Transcript Analyse en composantes principales, régression multiple et de

OFFICE NATIONAL D’IRRIGATION
ET DRAINAGE
O.N.I.D
ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES,
RÉGRESSION MULTIPLE ET RÉSEAU DE
NEURONES : LEUR CONTRIBUTION DANS LA
PRÉDICTION DE L’ÉROSION SPÉCIFIQUE.
Cas du Bassin de l’Algérois Hodna Soummam
Chahrazed SALHI, Benina TOUAIBIA
Envasement
Érosion
 L’Algérie est un pays très érodible ce qui provoque l’envasement des barrages.
(4000 tonnes /Km2.an), l’érosion spécifique dépasse le seuil tolérable (10
tonnes/ha)
 la présente étude vise à contribuer à la quantification et la prédiction
de l’érosion spécifique à partir des paramètres hydromorphométriques
et climatiques des sous bassins des ouvrages en utilisant la méthode des
réseaux de neurones l’ACP et la régression multiple.
PRESENTATION DE LA ZONE D’EUTDE
Situation géographique :
Situation générale du bassin hydrographique AHS
Le bassin AHS couvre une superficie de 47 875 Km2 et décomposer en 03 bassins
versants
Découpage du bassin Hydrographique AHS
Caractéristiques hydroclimatiques
Le climat varie de manière contrastée, du type méditerranéen et semi aride dans
le nord vers le type désertique dans le Sahara.
1. Pluviométrie
Les précipitations varient en moyenne entre 300 et 1500 mm dans la région côtière
et de 200 à 500 mm au Sud.
2. Température
La température moyenne mensuelle dans le bassin AHS varie entre 6°C et 12°C pour
les minima et entre 16° et 25°C pour celle des maxima.
3. Evapotranspiration
Pour l’ensemble du bassin hydrographique Algérois Hodna Soummam (AHS),
l’évapotranspiration potentielle (ETP) annuelle oscille entre 1000 et 1900 mm.
Données climatiques :

station pluviométrique :
Le Nombre des stations pluviométriques est de 396
Localisation des stations pluviométriques

Station hydrométrique :
66 des stations hydrométriques
Localisation des stations hydrométriques
Ouvrages existants:
Nombre d’ouvrages existants
Barrages en
exploitation
Petits barrages
Prises
Dérivation
Retenues
collinaires
12
30 et plus
6
4
268 et plus
COLLECTE ET CRITIQUE DES DONNEES
Implantation des ouvrages d’étude
Caractéristiques hydromorphométriques
Caractéristiques hydromorphométriques des S/bassins barrages
retenus
Wilaya
Surface
(Km2)
Per
(Km)
Hmax Hmin
D(km/km2) Im (%)
(m)
(m)
N°
Ouvrage
1
Beni
Boumerdes 3710.00 394.40
Amrane
1800
50
0.58
17.27
2
Ain Zada
B.B.A
2078.00 228.83
1750
850
0.63
7.45
3
Taksebt
Tizi ouzou
454.24
2150
150
0.88
39.58
101.16
(1) :numéro de l’ouvrage; S : superficie du bassin versant de
l’ouvrage; Per : périmètre du bassin versant de l’ouvrage ;Hmin :
altitude minimale; Hmax : altitude maximale ; P : précipitation moyenne;
Le : lame écoulée ; D : densité de drainage; Im : pente moyenne du
bassin versant.
Caractéristiques climatiques
 Précipitation :
Une vingtaine de stations pluviométriques ont été choisies et traitées afin
d’évaluer la précipitation moyenne à proximité de chaque ouvrage retenu.
les maximum aux ouvrages de l’Algérois (900 mm) et les minimum aux ouvrages
de Hodna (200 mm)
 Lame écoulée :
Les lames écoulées des barrages sont déduites de l’apport liquide (stations
hydrométriques) et celles des retenues collinaires et petits barrages ont été tirées
de la carte des écoulements moyens annuels sur le Nord de l’Algérie, éditée en 2005 par
l’ AHRH, la maximale à Taksept (Tizi ouzou)(431 mm) et la minimale à Lechbour
(B.B.A)(20 mm)
 Couvert Végétal
Couvert végétal des S/bassins de quelques grands ouvrages
Couvert végétal des sous bassins des barrages
N°
Ouvrage
Cv (%)
1
Beni Amrane
19.12
2
Ain zada
4.48
3
Taksebt
46.74
(1) : numéro de l’ouvrage; Cv : couvert végétal
Couvert végétal des sites des communes
Couvert végétal des sous bassins des petits barrages et retenues collinaires
N°
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
Ouvrage
Ain Zouaoua
Oued Skhouna
Freha
DAS Bourahla 1
DAS Bourahla 2
Kouanine
Naciria
ND
Boussedoum
Oued Assila
Boumerzel (I)
Boumerzel (II)
Ouled el berdi-av
bordj oukhris
Gueria
Ighil Libene
Chabet Merdja
Gominsis
Djedala
Bouchiouane
H.M'thene
Merdja
harbitia
mihab
Dra alouest
Bergoug
Ouled el berdi-am
Lechbour
El H'mada
Draouet
Oued Ouled Saber
RC Lemhari
Oued Sedd
Mechtates Sedari
chabet Mehadjer
Chabet Ain Bouaicha
Oued Anseur El Hadj
Djoueb
Chabet El Farfachia
Chabet Tatouch
Chabet Arous
Chabet Loualouia
Chabet metreg
Chabet Touhiah
B.22
Chabet Mahrouga
Chabet Sfaï
Oued Rhorb
Oued Messai
Chabet Bouhalfia
Chabet Defla
Chabet Drabine
Oued Ben Loulou
Commune
Attatba
Boumefaâ
Freha (djaballah)
Sidi Daoud
Baghlia
Naciria
Sidi Daoud
Amalou
Dirah
Ahl lakser
Ouled el berdi
bordj oukhris
bir ghbalou
Haizer
Taghzout
Djebahia
Kadiria
Ain Laloui
Ain Bessam
Ridane
Dirah
Hadjra zerga
Bouira
Ouled el berdi
Medjana
El-Achir
Tala Ifacen
Ouled Saber
Kef Lakhdar
sidi Ziane
Rébaia
El Azizia
Djoueb
Beni slimane
Sidi rabie
El Azizia
Rébaia
El Azizia
Souagui
Ouled Brahim
Bouskène
Cv (%)
64.96
7.35
36.18
33.9
33.9
16.7
32.28
33.9
0.06
2.06
0.01
0.01
8.08
3.9
17.26
19.66
19.66
16.36
20.9
46.86
3.58
9.4
3.1
2.06
1.29
31.37
8.08
8.03
1.56
7.19
3.29
3.29
3.36
3.36
8.49
1.37
2.04
22.7
22.7
6.4
6.4
6.4
6.4
9.1
9.1
2.04
1.37
1.37
2.04
8.49
28.5
28.5
5.1
L’érosion spécifique :
 L’érosion spécifique des sous bassins des barrages a été estimée à partir des
levés bathymétriques.
 L’érosion spécifique des sites des retenues collinaires a été estimée à partir de
leur capacité, vu que ces ouvrages sont complètement envasés ou ayant un taux
d’envasement assez élevé, le volume est égal à la capacité ou à un pourcentage
de cette dernière.
L’érosion spécifique moyen annuel dépasse le seuil tolérable (10 tonnes/Ha) dans
la plupart des bassins versants au droit des ouvrages retenus.
MODELISATION DE L’EROSION SPECIFIQUE
Application de la régression multiple
L’application de régression multiple entre l’érosion spécifique et les différents paramètres
hydromorphométriques et climatiques, à donnée la matrice de corrélation en tableau
suivant
Matrice des cœfficients de corrélation
Es(tonne/
S
2
2
Km .an) (Km )
Es(tonne/Km2.an)
2
S (Km )
Per (Km)
Hmax (m)
Hmin (m)
P(mm)
Le (mm)
2
D(km/km )
Im (%)
CV(%)
Per
(Km)
Hmax Hmin
(m)
(m)
P(mm)
Le D(km/
Im (%) CV (%)
(mm) km2)
1.00
-0.07
-0.10
-0.17
-0.10
0.30
0.22
0.53
0.12
0.04
1.00
0.99
0.46
-0.20
-0.21
0.10
-0.17
-0.04
0.03
1.00
0.53
-0.18
-0.21
0.14
-0.17
-0.03
0.02
1.00
0.53
-0.56
-0.05
-0.04
0.02
-0.36
1.00
-0.68
-0.63
0.02
-0.42
-0.62
1.00
0.64
0.15
0.28
0.49
1.00
0.15
0.46
0.61
1.00
0.17
-0.05
1.00
0.42
1
Où
S : superficie du bassin; Per : Périmètre du bassin;
Hmax: altitude maximale; Hmin: altitue minimale;
P: précipitation moyenne; Le : lame écoulée;
D : densité de drainage; Im : pente moyenne;
Cv : couvert végétal; Es : érosion spécifique.
Application de la méthode d’Analyse en Composantes Principales (ACP)
L’Analyse en composantes principales à permis de distinguer les groupes suivant :
C2
1
6.0
2
5.0
4.0
1
3.0
3
2
2.0
3
1.0
23
54
41 42
0.0
16
30
55
28
56
4
4
45
36 38 50
27 14 481518
17
31 53 26 13
3952 4024
2547
35 17
34
4346 49
37
51
-2
21
22 12
29 520 19
7
4
9
10
2
11
8
6
33
-1.0
-2.0
Projection des individus sur le plan C1- C2
C1
C3
6.0
33
2
5.0
4.0
3.0
3
2.0
1
37
26
1.0
3431
2
47
13 52
39 4346
40
2742
0.02449
25
1
-2
35
28
36
17
51
3817
50
53
4144
15 54
14 56
48
45
1855
16
-1.0
30
3
12
22
29
21
20
5
8
19
10
6
23
7
11
2
9
4
-2.0
Projection des individus sur le plan C1 –C3
C1
Application de la méthode des Réseaux de
neurones
Plusieurs modèles ont été établis, ci après les résultats des paramètres de
validation
Paramètres de validation des modèles testés
Modèle
Nombre de
couches
cachées
Nombre de neurones
dans la couche
cachée
Erreur sur
le bilan
MSE
R
3 variables
(P, Le, D)
1
3
-0,94
0,30
0,62
2
6
0,23
0,30
0,58
4 variables
(P, Le, D, Im)
1
4
0,17
0,10
0,58
2
8
0,67
0,24
0.44
5 variables
( P, Le, D, Im, Cv)
1
5
0,26
0,16
0,53
2
10
-0,22
0,004
0,50
Architecture du modèle choisi
 L’erreur sur le bilan et l’erreur quadratique (MSE) sont faibles, de valeur respectivement
(0,17) et (0,1).
 Le coefficient de corrélation est relativement moyen (0,58) et supérieur au coefficient
critique de la table de Fischer.
Le graphique de l’érosion spécifique simulée en fonction de l’érosion spécifique observée est
présenté ci-dessous
4500
Essim = 0.237Esobs + 1037,7
r = 0.58
4000
3500
Es simulée (tonnes/Km2)
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
2
Es observée (tonnes/Km)
Erosion simulée - Erosion observée
6000
7000
La variation de l’érosion spécifique annuelle observée et simulée est illustrée en la figure
suivante
Es observée
7000
Es simulée
Moyenne Es observée
Moyenne Es simulée
Es (tonnes/km2)
6000
5000
4000
3000
2000
1000
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
Numéro d'ouvrages
Variation de l’érosion spécifique simulée et observée
60
•Conclusion
Les résultats de la modélisation et la prévision de l’érosion spécifique annuelle obtenus
en utilisant le modèle neuronal, à partir des entrées : densité de drainage
D(km/km2), pente moyenne du bassin Im (%), précipitation moyenne P (mm) et
lame écoulée Le (mm), montrent une concordance expliquée par un coefficient de
corrélation signifiant (0,58) au vu du coefficient de corrélation critique de Fisher et
des erreurs quadratique et du bilan (0,10 et 0,17) obtenus mais restent insuffisants
pour quantifier et prédire fiablement le phénomène du transport solide. La qualité
des résultats obtenus est liée à l’effet de surface qui est mis en jeu, à l’estimation du
couvert végétal des sous bassins des retenues collinaires qui sont de petite taille, à la
taille de l’échantillon dans le modèle neuronal, à la non disponibilité des données
climatiques dans les sous bassins des petits ouvrages.
Merci pour votre attention