université cheikh anta diop de dakar - Physio-Géo

Physio-Géo - Géographie Physique et Environnement, 2012, volume VI, résumés
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APPROCHE PAR MODÉLISATION PLUIE-DÉBIT DE LA
CONNAISSANCE RÉGIONALE DE LA RESSOURCE EN EAU :
APPLICATION AU HAUT BASSIN DU FLEUVE SÉNÉGAL
THÈSE DE DOCTORAT EN HYDROLOGIE CONTINENTALE
SOUTENUE EN 2011 À L'UNIVERSITÉ CHEIKH ANTA DIOP DE DAKAR
Ansoumana BODIAN (1)
(1) : Division Hydrologie - DGPRE, BP 14 484, DAKAR, SÉNÉGAL.
Courriel : [email protected]
RÉSUMÉ
De nos jours, la gestion des ressources en eau est un besoin qui s'exprime à tous les
niveaux (local, régional, national, international) du fait des conséquences souvent dramatiques
d'une pénurie en eau sur le plan humain, économique et politique. Cependant on ne peut bien
gérer une ressource que quand elle est connue. Malheureusement les dernières décennies ont
vu une réduction considérable des capacités nationales des pays qui se partagent le bassin du
fleuve Sénégal, d'assurer le suivi hydrologique du fleuve et de ses affluents et de produire une
information de qualité adaptée aux besoins des utilisateurs. Ainsi la connaissance de la
ressource en eau et de ses variations saisonnières au niveau du haut bassin, de manière
générale, et dans la partie guinéenne du bassin, en particulier, présente des faiblesses à cause
des séries de données hydrologiques tronquées ou manquantes. Les chroniques de débit sont
souvent lacunaires, discontinues, de courte durée et en conséquence sont difficilement
exploitables pour une analyse hydrologique fiable.
Dans ce contexte, l'objectif principal de cette étude est de reconstituer les données
hydrométriques, surtout dans la partie guinéenne du bassin (ce pays vient de rejoindre
l'OMVS en 2006, mais avec des données hydrométriques fragmentaires), en utilisant le
modèle GR2M. Cela permet de disposer de séries chronologiques de débits assez longues
pour une meilleure estimation des ressources en eau et de leur fluctuation temporelle. À cette
fin, on a procédé dans un premier temps à une caractérisation physiographique, puis
pluviométrique, du haut bassin. Ensuite, une modélisation hydrologique a permis de réaliser
le calage/validation des bassins, grâce au modèle hydrologique GR2M, sur une période de
référence.
Enfin, nous avons évalué les impacts potentiels d'un changement climatique sur
l'évolution des ressources en eau du haut bassin, en utilisant les sorties de quatre modèles
climatiques (CSMK3, HADCM3, MPEH5 et NCPCM) issues du dernier rapport de IPCC
2007, sous influence du scénario SRES A2. La caractérisation du régime pluviométrique est
basée sur une analyse statistique des pluies annuelles, mensuelles et journalières ; ensuite, une
spatialisation des résultats des analyses statistiques a été effectuée. Ces cartes offrent un
support de visualisation et de synthèse. Elles permettent de quitter la vision réduite à un point
pour une vision globale de la pluie à l'échelle de la zone étudiée. Le calage/validation croisée
du modèle a permis de choisir les paramètres qui traduisent le mieux la transformation de la
pluie en débit. Une fois ces jeux de paramètres choisis pour chaque bassin, cette version du
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modèle a été appliquée sur l'ensemble de la série pour simuler les écoulements. Cette
opération a permis d'étendre les séries de débits mensuels de trois bassins (Bafing Makana,
Dakka Saidou et Sokotoro) de 1923 à 2005. Globalement, le modèle reproduit d'une manière
satisfaisante la forme des hydrogrammes observés. Les débits de pointe calculés sont bien
situés dans le temps, même s'ils sont parfois sous-estimés (particulièrement pour le bassin de
Bafing Makana pour la période allant de 1981 à 1985) ou surestimés. Les étiages, par contre,
sont parfaitement reconstitués et on observe une bonne superposition des hydrogrammes des
débits observés et calculés. En raison de la variété des bassins (taille, physiographie, états de
surface et caractéristiques des sols), qui leur donne une sensibilité différente aux différents
termes du climat, les impacts d'un potentiel changement climatique sont variables d'un bassin
à l'autre. Ainsi, par rapport aux données observées, les scénarios utilisés prévoient sur nos
bassins des variations d'écoulement moyen annuel qui dépendent étroitement des prévisions
de précipitation de chaque modèle climatique.
MOTS-CLÉS : haut bassin, fleuve Sénégal, modélisation pluie-débit, ressource en eau,
modèle climatique, OMVS, Sénégal.
ABSTRACT
Today water resources management is crucial at various scales (local, regional, national
and international). This management is encouraged by the extreme hydrological events
(droughts or floods) that can have dramatic consequences on human, economic and political
aspects. Appropriately managing a resource requires its evaluation. However, over the last
years, there was a tremendous decrease in hydrological monitoring capacities in the riverine
countries of the Senegal River to produce sufficiently good information to meet end-users
requirements on the main river and its tributaries. Thus there are some gaps in the knowledge
of water resources and its seasonal variations in the upper Guinean basin due to discontinuous
observation series.
In this context, the main objective of this thesis was to simulate missing hydrological data
using the GR2M model, especially in the upper Guinean basin. To this end, a physiographic
and climatic characterization of the upper basin was performed. The pluviometric regime was
characterized using a statistical analysis of annual, monthly and daily rainfall, with a spatial
analysis of results. The produced maps provide a visualisation and synthesis tool, not only at
the local scale but at the scale of the studied zone. Then the GR2M hydrological model was
calibrated and validated on a reference period, which served for infilling gaps in monthly flow
time series for the Bafing Makana, Dakka Saïdou and Sokotoro catchments over the 19232005 period. On average, the model satisfactorily reproduces the shape of the observed
hydrographs.
Last, we evaluated the potential impacts of climate change on the evolution of water
resources on the upper basin using the outputs of four climate models (CSMK3, HADCM3,
MPEH5 and NCPCM) from the 2007 IPPC runs based on the A2 SRES scenario. The impacts
of climate change on flows differ between catchments due to different sensitivities to the
various climatic variables. On the Bafing Makana catchment, an increase of flow is predicted
by the year 2030 with then a decrease by the years 2060 and 2090 when using the CSMK3
and HADCM3 models. A continuous decrease is predicted until 2090 when using the MPEF5
model. Only low variations are predicted with the NCPCM model. At the Dakka Saidou
station, the four models yield a decrease of flows for the three time horizons (2030, 2060 and
2090). The Sokotoro catchment is different from the two previous ones. On this catchment, an
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increase of flow is predicted when using the outputs of the CSMK3, HADCM3 and NCPCM
models by the years 2030 and 2060. A decrease in predicted flows is obtained only with the
MPEH5 model by the year 2060. For this catchment, a decrease of flows is simulated by the
year 2090 compared to 2030 and 2060 when using the CSMK5, HADCM3 and MPEH5
models. A comparison of the annual variability of the outputs of the climate models shows
that it is similar for the CSMK3, HADCM3 and MPEH5 models on the three catchments.
They yield a progressive decrease in flows between 2030 and 2090. The NCPCM model is
different and yields a progressive increase of flows between 2030 and 2090 for the three
catchments. This model shows the lowest variability but is also the most optimistic in terms of
future flows on the upper basin.
KEY-WORDS: upper basin, Senegal River, rainfall-runoff modelling, water resources,
climate model, OMVS, Senegal.