Modélisation de la structure de dépendance hauteur—durée d'événements pluvieux par la copule de Gumbel

Résumé

L'objet de cet article est la mise en évidence de la structure de dépendance de deux variables hydrologiques: la hauteur (ou volume) de pluie et sa durée. La dépendance est prospectée par chi plot et Kendall (K) plot, et mesurée grâce à deux coefficients de corrélation de rang: le τ de Kendall et le ρ de Spearman. La distribution conjointe du couple hauteur de pluie—durée est construite à l'aide de la copule de Gumbel. Les durées sont ajustées par la loi GEV et les hauteurs de pluie par la loi de Burr XII étendue à trois paramètres. Pour l'adéquation des lois marginales, le test d'Anderson-Darling a été utilisé. L'identification de la copule parmi trois modèles courants (Gumbel, Frank et Clayton) est réalisée par: (a) la comparaison entre les versions empiriques des fonctions K, J, M, L et R et leurs versions théoriques, et (b) le test du χ² bidimensionnel. Cette approche par les copules a permis la reconstitution par simulation de l'échantillon hauteur de pluie—durée d'événements pluvieux à la station du lac collinaire Saddine 1 (35°48′06″N; 9°04′09″E).     

La détermination du climat de la radiation par la mesure de la durée de l'insolation

Résumé Après avoir précisé les conditions dans lesquelles les mesures de la radiation solaire directe, de la radiation globale, de la radiation du ciel et de la durée d'insolation sont effectuées au Service du Rayonnement, à Uccle, une étude du climat solaire est présentée. On montre sous quelle forme on peut calculer l'énergie du rayonnement solaire direct à partir de la durée d'insolation. On détermine ensuite la radiation globale pour toutes les conditions d'insolation. Les nouvelles formules proposées permettent de fixer les limites de validité des formules classiques.

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Summary The conditions for the measurement of the intensity of the solar and sky radiation and the sunshine by the Department of Radiation at Uccle are given. A study of the radiation climate is presented. In connection with a determination of the sunshine, a comparison of observationnal results is made with that calculated from new formulas. The intensity of direct solar radiation and of total solar and sky radiation on a horizontal surface is known by a computation. The limitations of the classical formulas are given.

     

Analyse statistique des séquences sèches dans un bassin du nord de la Tunisie / Statistical analysis of dry events in a northern Tunisian basin

Abstract

A comparative statistical study of dry events during the rainy season is presented. In particular, we carried out statistical processing of the daily records of raingauges in the downstream basin of Lake Ichkeul, in the north of Tunisia. The climate is characterized by a rainy season lasting from the autumn until spring. The Poisson distribution was applied to describe the number of rainfall events, and negative binomial distribution was applied for the length of the dry events, in the rainy season. Since rainfall events are shorter, their duration follows a geometrical distribution, as theoretically required. For planning purposes, the longest seasonal dry spells associated with the various statistical recurrence periods are derived on the basis of the fitted GEV functions. A hydrological year starts at the beginning of the first rainfall event of a given season. The length of hydrological year is determined by the time interval between the start dates of two subsequent rainy seasons. The beginning of the hydrological year occurs on average toward mid-September, but the probability of it occurring before 15 September exceeds 40%. Spatial analysis of dry events is also done. A significant fraction of the dry events occurred for at least two stations simultaneously. Furthermore, 4.5% of the dry events have been observed at all three stations. The analysis of the dry events gives an alternative method to examine the dry spell phenomenon.     

Effet auto-épurateur de la lithologie des affleurements géologiques dans un climat semi-aride: cas du bassin versant de l'Oued Mellègue (Nord-Ouest de la Tunisie)

Résumé

Le Nord-Ouest de la Tunisie renferme plus que 81% des eaux de surface et 95% des mines et gîtes miniers. Le bassin versant de l'Oued Mellègue, situé dans cette zone, englobe 13 mines de plomb, zinc, fer, strontium, fluor, barium et phosphates. L'impact des rejets de ces mines sur les eaux de surface a été apprécié grâce à plusieurs compagnes d’échantillonnage. Les résultats d'analyse par ICP/MS de ces échantillons montrent qu'ils renferment des quantités non négligeables d'Al, As, B, Ba, Br, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Sr, U et de Zn. L'analyse des ces éléments dans les eaux du Mellègue, de ses affluents et dans la retenue de Nebeur montre que leurs concentrations sont inférieures aux normes d'eau potable. Ce comportement pourrait être dû à la nature des affleurements géologiques formés par des carbonates des argiles et des évaporites, à l'absence de cours d'eau drainant directement les rejets, à la formation de minéraux secondaires caractérisés par une importante rétention des métaux et à l’étendue des bassins versants non pollués.     

Modélisation directe et inverse de l'écoulement souterrain dans les milieux poreux

Résumé

Le présent article montre l'intérêt des simulations mathématiques dans la compréhension des aquifères complexes et hétérogènes. Le réservoir côtier du Maroc occidental est un exemple qui traduit une répartition spatiale des corps perméables et imperméables, d'où la nécessité d'approfondir la connaissance de son fonctionnement hydrogéologique en termes de modélisation numérique. Le modèle hydrodynamique proposé repose sur la résolution du problème direct et inverse. La simulation de l'écoulement (problème direct) en régime permanent a montré la persistance de grands écarts entre la piézométrie mesurée et calculée. Cette anomalie de calage est expliquée principalement par le caractère hétérogène et fissuré, incompatible avec la dérivation de l'équation de diffusivité qui présuppose un milieu continu et un régime laminaire plutôt que turbulent. Deux cartes principales ont été obtenues: (a) une carte des polygones de la conductivité hydraulique dont les valeurs varient entre 50 × 10^?4 et 80 × 10^?4 m/s; et (b) une carte des polygones de recharge avec des valeurs comprises entre 4.5 × 10^?9 et 5 × 10^?14 m/s. Le calage du modèle d'écoulement recherché dans la résolution du problème inverse consiste à identifier les paramètres de l'aquifère à partir de la piézométrie connue. Le code d'inversion PEST (Parameter ESTimation) a été utilisé pour créer des cartes montrant des polygones de la conductivité hydraulique et de la recharge avec des valeurs très similaires aux résultats du modèle conceptuel.     

Contribution de la gravimétrie à l'étude de la structure de la plaine de Mornag (nord est de la Tunisie): implications hydrogéologiques

Résumé

Cette étude est basée sur l'analyse des données gravimétriques; elle a pour but d'améliorer la connaissance de la structure de la plaine de Mornag. La carte de l'anomalie résiduelle a d'abord été calculée à partir de la carte de l'anomalie de Bouguer en enlevant un gradient régional. La résiduelle calculée fournit des informations sur la variation de la densité dans le bassin de Mornag. Afin de mettre en évidence les différentes structures dans le bassin, nous avons calculé la magnitude du gradient horizontal (MGH). Cette technique a permis de déterminer des linéaments gravimétriques représentant l'emplacement des contrastes de densité, et de déduire une carte structurale de la zone d'étude. Cette carte constitue un document très utile pour orienter l'exploration des ressources en eau dans la plaine de Mornag.

Citation Farhat, B., Benassi, R., Jallouli, C. & Ben Mammou, A. (2010) Contribution de la gravimétrie à l'étude de la structure de la plaine de Mornag (nord est de la Tunisie): implications hydrogéologiques. Hydrol. Sci. J. 55(8), 1396–1404.     

Modélisation des écoulements de l'oued Miliane par le modèle CEQUEAU

Résumé

Cette étude présente l'application du modèle déterministe de simulations hydrologiques CEQUEAU pour la reconstitution des débits moyens journaliers et mensuels de quatre stations hydrométriques du bassin versant de l'oued Miliane (Tunisie) ainsi que les niveaux moyens journaliers dans le barrage Bir Mcherga. Le modèle a été calibré avec les données de trois années d'observation (de 1972/73 à 1974/75). Durant cette période, les débits moyens journaliers sont reconstitués avec des coefficients de Nash variant de 0.88 à 0,97 et des écarts relatifs qui varient entre ?2.3% et ?4.7%. Pour les débits de pointe les biais sont plus élevés. L'analyse des séries résiduelles a montré que les résidus sont homogènes et temporellement dépendants mais les résidus des différents stations sont indépendants. Durant la période de validation (de 1975/76 à 1976/77), les coefficients de corrélation et de Nash se sont dégradés pour les deux stations restées en fonctionnement (0.71 et 0.89). Les biais obtenus varient entre ?3.7% et +5.5%.     

Réponse hydrologique d’un bassin semi-aride aux événements pluviométriques et aménagements de versant (bassin du Merguellil,Tunisie centrale)

RÉSUMÉ

L’influence cumulée des aménagements de versants sur les écoulements en zones semi-arides demeure peu étudiée et comprise à l’échelle de grands bassins versants. En Tunisie centrale, nous étudions les variations de la réponse hydrologique du bassin du Merguellil à l’échelle annuelle et pour 114 événements entre 1989 et 2010. Sur cette période, les aménagements de conservation des eaux et des sols ont progressivement drainé de 5% à 30% des surfaces du bassin. L’analyse statistique révèle la forte variabilité des pluies et des débits annuels, mais ne distingue aucune tendance déficitaire. L’approche événementielle démontre que les variations des écoulements annuels sont liées aux apports générés par un nombre très limité (cinq à six par an en moyenne) d’épisodes pluvieux supérieurs à 15 mm. Le nombre très variable de ces évènements ainsi que les écarts importants observés sur leur coefficient de ruissellement (K_R) respectif sont déterminants sur les apports annuels. Pour les événements de plus de 60 mm, les différences d’intensités pluviométriques, de couvert végétal et d’humidité du sol réduisent le ruissellement jusqu’à 80%. Toutefois, les K_R d’averses de moins de 40 mm, sur des sols au couvert végétal et d’humidité semblables, ont également diminué de 45% après l’extension des aménagements de CES à la fin des années 1990.     

Intégration de données satellitaires à la modélisation hydrologique du Mont Liban

Résumé

Vu le manque de mesures in situ, il est difficile d'estimer le volume d'eau stocké sous forme de neige sur le Mont Liban et encore plus de prévoir avec quelle rapidité ce volume d'eau sera disponible. C'est là que la télédétection peut aider la modélisation hydrologique. Ainsi, il serait possible de mettre à jour la distribution spatiale de l'équivalent en eau de la neige sèche à partir d'images RADARSAT-1. L'approche a été testée à l'hiver 2001. Les résultats obtenus portent à croire que l'algorithme serait susceptible de s'appliquer au couvert neigeux méditerranéen. Toutefois, une certaine prudence s'impose car le nombre de sites de mesures était limité. Durant la période de fonte et par temps clair, les données des capteurs opérant dans la partie réfléchie du spectre, comme le capteur VEGETATION, peuvent être utilisées pour suivre la limite inférieure du couvert de neige en montagne. L'étendue de la couverture de neige simulée par un modèle hydrologique, comme HYDROTEL, peut alors être validée et mise à jour. L'intégration des données de télédétection dans la modélisation pourrait donc permettre de suivre la quantité de neige au sol. Toutefois, l'ajout de stations météorologiques automatiques bien instrumentées, semble nécessaire.     

Génération stochastique d'averses et de leurs index d'érosivité pour la simulation de la dynamique érosive en Tunisie centrale

Résumé

Le modèle proposé est un générateur stochastique d'averses couplé à un modèle empirique de calcul de leurs érosivités, calé à une série pluviographique de 15 ans d'observations. Notre objectif est de développer une démarche probabiliste, qui permettrait d'étudier les conséquences érosives des pluies dans le temps, en cumulant l'érosivité consécutive des pluies simulées durant plusieurs années, supposée proportionnelle à la dégradation des sols, ou au transport solide en suspension sur la même période. Cette génération peut en effet se faire sur plusieurs années calendaires, et nous permettrait de ce fait d'éviter d'être limité par la taille des échantillons. L'ensemble pouvant être utilisé en mode opérationnel, pour reconstituer de très longus séries d'épisodes pluvieux dans l'objectif d'étudier le cumul de leur érosivité dans le temps. Cette démarche ne contredit pas les approches expérimentales, qui ont une réalité concrète de terrain, bien au contraire elle les conforte et permet d'avancer davantage dans la réflexion posée par la problématique de l'érosion hydrique.     

L'analogie des moyennes mensuelles du niveau de la Méditerranée

Résumé Dans l'article est examinée la question de l'analogie du niveau moyen mensuel de la mer pour un nombre de stations marégraphiques sur les côtes italiennes ct françaises de la Méditerranean. On peut constater que la variation de la quantité de l'eau dans la mer est le facteur principal à ce rapport, mais qu'on doit aussi tenir compte de la distance reciproque entre les stations, de l'influence de la force de Coriolis et de l'effet des éléments météorologiques.

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Summary In the paper it is studied the question of the analogy between the average monthly sea-levels for a few tide gauge stations on the Italian and French coasts of the Mediterranean. It could be established that the variation of the water amount in the sea is the principal factor in this regard, but that the distance between the stations, the influence of the Coriolis force and the effect of meteorological elements must be considered, too.

     

Etude de la dynamique sédimentaire dans le bassin versant de l'Oued Bellah (Algérie)

Abstract

Suspended sediment dynamics influenced by rainstorms and factors controlling changes in suspended sediment concentrations, were investigated during hydrological events in a small scale, since small agricultural drainage basins can be considered as one of the most important sediment sources. Suspended sediment concentrations were measured during discharge waves in the years 1987–1990, 1992, 2000 and 2001. Positive and anti-clockwise hysteresis was observed at Rybárik basin. A procedure of isolating factors controlling suspended sediment concentrations and dynamics has given a more realistic view on production and transport of suspended sediment. It is confirmed that spatial and temporal variability of sediment availability and suspended sediment dilution by the baseflow, mainly in the case of two or more waves immediately following one after another, significantly control suspended sediment concentrations and dynamics.     

Vecteur de la pollution metallique du bassin versant de l’Oued El Bey vers le Golfe de Tunis (Tunisie)

Résumé

L’Oued El Bey, qui draine 60% de la charge polluante hydrique de plusieurs agglomérations urbaines du Nord-Est de la Tunisie, est un exemple représentatif du transfert des métaux lourds résultant de l’activité industrielle et urbaine. Il fournit une indication sur le devenir et la répartition des métaux lourds dans le Golfe de Tunis. Dans la fraction dissoute, Cd, Pb, Co et Hg ne sont pas détectés mais Zn varie entre 0,01 et 0,07 μg/L. Les concentrations du Mn, Zn, As, Ni, Pb, Cu et du Cd sont très élevées dans la fraction particulaire par rapport à la fraction dissoute, avec un coefficient de partage Kd de l’ordre de 10⁶, ainsi que dans les sédiments du lit de l’oued pour Pb et Zn. La pollution par les métaux la plus élevé de l’Oued El Bey a été trouvée pour Zn, Pb et Cu: les concentrations variaient respectivement entre 1698,9 et 14575, de 0 à 2153,7 et de 0 à 3431,8 μg/g. La variation spatiale des teneurs en métaux lourds confirme l’effet des eaux usées rejetées dans l’Oued El Bey. Les teneurs de ces métaux lourds dans les trois phases dissoute, particulaire (MES) et sédiments confirment que la MES constitue le vecteur de transport principal via la Sebkha Soliman vers le golfe. L’examen des rapports des différents éléments (Pb, Cu et Cd) par rapport au Zn dans les sédiments de l’oued montre une augmentation au niveau de la confluence de l’Oued El Bey et de son affluent l’Oued El Meleh, ce qui signifie que les apports sédimentaires de cet affluent contrôlent la signatutue chimique des sédiments de l’Oued El Bey.

Editeur Z.W. Kundzewicz; Editeur associé B. Touaibia

Citation Khadhar, S., Mlayah, A., Chekirben, A., Charef, A., Methammam, M., Nouha, S., et Khemais, Z., 2013. Bassin versant Oued El Bey: vecteur de transport de la pollution métallique vers le Golfe de Tunis (Tunisie). Hydrological Sciences Journal, 58 (8), 1803–1812.     

Prospection géophysique pour la recherche d’eau souterraine dans le Nord-Ouest de la Tunisie

RÉSUMÉ

Des sondages électriques verticaux, des enregistrements diagraphiques et des données de forages sont utilisés pour identifier et caractériser les aquifères de la région de Bou Salem (Nord-Ouest de la Tunisie). Les données de résistivité apparente mesurées à chaque sondage électrique vertical pour les différentes distances AB sont interprétées unidimensionnellement. Les enregistrements diagraphiques ont permis la restitution précise des colonnes lithologiques des forages préexistants et par conséquent l’étalonnage des sondages électriques. L’analyse et l’interprétation des données révèlent que les alluvions quaternaires perméables se limitent aux zones proximales des oueds Kasseb et Bouhertma. Cette distribution est contrôlée par les mécanismes de sédimentation dans les plaines d’inondation et par la réactivation des accidents N–S en failles normales durant le Quaternaire récent. Il ressort aussi que les calcaires éocènes et crétacés correspondant au substratum des alluvions quaternaires et caractérisés par des fortes résistivités peuvent constituer d’intéressants aquifères.     

Runoff reduction by forest growth in Hiji River basin,Japan / Diminution de l'écoulement causée par la croissance forestière dans le bassin versant du Fleuve Hiji,Japon

Abstract

Forest growth unfavourably reduces low flows and annual runoff in a basin in Japan. Annual precipitation and runoff of the watershed are summarized from observed daily rainfall and discharge, and annual evapotranspiration is estimated from the annual water balance. The water balance analysis shows obvious trends: reduced annual runoff and increased evapotranspiration over a 36-year period when forest growth increased the leaf area index. Between two periods, 1960–1969 and 1983–1992, mean annual runoff decreased 11%, from 1258 to 1118 mm, due to a 37% increase in evapotranspiration (precipitation minus runoff) from 464 to 637 mm. This increase in evapotranspiration cannot be attributed to changed evaporative demand, based on climatic variability over the 36-year period of record. Flow duration curves show reduced flows in response to forest growth. In particular, they suggest stronger absolute changes for higher flows but stronger proportional changes for medium and lower flows. A distributed model is applied to simulate the influences of five scenarios based on a 30% change in leaf area index and 5% change in soil storage capacity. From the simulation results, canopy growth appears to contribute much more to flow reduction than changes in soil storage capacity.     

Apport de la gravimétrie à l’étude des structures effondrées du Nord-Est de la Tunisie: implications hydrogéologiques

Résumé

Cette étude basée sur l’analyse des données gravimétriques a pour but d’améliorer la connaissance des structures effondrées du Nord-Est de la Tunisie. La carte de l’anomalie résiduelle a d’abord été calculée à partir de la carte de l’anomalie de Bouguer en enlevant un gradient régional. La résiduelle calculée fournit des informations sur la variation de la densité dans les bassins sédimentaires de l’Oued Chafrou-Khlidia, de Mornag et de Grombalia. Afin de mettre en évidence les différentes structures géologiques (failles, bassins, etc.) dans le secteur d’étude, différentes techniques (gradient vertical, gradient horizontal, prolongement vers le haut, déconvolution d’Euler) ont été appliquées à la carte gravimétrique des structures effondrées du Nord-Est de la Tunisie. Les résultats obtenus ont permis de dresser une carte structurale présentant le système de failles responsable de la structuration de la zone d’étude. Cette carte constitue un document très utile pour orienter les recherches hydrogéologiques futures qui seront menées dans ces plaines.

Editeur Z.W. Kundzewicz

Citation Ouerghi, S., Rebai, N., Gabtni, H., Farhat, B., et Bouaziz, S., 2013. Apport de la gravimétrie à l’étude des structures effondrées du Nord-Est de la Tunisie: implications hydrogéologiques. Hydrological Sciences Journal, 58 (6), 1361–1373.     

Dynamique et modélisation des crues dans le bassin du Mono à Nangbéto (Togo/Bénin)

Résumé

Les inondations des dernières années en Afrique de l’Ouest rendent nécessaire la prévision hydrologique pour réduire la vulnérabilité des populations. Nous avons étudié la dynamique des crues dans le bassin du Mono en amont du barrage de Nangbéto (Togo et Bénin) par des méthodes statistiques et déterministes. L’augmentation des précipitations au cours de la décennie 1990 et la mise en eau du barrage de Nangbéto en 1988 ont modifié le régime du Mono, dont les débits d’étiages ont augmenté. Les débits entrants et sortants du barrage sont équivalents, même lors des crues. Les maximums annuels des débits entrants peuvent être modélisés par une distribution des valeurs extrêmes (GEV) de type Fréchet, tandis que ceux des débits sortants, suivent une loi GEV de type Weibull (bornée). Le mécanisme dominant de génération des crues dans le bassin est la montée progressive des eaux associée à l’augmentation de la saturation des sols. L’analyse des débits de crue entre 1988 et 2010 n’a pas montré d’augmentation de la magnitude ou de la fréquence des crues. Le modèle GR4J reproduit bien les débits de crues en période calage, mais ces critères de performance se dégradent lorsque l’on s’en éloigne. Dans ces conditions, l’utilisation de ce modèle pour évaluer les risques futurs de crues serait hasardeuse et il est nécessaire d’envisager d’autres types d’approches.     

Apports de la sismique réflexion à l'étude de l'aquifère du Continental Intercalaire du Jérid (Tunisie)

Résumé

De nombreux travaux de recherche pétrolière par sismique réflexion et sondages profonds ont été réalisés en Tunisie méridionale. La présente étude concerne la réinterprétation de ces données dans le secteur du Jérid en vue d'appréhender la géométrie et le fonctionnement de l'aquifère du Continental Intercalaire (CI), cible potentielle pour l'alimentation en eau. Pour ce faire, nous avons identifié sur les différentes sections sismiques le réflecteur correspondant à la dolomie aptienne qui marque le toit de l'aquifère. Elaborée en conséquence, la carte des isochrones de cet horizon montre l'influence de la tectonique sur la géométrie du CI dans le Jérid. Le plissement des séries du Crétacé inférieur, la réactivation des accidents NE–SO et E–O en failles inverses et le jeu normal des accidents NO–SE sont à l'origine d'un aquifère compartimenté en blocs soulevés et affaissés. Les coupes géosismiques révèlent que cette structuration a des implications sur la profondeur des réservoirs et la circulation des eaux souterraines. Les résultats obtenus permettent de rationaliser les travaux de recherche hydrogéologique qui seront ultérieurement menés dans le secteur du Jérid.

Citation Guellala, R., Ben Marzoug, H., Inoubli, M. H. & Moumni, L. (2011) Apports de la sismique réflexion à l'étude de l'aquifère du Continental Intercalaire du Jérid (Tunisie). Hydrol. Sci. J. 56(6), 1040–1052.     

Sécheresse et modification de la relation pluie–débit: cas du bassin versant de l’Oued Sebdou (Algérie Occidentale)

L’objectif de ce travail est d’étudier les variations temporelles hydrométéorologiques et d’identifier les tendances dans la relation pluie–débit du bassin versant de l’Oued Sebdou, un sous bassin de la Tafna, situé dans le Nord-Ouest algérien. A partir des données pluviométriques (1941–2012) et hydrométriques (1972–2012), des tests statistiques ont permis d’identifier les ruptures et évaluer les déficits hydrométéorologiques. Les résultats ont révélé une modification du régime des précipitations se traduisant nettement par une tendance à la baisse survenue au milieu des années 1970, soit une réduction de 25%. En outre, la réduction des écoulements durant une période de 40 ans dépasse 58% avec une rupture décelée au début des années 1980. L’identification des tendances dans la relation pluie–débit a été menée par l’application de l’approche des simulations croisées à partir du modèle GR2M sur plusieurs sous-périodes de cinq ans. Une non-stationnarité de la relation pluie–débit a été mise en évidence durant la période 1985–2004, ce qui indique une tendance à la baisse des lames d’eau mensuelles écoulées sur le bassin versant de l’Oued Sebdou.