 Environnement érodable et envasement alarmant………………………………………………….. 267 X-3-3 Réduction de la capacité des retenues………………………………………………………………. 267 X-3-4 Sécurité des ouvrages menacée……………………………………………………………………... 269 X-3-5 Exploitation et gestion inadéquates ………...……………………………………………………… 270 X-3-6 Conséquences en aval………………………………………………………………........................ 271 X-4 Synthèse, stratégie, et plan d’action…………………………………………………………………… 272 Conclusion……………………………………………………………………………………………….......... 274 Conclusion de la troisième partie……………………………………………………………………………. 275 Conclusion générale…………………………………………………………………………………………... 276 Références bibliographiques…………………………………………………………………………………. 284 Annexes Annexe I Amplitude des précipitations moyennes mensuelles (1970-2004)…………………………….. 302 Annexe II Bilan hydrique selon Thornthwaite et avec l’ETP de Thornthwaite, Turc et BlannyCriddle………………………………………………………………………………………………………… 306 Annexe III Cartes des précipitations moyennes mensuelles de la Seybouse-Aurès (1970-2004)………... 312 Annexe IV Caractéristiques des principales crues de la Seybouse-Aurès……………………………...... 322 Annexe V Informations géographiques utilisés pour cartographier l’aléa érosif ……………….……... 330 Annexe VI Cartes de l’aléa érosion hydrique de la Seybouse-Aurès………………………………....…… 343 |
Disponibilité (1)
| Cote | Support | Localisation | Statut | Emplacement | |
|---|---|---|---|---|---|
| TH/0781 | Thèse de doctorat | BIB.FAC.ST. | Empruntable | Salle de mémoires et de théses |
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