LA MODELISATION HYDROLOGIQUE

L’ORGANISATION DU RAPPORT

Ce rapport de projet de fin d’etude s’organise en 3 chapitres. Après une présentation du service d’accueil (ABHT), le première chapitre est une synthèse bibliographique des processus de genèse des crues, et différentes modèles existants (modèles pluie-débit et débit-débit) en présentant brièvement les quelques équations et notions sur lesquelles reposent ces dernières avec une présentation détaillée du modèle de Muskingum. Le deuxième chapitre s’attache a la caracterisation de zone d’etude par une analyse hydrologique à partir des données disponibles à l’ABHT pour comprendre le comportement de bassin du N’fis lors d’un evenement pluvieux. Le troisième chapitre sera consacre a l’application du modèle de Muskingum sur le bassin versant du N’fis. Pour valider notre modele on comparera les debits simules par routage aux debits observés mesurés à des stations hydrométriques, puis on exploitera les résultats pour la gestion de la retenue du barrage Wirgane. Enfin, nous présenterons les conclusions et les perspectives que nous tirons de ce travail.

PRESENTATION DE SERVICE D’ACCUEIL

Instaurée par le décret n° 2-00-479 du 14 novembre 2000 et, en application de l’article 20 de la loi 10/95 sur l’eau, l’agence du bassin hydraulique du Tensift est administree par un conseil d’administration compose de tous les acteurs de l’eau : élus, associations professionnelles, groupements d’usagers, industriels, agriculteurs, etablissements publics et departements ministériel, qui décident ensemble des plans, des programmes et projets de développement des ressources en eau concernant son bassin hydrographique. Elle est opérationnelle depuis le 8 avril 2002. L’agence de bassin hydraulique du Tensift a pour mission d’evaluer, de planifier, de developper et de gerer les ressources en eau au niveau de sa zone d’action. La zone d’action de l’agence correspond au bassin hydraulique du Tensift ( Figure i.1) et s´étend sur une superficie de 24.800 km². Le cadre géographique est très varié et renferme six grand ensembles naturels : la plaine de bahira-Gantour, la chaîne des jebilets, le Haouz de Marrakech, le bassin d´Essaouira-Chichaoua, l´ancien massif du Haut atlas et enfin le haut atlas occidental. Le climat aride et semi aride est l´élément qui donne le plus d´homogénéité à la région.

Théorie des aires contributives saturées «Dès 1960, Cappus (1960) a évoqué des phénomènes de genèse de crue bien différents de ceux de Horton. Il parle d’un ruissellement provoque par la totalite de la pluie tombant sur un sol sature ou impermeable, dont l’etendue varie avec le niveau de la nappe phréatique. Le bassin étudié était un bassin du Massif Central agricole et pastoral soumis à un climat tempéré. Reprenant cette idée, (Hewlett, 1961) mentionne la notion de « surfaces contributives », qui sera reprise par (Hewlett & Hibbert (1967) en precisant l’idee que les écoulements sub-surfaciques peuvent générer des contributions signifiantes dans les hydrogrammes de crue et non pas seulement le ruissellement surfacique, suite à des expériences réalisés aux USA. Depuis cette théorie a fait son chemin (Dunne, 1983). On parle aujourd’hui d’aires contributives saturees sur lesquelles le ruissellement apparaît par refus d’infiltration d’un sol sature (depassement d’un seuil de saturation) car la totalité de la porosité est déjà occupee par de l’eau (Fig. I.2). La nappe affleure alors la surface du sol. On parle de « saturation du sol par dessous ». Estupina-Borrell, (2004)

La lame d’eau du cours d’eau est soumise a des pertes par transmission et au processus d’evaporation Weill,(2007). Les pertes par transmission representent un volume d’eau qui s’infiltre dans le lit du cours d’eau et dans les berges. Les pertes sont plus ou moins importantes selon la nature du lit de riviere. Elles contribuent soit a l’alimentation des aquiferes, soit a l’alimentation de zones non saturees adjacentes. «L’evaporation le long du réseau hydrographique est fonction de la demande évaporatoire, de la longueur et de la largeur du cours d’eau»Weill ( 2007). D’autres phenomenes peuvent etre ajoutés à ces écoulements et modifier ainsi les conditions de production du ruissellement. Globalement on peut dire que la genèse des crues est résulte d’une combinaison des processus beaucoup plus complexes qui restent mal connus malgre tous les efforts effectués.

LA MODELISATION HYDROLOGIQUE

Cette partie du chapitre I s’appuie sur les revues bibliographiques tres riches de Musy (1998), Ambroise (1999), Serhir (2005), Moussu (2007) et Mouehi (2007). La première partie de ce chapitre est consacrée à représenter une revue bibliographique qui nous permet de comprendre les processus de redistribution de l’eau de pluie lorsqu’elle atteint le sol. Nous proposons aussi un aperçu bibliographique concernant la modélisation de ces processus c’est-a-dire les différents modèles existent (pluie-débit et débit-débit). Les méthodes de calage ne seront pas abordés dans ce chapitre. «La modélisation consiste à mettre un processus en équation. La modélisation hydrologique revient a la traduction mathematique du cycle de l’eau : ses réservoirs et processus doivent etre conceptualises et simplifies sous forme d’equations. Les objectifs de la modélisation hydrologique sont multiples : prévisions (crues, sécheresses, gestion de l’irrigation d’ouvrages hydroelectriques, recharge d’aquiferes) ou simulations de scenario (changement climatique amenagement de bassins d’un point de vue qualite ou quantite d’eau)≫ Musy, (1998).

Présentation bibliographique du mode de fonctionnement des différentsmodèles de transfert Notre recherche bibliographique de cette partie s’appuie sur celles de Seghir (2005). Musy (1998) et de Mouehi (2007). Les méthodes de calcul de propagation en cours d’eau servent à déterminer les niveaux d’eau et les débits le long d’un système fluvial, lorsque l’écoulement se propage dans le système sous forme d’une onde de crue. ≪L’ecoulement à surface libre des eaux observé dans les rivières est régi par le système d’équations différentielles non linéaires de Barré de Saint Venant, comprenant une équation de conservation et une équation dynamique. Les conditions habituelles de l’hydrologie permettent souvent de reformuler en les simplifiant ces équations d’hydraulique, en cherchant notamment à les linéaires. Ce sont en général ces modèles plus ou moins simplifiés qui sont mis en oeuvre dans les schemas de « routage » des modeles hydrologiques. La theorie de l’onde cinématique, par exemple, est une approximation linéaire du premier ordre du système de Saint Venant».Mouehi (2007)

Les ondes de crue subissent des modifications au cours de leur déplacement vers l’aval. On procède, en fait, au calcul de propagation hydraulique afin d’évaluer le temps de déplacement de l’onde de crue ainsi que les modifications et l’atténuation qu’elle subit en tenant compte des effets de la vitesse de l’onde, de l’emmagasinement et du frottement dans le cours d’eau. Seghir (2005), a dit qu’il existe des méthodes hydrauliques et hydrologiques et toutes les deux exigent deux équations. Les méthodes hydrauliques reposent sur l’équation de continuité et l’équation de quantité de mouvement en canal à surface libre. Les méthodes hydrologiques font appel à l’équation de continuité et à la relation empirique : « emmagasinement – écoulement ». Le choix d’une méthode dépend des caractéristiques du cours d’eau, de la précision exigée, des données disponibles.

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Table des matières

Remerciements
RESUME
ABSTRACT
Liste des figures
Liste des tableaux
Sommaire
INTRODUCTION
1) L’objectif du projet
2) Pourquoi travailler sur le bassin versant du N’fis
3) L’organisation du rapport
4) Présentation de service d’accueil
Chapitre I :PROCESSUS DE GENESE ET DE PROPAGATION DES CRUES ET LEURS MODELISATIONS
I- Les processus de genèse et de propagation des crues
1-Théorie de Horton à propos du ruissellement
2-Théorie des aires contributives saturées
II- LA MODELISATION HYDROLOGIQUE
1)Modèles pluie-débit
2) Modèles débit-débit
CHAPITRE II : ZONE DE ETUDE ET DONNES DISPONNIBLES
I-Presentation du zone d’etude : le bassin de l’oued N’fis
1) Localisation géographique
2 ) Géologie générale et lithologie
3) Le climat et végétation
4) Réseau hydrographique
II-Analyse hydrologique
1) Précipitations
2) Débits de crues
CHAPITRE III : CALAGE DUMODELE DE MUSKINGUM SUR LE BASSIN DU NFIS ET L’APPORT DE CELUI-CI SUR LA GESTION DU BARRAGE DE WIRGANE
I- Calage de modèle
1) Méthodologie utilisée dans ce projet
2) Calage du modèle et ses critères d’évaluation.
3) Validation du modèle
4) Commentaire sur les résultats de la validation
II – L’apport du modele cale A la gestion du barrage Wirgane.
1) Présentation de barrage Wirgane
2) Démarches
CONCLUSION ET PRESPECTIVES
ANNEXES