Résumé La gestion des ressources en eau dans les systèmes fluviaux est de plus en plus difficile ces derniers temps en raison de la fréquence et de l'intensité des sécheresses.


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Une évaluation comparative des séquences du stress hydrique et de la sécheresse par indicateurs et par échelles de temps dans le bassin du Bafing en amont de Manantali

C. Faye

Laboratoire de Géomatique et d’Environnement, U. F. R. Sciences et Technologies, Département de Géographie, Université Assane Seck de Ziguinchor, BP 523 Ziguinchor (Sénégal)

cheikh.faye@univ-zig.sn

Résumé

La gestion des ressources en eau dans les systèmes fluviaux est de plus en plus difficile ces derniers temps en raison de la fréquence et de l'intensité des sécheresses. Le haut bassin du fleuve Sénégal, comme la plupart régions tropicales, a connu une alternance de périodes humide et sèche. Dans un contexte climatique de plus en plus perturbé par les activités anthropiques, il est indispensable d’analyser les épisodes secs à diverses échelles temporelles et par divers indices en vue de proposer aux populations des mesures d’atténuation ou d’adaptation en matière de gestion de l’eau. Dans cet article, la station hydrométrique de Bafing-Makana disposant de plus longues séries hydrométriques a été analysée. L’analyse a utilisé et comparé les valeurs de l’indice hydrologique normalisé (IHN), de l’indice de sécheresse des débits (ISD) et de l’indice logarithme décimal des déviations hydrologiques (ILDH) calculés pour des échelles de temps de 5 ans, de 25 ans et de 50 ans. Les résultats indiquent que les sécheresses les plus remarquables de par leur intensité, leur durée et leur fréquence se sont produites durant la période 1970-1999 et cela quel que soit l’indice ou l’échelle de temps utilisée. Ces épisodes secs ont atteint leur paroxysme en 1977-78 et 1984-85 avec des sécheresses d’une sévérité extrême. La station de Bafing-Makana en amont du barrage de Manantali est bien affectée par la sécheresse. En outre, il ressort des analyses que l’indice IHN et l’échelle de temps à long terme semble les mieux appropriés pour décrire avec plus de précisions les épisodes secs dans le bassin du Bafing.

Mots-clés changement climatique ; sécheresse ; indice hydrologique normalisé ; indice de sécheresse des débits ; indice logarithme décimal des déviations hydrologiques

A comparative evaluation of the sequences of hydric stress and drought by indicators and by timescales in Bafing River basin upstream to Manantali

Abstract

The water resource management in the river systems is harder and harder lately because of the frequency and the intensity of droughts. The high basin of the Senegal River, as most tropical regions, knew an alternation of wet and dry periods. In a climatic context more and more disrupted by the anthropological activities, it is essential to analyze the dry episodes with diverse temporal scales and by diverse indices to propose to the populations of the measures of mitigation or adaptation regarding water management. In this article, the hydrometric station of Bafing-Makana arranging longer hydrometric series was analyzed. The analysis used and compared the values of standardized hydrological index (SHI), drought flows index (DFI) and decimal logarithm hydrological deviations index (DLHI) calculated for timescales of 5 years, of 25 years and of 50 years. The results indicate that the most remarkable droughts due to their intensity, their duration and their frequency occurred during period 1970-1999 and it whatever is the used index or timescale. These dry episodes reached their paroxysm in 1977-78 and 1984-85 with droughts of an extreme severity. The station of Bafing-Makana upstream to Manantali dam is affected seriously by drought. Besides, it emerges from analysis that index SHI and the long-term timescale seems the best suited to describe with more precision the dry episodes in the basin of Bafing.

Key words climate change; drought; standardized hydrological index; drought flows index; decimal logarithm hydrological deviations index

  1. INTRODUCTION

La sécheresse est un phénomène naturel qui pose de nombreux problèmes à travers le monde La sécheresse place des demandes énormes sur des ressources en eau rurales et urbaines et d'énormes fardeaux sur la production agricole et d'énergie (Barua et al., 2009). En général, la sécheresse est définie comme la rareté de l'eau en raison de l’insuffisante des précipitations, la forte évapotranspiration et la surexploitation de ressources en eau ou une combinaison de ces paramètres (Bhuiyan, 2004). Ainsi, la sécheresse représente la période et l’état de déficit hydrique causé par la différence négative entre les entrées et les sorties d’eau dans le système, provoquant des déséquilibres et des disfonctionnements de caractère réversible ou irréversible (Stângă, 2009). La détermination opportune du niveau de sécheresse aidera le processus de prise de décisions à réduire les impacts de sécheresses. La sécheresse est une des conditions climatiques extrêmes affectant plus de personnes que toute autre forme de catastrophe naturelle (Wilhite, 2000). Depuis les dernières décennies, l’occurrence d’importantes sécheresses occupant de grands territoires sur tous les continents souligne l’importance de ce phénomène (Beaudin, 2007). Les pays en voie de développement tout comme les pays industrialisés en sont touchés. Dans les pays sous développés, les effets peuvent être désastreux (Soro et al., 2014). Selon Obassi (1994), près de 1,3 milliards en sont mortes de causes directes ou indirectes.

Au cours d'une période de sécheresse, il est souhaitable de connaître la probabilité de la sécheresse persistante jusqu'à l'arrivée des pluies (Sharma et Panu, 2010). Son évaluation et sa prévision fournit des renseignements précieux pour les planificateurs des ressources en eau et les décideurs politiques pour faire face à leurs conséquences. En raison de la relation complexe entre les différents facteurs physiques qui participent à l’occurrence et à la persistance de la sécheresse, il est difficile de donner une définition précise de la sécheresse (Soro et al., 2014), d’où l’ampleur des difficultés à les reconnaître et à les planifier dont font face les décideurs et les planificateurs des ressources en eau. Néanmoins, la gestion de la sécheresse repose sur les indices statistiques qui permettent d’indiquer le début de la mise en œuvre des mesures de conservation de l’eau ou d'atténuation (Khadr et al., 2009).

Les sécheresses peuvent être quantifiées en utilisant plusieurs indices de sécheresse hydrométéorologiques dont les plus populaires sont : l'indice Palmer (Palmer, 1965), l'indice de l'approvisionnement en eau de surface (Shafer et Dezman, 1982), l’indice standardisé de précipitation (McKee et al., 1993), l’indice de sécheresse effective (Byun et Wilhite, 1999), l’indice de sécheresse des débits (Nalbantis et Tsakiris, 2009), l’indice hydrologique normalisé (Sharma et Panu, 2010), l'indice normalisé de l'évapotranspiration maximale (Vicente-Serrano et al., 2010), l'indice régional de la zone de sécheresse (Fleig et al., 2011), l’indice agricole de référence de la sécheresse (Woli et al., 2012). Chaque indice renferme ses propres forces et faiblesses (Mishra et Singh, 2010). Plusieurs indices ont été mis au point pour la caractérisation des sécheresses hydrologiques et exigent, en général, beaucoup de données et de calculs exigeants, contrairement aux indices de sécheresses météorologiques très simples et efficaces tels que l’indice standardisé de précipitation (Nalbantis et Tsakiris, 2009).

Pour caractériser l'ampleur et l’intensité des sécheresses hydrologiques dans le bassin du Bafing, des indices hydrologiques analogues aux indices des sécheresses météorologiques ont été utilisés. Ainsi, l’indice hydrologique normalisé, l’indice de sécheresse Bhalme-Mooley et l’indice logarithme décimal des déviations hydrologiques, populaires dans la caractérisation de la sécheresse hydrologique et largement utilisés à travers le monde pour l'analyse de la sécheresse (Pashiardis et Michaelides, 2008; Ibrahim et al., 2010 ; Sharma et Panu, 2010 ;Tirandaz et Eslami, 2012 ; Jacobi et al., 2013 ; Jouilil et al., 2013 ; Mirabbasi et al., 2013 ; Soro et al., 2014), sont utilisés dans ce travail. Ces indices de sécheresse présentent des avantages en termes de cohérence statistique, et ont la capacité de décrire à la fois à court, à moyen et à long terme les impacts de la sécheresse à travers les différentes échelles de temps. Par rapport au choix de cette échelle de temps, les statistiques de sécheresse (durée et ampleur) à l’échelle annuelle peuvent prêter peu d’informations (Sharma et Panu, 2010). Par exemple, si une sécheresse de 100 ans persiste pendant quatre années, cela ne signifie pas que tous les 48 mois (= 4 × 12 mois) seront sous l'emprise de la sécheresse. Il est prévu qu'un plus petit nombre de mois doit être affectée par la sécheresse persistante, un nombre qui peut être obtenu grâce à l'analyse des séquences de la sécheresse à l’échelle mensuelle, telle que développée dans le présent document.

Dans un contexte climatique marquée par une éventuelle augmentation de l’occurrence et de l’impact des sécheresses dans les années à venir (Watson et al., 1997), il est indispensable de pouvoir analyser les séquences de sécheresse hydrologique en vue de proposer aux populations des mesures d’atténuation ou d’adaptation. C’est dans ce cadre que la présente étude a été initiée dans le haut bassin du fleuve Sénégal, notamment le bassin du Bafing qui est sujet depuis plusieurs années à des déficits hydrométriques. L'objectif de cette étude est de confirmer la persistance du phénomène de la sécheresse dans le bassin du Bafing, à l’échelle mensuelle et annuelle, à travers des indices normalisés sur des pas de temps différents.


  1. GENERALITES SUR LE MILIEU D’ETUDE

La zone d’étude est le haut bassin du fleuve Sénégal, un espace qui s’étend, du point de vue administratif, sur le Nord-ouest de la Guinée Conakry et le Sud-est du Mali avec une superficie de 21 290 km2 à la station hydrométrique de Bafing Makana. Elle est située entre les latitudes 10°30’ et 12°30’ N et les longitudes 12°30’ et 9°30’W (Figure 1).

Le réseau hydrographique du haut bassin est dense mais les sols et les formations géologiques ne permettent pas l’existence de nappes importantes (Rochette, 1974). En effet, les roches dures représentent près de 54 % des affleurements (Coly, 1996). Le relief de la zone d’étude est constitué de plaines et de plateaux d'altitude variant de 215 à 1389 m (Bodian, 2011) et traduisant l’importance du volume montagneux du Fouta Djalon et la forte incision du relief. Sa végétation est dense mais présente des signes de dégradation due aux effets conjugués des facteurs naturels et anthropiques (CSE, 2006). Le haut bassin du fleuve Sénégal se situe dans le climat guinéo-soudanien caractérisé par une seule saison des pluies dans l’année qui va d’avril à octobre (Dione, 1996). La pluviométrie moyenne annuelle sur la période 1923-2005 varie entre 2000 mm au Sud du bassin et 1200 mm au Nord (Bodian et al., 2012). La température y est plus variable et l'humidité relative demeure plus basse. L’harmattan, chaud et sec d'origine sud-est saharienne, souffle au maximum en saison sèche. Le haut bassin, au régime hydrologique essentiellement pluvial, subit fortement les déficits pluviométriques (Olivry, 1994).


  1. DONNEES ET METHODES



    1. Données

Les données de base sont constituées de relevés hydrométriques journaliers provenant de la station hydrométrique de Bafing-Makana (Figure 1). Les données ont été mises à notre disposition par l’Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS). Les données sont disponibles de 1961 à 2014 (seule l’année 1961 est incomplète et elle n’est pas prise en compte dans l’étude). La variable d’étude est le débit mensuel de la période 1964 à 2014. La station de Bafing-Makana obéit à des critères de continuité, de durée de l'information disponible et de qualité des données. Son choix s'est également effectué de manière à permettre une couverture plus homogène possible de la zone d'étude. Cette station contrôle l’essentiel des débits du haut bassin du fleuve Sénégal en amont du barrage de Manantali.


    1. Méthodes

L’analyse a utilisé et comparé les valeurs de l’indice hydrologique normalisé (IHN), de l’indice de sécheresse des débits (ISD) et de l’indice logarithme décimal des déviations hydrologiques (ILDH) calculés sur la période 1964-2014 à des échelles de temps de 5 ans, de 25 ans et de 50 ans.

      1. Indice hydrologique normalisé

L’indice hydrologique normalisé (IHN) est analogue à l’indice standardisé des précipitations (McKee et al., 1993 ; Hayes, 1996). Ainsi, il a été développé en vue de quantifier le déficit hydrologique pour des échelles de temps multiples qui vont refléter l'impact de la sécheresse sur la disponibilité des différents types de ressources en eau pour une période donnée (Sharma et Panu, 2010). Il est exprimé mathématiquement comme suit :

(1)

Avec : Di : le débit du mois ou de l’année i ; Dm : le débit moyen de la série sur l’échelle temporelle considérée ; S : l’écart-type de la série sur l’échelle temporelle considérée.

Etudier cet indice permet également de distinguer les mois et années secs (déficitaires) des mois et années humides (excédentaires). Une sécheresse sévit lorsque l’IHN est consécutivement négatif et que sa valeur atteint une intensité de -1 ou moins et se termine lorsque l’IHN devient positif. On effectue une classification de la sécheresse suivant les valeurs de l’IHN (Tableau 1).

      1. Indice de sécheresse des débits

L’indice de sécheresse des débits (ISD) est analogue à l’indice Bhalme et Mooley (Bhalme et Mooley, 1979) qui représente le pourcentage d’écart de la pluie à la moyenne sur le long terme. L’ISD encore appelé l’écart moyen du débit (EMD) est utilisé pour déterminer la réaction du fleuve face au déficit pluviométrique (Nalbantis et Tsakiris, 2009) et permet de déterminer les déficits et variations du débit (Mahé et Olivry, 1995). Il est calculé de la manière suivante :

(2)

Avec : Di : le débit du mois ou de l’année i ; Dm : le débit moyen de la série sur l’échelle temporelle considérée.

Cette méthode consiste à mettre en relief les périodes durant lesquelles les apports du bassin sont significativement inférieurs par rapport à l’apport moyen mensuels. Par rapport à la classification de cet indice : si l’ISD est supérieur à 1, la période est humide ; si l’ISD est égal à 0, la période est moyennement normale ; si l’ISD est inférieur à 0, la période est sèche.

      1. Indice logarithme décimal des déviations hydrologiques

Le pourcentage des débits représente peut-être la plus simple méthode employée pour exprimer le déficit hydrologique d’une période par le rapport entre les débits effectifs et la moyenne pluriannuelle pour cette période (Stângă, 2009). Comme l’expression graphique du rapport n’est pas suffisamment suggestive pour nuancer les déviations maximales, l’indice logarithme décimal des déviations hydrologiques (ILDH) est calculé de la manière suivante :

(3)

Avec : Di : le débit du mois ou de l’année i ; Dm : le débit moyen de la série sur l’échelle temporelle considérée.

L’ILDH met beaucoup mieux en évidence l’excèdent ou le déficit hydrologiques, avec une bonne tendance de mettre en évidence les extrêmes positives ou négatives. On effectue une classification de la sécheresse suivant les valeurs de l’ILDH (Tableau 2).

      1. Durée, fréquence et intensité des séquences de sécheresse

Pour étudier la sécheresse, il est important de caractériser sa durée (à partir du début et de la fin d’une séquence de sécheresse), son intensité et la fréquence.
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