etude hydrologique de deux bassins versants au nord du...
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INSTITUT FRANÇAIS DE RECHERCHE SCIENTIFIQUEPOUR LE DEVELOPPEMENT EN COOPERATION
Centre Orstom de Lomé
RAPPORT DE STAGE:
ETUDE HYDROLOGIQUE DE. DEUX BASSINSVERSANTS AU NORD DU TOGO:
LE NADJOUNDI ET LE HIDENWOU
ESTIMATION DE LA CRUE DECENNALE
PAR LA METHODE DE SIMULATION DE PLUIE
par
Ahmed SMAOUI
Septembre 87
-2-
l\Vl\N'l' - PHOI'm,
Dans le cadre de ma dcuxiÈ'me année de spcciaJ.i:,:m Lion en hydrologie,
j'ai été appelé à effecLuer un stage de forméJLion au centre ORS'lûM de
Lomé.Qu'il me soit pcrrni d'exprimer mes remerciement.s à tous ceux gui
ont contribué de prés ou de loin à ma fOrlllé1tioll (11ll-c1l1l: cette periode.
J.C.13l\IJER,responsable ÙU sel~vice hydrologique du cC'I\Ll.e Ol~S'J.ûl\l de Lomé
a guidé mon travail.de le remercie beaucoup.
A.CASENAVE,hydrologue-clJercheur ,coordonnateur du progranllne de simulation
de pluie,m'a aidé avec une amicale compréhension l.out le long de mes tra-
vaux.
P. l\ll\ILIll\C, G. DELFIEU, m' onl: fai t pl~o.r:it.er de leur Im'gC' COllnaissance sur le
plan pratique.
Il est à mentionner également , tout le pe)~solmel du cc'nLre OnS'l'üM:Géo
logues, pédologues, téclmicicns-hydrologues, ainsi que les sécrétaires gui
ont assuré la frappe de 'ce ré1pp()}~t.
Enfin, je ne saurais Lerrlliner ces rClIlerciemen ls SéJllS pat-1er des amis ex
patriés, qui m'ont renùu le séjour agréëJble à Lomé.S<'1l15 les citer tous je~
ne puis omettre les noms de : l\I3IJEHRl\Zl\K, Il' L~l\lUII, IlM1.W, Hl\CIllD, MOHAMEQ •••
-3-
SOMMAIRE
1 - BASSIN DE NADJOUNDI
1 - Description du bassin versant de Nadjoundi
1.1 Localisation du bassin et quelques caractéristiques physiques
1.2 Végétation
1.3 Géologie
1.4 Pédologie
1.5 Cartographie des organisations superficielles
2 - La campagne de simulation de pluies
2.1 Matériels utilisés et protocole des mesures
2.1.1. Minisimulateur : principe de fonctionnement2.1.2. Réglage des intensités2.1.3. Description des parcelles testées2.1.4. Forme et taille de la pluie2.1.5. Caractérisation de l'humidité du sol
2.2 Mesures effectuées et interprétation des données
2.2.1. Principe de l'exploitation des résultats2.2.2. Interprétation des données2.2.3. Pluie d'imbibition2.2.4. Coefficient de ruissellement2.2.5. Intensité limite de ruissellement2.2.6. Lame ruisselée en fonction de la lame précipitée:
Lr = f (Lp)
3 - Application du modèle simulateur à l'étude hydrologique du bassin
3.1 Fonction de production du bassin
3.1.1. Détermination des aires représentatives de chaqueparcelles
3.1.2. Fonction de production du bassin.
3.2 Fonction de calage du modèle
3.3 Calcul de la crue décennale par le modèle simulateur
3.4 Lame ruisselée décennale calculée par la méthode de l'hydrogramme unitaire
3.5 Conclusion
-4-
II - BASSIN DE KAN1"E
1 - Description du bassin
1.1 Quelques caractéristiques physiques
1.2 Caractéristiques climatiques
1.3 Géologie
1.4 Végétation
2 - Campagnes de mesure et étalonnage de la station
2.1 Equipement du bassin
2.2 Calcul des pluies moyennes sur le bassin
2.3 Etalonnage de la station
2.4 Principales observations hydrologiques événementsaverses-crues remarquables
3 - Etude hydrologique du bassin par la méthode de simulation
3.1 Fonction de production du bassin
3.2 Application du modèle simulateur à l'échantillon de62, 63, 64.
3.3 Application du modèle à l'échantillon de 1985 et 1986
3.4 Fonctions de calage
3.5 Conclusion.
-5-
INTRODUCTION
La connaissance des caractéristiques des averses et des caracté
ristiques hydrodynamiques des sols, revêt un intérêt essentiel dans la
plupart des domaines auxquels s'intéresse l'hydrologue
- l'hydrologie des petits bassins versants,
- l'érosion des sols,
- l'assainissement urbain,
- l'hydraulique agricole,
et plus précisement, dans les divers projets de protection contre les
crues. Concernant ce dernier point, plusieurs méthodes ont été élaborées,
pour déterminer en un point donné d'un bassin versant, le débit de
ruissellement de période de retour donnée.
En particulier, une étude élaborée en 1965 par RODIER-AUVRAY (13)
permet d'estimer les débits de crues décennales pour les bassins versants
de superficie inférieure à 200 km2 en Afrique occidentale.
Le principe de cette méthode repose sur les quelques points
enumérés ci-dessous :
- détermination de la hauteur de l'averse décennale,
- détermination de la hauteur moyenne décennale sur le bassin, moyen-
nant un coefficient dit coefficient d'abattement,
- détermination du coe fficient de ruissellement du bassin, dont on
suppose que les conditions d' humectation sont médianes de telle
sorte que la pluie de fréquence décennale engendre une crue de même
fréquence,
- détermination des temps de montée et de base de la crue.
- estimation du débit maximal de ruissellement moyennant un coeffi-
cient dépendant de plusieurs caractéristiques hydrodynamiques du
bassin.
A cette fin, deux abaques ont été élaborées permettant d'évaluer
pour chaque bassin versant, son coefficient de ruissellement, ainsi que le
temps de montée, d'après sa classe de perméabilité et ses caractéristiques
physiques.
-6-
Le problème principal de cette méthode est de pouvoir classer un
bassin d'après son aptitude au ruissellement, ou plutôt d'après sa classe
de perméabilité, sa pente, et la forme de son réseau hydrographique.
Au stade de cette étude, la classification d'un bassin d'après
sa classe de perméabilité nIa pas fait l'objet d' une étude réposant sur
des mesures poussées, mais tout simplement sur des observations de
terrain, permettant de le classer dans une des catégor ies d' apti tude au
ruissellement. Ce qui mettait cette estimation en question.
Ceci est à l'origine des études engagées en 1977 (8) en Côte
d'Ivoire, visant à estimer la classe de perméabilité des bassins à partir
du comportement hydrodynamique de parcelles sous pluies simulées.
Répondant initialement à une demande du C~EH, sur le ruisselle
ment en zone forestière, ces mesures se sont vues ensui te généralisées
dans d'autres pays: Burkina-Faso, Togo, Niger, Congo, Cameroun.
L'objectif actuellement poursuivi par ces études est l'élabora
tion d'un modèle simple de relation pluie-volume ruisselé et son utilisa
tion en particulier pour le calcul des crues décennales.
La méthode consiste à élaborer à partir des résultats obtenus
avec le simulateur, dont on rappellera plus tard le principe de fonction
nement, un modèle de transformation lame précipitée/lame ruisselée.
Le principe de cette transformation consiste, après cartographie
des états de surface du bassin concerné, à tester l'aptit~de au ruisselle
ment de parcelles jugées représentatives de ces différents états de sur
face. Le minisimulateur de pluie, grâce à sa maniabilité, convient parfai
tement pour ce genre de mesures. Il s'agit ensuite d'extrapoler les
résultats à l'échelle de tout le bassin versant. D' après les résultats
obtenus jusqu'ici, il s'avère qu'il existe une certaine corrélation entre
la lame ruisselée reconstituée avec le dit modèle et la lame ruisselée
observée réellement sur le bassin. Mais que cette relation varie d'un
bassin à l'autre d'une même région climatique. Un des objectifs futurs de
l'étude sera donc, quand l'échantillon de bassins testés sera suffisant,
la recherche des facteurs influençant cette relation.
Nous pouvons citer comme autres objectifs de l'utilisation du
mini-simulateur :
-7-
étude de genèse des crues,
- étude des modèles d'infiltration dans ce cas, nous pouvons citer
les études entreprises par BOUVIER (5) sur le ruissellement urbain •.
Le présent rapport est consacré aux relations lame précipitée/
lame ruisselée obtenues par simulation de pluie sur les bassins de
Nadjoundi et de Kanté, au Togo.
La première partie, consacrée au bassin de Nadjoundi, contient
la description pédohydrologique du bassin, le principe de fonctionnement
du mini-simulateur de pluie, les résultats oatenus lors de la campagne de
simulation et l'application du "modèle simulateur" à l'étude hydrologique
du bassin.
Dans la deuxième p8rtie, l'objectif est différent. En effet, il
s'agit de tester la stabilité de la relation lame précipitée/lame ruisse
lée en prenant des échantillons de crues d'époques différentes.
-8-
1 - BASSIN VERSANT DE NJ\DJOUNDI
1 - Description du bassin versant de Nadjoundi
1. 1 - Localisation du bassin et quelques caractéristiques physiques (9)
Le bassin de Nadjoundi est si tué à 18 km au nord de Dapaong
entre 0°08'30" et 0°11'15" de longitude Est et 10°58'40" et 11°03' de
latitude Nord. Les limites du bassin ont été déterminées avec précision
par stéréoscopie des photographies aériennes et au moyen d'un cheminement
à la boussole.
La superficie du bassin ainsi délimitée est de 19 km2. Son
indice de compacité de GRAVELIUS (coefficient de forme) est d'environ 1.24.
Le périmètre a une longueur d'environ 19 km.
La pente moyenne du lit est voisine de 1 pour cent.
Le réseau hydrographique est homogène, assez dense et très
nettement marqué.
1.2 - Végétation (12)
La couverture végétale est très faible. Les zones non cultivées
ne représentent que 4 à 6 % de la superficie et ne sont recouvertes que
d'une petite savane arbustive de faible densité .. On y trouve quelques
nérés centenaires ; les arbustes sont de jeunes plants qui ont repoussé
sur des champs de culture abondonnés.
Les zones boisées où pousse une herbe abondante en saison des
pluies sont régulièrement ravagées par les feux de brousse.
En fin de saison sèche, la végétation n'offre plus aucun obsta
cle au ruissellement pour les premières grosses pluies de l' hivernage
suivant (avril - mai), il en résulte non seulement une forme très pointue
des crues à cette époque, mais aussi une érosion intense et une rapide
dégradation du terrain mis à nu.
1.3 - Géologie (12)
Le bassin versant repose sur un grand batholite de granite plus
ou moins métamorphisé. Les affleurements sont nombreux sur le terrain. Les(
granites sont essentiellement de nature calco-alcaline.
-9-
La texture est généralement grenue.
Les roches sont souvent très fissurées et parcourues par de
nombreux filonnets de quartz. Un filon de quartz plus important orienté
Sa-NE, constitue la limite sud-est du bassin.
1.4 - Pédologie (12)
Les différents sols ,reconnus ont été définis avec la classifica
tion de G. AUBERT :
Le tableau suivant fait l'inventaire des unités de sols recon
nues sur le bassin.
Sols ~u bassin versant
1ère classe : des sols minéraux bruts
sous classe : d'origine non climatiquegroupe : d'érosion
2ème classe : des sols peu évolués
sous classe : d'origine non climatiquegroupe : d'érosion
3ème classe : des sols fersiallitiques
sous classe : ferrugineux tropicauxgroupe : lessivés
4ème classe : des sols hydromorphes
sous classe : peu humifèresgroupe : à pseudo-gley
1.5 - Cartographie des organisations superficielles
Cette c3rtographie a été faite par J.L. JANEAU (10) distinguant
.4 unités cartographiques (fig. 1).
Unité 1 :
Cette unité couvre 43.1 % de la surface totale du bassin.
Glacis polygénique à sable grossier en surface.
Micro-relief associé aux billons, souvent très aplanis. Dépats
de sable grossiers et très grossiers en interbillon.
1.....>
Cl1
.' "
NADJOUN[) [.
. ....
de Surface du
au 1/50 000
..
[2J UNITE 1
Cl 2
(§I§] 3:~·:·9
E 4
.........bassi~'versant'~e
." .
· ~ .<'.~~; : ,: .::..•
-11-
Sur billon, quelques gravillons de petite taille, parfois
présence de graviers de quartz et quartzite plus ou moins enchassés dans
la matrice de sables grossiers.
Unité 2 :
Cette unité couvre 43.2 % de la surface totale du bassin.
Zone d'érosion à sable grossiers et éléments grossiers.
Zone de ruissellement important se traduisant par des surfaces
nues, glacées (prise en masse dure de la surface) et des ravines pouvant
être larges, longues et profondes.
Unité 3 :
Cette unité représente 10.7 % de la surface totale du bassin.
Sommet et haut de versant à affleurement rocheux et transition
sur tiers supérieur de la pente par blocs épars et recouvrements caillou
teux discontinus.
Dépôts de sables grossiers et très grossiers interbillons.
Sur billons, présence d'une matrice de sables grossiers pris en
masse, avec 10 à 20 % d'éléments grossiers plus ou moins enchassés.
Erosion en nappe induite par les techniques culturales.
Unité 4
Cette unité recouvre 3 % de la surface totale du bassin.
Plateaux indurés et versants de raccords à recouvrement gravil-
lonnaire.
Pavage gravillonnaire.
Sur rares plages nues, matrice de sables grossiers où appa
raissent quelques algues noirâtres.
2 - La campagne de simulation de pluies
2.1 - Matériels utilisés et protocole des mesures
Le principe de base d'une campagne de simulation est de tester
J'aptitude au ruissellement des parcelles, jugées représentatives des
états de surface du bassin en question. De ce fait, le matériel utilisé
est censé être maniable pour faciliter son déplacement lors de ces tests
successifs.
-12-
2.1.1 - Hini-simulateur de pluies, principe de fonctionnement (7)
Le mini-simulateur est constitué d'un système d'arrosage fixé au
sommet d'une tour en forme de tronc de pyramide de 40 m de haut (fig. 2).
Cette tour permet la fixation d'une bache destinée à isoler la parcelle de
l'action du vent. Le système d'arrosage est constitué d'un gicleur cali
bré, monté sur un bras mobile et alimenté en eau à débit constant par une
pompe. Un mouvement de balancement est imprimé au gicleur par un moteur.
Un système de bras de levier réglable permet en faisant varier l'angle de
balancement de modifier la surface arrosée au sol, et par là, l'intensité
reçue par la parcelle de 1 m2 étudiée, dans une gamme comprise entre 30 et
150 mm/ho
L'ensemble du mécanisme de balancement est monté sur un axe
permettant de centrer le gicleur sur l'axe de la parcelle.
Un manomètre installé au sommet de la tour, permet de contrôler
la pression d'admission de l'eau au gicleur et donc la constance du débit.
La parcelle étudiée (1 m2) est limitée par un cadre métallique
enfoncé dans le sol d'environ 5 cm. La face aval du cadre est percée de
trous au ras du sol, et est munie d'un canal collecteur qui recueille le
ruissellement. Ce canal débouche dans une cuve calibrée de façon à donner
une élévation de 1 cm d'eau dans la cuve pour une lame ruisselée de 1 mm.
Cette cuve est surmontée d'un limnigraphe à grande vitesse d'avancement
permettant d'enregistrer les volumes ruisselés avec une excellente préci
sion puisqu'il est possible d'apprécier les temps à 10 secondes près, et
les lames ruisselées à 0.1 mm près.
2.1.2 - Réglage des intensités
Le bras de levier faisant varier l'angle de balancement est
reglé à l'aide d'une tige filetée. Le nombre de tours de cette tige est
indiqué par un compteur à chiffre sautant. L'étalonnage de l'appareil est
fait en corrélant les nombres de tours de la tige aux intensités corres
pondantes.
Les mesures d' intensi tés sont faites avec un bac en tôle de
1 m2, posé sur le cadre limitant la parcelle. L'eau qui ruisselle sur ce
bac est recueillie dans la cuve. L'intensité de la pluie est donnée, par
la pente de la droite des volumes ruisselés cumulés enregistrés.
~~e bottel"ie
po-.T' l"!"IOrew éu
gicleur- 1;---0,--11
L:;;~IQ]J
moteur 1:"
~;d,U~/ /~
~.
pOT'c:elle
/~~/
-----------------------,
dfli :1LQ",d_Rove:"
c:ih:rne \
\\\
cn-:uÏt t-.yd~l.Il;q~.
c:ir :".lit ;iec:tri9ue
-1.......W1
ç'j: 2. SCH=:HA DE FONCTIONNEMEN7 DE L' INi='ILTROMETRE A ASP=:R510N
(D'après i)
-14-
Un poin t à ne pas négliger c'est l'énergie cinétique des
gouttes de pluie. Une étude bien détaillée (6) a montré que l'énergie
cinétique des pluies du mini-s~mulateur 'est tout à fait semblable à celle
des pluies naturelles.
2.1.3 - Description des parcelles testées
Le choix des emplacements de mesure est fonction de plusieurs
critères. Le premier et le plus important de ces critères est bien évidem
ment pédologique. Les sites sont implantés à partir de la carte pédologi
que. Il y aura autant de parcelles à tester qu'il y a d'états de surface
différents sur le bassin.
A ce critère, s'ajoutent dlautres à savoir: l'accessibilité du
site, la proximité d'un point d'eau, choix d'une pente modérée ...
Compte tenu des uni tés pédologiques présentes sur le bassin et
qui sont déjà décrites dans la première partie de ce rapport, nous avons
retenu 6 parcelles (10).
- deux parcelles implantées sur l'unité nO 1 :
parcelle nO 1 culture adaptée sur billons
parcelle nO 2 jachère
- deux parcelles implantées sur l'unité nO 2
parcelle nO 3 culture
parcelle nO 4 végétation naturelle
- Une parcelle implantée sur l'unité nO 3 :
parcelle nO 5 : culture
- Une parcelle implantée sur l'unité nO 4
parcelle nO 6 : culture
2.1.4 - Forme et taille de la pluie
Lors d'une pluie simulée, mi enregistre la courbe des volumes
ruisselés cumulés. Les variations de pente de cette courbe permettent le
,calcul des débits de ruissellement instantanés.
En pratique, les hydrogrammes sont représentés de la manière
suivante en abscisse sont portés les temps en minutes avec pour origine
11 heure de début de la pluie ; en ordonnées les lames ruisselées en mm.
-15-
L'avantage majeur du mini-simulateur, c'est qu'il permet de
changer quasi instantanément d' intensi té au cours de la même averse, ce
qui permettra, par la suite de déterminer avec un nombre très réduit de
pluies simulées, les relations
Lr = f (Lp) Lr lame ruisselée
R = f ( l ) avec Lp lame précipitée
F = f ( l ) R intensité de ruissellement
F intensité d' infiltration
l intensité de la pluie
De ce fait, les averses simulées comporteront une série de 5 à 6
intensités différentes.
Afin de suivre au mieux les conditions climatiques de la région,
la forme et la taille des pluies simulées devront répondre aux conditions
suivantes :
averse à pointe unique
- la taille de chaque pluie simulée est limitée, afin de ne pas
dépasser la hauteur de pluie journalière de fréquence annuelle ou
de fréquence décennale.;
- le total des pluies sur une parcelle ne doit pas excéder la valeur
de la pluviométrie moyenne interannuelle
- les composantes intensités - durée - fréquence doivent respecter
autant que possible celles établies pour la région ;
- le nombre d'averses doit être suffisant pour avoir des temps de
ressuyage des sols difFérents.
La distribution des averses au Nord Togo (9) conduit à adopter
une hauteur de 105 mm pour l'averse décennale et une hauteur de 68 mm pour
l'averse annuelle.
D'après les courbes intensités - durée - récurrence (6) nous avons
a Ffaire à des précipitations bien particulières : les tornades caractér i-.sées par une partie préliminaire, une partie très forte dite corps de
l'averse et une troisième partie qui peut durer plus ou moins longtemps
dite la traine.
Nous allons adopter les hyétogrammes suivants lors de notre
campagne de simulation.
l (mm/h)140
120 ~
100 -
80 -.l
60
4030 -
10-
l (mm/h)
140 -
90
605040
30
10
10
10
.to JO
-16-
hyétogramme décennal
hyétogramme annuel
t (mn)
t (mn)
D'autre part, il a été décidé de réaliser 6 pluies sur chacune
de 6 parcelles deux pluies décennales et quatre pluies annuelles :
protocole retenu sur tous les bassins étudiés jusqu'ici afin de mieux
comparer les résultats entre eux.
La succession de ces pluies sur une parcelle est faite de façon
à ce que l'état d'humectation du sol couvre tous les états possibles (en
partant d'un sol sec jusqu'à un sol gorgé d'eau). En effet le modèle
"simulateur" repose sur une représentation de la lame ruisselée en fonc
tion de la lame précipitée et d'uri indice d'humidité du sol (au début de '
la pluie) défini ci-après.
-17-
2.1.5 - Caractérisation de l'humidité du sol
L'état d' humidité des sols a été chi ffré par un indice pluvio
métrique qui tient compte de la hauteur des pluies et de leur répartition
dans le temps.
Pour une averse donnée, l'indice est calculé à partir du total
cumulé des précipitations antér ieures, conigé en fonction du temps qui
les sépare de l'averse considérée.
Il a été adopté un indice de forme exponentielle dit indice de
Kahler et qui répond à l'équation suivante ~
hau teur de la pluie (i - 1)
temps en jours séparant la fin de la pluie (i - 1) dela pluie i
coefficient d'ajustement pris généralement égal à ~.
IKi
IKi - 1
Pi - 1t
IKi = (IKi _ 1 + Pi - s,) e
indice de Kahler avant la
" "
- o(t
ième pluie
(i - 1)ième pluie
La succession des pluies sur une parcelle est indiquée sur le
tableau suivant :
Pluie Temps de IK(mm) ressuyage (mm)
105 098 h 3D'
68 13.546 h 15 1
68 31.233 h 35 1
68 49.519 h 55'
68 77 .819h 35'
105 87.5
Ce protocole de base peut-être modi fié en cours de manipula
tions, le temps de ressuyage pouvant être légèrement différent en fonc
tion des déménagements de l'appareil.
-18-
2.2 - Mesures effectuées et interprétations des données
2.2.1 - Principe de l'exploitation des résultats (3)
Pour une parcelle donnée, et pour chaque averse, le limnigraphe
donne la variation de la lame ruisselée issue· de la parcelle en fonction
du temps Lr = f (t).
Par ailleurs les di fférentes intensités utilisées pendant une
averse sont connues, ce qui permet de connaitre la variation de la quan
tité de pluie tombée depuis le début de l'averse en fonction du temps,
Lp = f (t)
A partir de Lr (t) et Lp (t) en prenant un point toutes les 5
minutes, on constitue un ensemble de points Lr (Lp).
Pour une parcelle donnée, les coefficients de cette relation
(relation linéaire) s'avèrent être fonction de 11 état d' humeetation du
sol, matérialisé par l'indice IK.
De ce fait, il a été convenu.d' extraire de ces droites, des
valeurs de lame ruisselée pour des valeurs caractéristiques de lame préci
pitée, permettant de tracer les courbes Lr ·(IK) paramétrées par Lp, qui
seront à la base de la mise en oeuvre du modèle "simulateur".
2.2.2 - Interprétation des données
Nous avons essayé de lier entre elles, les grandeurs mesurées,
soulignées dans le paragraphe précédent.
Nous nous sommes attachés principalement à
- estimer la pluie d'imbibition en fonction de l'état d'humectation
des sols,
- caractériser la relation entre coefficients de ruissellement et
état d'humectation du sol,
- caractériser la relation lame précipitée-lame ruisselée,
- caractériser la relation intensité limite de ruissellement - état
d'humectation,
Et plus principalement la relation lame ruisselée, état d'humidité
du sol.
Tous les résultats de mesures sont portés en annexe 1.
-19-
2.2.3 - Pluie d'imbibition
Notée Pi. Elle exprime la hauteur de la pluie qui tombe sur la parcelle
avant que tout ruissellement ne commence.
Au cours de cette phase dite phase d' imbibi tion, l'intensité
potentielle d'infiltration de la parcelle est en tout point supérieure à
l'intensité de la pluie qui parvient au sol.
Les fig. 2.1 à 2.3 illustrent les relations Pi (IK).
Nous observons dans tous les cas de figures, une décroissance
asymptotique de la pluie d'imbibition en fonction de IK.
Notons aussi que Pi est plus importante sur les parcelles avec
végétation (1-3-5) dû au fait que les plantes protègent la surface de
l'énergie cinétique des pluies, empêchant ainsi les réorganisations
superficielles. Elles favorisent ainsi la présence de la mésofaune, la
porosité biologique, augmentant l'infiltration.
2.2.4 - Coefficient de ruissellement
Noté Kr. Exprimé en % - Caractérisant l'aptitude d'une parcelle donnée
au ruissellement. Il a été calculé de la façon suivante
Kr =Lame ruisselée totale
Pluie totalex 100
Les figures 2.4 à 2.6 illustrent les relations Kr (IK).
Apparemment, la parcelle (2) est celle qui ruisselle le moins.
Rappelons qu'il s'agissait d'une jachère.
l\Iotons aussi que la parcelle (4) est celle qui ruisselle le
plus. En effet, il s'agit d'un site présentant des tràces d'hydromorphie
importante.
2.2.5 - Intensité limite de ruissellement notée Il
Il est intéressant de caractér iser la relation intensité de
ruissellement stabilisée - intensité de précipitation.
Le report graphique de ces couples donne une courbe pouvant
être assimilée à une droite ne passant pas par l'origine.
Pour un état d'humectation donné, l'intersection de cette
droite avec l'axe des intensités de précipitation est un point caracté
ristique de la parcelle.
FIG.2-1: 'PLUIE D'IMBIBITION EN FONCTION DE L'INDICE D'HUMECTATION DU SOL
O•
IK(mm)
1No1
IK{mm)~oo1 150
PARCELLE 2
5-1- +-~""""=::_----.......L---
1O~ ----=- ----:- _
Pi(mm)
100
-.~
PARCELLE 1
o
•5--!---~r-------:"-------~---
IO-.,.~ --,-- ---, _
FIG.2-2: PLUIE D'IMBIBITION EN FONCTICN DE L'INDICE D'HU~ECTATIC~ DU SOL
1N1-'1
~
. IK(mm)150
1
i
- PARCELLE 3
--- \- \-- 0\-
- ~.~
--
.-
i. t
01
5
10
15
pmm
IK{mm)100
•~e_
60 .
PARCELLE 4
01
5iT"---------+-------~---
Pimm
FIG.2-3 PLUIE D'IMBIBITION E~ FO~CTIO~ DE L'INDICE D'HUMECTATION DU SOL
Pimm Pimm
PAnCELLE 5 ;-ARCELLE 6
1NN1
•
'15--+----~"'::;:_--t------__"ï---:---
10~------+_----------j---
•
5,.........;... ~-+_----------;---
10:......+--+- --+ ----,1--__
o 50 100 100 IKmm
FIG.2-4: COEFFICIENT DE RUISSEL~IE~IT EN FONCTION D L'I~TIICE D'HU~IDITE
Kr01
JO
PARCELLE 1 PARCELLE 2
JL-----.-~.....------.,.---l-5-0---.,.------r-..--~-1.--1O-O-.....::l!~~IK mmIK mm
150
1o
100 100
l 1
tNW
l ]1
..J j
scJ 50 1•
•
FIG.2-S: COEFFICIENT DE RUISSELL&~Nr EN FONCTICN DE L'INDICE D'HUMIDITE
PARCELLE 3 PARCEL.LE 4
Kr Kr% 1
100%
1
j100 i
~- ~.--a 1
N~
V 1
1
1
l 1 !50 l • 50i
-
-
-
-...
Q 100 0'1 , 1 1 1 1 1
50 IKmm 50 100 IKmm
FIG.2-6: COEFFICIENT DE RUISSELL&~ENT &~ FONCTION DE L'INDICE D'HUMIDITE
PAR CELLE 5 R" pc= 1 1 c:- 6,-,,\ _......-
Kr Kr% 01
10
1GO 1CO 1
1 1
l 1, N
i U1-1 1
1 11• l~~1
111
~
50 50 1 •l i
i1
1
1
11
1
] i11
1
1
1
1
[
o~ l 1
ho ~co>-
150 1100
>0
IK mm IKmm
-26-
FIG.2-7:
.llrnrn/h
50
DI~ L' IIUMIDI'l'E DU SOI...
:JAnCELLE
~.--~---------- --------------- ----- _._------ ------ ._-----_... ----
•
- -'--'------ ._._------ --------------- ---------
Il
l---r-~-I-I-'--.---.---,--r---~·-------------·,.
o 50 100 lI~rnm~
mm/h
50 .__. J:~nç_ELLE___.L_._ .. _. ._ ..~_.
- ._----_._-----_.- ._-_..._----_._---- ...__ ... - ..-..__.__.._---_._---
--------.,'"
•• ---1--------- .---------.•___=::::: .:::::-----.••-------
oIK mm
-27-
FIG. 2-8: INTENSI'l'E LIMJ.'m IJl~ HUlSSEl ,1.E~lENT EN I:'ONC.'l'ION
Ilmml h
50 -1--------
lJE: L' IIUMIDl'l'E IJU sor.
PARCE LLE 3 . . . _
._----------_.._--_._-----
----_.'-,;:------- --_...._._--_._._----------_.. ---_..-._--
---_. ----.._---_. ---=-~- '--- ---------,----
o ! 501-1
100 11< mm
Ilmrn/h
PARCELLE f.
20_1 ----_.__._------.-••• _--- -_.-_._._----
.~.
10-1----- -=----. --__-, ._._.__.. .__._.__.__._._------
IK mm100-1--'--'--1-'-- --'-1--,---1t----.--~-------------~._
o 50
-28-
FIG. 2-9: INTé:NSl'l'l~ r~lMl'm UE HUlSSf:;L,I,Er-1P;N'l' EN FONCl'lON
DH L' fIUr-UD!'J'E LJU sor,Il
mrn/h50-1 _
1----------_·_------
1
PAHCEL LE 5 ---- ----_._._._----_._._- ----
.~
- ----------- _..._._ .. -.-.--_. ~-...,~ -----.. ----_._------.-.---_..-e -_
._----- --_..--_._------_..._-.---.. '---'--"'-- ._--------
l--------------....:J\Io-
o
IlITlml h
l-r-y
50
PAHCELLE 6
100 1I~ mm
20- ~-.------.....-----. -.-....--.-----------....--... --..-----.~ ------------.------
_...._-- ._.-._...- --------
.._--_.__._----- _.. .-..._._------------_. '---
"
o-r-I50 100 H~ mm
-29-
Il donne l'intensité limite de précipitation en-dessous de
laquelle la parcelle ne ruisselle pas (fig. 2.7 à 2.9).
2.2.6 - Lame ruisselée en fonction de la lame précipitée Lr = f (Lp)
Pour une parcelle donnée et pour chaque averse, nous avons tracé
les relations lame ruisselée / lame précipitée. Cette relation peut -être
assimilée à une droite présentant une partie incurvée en début de chaque
pluie (fig. 2.10 à 2.12). Cette droite correspond à un état d'humectation
donné d'où :
Lr = a (IK) Lp + b OK)
Pour déterminer les fonctions a (IK) et b (IK), on procède de
la façon suivante :
Pour chaque averse, donc pour des valeurs fixées de IK, on porte
en axes (IK, Lr), les points correspondants à des valeurs caractéristiques
de lame précipitée (10,20,30, ... ,100).
On peut alors tracer des faisceaux de courbes Lr (IK). Chaque
courbe correspondant à une valeur caractéristique de lame précipitée
(fig. 2.13 à 2.15).
En pratique, ces courbes sont assimilées à des successions de
segments de droites, c'est-à-dire qu'on obtient.
Lr = c:{ (Lp) IK + ~ (Lp) (2 )
On calcule alors par regression linéaire les relations
0( = A. Lp + B
)3 = c. Lp + D
Nous donnons ci-dessous les équations de ces relations
Parcelle : 1
IK ~ 15
IK >15
Parcelle 2
Parcelle 3
IK ~13,5
0(= 0.0152 Lp + 0.0013
j3 = 0.2077 Lp - 1.4084
0(= 0.0032 Lp + 0.0083
1:1 = 0.3974 Lp - 1.5935
0'<= 0.0047 Lp + 0.0008
1=3= 0.2211 Lp - 1.2240
0'\ = 0.0211 Lp - 0.0057
13 = 0.1000 Lp - 0.6853
-30-
Lr
l00-l. PAn.CE LLE 1
mm
50
o 50 100
IK=96·2
t IK=54·5IK=73·1
IK=29·6IK=15J
IK=O
mm
Lr
mm
1K=lJ.5
lK=O
IK= 77·9
I1~87·5
IK=49·5
IK=31.2
50~--------1----------:;>...L--~:::-----:::.,.,L..--~
100_t
---:'_PA_R_C_E_L_LE_2__-I _
mm
f-~~~~:....-,.-_l-__,_-..-___.----.r_-I--r--J--r-------_.. ...'0 L50 100 P
-31-
Lrmm
FIG. 2-11: Ll\ME RUISSEU~E EN F'ONC'l'lON DE Ll\ 1,l\ME PHECIPl'l'El::,
lK=B9·3
50 .__.
1°°_1 _ PARCELLE 3
---------
IK_78.3"51 ..4
1~<=31.5
lK=13·6
11<= °
1~"'-1"""::"-'r---r-=---.-1----.--..---.--1- -r~--.--------i~,,",
o 50 100 L p mm
11<= °
m=94.1• , 74.311<; 5/•.2
PARCELI E ,.' / I1~= 29./..----..-----7.--------.----.. // . =-=__H{= 15·3
5°_1 1
100
mm
--t-04C--..,.--L---r-..----r-~-__y_-,r__,___,--~-,--,-----r------~,..
a 00 100 Lp
-32-
Lr A..
FIG. 2-1'2: l.I\ME RUISSELr:I~ EN FONCTION /)f~ l,1\ LMŒ PIŒCJ PITE!;;
mm 89.7IK= 7S.5
100 PARCE LLE 5
mm
U~= 32.1
100
.--,--------,,---.--1-.-,-..--r----------1110-,...L p50o
50
IK= 90.6 .
50:..-t----
a--.100.
11<= 50.3I1~= 31.7IK= 78.7
11<= 13·4
II~ = 0
mm-
IK >13,5
-33-
c< = 0.0042· Lp
1·)= 0.3284 Lp
- 0.0050
- 0.7243
Parcelle 4
IK "15
IK > 15
c:>(= 0.0128 Lp + 0.0758
IJ = 0.6456 Lp - 2.0328
0< = 0.0012 Lp - 0.0011
13 = 0.8278 Lp - 0.7571
Parcelle 5
~ = 0.005 Lp + 0.01
1·) = 0.3157 Lp - 1.4414
Parcelle 6
~->{ = 0.0035 Lp + 0.0056
I·~ = 0.4217 Lp - 1.3592
Finalement, en remplaçant ri... et ~ par leur fonction dans l'équa
tion (2), on aboutit à des relations de la forme
Lr = A. Lp. lK + B. IK + C. Lp + D
Parcelle (1)
IK ~ 15
IK >15
Lr = 0.0013 IK + 0.2077 Lp + 0.0152 Lp. 11< - 1.4000
Lr = 0.0083 lK + 0.3974 Lp + 0.0032 Lp. IK 1.5935
Parcelle (2)
Lr = 8 .10-4 IK + 0.2211 Lp + 0.0047 Lp. IK - 1.2240
Parcelle (3)
IK ~ 13~5 Lr =..0.0057 IK + 0.1 Lp + 0.0211 Lp. IK - 0.6853-3IK ) 13.5 : Lr =-5 .10 IK + 0.3284 Lp + 0.0042 Lp. IK - 0.7243
Parcelle (4)
IK ~ 15 Lr = 0.0758 IK + 0.6456 Lp + 0.0128 Lp .IK - 2.0328
IK >15 Lr =..0.0011 IK + 0.8278 Lp + 0.0012 LP. IK - 0.7571
Parcelle (5)
Lr = 0.01 IK + 0.3157 Lp + 0.005 Lp. IK - 1.4414
Parcelle (6)
Lr = 0.0056 lK + 0.4217 Lp + 0.0035 Lp. IK - 1.3592
-34-
,....
....IK mm
H~=m m.
----30 ---
20
100
•
'Lp
e-- ·-t------
~'IG.2-13:LAMF' '
J ImLSSr~IJI~r~ I,'N FON, crION UF. 11 . L IIU'''UIT" UU SOL
__. . ,_eA~ç~..L LE___. . .__Lp
100 -----90-----
75-----
_- ... PAncE L LE___;- 2
o
o
Lrmm
-35-
60 ---
50 ;;;;- -
40 ---
30 -
20 ----
30
20
10
1I~ mm
IK mm100
e
-
J--r-'--- - -
100
e_- -~-----e-
_--e,---.-e-1--------
e_-
e_- e-- e
50
r--=-._--e~---r-------
PAHCE LLE '.
PARCELLE---_._--~
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====-+..-!e!..--_ -e
00 ---
70
GO
,__-!_e.__-e_-- ._----el----=-= -50---
,_--+-e--e----I-------
FIG. 2-14· LIIM• E RU1851':1,1::8 FN •, l'()NCl'lON'VI" l 1, ,llur·1JDJ Tr,'. l' VU SOL
,_~ I_e------'-
o
-)00 -----:
90~
50 .~: ~ 80"-------~~ 70--
- ~. -'~~. -----'-:---:' .~-=:::.-.:::=~.-:~: .~. ..
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o -.-,-.--,--~-.--- .
Lr
100
-36-
Lr !!. FIG. 2-15: LJ\MI~ HUlSSF.:I..Et:; EN FONCl'lON Dg L' IIUMlIJJ.'l'B IXI SOL
mm
~
.~
~80~
70
60,-----
50 -----.0 -------20 --
PAr1CELLE 5
50--l ~r_-~=-~-~
100 _
1K mm100t=--r--''--'I---'- -.-r·--.----.I-\------------i1!P1!>-- .
o 50
------_._._~
100
90 ---
80 -----
'10 ---
60 ---50 ........ ---=
40 -30
20 -
10 ----
6PARCELLE
-1-_ 0 - ~-_o--
. e_ - - • _-1--------___e_ •, 0 •
r-=t-T-]-r-l,--r---,-·· -------------'~..50 100 11< mmo
1OCL1
_
l.rmm
-37-
) - Application du modèle simulateur à l'étude hydrologique du bassin
L'estimation de la lame. ruisselée correspondant à la crue
décennale à partir du mod~le simulateur, fait l'objet de ce chapitre.
Le principe de cette estimation est le suivant
Pour une pluie donnée (Lp), et pour un état d'humectation du sol donné
(IK), nous calculons une lame ruisselée (Lrc) égale à la somme des
lames ruisselées déterminées sur chacune des parcelles et pondérée par
un facteur correcti f égal au pourcentage de la surface du bassin
occupée par chaque unité cartographique.
Ensui te, il s'agit de caraetér iser le type de relation qui pouvait
exister entre (Lrc) et la lame ruisselée réellement observée (Lro) sur
le bassin au cours des campagnes de jaugeages.
3.1 - Fonction de production du bassin
3.1.1 - Détermination des aires représentatives de chaque parcelle
Cette détermination a été faite, en fonction des observations de
terrain et de l'interprétation des photos aériennes.
Unité 1 Unité 2 Unité 3 Unité 4
P1 P2 P3 P4 P5 P6
?~ surface 70 30 60 40 80 70totale des dif-férentes unités 20 inculte 30 inculte
1
?ti de la surface 30.2 12.9 25.9 17.3 10.8 3.0du bassin
3.1.2 - Fonction de production du bassin
La fonction de production de tout le bassih sera donc:
(1) [L;"-~-D:30"'2L;~(l.··129Lr2 + 0.259 Lr3 + 0.173 Lr4 + 0.107 Lr5 + 0.03_~~~.-J
Lri étant la fonction de production de l'unité cartographique i.
En introduisant dans l'équation (1) les valeurs Lri déterminées
auparavant, nous obtenons le système d'équations suivant qui nous permettra
-38-
de recons tituer la lame ruisselée du bassin pour Il' importe quelle pluie
naturelle Lp.
11< ~ 13.5
LI' = 0.0133 IK + 0.2783 Lp + 0.0135 Lp. IK - 1.3074
<15 '113.5 <IK
LI' = 0.0135 IK + 0.3344 Lp + 0.00914 Lp.IK - 1.3175
l 'IK ~1~_1LI' = 0.0023 IK + 0.4232 Lp + 0.0035 Lp.IK - 1.1527
(2)
(3)
( 4)
3.2 - Fonction de calage du modèle
Ne disposant pas de nouvelles mesures pOUl' caler les extrapola
tions que l'on pourra faire à partir des données simulateur, nous avons
utilisé les résultats des campagnes de mesures hydrologiques effectuées en
1962 - 1963.
POUl' chacune des crues mesurées pendant cette période, nous
avons, selon les valeurs de IK, utilisé l'une des équations (2), (3) ou
(4) pOUl' reconstituer les valeurs des lames ruisselées.
POUl' le calcul de IK, nous avons utilisé les pluies moyennes
observées sul' le bassin.
Les lames ruisselées calculées (Lrc) sont reportées dans le
tableau ci-après~ en regard des valeurs réellement observées (Lro) et o~ :
P désigne la hauteur moyenne de la pluie
IK indice d'humidité du sol avant la pluie
VR volume ruisselé
R coefficient de ruissellement
Recherche de la fonction de calage du modèle
Il s'agit de relier la lame ruisselée fictive à la lame ruisse
lée réellement observée SUl' le terrain.
Droite de regression au sens des moindres carrés
suivant Ll'O nous obtenons la relation suivante
Lro = 0.652 Lrc - 1.419
suivant Lrcla relation obtenue est
Ll'O = 0.786 Lrc - 2.380
tab~ 1.1
-39-
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1 ',-j ! ';),: r;:i'..:::~/! ~J/G3
~'~ :: :'
. : 1 :
- Droite des moindres rectangles :
Lro = 0.716 Lrc - 1.876
avec un coefficient de correlation de 0.91.
Afin d'améliorer cette relation, nous avons examiné de près les
crues observées. Nous avons pu éliminer certaines d'entre elles: c'est le
cas des crues datant des 31/~/62, 3/8/63 et 5/8/63.
Nous avons jugé les averses génératrices de ces crues, trop
étalées dans le temps ; ce qui veut dire que les intensités qui consti
tuent chacune de ces averses sont relativement faibles, de telle façon que
les coefficients de ruissellement obtenus sont faibles par rapport à la
hauteur de pluie (voir tableau précédent).
La relation obtenue à la suite de cet te élimination est meil
leure, puisque le coefficient de correlation monte jusqu'à 0.94. ({i~ 3.1 )
La droite obtenue a pour équation Lro = 0.735 Lrc 1.842.
3.3 - Calcul de la crue décennale par le modèle "simulateur"
Pour calculer la lame ruisselée décennale par le modèle "simula
teur", nous admettons que la crue décennale est provoquée par une averse
de hauteur décennale qui tombe sur un sol présentant des conditions
d'humidité correspondant à des situations médianes.
Le principe de cette reconstitution de la lame écoulée décennale
repose sur les points suivants
- estimer une valeur moyenne de IK.
- déterminer la hauteur de précipitation moyenne sur le bassin de
fréquence décennale.
- utiliser, selon IK, l'une des trois équations 2, 3 ou 4, pour cal
culer la lame écoulée décennale fictive.
- la lame ruisselée décennale observée est déterminée en utilisant la
fonction de calage trouvée ci-dessus.
Dans notre cas, l'utilisation des deux années d'observations
disponibles, 62 et 63, nous donnent une valeur moyenne de IK de l'ordre de
9.45 mm.
La valeur de la pluie décennale moyenne sur le bassin est de
102 mm.
30
Lro(mm)fig _3 1
Correlation entre lame rU"lsselœ reconstituée ( Lrc)
et lame ruisselée observée (Lro)
2~
la
o 10 20 30 Lrc (mm)
1+:-1
-l~2-
L'équation (2) donne une valeur de lame ruisselée calculée de
39.9 mm.
d'où une lame ruisselée observée de 27.5 mm
Dans l'optique de comparer les di fférents bassins entre eux,
nous avons décidé de prendre une valeur de 20 mm pour IK (valeur adoptée
pour tous les bassins testés avec le simulateur dans la même zone climatique).
La valeur de la lame ruisselée fictive obtenue est de 49.2 mm.
Après transformation par le modèle de calage, nous trouvons
une valeur de-la lrune ruisselée observée égale à Lro = 34.3 mm.
3.4 - Lame ruisselée décennale calculée par la méthode de l'hydrogramme
unitaire
L'étude a été menée par Dubreuil (1972). Le volume ruisselé de
récurrence décennal était de l'ordre de 800.000 m3 pour un coefficient de
ruissellement de 37 %.
Pour une surface du bassin de 21.2 km2 (surface calculée en
1962), la lame ruisselée est de 37.7 mm.
soit une erreur relative, par rapport à la lame ruisselée calcu
lée par le modèle simulateur, de 9 %.
3.5 - Conclusion :
Au stade actuel de l'étude relative à l'utilisation du mini
simulateur, nous pouvons affirmer que les résultats obtenus jusqu'ici,
concernant les caractéristiques hydra-dynamiques des différents types de
sol, ont été satisfaisants.
Cependant, l'objectif de la nouvelle voie tracée par les utili
sateurs de cet outil, à savoir l'estimation de la crue décennale, n'est
pas encore au point. En effet, comme nous l'avons déjà signalé au début de
ce rapport, les fonctions de calage du modèle varient d'un bassin à un
autre, et une synthèse générale est prévue pour l'exploitation des données_
une fois ces dernières jugées suffisantes.
Toutefois, à l'échelle individuelle, certains de ces bassins qui
ont été suivis par la méthode de simulation de pluie ont donné des résul
tats satisfaisants. Pour d'autres, les résultats étaient au contraire
-43-
douteux, dus soit à des singularités propres au bassin et/ou au régime
pluviométrique de la région considérée, soit carrément à un mauvais calage
du "modèle simulateur".
Pour le cas du bassin de Nadjoundi, une bonne correlation est
obtenue pour ce type de relation (r = 0.94) ainsi qu'une bonne estimation
pour la crue décennale reconstitutuée par le modèle simulateur.
Cependant, ce bon résultat ne peut pas camoufler certaines
remarques importantes à propos de l'utilisation du simulateur:
- les parcelles implantées sur le bassin ne peuvent à elles seules que
représenter imparfaitement les unités cartographiques reconnues sur
le terrain. Ceci pour deux causes principales : leur taille (1 (2)/'
jugée trop petite, et leur nombre jugé faible puisqu'une parcelle, à
elle seule représente une surface de l'ordre de 10 km2 du bassin de
Nadjoundi. Là, je rejoint l'idée de LAFFORGUE qui disait : "En admet
tant même que le matériau constituant le sol de la parcelle ait une
texture bien homogène, on ne peut év i ter les causes structurales
d'hétérogénéité qui sont multiples à cette échelle dans l'horizon de
. sur face : oeuvres sélectives des agents érosifs, résidus de croûtes
et pellicules de battance, témoins d'anciens travaux culturaux •.• "
- les lames ruisselées calculées par le modèle simulateur sont portées
en regard des lames ruisselées réellement observées par le bassin
pendant les années 62 et 63. On ne peut donc pas écarter l'hypothèse
d'une modification des états de surface du bassin entre 1963 et 1986.
Surtout lorsque l'on sait que la plus grande partie des terres est
cultivée (70 ~O et que les jachères sont de courte durée. Cette
dernière remarque sera bien développée dans la deuxième partie de
notre rapport.
II - ETUDE HYDROLOGIQUE DU BASSIN DE HIDENWOU A KANTE.
1 - Description du bassin
1.1 - Quelques caractéristiques physiques
Le bassin de HIDENWOU est situé dans la moitié Nord du Togo entre .
10°59' et 11°02' de latitude Nord et 0°9' et 0°11' de longitude Est.
la superficie de ce bassin est de 23.2 km2
le coefficient de forme (ou de Gravelius) équivaut à \22
la longueur du rectangle équivalent est de 7,65 km
l'indice de pente est de 0.165
l'indice de pente global est de 25,4 m/km
la densité de drainage est de 2.38
le point culminant de ce bassin se trouve à la cote 617 m tandis que'son point de base est à 217 m
1.2 - Caractéristiques climatiques
Le bassin se trouve sous un climat tropical de transition à deux
saison une saison sèche qui s'étend d'octobre à mai, et une saison plu
vieuse qui s'étend de juin à septembre.
La haut~ur moyenne annuelle est de 1.225 mm.
L'étude des précipitations journalières a été faite à l'aide des
relevés pluviométriques de 27 années (1937 - 1949).
Les résultats donnent comme pluviométrie journalière décennale
116 mm,
la hauteur journalière ponctuelle annuelle est de 72 mm
le nombre moyen annuel de jours de pluies est de 86.
1.3 - Pédologie' - Géologie
Le sous-sol du bassin est constitué en grande partie de schistes
et de quartzite (figure 1). Les sols sont de type, peu évolués, ferrugineuxtropicaux lessivés ou faiblement ferrallitiquesmodaux.
1.4 - Végétation:
Les zones cultivées représentent un fort pourcentage de la super
ficie du bassin : 70 à 80 %.
Les cultures pratiquées sont essentiellement le mil et l'ara-
chide.
r- . . Il• -~DENWOUBASSU! flEPnESlI<TI.TIF de
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-46-
2. Campagnes de mesure et étalonnage de la station
Le bassin de Kanté a été observé sur le plan hydrologique au
cours de deux pér io.des distinctes : 1962 à 1964 et 1985-1986. Les résul
tats concernant la première période sont consignés dans le rapport r~J.
Les données collectées en 1985 sont présentées dans le rapport
de Yacoubi D4J .Nous présentons dans' cette deuxième partie de ce rapport, le
dépouillement des données collectées en 1986.
2.1 - Equipement du bassin:
En 1985-1986, le bassin était équipé (figure 2) de deux stations
de jaugeage implantées, l'une est en amont du pont, l'autre est en aval de
celui-ci, d'un réseau pluviométrique de 10 pluviomètres "association" et
3 pluviographes à augets basculeurs et à rotation hebdomadaire.
2.2 - Calcul des pluies moyennes sur le bassin :
Pour ce calcul, nous avons utilisé la méthode de Thiessen. Cette
méthode consiste à découper la surface du bassin, en autant de petites
surfaces, qu'il y en a de pluviomètres et de pluviographes. Au cours du
découpage, on attribue à chacun de ces derniers un poids proportionnel à
une zone d'influence présumée, telle qu'un point situé dans cette zone
soit plus près du pluviomètre correspondant que de tout autre pluviomètre.
La pluie moyenne sur le bassin est la somme de' toutes les hau
teurs de pluie enregistrées sur le pluviomètre a ffeetées chacune d'un
coefficient de pondération égal au rapport entre la surface d'influence
du pluviomètre et la surface totale du bassin.
La figure 3 illustre le découpage du bassin de KANTE par la
méthode de Thiessen.
2.3 - Etalonnage de la station :
Une c3mpagne de jaugeage et de relevés pluviométriques a été
menée en 1986 de juin à novembre.
Ces jaugeages nous ont permis de dresser le barème de la station
(tab. 1) ainsi que les courbes d'étalonnage concernant les basses, les
moyennes et les hautes eaux (figures 4, 5, 6).
-47-
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-48-
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-52-
2.4 - Principales observations hydrologiques : événements averses - Crues
remarquables
Les principales crues observées au cours de cette campagne ont
été portées dans le tableau 2 en' regard des averses qui les ont provoqué.
Pour chaque événement, nous donnons les valeurs des paramètres
caractéristiques suivants
- la date de l'événement
- P rnoy.
- P max.
Pa
- Ta
- IK
- Tb
- Tm- Vr
Kr
- Q max
hauteur moyenne de la pluie
hauteur maximale ponctuelle
hauteur moyenne de la pluie immédiatement antérieure à la
pluie considérée
temps séparant les deux événements P moy et Pa. Ce temps est
calculé en utilisant les enregistrements pluviographiques
indice de Kahler, dont lé mode de calcul a déjà été décrit
dans la première partie de ce rapport
temps de base des hydrogrammes de ruissellement
temps de montée
volume de ruissellement
Coefficient de ruissellement
débit maximal de la crue
Nous présentons, en outre, les hydrogrammes de crue enregistrés.
3. Etude hydrologique du bassin par la méthode de simulation
Le principe de l'étude est expliqué dans la première partie de
ce rapport.
La campagne de simulation a été menée en 1986 par Yacoubi et
présenté dans son rapport [14J .
Nous rappelons que le bassin a été représenté, compte tenu 'des
unités pédologiques, par 11 parcelles. Nous donnons en Annexes 2 et 3 la
description, ainsi que les équations d'aptitude au ruissellement relatives
à chacune des parcelles représentatives~ Rappelons que chaque équation
donne la lame ruisselée engendrée par un événement pluvieux P précipité
sur un sol dont l'humidité a été chiffré par l'indice de Kahler IK.
~ Aprés verification nous avons pu apporter certaines modi-
fications aux équations d'aptitude au ruissellement.
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Principales observations hydrologiques crues remarquables
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. Principales observations hydrologiques :crues remarquables
-59-
Les équations sont toutes de la Forme suivante
Lri = a· P. IK + b. P + c. IK + d
Lri: lame ruisselée calculée pour la parcelle i.
3.1 - Fonction de production du bassin:
Nous distinguons selon la saison (humide ou sèche) et selon les
valeurs de IK les fonctions de production suivante :
en saison sèche :
IK <12 Lrc = 0.0064 P. IK + 0.29 P + 0.04 IK 4.4
12 <IK <60 Lrc = 0.0038 P. IK + 0.32 P 0.012 IK 3.7
60 <IK Lrc = 0.0014 P. IK + 0.46 P + 0.0025 IK - 4.6
en saison humide
IK <15 Lrc = 0.0044 P. IK + 0.16 P + 0.054 IK - 2.4
15~IK<27 Lrc = 0.0021 P. IK + 0.2 P + 0.0048 IK -1.6
27 ~IK <57 Lrc = 0.00094 P. IK + 0.23 P 0.0039IK-1.4
57 ~IK Lrc = 0.0011 P. IK + 0.22 P 0.0051 IK - 1 .4
3.2 - Application du modèle "simulateur" à l'échantillon de 62, 63 et 64
Le modèle "simulateur" est appliqué à des pluies naturelles
observées pendant les années 1962, 1963 et 1964 (14).
Nous par tons dans le tableau 3, toutes les pr incipales crues
observées pendant cette période ainsi que les caractéristiques suivantes
- la hauteur de l'événement pluvieux- l'indice d'humidité (ou de Kahler) IK- la lame ruisselée observée Lro
la lame ruisselée calculée par le modèle "simulateur" Lrc.
La fonction de calage obtenue s'écrit
Lro = 1. 7 Lrc - 3.8
le coefFicient de correlation de cette fonction est de 0.95.
3.3 - Application du modèle à l'échantillon de 85 et 86
Le but poursuivi ici est de tester la stabilité du calage du
modèle en fonction de la période couverte par l'échantillon de crues
observées.
Pour cela, nous avons utilisé l'échantillon constitué des
données de 1985 et 1986.
L'application du modèle "simulateur" pour calculer les lames
ruisselées est illustrée ddans les tableaux 4 et 5.
lAOLEAU 3
-60-
Les lames ruisselées, calculées et celles observées en
1962 - 1963 et 1964.
N° Date Pu IK Lrc Lro(111111) (mm) (mm)
1 29-[J~-62 3D,7 1,16 2,7 0,32 26-07-62 51l,7 0, lI) 5,8 1,43 06-llU-62 26,9 19,3 5,0 3,04 20-00-62 12,3 17 ,2 28 43,35 00-09-62 40,5 l[J,4 6,5 , 4 ,l~
6 11-09-62 20,7 37,3 6,1 6, S,7 17-09-62 35,9 0 5 5,50 10-09-62 23, l~ 29, l~ 4,5 5,29 07-10-62 34,0 11,4 6,8 3, l~
10 05-0~-63 l~2, 0 6, II 6,0 0,712 04-00-63 32,4 20 6,8 613 11~-00-63 33,S 0,0 4,7 7,6'Il. 21-00-63 09,9 0,1 16 27,S'lS 20-00-63 1111,5 27,1l 9,9 ll.,716 11-U9-63 39,9 13,6 7,1 0,417 21-09-63 110, II Il,2 7,5 13III 27-09-63 37,9 9,3 5,7 1.,519 20-05-64 21,7 II, '9 1 , B 0,120 30-05-64 20,6 5,9 3,2 0,12.1 27-06-61. 32,5 l,II 3,1 0,222 22-07-64 119,9 1l,1 5,6 0,223 20-07-64 31,6 1,1 2,9 0,424 31-00-6l1 11,7 17,5 1.,2 0,226 03-09-6l~ SO,O S7,3 13 17,727 04-09-64 0,6 72,4 '0;81 1,428 06-09-6l~ 15,1 29,0 2,4 0,929 07-U9-6l~ 22,9 30,1 4,4 3,S31 11-09-64 32 ,l~ 32 6,9 5,033 12-09-64 43,5 23,7 9,4 17,734 16-U9-64 15,9 12,5 1 ,7 1,336 25-09-61. .31,0 6,4 3,9 2,437 26-09-6l~ 15,9 . ll~ 1 ,9 1,139 29-09-64 15,5 13 ,2 1 ,8 1
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-63-
3.4- Fonctions de calage
méthode graphique: fig : 7
aux sens des moindres carrés suivant Lro
aux sens des moindres carrés suivant Lrc
aux sens des moindrse rectangles
Le coefficient de corrélation est de
3.5- Conclusion
Lro=0.64Lrc
Lro=O.83Lrc
Lro=0.73Lrc
r =0.88
0.29
0.97
0.62
Il apparait que le calage du modéle simulateur diffère selon
l'échantillon utilisé.La crue décénnale obtenue avec le modèle calé
sur l'échantillon de 62,63,64 vaut 43.6 mm,alors que pour le même
modèle,calé sur l'échantillon de 85,86,elle vaut 19.7mm.
A cela nous pouvons avancer les deux explications suivantes:
l-La première est relative à un problème d'echantillonnage.Au cours
de ces deux dernières années nous n'avons pas enregistré des fortes
crues:la lame ruisselée observée la plus forte etait de l'ordre de 10mm
Statistiquement,nous avons un nuage de points à la base des echelles
graphiques(fig:7) qui par extrapolation pour les crues fortes donnerait
des valeurs sous-estimées.
2 - La deuxième est relative au comportement hydrologique du bassin.Il
est ,en effet possible,qu'entre 1964 et 1985 il y ait eu une modification
de l'aptitude au ruissellement du bassin,par une mise en culture plus
importante par exemple.Par manque de données:description des etats de
surface du bassin durant la periode 62,63 et 64 nous ne pouvons cepend
ant verifier cette dernière hypothèse.
En l'etat actuel des choses ,il apparait donc que le modèle simul
ateur peut donner de bons résultats,à conditions de pouvoir être calé
sur un echantillon de crues observées ,comportant suffisamment de fortes
crues.
Ahmed SMAOUI
éléve hydrologue
ORSTOM - Lomé
BILAN DE STAGE
Dans le cadre de ma deuxième année de spécialisation en hydrologie
j'ai été appelé à effectuer un stage de formation au centre ORSTOM de Lomé.
Durant cette periode, supposée être une periode d'application des
enseignements théoriques,j'etais chargé de divers travaux primordiaux pour
la formation d'un hydrologue:jaugeages,depouillements,observations hydrometri
que etc,et plus p~rticulièrements,d'uneetude hydrologique complète de deux
bassins versants par la méthode de simulation de pluie:le NADJOUNDI et le
HIDENWOU.
La mise au point du mini-simulateur de pluie (dont les performances
sont decrites dans mon rapport,ainsi que dans d'autres publications),par
l'équipe d'hydrologues d'ABIDJAN,a permi,outre de determiner avec une assez
bonne précision les caracterstiques hydrodynamiques des sols,d'elaborer une
nouvelle méthode d'estimation des debits des crues décennales sur les petits
bassins versants.Rappelons trés brièvement le principe de cette méthode(qui
a fait aussi l'objet de plusieurs titres bibliographiques).Cela consiste à
simuler des pluies,dont la taille et la forme doivent respeuter autant que
possible celles estimées pour la région,sur des parcelles de lm2;répresenta
tives des états de surface du bassin en question.Ceci nous permet de deter
miner la lame ruisselée propre à chaque etat de surface moyennant les deux
parametres;hauteur de pluie (P),etat d'humectation du sol(IK).II s'agit en
suite ,d'extrapoler les resultats obtenus,à l'echelle de tout le bassin
versant.
Le but est de pouvoir mettre au point un modèle statistique calé
à partir d'un echantillon de crues mésurées en saison de pluie(par une simple
corrélation entre les lames ruissélées réellement observées sur le terrain
et les lames ruissélées reconstituées avec le modèle "simulateur"),permettant
de tansformer une lame précipitée en lame ruisselée.
Sans entrer beaucoup plus dans les détails,nous pouvons dire que la
méthode est rapide,peu couteuse et les résultats obtenus jusqu'à present(à
part quelques singularités),sont assez bons.Cépendant ,il stavere que les
fonctions de calage varient d'un bassin à un autre d'une même region clima
tique,et que pour un même bassin,mais des époques differents,(donc des
echantillons de lames ruisselées mesurées differents)les resultats peuvent
egalement varier.II faut donc s'assurer que l'echantillon,qui va servir pour
le calage,soit représentatif des conditions climatiques de la region,c'est
à dire comportant aussi bien des valeurs faibles que des valeurs fortes de
lame ruisselée observée.
-66-
BIBLIOGRAPHIE
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-86-
Annexe 2 1
Description des parcelles représentatives des unités
pédologiques présentes sur le bassin de KANTE
,-.,.Compte tenu des unités pédologiques présentes sur le bassin,
11 parcelles ont été retenues
Unité 1 parcelle 1 Végétation naturelle
parcelle 2 Brûlis
Unité 2 parcelle 3 Jachère
" 4 Brûlis
" 5 Culture (mil)
Unité 3 parcelle' 9 Végétation naturelle
" 10 Brûlis
" 11 Culture (mil)
Unité 4 parcelle 6 Jachère
" 7 Brûlis
" 8 Culture (mil)
-S7-
Equations d'aptitude'au ruissellement caracteristiques des------------------------------------------------------------_e~~~~!!~~_~~e~~~~~!~!~~~~_~~_e~~~~~_~~_~~~~~_
Rappelons que chaque équation s'ecrit de la façon suivante:
Lri = a.P.lK + b.P + c.lK + d
Avec Lri lame ruisselée calculée pour la parcelle i
p hauteur de la pluie
lK indice de KOHLER
Les equations sont les suivantes :
lK < 57
lK > 57
lK < 60
lK > 60
lK < 27
lK > 27
lK < 15
lK > 15
IK < 12
lK > 12
lK < 35
lK > 35
Lrl = 0.0013.P.lK + 0.066.p + O.lK - 1.3
Lr2 = 0.0030.P.lK + 0.3S0.P + 0.020.lK - 4.S
Lr3 = 0.0029.P.lK + 0.015.P + O.OOO.lK - 0.33
Lr3 = O.OOll.P.lK - 0.032.P - 0.006.lK
Lr4 = 0.0026.p.lK + 0.130.p + O.OOO.lK - 2.40
Lr5 = 0.003l.P.lK + 0.150.P - 0.020.lK - 1.00
Lr6 = O.OOOS.P.lK + 0.056.P + O.OOO.lK - 1.00
Lr7 = 0.00S2.P.lK + 0.270.p - 0.050.lK - 5.60
Lr7 = O.OOOO.P.lK + 0.760.P + O.OOO.lK - S.60
LrS = O.OOSO.P.lK + 0.190.p + 0.060.lK - 4.40
LrS = O.OOOO.P.lK + 0.4l0.P + O.OOO.lK - 2.S0
Lr9 = 0.0120.P.lK +0.440.P + 0.250.lK - 6.20
Lr9 = O.OOOO.P.lK + 0.620.p + O.OOO.lK - 2.40
LrlO= 0.0150.P.lK + 0.640.P + 0.300.lK - 7.00
LrlO= O~OOOO.P.lK + 0.S20.P + O.OOO.lK - 3.00
Lrll= 0.0054.P.lK + 0.3S0.P + O.llO.lK - 6.00
Lrll= O.OOOO.P.lK + 0.570.P + O.OOO.lK - 2.00
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