Modélisation Pluie – Débit : outil De Prévision Des Crues

Modélisation Pluie – Débit : outil De Prévision Des Crues

Climat du bassin versant de l’Oued Boumessaoud

Introduction

La Pluie et l‟écoulement sont les deux phénomènes hydrologiques qui ont le plus d’importance pour l’érosion des sols. Hauteur de pluie et forme des averses sont ensemble des facteurs clefs de l’érosion.Une étude climatique sur le bassin d‟étude mettra en lumière la variation spatio-temporelle des différents facteurs climatiques qui régissent le régime hydrologique du cours d‟eau, à savoir la précipitation, la température et l’évapotranspiration.

 Climat de la Tafna

Un aperçu sur le climat de l‟Algérie fait ressortir qu‟il se caractérise par des contrastes importants avec une étendue de types de climats très différents et ce en relation avec les particularités géographiques et écologiques du pays en l‟occurrence l’influence conjuguée de la mer, du relief et de l’altitude. De type méditerranéen, ce climat est caractérisé par des pluies torrentielles, irrégulières aussi bien dans l‟espace que dans le temps. Ces pluies sont nettement fréquentes en automne lorsque le couvert végétal est absent et le sol ameubli par les labours, le transport solide atteint ces valeurs maximales (Touibia, 2002 ; Achite et al, 2005 ; Arabi et al., 1989). Ces précipitations accusent une grande variabilité mensuelle et surtout annuelle.Des températures moyennes annuelles élevées, dépassant les 20°C dans le sud et plus douces le long du littoral. Ceci est lié au niveau élevé du rayonnement solaire parvenant à la région, et aux advections fréquentes de masses d‟air chaudes. Ces éléments entraînent une forte évapotranspiration.Le climat du bassin de la Tafna s‟apparente à celui de toute la région méditerranéenne de l‟Afrique du Nord, il est doux et humide. La température moyenne annuelle est d‟environ 15.5 °C en été. Les deux mois les plus chauds sont juillet et août, et ont une température moyenne de 26 °C ( Dekiche ; 1993).Le régime général des pluies est celui des zones semi-arides méditerranéennes de l‟Afrique du Nord. Il est caractérisé par des précipitations d‟hiver avec des maximas en décembre, janvier et février, et une longue période de sécheresse, pratiquement sans pluie de juin à septembre.L‟évaporation sur nappe d‟eau libre atteint la valeur moyenne annuelle de 1200 mm. Les vents sont modérés à prédominance Nord et Nord-Ouest (Khaldi,2005).

Etude des precipitations

Caractéristiques pluviométriques du bassin versant

Les données pluviométriques caractérisant notre bassin ont été recueillies au niveau de trois stations pluviométriques les plus proches de la région d‟étude.
Leurs coordonnées Lambert et leur période d‟étude sont données dans le tableau (2.1).Pour mieux cerner l’étude de la pluviométrie, nous avons retenu des séries des pluies moyennes mensuelles.Bien que la notion de la moyenne pluviométrique estompe la réalité des faits climatiques, notamment en domaine méditerranéen, sa connaissance demeure nécessaire pour aborder l’étude de l’abondance des cours d’eau et surtout la détermination du bilan moyen annuel de l’écoulement (Bouanani,2004). Elle permet également de cerner la variabilité des pluies sur de longues périodes d’observation, néanmoins, cette variabilité doit être précisée par des moyens statistiques qui permettent de lier les hauteurs précipitées à leur durée de récurrence.
D‟après le graphique de la figure (2.1), on constate une certaine homogénéité entre les valeurs des précipitations relevées au niveau des trois stations.Les caractéristiques pluviométriques de la station de Zenâta et celle d‟Hennaya sont assez proches, par contre la station de Tlemcen enregistre des valeurs légèrement supérieures ceci est due essentiellement à l‟influence de l‟altitude.Suivant le tableau (2.2) le nombre d‟années où la hauteur de pluie annuelle est supérieure à la moyenne avoisine plus ou moins 50% sur l‟ensemble des trois stations ,ce ci témoigne d‟une tendance de petites périodes relativement humides, qui s‟étalent selon la période de mesure retenue pour chacune des stations, avant l‟année 80/81 pour la station de Tlemcen et avant 91/00 pour les stations de Zenâta et d‟Hennaya.

Homogénéisation des séries pluviométriques :

Pour déterminer de façon plus ou moins précise les caractéristiques pluviométriques de notre bassin, il est indispensable d’effectuer une extension et un test d’homogénéisation pour les données pluviométriques des différentes stations entre elles. Cela est possible par la méthode de doubles masses pour vérifier l’homogénéité des totaux annuels, ensuite par la méthode de la corrélation linéaire pour reconstituer par extrapolation les données manquantes dans les stations pourvues de lacunes.L‟examen des graphiques des doubles cumuls (Fig .2.2), montre que les tracés obtenus entre les stations de Zénata et Tlemcen ainsi que ceux entre Hénnaya et Tlemcen , ne présentent aucune cassure ce qui signifie que les données de cette dernière sont fiables.En prenant la station de Tlemcen comme station de référence ,on peut considérer les stations de Zénata et d‟Hénnaya comme homogènes.

Variations spatio-temporelles des précipitations annuelles :

La variation temporelle des precipitations dans notre bassin montre une forte fluctuation de pluviometrie d’une année à l’autre. Cette variation nous permet de désigner les périodes sèches et humides dans la variation interannuelle. Pour cela, nous avons établi les diagrammes de variation des pluies annuelles (Fig.2.3).
En examinant le graphe ci-dessus,on remarque une prédominance d‟années déficitaires pour les deux stations de Tlemcen et d‟Henaya ( soit 24 et 20 années respectivement) sur une période d‟observation de 38 années , alors que la station de Zénata a connu 18 années déficitaires contre 20 années excédentaires. On note qu‟à partir de l‟année hydrologique 77/78 le nombre d‟années déficitaires s‟est accentué pour la station de Tlemcen et celle d‟Henaya, ainsi mis à part les années (1980,1990,1991,1995 et 2001) où les excédents pluviométriques ont été appréciables avoisinant ou meme dépassant 20 % la moyenne enregistrée de la série pluviométrique retenue (73/10) ; les autres années soit un nombre de 27 ont totalisé des précipitations annuelles en dessous de la moyenne. La décennie (80/90) a été la plus marquée par ce déficit avec un maximum de 193.73 mm ( 82/83) , de 168.27 mm ( 82/83) et de 169.88
mm (86/87) pour la station de Tlemcen , de Zénata et d‟Henaya respectivement.Ceci témoigne d‟une tendance de périodes sèches plus fréquentes dans la variation interannuelle qui s‟étendent de 1978 à 2010. La période humide la plus prononcée, n’a été constatée que durant la période de (1973-1977).
Ce graphique confirme bien l‟apparition et la persistance d‟une sécheresse durant les deux dernières décennies de la série .Généralement, la sécheresse a apparu sur la majorité des pays du bassin méditerranéen depuis les débuts des années 80 et a duré jusqu’à 2001 (Kettab, 2001).
Cette constatation sur l‟évolution de la pluviométrie a été confirmée par beaucoup d‟auteurs qui ont étudié le climat de la méditerranée ces dernières années. En effet la répartition de la pluie subit trois influences, celle de l’altitude, des conditions topographiques, de la longitude et enfin celle de l’éloignement à la mer (Seltzer,1946).
Bouanani(2003) a établit Une étude comparative sur le changement du régime pluviométrique dans le Nord-Ouest Algérien,en particulier le bassin de la Tafna en choisissant deux périodes bien distinctes :la première de 1913 à 1938 et la deuxième entre 1970 et 1998. Il conclut qu‟il y a eu une rupture dans la décennie 70 (réduction de la pluviométrie) pour la quasi-totalité des stations pluviométrique de cette région. Ce qui témoigne l’appartenance de notre série d‟observation (73/00) à une phase climatique sèche.

Variabilité mensuelle et saisonnière des précipitations :

La répartition mensuelle des précipitations dans l‟année et ses variations influence en grande partie l‟écoulement saisonnier, ainsi les périodes humides et sèches durant l‟année hydrologique seront facilement détectés suite à la contribution moyenne de chaque saison.
D‟après la représentation graphique de la Fig.2.4, on peut limiter deux périodes pluviométriques bien distinguées :
-Une période sèche qui correspond à la saison d‟été (juin, juillet, août), caractérisée par un déficit pluviométrique bien marqué où les précipitations ne dépassent guère 4 mm en moyenne.
-Une période humide qui correspond au reste de l‟année dans laquelle on peut constater deux saisons qui se partagent le maximum, l‟hiver où le total de pluie varie entre 177 et 143 mm, et le printemps avec des valeurs comprises entre 101 et 209 mm, selon la station. les mois les plus pluvieux sont situés au mois de Mars pour les deux stations de Tlemcen et Hennaya, par contre la station de Zenata enregistre la plus grande quantité de pluie tombée au mois de Décembre . Les mois les plus secs sont représentés par juillet et Août.
Le maximum saisonnier (Fig.2.5) se situe en hiver (161.9mm) suivi par un maximum secondaire (147.3mm) au printemps, l‟été (12.92 mm) étant la saison la plus sèche. En outre l‟automne est lui aussi relativement pluvieux avec 98.81 mm en moyenne.
Fig.2.5 / Variation saisonnière des précipitations dans le bassin de l‟Oued Boumessaoud ( 73/10).
L‟allure de la variation mensuelle et saisonnière de la pluviométrie montre une certaine homogénéité entre les trois stations.
Cependant pour mieux suivre la variabilité inter mensuelle des précipitations durant la période d‟étude, et pour mieux connaître s‟il existe une éventuelle relation entre les changements dans le régime pluviométrique des dernières décennies et la baisse de la pluviométrie d‟un mois spécifique, nous avons établis un diagramme représentant le coefficient de variation mensuel au niveau de la station de Tlemcen sur une période s‟étalant de 1973 à 2000 (Fig.2.6).
Les résultats du tableau (2.3) traduisent bien une très forte irrégularité de la variation pluviométrique d‟un mois à l‟autre avec des valeurs élevées du coefficient de variation. Tandis que les plus fortes valeurs ont été enregistrées pendant le mois d‟été pour un (Cv) variant entre 1 et 2 , cela serait certainement du à la période de sécheresse marquée des mois secs associée à l‟apparition d‟orages violents.
Tab.2.3/ moyenne ,écart type, coefficient de variation de la série pluviométrique (73/00) :Station de Tlemcen.
Selon une synthèse bibliographique il faut souligner l’importance de la sécheresse qui sévit ces dernières décennies dans notre pays et principalement dans le nord ouest. Toute fois, l‟ampleur du déficit pluviométrique de la période (74/92) et son intensification d‟est en ouest a occasionné une tendance à la sécheresse des vingt dernières années comme celle apparues durant les années 1913 et 1940 (Khaldi,2005).
Pour l’Algérie, caractérisée par un climat méditerranéen semi-aride, la saison estivale dure trois à quatre mois sur le littoral et varie entre cinq à six mois au niveau des Hautes Plaines et est supérieure a six mois au niveau de l’Atlas Saharien (Djellouli, 1990). Cette saison est typique d‟une longue période de sécheresse.
La saison pluvieuse s‟étale globalement de Septembre à Mai, suivie d’un été sec et ensoleillé (Seltzer, 1946) ; (Ghachi, 1986).

Ajustement des précipitations annuelles à une loi de probabilité

Cette partie concernera la réalisation d‟un graphique où les données pluviométriques annuelles disponibles au niveau des stations de mesures seront représentées par une loi statistique qui s‟ajuste mieux à leur distribution. La loi normale est la loi statistique la plus répandue et la plus adéquate à nos séries pluviométriques annuelles.L‟ajustement graphique des séries pluviométriques des différentes stations du bassin d‟étude pour les différentes périodes retenues (Fig.2.7), montre que la pluie s‟ajuste en général suivant une loi normale de Gauss. Cet ajustement nous permet de calculer des précipitations relatives à des récurrences données (Tab.2.4).

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Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
PROBLEMATIQUE DE L‟EROSION ET DU TRANSPORT SOLID
PRESENTATION ET OBJECTIFS DE L‟ETUDE
PREMIERE PARTIE CARACTERISTIQUES PHYSIQUES, GEOLOGIE ET FACTEURS CLIMATIQUES DU BASSIN VERSANT DE L’ OUED BOUMESSAOUD
Chapitre I CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
1.1/SITUATION GEOGRAPHIQUE
1.2/CARACTERISTIQUES PHYSIQUES
1.2.1 Surface et périmètre
1.2.2 Forme du bassin
1.2.3 Etude du relief
1.2.4 Etude du réseau hydrographique
1.2.5 Le couvert végétal
1.2.6 Conclusion
1.3/LA GEOLOGIE DU BASSIN VERSANT
1.3.1/Introduction
1.3.2/Aperçu geologique de la tafna
1.3.3/Cadre Geologique Du Bassin De L’oued Boumessaoud
1.3.4 / Série stratigraphique
1.4/ CONTEXTE HYDROGEOLOGIQUE
1.5/ CONCLUSION
Chapitre II Mémoire de Magister
INTRODUCTION
2.2/ CLIMAT DE LA TAFNA
2.3/ ETUDE DES PRECIPITATIONS
2.3.1/Caractéristiques pluviométriques du bassin versant
2.3.2 / Homogénéisation des séries pluviométriques
2.3.3/Variations spatio-temporelles des précipitations annuelles
2.3.4/Variabilité mensuelle et saisonnière des précipitations
2.3.5/ Ajustement des précipitations annuelles à une loi de probabilité
2.4/ ETUDE DU REGIME THERMIQUE
2.5 / EVAPOTRANSPIRATION ET DEFICIT D’ECOULEMENT
2.6 /CONCLUSION
DEUXIEME PARTIE HYDROLOGIE ET TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION DU BASSIN VERSANT DE L’ OUED BOUMESSAOUD
Chapitre III Modélisation Pluie – Débit : outil De Prévision Des Crues
3.1/ INTRODUCTION
3.2 / DEBITS MOYENS ANNUELS
3.2.1 / L’irrégularité interannuelle des modules
3.2.2 /Bilan moyen annuel de l’écoulement
3.3 / DEBITS MOYENS MENSUELS ET SAISONNIERS
3.4 / DISTRIBUTION DES DEBITS MOYENS JOURNALIERS
3.5 / COURBE DES DEBITS CLASSES
3.6 / ETUDE DES CRUES
3.6.1/ Genèse des crues
3.6.2 / Débits extrêmes
3.6.3 / Puissance des crues
3.6.4 /Rapport débit de pointe / débit moyen journalier maximal
3.6.5 /Analyse fréquentielle des crues maximales annuelles
3.6.6 /Résultats et interprétations
3.6.7/Apports de crues
3.7/ CONCLUSION
Chapitre IV EROSION ET TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION
4.1 / INTRODUCTION
4.2/ GENERALITE
4.2.1/Principaux Agents De l‟erosion Hydrique
4.2.2/Facteurs Intervenant Dans Le Processus d‟alteration Des Sols
4.2.3 / Formes De l‟erosion Hydrique
4.3 /QUANTIFICATION DE L’EROSION HYDRIQUE
4.3.1/ Mesures directes
4.3.2/ Formules empiriques
4.3.3 / Analyse critique
4.4 /MODES DE TRANSPORT SOLIDE
4.4.2 / Transport solide en suspension (suspended load)
4.4.1/ Transport solide par charriage (bed load)
4.5 / ESTIMATION DU TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION
4.5.1 Bilan annuel des apports
4.5.2 /Variabilite interannuelle des apports solides et liquides
4.5.3/ Variation mensuelle des apports solides
4.5.4 /Variation Saisonniere des apports solides
4.6 / CONCLUSION
TROISIEME PARTIE MODELISATION DU TRANSPORT SOLIDE DANS LE BASSIN VERSANT DE L’ OUED BOUMESSAOUD
Chapitre V  MODELISATION DU TRANSPORT SOLIDE EN SUSPENSION
5.1 / Introduction
5.2 / Correlation entre debits solides et debits liquides
5.3 / Donnees et methodologie
5.4 / Relation entre le debit solide (QS) et le debit liquide (QL) de l‟Oued Boumessaoud
5.5/ Analyse a l‟echelle annuelle
5.6/ Analyse saisonniere
5.7 /Analyse a l‟echelle mensuelle
5.7.1 / Estimation de l‟apport solide à la station de Zenata
5.8 /Relation (QS– QL ) à l‟echelle des crues
5.9 / Periodes d‟erosion actives
5.10/ Evolution de la concentration des sediments en suspension et des debits liquides durant les crues
5.9.1/ Méthodologie
5.9.2/ Application au bassin de oued boumessaoud
5.9.3 / Modèle de régression linéaire
5.11/CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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