Transcript Variabilité interannuelle et intra-annuelle des tranports solides de l

Variabilité interannuelle et intraannuelle des
transports solides de l'oued
Bouhamdane,
à l’amont du barrage Hammam Debagh
(Algérie orientale)
Abdelaziz LOUAMRI
Azzedine MEBARKI
Benoit LAIGNEL
& Kamel BAHRI
Plan
•
INTRODUCTION
•
CONTEXTE, DONNEES ET METHODES
•
VALEURS ANNUELLES, VARIABILITE ET FACTEURS
CONDITIONNELS DU TRANSPORT SOLIDE
•
LA VARIABILITE INTRA-ANNUELLE DES APPORTS SOLIDES
•
CONSEQUENCES SUR L'ENVASEMENT DU BARRAGE
•
CONCLUSION
INTRODUCTION
• Le transport solide des oueds et les phénomènes d'érosion
hydrique constituent un problème majeur au Maghreb à cause de
leur impact sur l’envasement accéléré des barrages.
• Terrain d’étude:
 Le bassin de l’oued Bouhamdane à la station de jaugeage de
Medjez Ammar 2:1105 km²
 au droit du barrage de Hammam Debagh :1070 km2
• Objectif : Etude de la variabilité interannuelle et intraannuelle des flux sédimentaires ou flux solides :
 contexte physique contrasté,
 disponibilité d’une chronique longue de mesures directes de la
concentration en MES, et du débit remontant à 1969 et
indirectes d’envasement du barrage.
I.
Le bassin-versant de
l'oued Bou Hamdane
et
le barrage de Hammam
Debagh
Commentaire de la figure
• Le bassin de l’oued Bouhamdane se caractérise par:
•
•
•
•
•
•
•
relief de moyenne montagne
l'altitude moyenne : 785 m (270 - 1281 m)
l'indice de pente de Roche : 0.13.
La densité de drainage permanente : 0.53 km-1 et temporaire : 1.90 km1.
La longueur du talweg principal : 99 km, avec une pente de 0.008 (ANRH,
2008).
Les zones avec un couvert végétal naturel (chêne liège, maquis,
reboisement) couvrent 31.7% de la surface du bassin dont 19. 5 % sont
exploités comme terrains de parcours.
La région connaît une forte activité agricole, essentiellement la
céréaliculture qui occupe 58.1 %, de la surface du bassin et l'olivier autour
de 1 % .
• La lithologie est variée, constituée de formations
superficielles (32.4 %), grès, conglomérats, marnocalcaires et marnes schisteuses (40.5 %), argiles et
marnes (23.1%) et calcaires (4.0 %).
• deux principales artères, l'oued Zenati qui draine la
zone semi aride des Hautes Plaines (pluie moyenne : 450
-550 mm,), et l'oued Sabath du Tell méridional au climat
sub-humide (pluie moyenne 550- 650 mm).
• A la station de Guelma, la moyenne annuelle de la température de
l'air est de 18,1 °C (10 °C en janvier et 27.8 °C en août) et l'ETP
(formule ANRH) s'élève à 1288 mm par an.
• Le barrage de Hammam Debagh:
• La digue en terre avec un noyau central.
• Sa hauteur hors-sol est de 93 m, la longueur en crête est de
430 m et sa largeur en crête de 9 m.
• La capacité initiale était de 200 hm3 correspondant à une cote
de la retenue normale de 360 m.
• Selon les études d'avant -projet, le volume régularisé a été fixé
à 55 hm3 pour un apport moyen annuel estimé à 63 hm3.
• Le barrage est équipé de deux évacuateurs de crues de type
siphon.
• Il est destiné à l'alimentation du périmètre irrigué de Guelma–
Bouchegouf (12 900 ha) et l'alimentation en eau potable de
l'agglomération de Guelma et des centres urbains avoisinants.
II. Les données de mesures
hydrologiques:
valorisation à
l’échelle journalière
• Les mesures de transport solide en suspension, réalisées en
concomitance avec les mesures du débit liquide (Agence Nationale
des Ressources Hydrauliques A.N.R.H.)
• prélèvements journaliers, avec une fréquence plus élevée en
périodes de crues.
• Les échantillons prélevés sont traités au laboratoire : décantation,
filtrage, séchage à l'étuve, et pesée pour aboutir à la masse des
résidus secs (concentration en g/l).
• La technique de mesure de transport solide basée sur un
prélèvement unique à proximité de la berge, ne reflète pas la
répartition réelle des concentrations dans la section mouillée
(Touat, 1993).
0,00
12/09/1986
12/09/1985
12/09/1984
12/09/1983
12/09/1982
12/09/1981
12/09/1980
12/09/1979
12/09/1978
12/09/1977
12/09/1976
12/09/1975
12/09/1974
12/09/1973
12/09/1972
12/09/1971
12/09/1970
12/09/1969
Concentrations (g/l)
Position dans l'année des mesures de concentration et
magnitude des concentrations à la station de Medjez
Ammar 2
1000,00
Concentrations (g/l)
100,00
10,00
1,00
0,10
0,01
0,001
12/03/1987
12/09/1986
12/03/1986
12/09/1985
12/03/1985
12/09/1984
12/03/1984
12/09/1983
12/03/1983
12/09/1982
12/03/1982
12/09/1981
12/03/1981
12/09/1980
12/03/1980
12/09/1979
12/03/1979
12/09/1978
12/03/1978
12/09/1977
12/03/1977
12/09/1976
12/03/1976
12/09/1975
12/03/1975
12/09/1974
12/03/1974
12/09/1973
12/03/1973
12/09/1972
12/03/1972
12/09/1971
12/03/1971
12/09/1970
12/03/1970
12/09/1969
Débits liquides (m3/s)
Position dans l'année des mesures de débits liquides et
magnitude des débits à la station de Medjez Ammar 2
1000
Débits liquides (m3/s)
100
10
1
0,1
0,01
• Les valeurs de C mesurées oscillent entre 0.01 et 105 g/l pour une
gamme de débits jaugés de 0.1 à 636 m3/s
• La classe des concentrations en MES inférieure à 1 g/l accapare
78.6 % des mesures ;
• 99.95% des valeurs mesurées sont inférieures à 100 g/l.
• La valeur maximale : 105 g/l (23 octobre 1969)
• La concentration des matières en suspension est variable d'une
saison à l'autre, avec fréquence des valeurs les plus fortes en
automne, en liaison avec les pluies orageuses d'automne qui
trouvent des matières disponibles au transport.
• A noter qu'aux valeurs maximales de C, ne correspondent pas
forcément les valeurs de Q les plus élevées ( (Liénou et al, 2009).
Saisons
Intervalle
C (g/l)
Intervalle
Q (m3/s)
Valeur de
concentra
tion
maximale
mesurée
C (g/l)
Date de la
concentra
tion
maximale
Débit
correspon
dant à C
max
(m3/s)
Automne
0.02 à
105.7
0.085 à
490.2
105.7
23
octobre
1969
6.50
hiver
0.01 à
33.76
0.087 à
632.6
33.76
25 janvier 244.4
1973
Printemps 0.01 à
28.42
0.1 à 341
28.42
04 mai
1976
1.8
Eté
0.066 à
1.05
0.58
12 juin
1972
1.05
0.02 à
0.58
Valorisation des données de mesure disponibles
1/
Régression des données Qs-Ql issues de la station hydrométrique.
•
La meilleure régression obtenue (avec un coefficient de corrélation R= 0,91,
et une variance expliquée de 83.92% est celle liant les débits solides Qs
(kg /s) aux débits liquides Ql (m3/s),
•
réalisée sur un échantillon de 2210 couples de valeurs de mesures
instantanées La fonction calculée, de type puissance, est la suivante:.
• Qs = 0,1668 Ql
1,4999
2/La courbe d'étalonnage est utilisée pour la valorisation, au pas de
temps journalier (Qsj), de l'information hydrométrique disponible
sur la période de septembre 1969 à août 1987.
Relation débits liquides instantanés (m3/s) – débits
solides (kg/s)
10000
Débits solides (kg/s)
1000
100
10
1
0,1
0,01
0,001
0,01
0,1
1
10
Débits liquides (m3/s)
100
1000
Facteur de correction
• la charge en sédiments d'un cours d'eau est sous-estimée lorsque
les débits solides sont calculés à partir des débits liquides en
utilisant la méthode des moindres carrés et en appliquant une
anamorphose logarithmique aux variables (Ferguson, 1986, 1987;).
• Le facteur de correction de Jansson(1985) est calculé par :
CF=10
1.1513 σ2
• Avec σ2 = 1/(N-1) ∑(log10Ci-log10C’i) 2, et:
• Ci: concentrations mesurées et C’i: Concentrations estimées.
• Le facteur de correction est appliqué à l'ensemble de la série de
débits solides journaliers Qsj de la période 1969 – 1987:
Qsj = 0.166 x Qlj
1.4999
x 2.365
Extension de la série de débits solides journaliers au
barrage.
• Sur la base de la régression déjà calculée:

une seconde série de débits solides journaliers (Qsj), étalée sur 15 ans
(de septembre 1995 à août 2010), a été générée à partir des apports
liquides journaliers disponibles, déduits du bilan de régularisation du
barrage de Hammam Debagh.
L'apport liquide au barrage (ou "affluent" selon l'ANBT) se calcule comme
suit : capacité finale - capacité initiale + défluent
(le défluent = somme des sorties : pertes, besoins et lâchers).

 Le facteur de correction, mis au point pour la série de données de la
station hydrométrique est également appliqué aux débits solides
journaliers Qsj de cette seconde série relative à l'exploitation du barrage.
III. Valeurs annuelles,
variabilité du transport solide
et
facteurs conditionnels
•
La moyenne interannuelle du TSS véhiculé par l'oued Bouhamdane:
Station hydrométrique :
•
•
237.5 t/km²/an; la valeur la plus faible, observée pendant l’année hyper
sèche 1973/1974, est de 3.66 t/km2/an,
et la valeur la plus forte, enregistrée pendant l'année très pluvieuse de
1984/1985, atteint 1250 t/km2/an.
E=81 mm pour une hauteur moyenne de P= 588,8 mm, soit un coefficient
d'écoulement Ce de 13,79 %.
Barrage:
• La moyenne du TSS =281,4 t/km2 /an,
• avec des valeurs annuelles extrêmes respectivement de 0,57 t/km2/an en
1996/97
•
et de 1396 t/km2/an en 2004/05, année hydrologique la plus abondante
des 2 séries analysées (Tabl. 2).
Barrage de Hammam Debagh
(septembre 1995- août 2010)
Station hydrométrique Medjez Amar 2
(septembre 1969- août 1987)
Paramètre
Moyenne
TSS
(t/km2/an)
237.5
P1
(mm)
E
(mm)
588,8
80.6
Ecart-type
327.6
124.9
67.9
Cv %
137.9
21.2
84.2
Maximum
(année)
1250
(1984/19
85)
785.8
(1984/1985)
240.9
(1984/1985)
Minimum
(année)
3.66
(1973/74)
362.7
(1973/74)
11.8
(1973/74
TSS
(t/km2/an)
P2
(mm)
E
(mm)
281,4
608.5
85.2
445,9
170.9
110.3
158.5
28
129.5
1396
(2004/2005)
943.6
(2002/2003)
379.5
(2004/2005)
0,57
(1996/97)
346.8
(1996/1997)
2.04
(1996/97)
6
19 9 /
71 19
19 / 70
73 19
19 / 72
75 19
19 / 1 74
7 9
19 7 / 76
79 19
19 / 78
8 19
19 1 / 80
83 19
19 / 82
85 19
8
19 / 1 4
87 98
19 /1 6
8 98
19 9/1 8
91 99
19 /1 0
93 99
19 /1 2
95 99
19 /1 4
97 99
19 /1 6
9 99
20 9/2 8
01 00
20 /2 0
03 00
20 /2 2
0 00
20 5/2 4
07 00
20 /2 6
09 00
/2 8
01
0
19
2
TSS (tonnes/km /an)
10000
1000
700
100
600
500
10
400
300
1
200
100
0,1
0
TSS (tonnes/km2/an)
Pluie (mm)
E (mm)
Pluie , Ec (mm)
Variations annuelles du transport solide spécifique (TSS), de l'écoulement (E) et des précipitations
(P)
1000
900
800
Comparaison avec les bassins d'Algérie du Nord
Turbidité
16 à 28 g/l
TSS
>2000 t/km2/an
1.2 à 20 g/l
1000
t/km2/an
3.2 à 16 g/l
500 à 1000 t/km2/an
Oued Sarno, Boudouaou,
El Abiod
0.1 à 9 g/l
20 à 500 t/km2/an
Oued
Mina,
Bou
Namoussa,
Deurdeur,
Tafna,
Isser,
Guir,
Mabtouh ,
Maffrouch,
Bou Hamdane, Ksob, El
Hammam.
à
Bassins
Oued Agrioun, Bou
Roumi, Fodda, Hamiz,
Djen Djen, Sly.
2000 Oued Rhiou, Cheliff, Saf
Saf, Rouina, Fergoug.
 En comparaison avec les bassins-versants algériens, le bassin
étudié se range dans la catégorie faible des quatre classes de
valeurs de turbidité et de T.S.S.
 Il s'oppose aux bassins à dégradation spécifique forte (oued
Agrioun, dans la Kabylie de Béjaia : 5000 t/km2/an; oued Safsaf
à Zardezas dans les côtiers de Skikda : 1250 t/km2/an).
•
Le transport solide de l’oued Bouhamdane correspond en ordre de grandeur aux
résultats obtenus par Demmak (1982)
•
•
•
(oued Kébir Ouest à Ain Cherchar : 91.6 tonnes/km2/an ;
oued El Hammam à Zit Emba: 197.5 ;
oued Ressoul à Ain Berda : 214.1)
les bassins de l’oued Mina dans l'ouest algérien semi-aride (oued Abd à Takhmart : 65
t/km2/an; oued Haddad à Sidi Abdelkader Djillali : 212) étudiés par Achite et Meddi
(2005)
 variabilité interannuelle oscillant entre 62 et 113 % pour les apports solides et
entre 44 et 81 % pour les apports liquides.
•
Sur la Haute Tafna, dans le Nord-Ouest algérien, une moyenne de 1330 t/km2/an a
été calculée par Ghenim et al (2007).
•
Sur le piémont Sud de l'Aurès, la charge solide est de 401.2 t/km2/an pour l’oued
El Abiod à M’chounech; 539.1 pour l’oued El Arab à Khangat Sidi Nadji ; dans le
Chott Hodna, elle est de 344 t/km2/an sur l'oued Ksob à Medjez (Demmak, 1982).
IV. La variabilité intraannuelle
des apports solides
%
saison
%
mois
1,1
T.S.S. moyenne
T/km2/mois
69/86
1,0
0,5
1,5
1,1
0,5
N
0,6
1,8
7,4
3,1
D
5,2
15,9
70,1
29,5
J
7,1
21,6
49,9
21,0
F
7,5
22,8
52,7
22,2
M
6,0
18,2
33,1
13,9
A
4,2
12,7
20,6
8,7
M
0,9
2,8
1,4
0,6
J
0,3
0,9
0,2
0,1
J
0,1
0,4
0,1
0,0
A
0,1
0,3
0,0
0,0
0,1
32,8
100,0
237,5
100,0
100,0
%
mois
S
Q moyen
m3/s
69/86
0,4
O
Mois
%
saison
4,4
60,3
33,7
1,6
100,0
0,4
4,0
72,7
23,2
Régime des transports solides et des écoulements des années
pluvieuses
a: 1984/85
b: 2004/2005
60000
400
40000
200
20000
0
0
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
3
m )
tonnes)
3
100000
500
80000
3
Apport solide (10
80000
3
800
600
m )
100000
Apport liquide (10
tonnes)
1000
600
120000
Apport solide
Apport liquide
2004/2005
3
Apport solide (10
700
Apport solide
Apport liquide
400
60000
300
40000
200
20000
100
0
0
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
3
120000
1984/1985
Apport liquide (10
1200
 en 1984/85
 Un pic principal hivernal est enregistré en Décembre, avec un
apport en sédiments (877 t/km2/mois) contribuant à 70 % du
total annuel.
 Après un maximum secondaire modéré en Mars, les écoulements
solides et liquides s'amenuisent considérablement;
 en 2004/05 :
 régime est nettement bimodal avec un premier maximum
automnal (572.6 t/km2 en Novembre)
 et un second maximum hivernal (289.8 t/km2 en Février)
épousant fidèlement les variations mensuelles de l'apport en
écoulement.
Débits liquides et débits solides journaliers (1972/1973)
1000
10000
1000
100
100
10
1
1
Débits liquides (M/s)
Débits solides (Kg/s)
10
0,1
0,1
0,01
0,01
aout
aout
aout
juillet
juillet
juin
juillet
juin
juin
mai
mai
mai
avril
avril
avril
mars
mars
fev
mars
fev
fev
janv
janv
janv
dec
dec
nov
dec
nov
oct
nov
oct
oct
oct
sept
sept
0,001
sept
0,001
Jours
Ql (m3/s)
•
Qs (kg/s)
A l'échelle journalière, l'hydrogramme et la courbe des débits solides
de l'année pluvieuse 1972/73 suivent étroitement les mêmes
variations
Régime des transports solides et des écoulements des années
sèches
1996/97
0,3
1000
Apport solide
Apport solide
1996/1997
3
600
0,15
500
400
0,1
300
200
0,05
100
0
0
S
O
N
D
J
F
M
A
M
J
J
A
3
700
0,2
Apport liquide (10
Apport solide (10
m )
800
3
tonnes)
0,25
900
 L'apport solide a été nul
pendant les 5 premiers
mois (de Septembre à
Janvier) par absence ou
faiblesse notable des
précipitations ;
 après le redressement
de la courbe en
Mars:amenuisement
sévère des apports
solides et liquides à
partir du mois de mai.
V. Conséquences
sur
l'envasement du barrage
Envasement calculé et envasement mesuré au barrage
 Moyenne mesurée TSS au barrage : 281,4 t /km2/an
(période moyenne : 1995/96 – 2009/10)
 Si on compte le charriage (généralement estimé à 15 % du
transport en suspension ):
323,6 t /km2/an.
 l'envasement pour les 15 années d'exploitation de l'ouvrage,
serait de l'ordre de 4.33 hm3 (densité =1.2)
 soit un envasement annuel moyen de 0.29 hm3.
 Pour une densité de 1,6, le taux de sédimentation serait de 0.22
hm3/an.
Résultats de la campagne bathymétrique
• La bathymétrie effectuée en 2004, a abouti à un envasement
cumulé de 15.653 hm3, soit un envasement annuel moyen de
0.98 hm3/an, ce qui correspond à une dégradation spécifique du
bassin versant de 914.3 t/km2/an (densité de 1,6).
• Elle est plus forte que la dégradation obtenue à l'aide des calculs
effectués sur la base des mesures hydrométriques (329 t/km2/an)
• et également comparée à celle évaluée dans l'étude d'Avant Projet
Détaillé (APD) du barrage de Hammam Debagh (792 t/km2/an ;
sédimentation moyenne : 0.53 hm3/an).
Pertes de capacité du barrage

Jusqu'à 2004, la perte de capacité du barrage représente 7.8 % de la
capacité initiale, soit près de 0.5 % par an.

Le barrage de Hammam Debagh sur l'oued Bouhamdane peut être donc
classé dans la catégorie des retenues de faible envasement.
•
Cette valeur correspond à la limite inférieure des valeurs citées par
Benmammou (2007) pour la Tunisie, où les barrages perdent chaque
année entre 0.5 et 1% de leur capacité à cause de l'envasement.
•
Elle est également faible par rapport aux valeurs citées par Badraoui et
Hadji (2001) et Lahlou (2005) pour le Maroc:
entre 0.05 % pour le barrage de Abdelmoumen et 5.71 % pour le barrage
de Sidi Driss, la moyenne étant de 1.09 %.
Conclusion
 Moyenne TSS au barrage estimée par la courbe d’étalonnage des
transports en suspension mesurés : 281,4 t /km2/an (période moyenne :
1995/96 – 2009/10)
 Cependant, l’intensité de l’érosion n’est pas à négliger au vu des résultats
de la bathymétrie: 914.3 t/km2/an (densité de 1,6).
•
En général, les mesures aux stations hydrométriques sous-estiment les
apports solides totaux
• Les écarts entre ces résultats doivent être interprétés en lien :
 avec les différences entre les techniques appliquées dans les mesures
aux stations hydrométriques

et la mesure du taux de remplissage des retenues (charriage non mesuré
dans les stations hydrométriques, incertitudes sur les densités des
sédiments dans les retenues, volumes soutirés ou déversés et sédiments
associés…)
• D'après Demmak (1982), une comparaison basée sur trois
barrages et les stations hydrométriques amont a montré des
écarts importants:
• -31 % (Ksob) ,
• -54 % (Foum El Gherza )
• -71 % (Gueiss).
• Nécessité d’une protection intégrée du bassin versant :

Techniques de Défense et de Restauration des Sols

Reboisements

Soutirage de la vase : vidange de fonds du barrage de Hammam Debagh