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Régionalisation des paramètres du modèle GR2M dans le bassin de la Gambie Année

Régionalisation des paramètres du modèle GR2M dans le bassin de la Gambie Année académique : 2020/2021 ;: Université Gaston BERGER de Saint-Louis (Sénégal) UFR des Lettres et Sciences Humaines (UFR-LSH) Section de géographie Parcours : Écosystèmes et Environnement Mention : Hydrologie MEMOIRE DE MASTER Boubou Aldiouma SY Professeur Titulaire UFR LSH/UGB Président Lamine DIOP Maitre-assistant UFR S2ATA/UGB Examinateur Adama SARR Assistant UFR LSH/UGB Examinateur Ansoumana BODIAN Maitre de conférences UFR LSH/UGB Encadrant Mémoire de Master Soutenu publiquement par Tegue Diagne NDIAYE Le 03 Mars 2022 Devant le jury composé de : ii Sommaire Dédicace…………………………………………………..………………......…………..... iv Remerciements……………………………………………………….…….………….……..v Résumé………………………………………………………………….……….…..............vii Liste des figures………………………………………………………………….…......…....ix Liste des tableaux………………………………………………………………..……..…....xii Sigles et Abréviations………………………………………………….………………........xiii Introduction générale.................................................................................................................1 1. Contexte et problématique……………………………………………………….........1 2. Objectif………………………………………………………………..………............3 3. Plan du mémoire…………………………………………………………………........3 Chapitre 1 : Localisation et caractérisation de la zone d’étude…………………………..…...5 1. Bassin versant de la Gambie…………………………………………………………..5 2. Stations hydrométriques du bassin de la Gambie………….……………………….....6 3. Caractéristiques physiographiques des sous bassins versants…………….………......11 3.1. Caractéristiques géométriques des sous bassins versants…….……………….……...11 3.2. Caractéristiques topographiques des sous bassins versants……...…………………...13 3.3. Caractéristiques du réseau hydrographique des sous bassins ……….……………......15 Conclusion partielle…………………………………………………………………...17 Chapitre 2 : Outils, Données et Méthode…………………………………………….………..18 2.1.Outil : le modèle hydrologique GR2M………………………………………..……....18 2.1.1 Choix du modèle ……………………………………...………………..………...18 2.1.2 Description du modèle pluie débit mensuel GR2M…..………………………..….18 2.1.3. Paramètres optimisables du modèle GR2M……..………………………….……..19 2.1.4. Optimisation des paramètres du modèle………………………………….………..20 2.1.5. Evaluation de la performance du modèle…………………………………………..20 2.1.6. Choix des périodes de calage………..……………………………………………..22 2.2. Données utilisées……………………………………...……………………………..22 2.2.1. Les données hydrologiques….…………………………………………….....…….23 2.2.2. Les données de pluie……………………………………………………………….23 iii 2.2.3. Les données d’évapotranspiration……………………...………………………….24 2.3. Méthodologie…….……...…………………………………………………………..25 2.3.1. Calcul de la pluie et de l’ETP moyenne des sous bassins versants………………. 25 2.3.2. Calage-validation du modèle et simulation des débits……………………….……25 2.3.3. Régionalisation des paramètres du modèle GR2M………………………………..26 Chapitre 3 : Résultats………………………………………………...….…………………….27 3.1.Analyse des pluies moyennes des sous bassins versants..…..………………………...27 3.1.1. Cycle saisonnier de la pluie des sous bassins versants ……………………….......27 3.1.2. Pluie annuelle de 1970 à 2015 des sous bassins versants………………………….27 3.1.3. La répartition spatiale de la pluie moyenne annuelle de 1970 à 2015 des sous bassins………………………………………………………………………….....28 3.2. Analyse de l’évapotranspiration moyenne des sous bassins versants…………….….29 3.2.1. Cycle saisonnier de l’ETP des sous bassins versants……………………………..29 3.2.2. ETP moyenne annuelle des sous bassins de 1970 à 2015…………………………30 3.2.3. Répartition spatiale de l’ETP moyenne annuelle des sous bassins de 1970 à 2015……………………………………………………………………………….31 3.3. Calage global du modèle GR2M……………………………………………………..31 3.4. Simulation……………………………………………………………………...…….32 3.5. Régionalisation des paramètres du modèle GR2M………………………….……….34 3.5.1. Simulation de débits avec la moyenne arithmétique des paramètres optimisés et régionalisés………………………………………………………………………..38 Conclusion partielle……………………………………………………………….42 Conclusion générale…………………………………………………………………..…...….43 Bibliographie……………………………….…………………………………………...….....44 iv Dédicace Je dédie ce mémoire à titre posthume à feu Souleymane Chakourane Jules DIOUF, coordonnateur national de Climate Action Group (CAG). Tu m’avais promis d’être présent le jour de ma soutenance. Mais, hélas !!! On ne prend jamais de rendez-vous avec le destin…. Que le bon dieu t’accueille dans son paradis céleste. v Remerciements J’exprime toute ma gratitude au Professeur Ansoumana BODIAN qui a assuré l’orientation et l’encadrement scientifique de ce mémoire. Vous n’avez ménagé aucun effort pour nous mettre dans de bonnes conditions de travail de par votre disponibilité, votre rigueur et votre sociabilité. Je remercie le Dr Papa Malick NDIAYE, qui a accepté de m’aider dans toutes les étapes de mon travail. Merci pour le temps que vous avez accordé malgré votre programme chargé. Également merci de m’avoir permis de bénéficier de votre expérience. Mes remerciements vont également à l’endroit de M. Laurent Pascal Malang DIEME, doctorant du Laboratoire Leïdi, « super ance », votre rigueur, votre sens du travail d’équipe et votre esprit d’innovation m’ont bien marqué. Merci de m’avoir soutenu depuis la rédaction du projet de recherche. A M. Omar GOUDIABY, doctorant du Laboratoire Leïdi, je vous remercie de par votre disponibilité. Mes sincères remerciements vont à l’endroit de Mor Ndiaye de la Société d’Aménagement et d’Exploitation des terres du Delta et de la Falémé (SAED), le grand programmeur, je te remercie de ta disponibilité et de ta gentillesse. J’admire tes qualités humaines et tu es devenu un frère de par ta loyauté et ta sincérité dans l’acte. A M. Espoir GAGLO de l’Institut de Recherche pour le Développement (IRD) merci de votre générosité intellectuelle. Je remercie les membres du jury qui ont accepté d’apporter un regard critique et constructif à ce travail. Je veux nommer M. Lamine DIOP de l’UFR des Sciences Appliquées et Techniques (SAT) de l’UGB, M. Boubou Aldiouma SY de l’UFR des Lettres et Sciences Humaines (LSH) de l’UGB et M. Adama SARR de l’UFR des Lettres et Sciences Humaines (LSH) de l’UGB, qui ont significativement contribué à l’amélioration du document final. Je remercie également M. Boubacar CISSE de l’Office des Lac et Cours d’eau (OLAC), M. Konaté de l’Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Gambie (OMVG), M. Latsouck DIOUF de l’Organisation pour la Mise en Valeur du fleuve Sénégal (OMVS), M. DIONG du centre de documentation et des archives de l’Organisation pour la Mise en Valeur du Sénégal (CDA-OMVS), M. Koné de l’école Prytanée Militaire de Saint-Louis et Dr Cheikh FAYE de l’Université Assane SECK de Ziguinchor. vi Enfin, je tiens à remercier tout, spécialement, ma bien-aimé mère Fatou SINE pour son amour, son soutien, ses conseils et son encouragement inconditionnel. « sama yaye » comme j’aime t’appeler affectueusement que le bon Dieu t’attribue une longue vie. Tu es ma grande force et ma source de motivation. Je remercie aussi mes frères et sœurs Ndella, Ndeye Khady, Mamy, Vieux Rawane, Boubou, Samba et les jumeaux (Ousseynou, Assane) pour votre amour et votre soutient tout au long de mon cursus scolaire. Merci également à mes tontons Amadou Anta et Babacar Samb de m’avoir bien aidé dans mes études. A ma nièce Aïssatou Diaw et mon neveu Mouhamed Diaw, je vous aime. vii Résumé En Afrique de l’Ouest, un suivi continu des ressources en eau des bassins versants se fait de plus en plus rare et les chroniques de données disponibles sont lacunaires en dépit des efforts accomplis par les services nationaux qui gèrent les réseaux de suivi hydrométriques. En effet, les services hydrologiques nationaux ont des difficultés à assurer un suivi adéquat des cours d'eau en raison d'un manque de ressources financières et humaines. La connaissance de la ressource est donc limitée par l’inaccessibilité des données hydro-climatiques observées, leur caractère lacunaire et la faible densité spatiale des stations de mesure. Ainsi, l’objectif de cette présente étude est d’estimer les apports en eau dans le bassin versant du fleuve Gambie via une régionalisation des paramètres du modèle hydrologique GR2M. La méthode de régionalisation s’appuie dans un premier temps sur la connaissance des jeux de paramètres sur les bassins dont on dispose des données hydrologiques, pour, dans un second temps prévoir les jeux de paramètres sur des bassins non jaugés. La démarche méthodologique adoptée comporte trois phases : (i) calcul de la pluie moyenne mensuelle et de l’ETP moyenne mensuelle (données d’entrée du modèle GR2M) des sous bassins versants par la méthode distance inverse pondérée au carré; (ii) évaluation de la performance du modèle et la détermination des paramètres X1 et X2 pour les sous bassins dont les chroniques de débit des stations hydrométriques sont au moins de cinq années puis simuler les débits avec les paramètres optimisés X1 et X2 ; (iii) interpolation des paramètres X1 et X2 enfin de générer de nouveaux paramètres régionalisés X’1 et X’2 pour les dix-huit bassins puis simuler les débits avec les paramètres X’1 et X’2 ensuite comparer les débits simulés en phase (ii) et (iii) avec KGE et PBIAIS comme critère d’évaluation du modèle GR2M. Les résultats obtenus montrent que la démarche de régionalisation ne donne pas des résultats concluants ce qui limite la connaissance des ressources en eau des bassins versants non jaugés par cette approche. Mots clés: Bassin de la Gambie, GR2M, Modélisation pluie-débit, Régionalisation, Simulation viii Liste des figures Figure 1 : Localisation du bassin versant de la Gambie………………………...........................4 Figure 2: Répartition spatiale des stations hydrométriques …….……………………………...7 Figure 3: Répartition spatiale des sous bassins versants ………………………….…………...8 Figure 4 : Distribution des altitudes au niveau des différents sous bassins versants de la Gambie……………………………………………………………………………………......9 Figure 5 : Profil topographique des sous bassins versants……………………………………10 Figure 6 : Schéma conceptuel du modèle GR2M décrivant les entrées, les variables internes, les réservoirs et paramètres associés ………………………………..…………………………...19 Figure 7: Inventaire des données de débits des 18 stations hydrométriques retenues ………..23 Figure 8: Inventaire des données de débits des 18 stations hydrométriques retenues…….…....24 Figure 9 : Pluie moyenne annuelle des sous bassins …………………………………………27 Figure 10 : Cycle saisonnier de la pluie des sous bassins ………….…………………………28 Figure 11 : Répartition spatiale de la précipitation moyenne annuelle de la Gambie………...29 Figure 12 : ETP moyenne annuelle des sous bassins de 1970 à 2015………………..……….30 Figure 13 : l’évolution saisonnière de l’ETP des sous bassins ……………………………….30 Figure 14 : Répartition spatiale de l’ETP moyenne annuelle de la Gambie ………………...31 Figure 15 : Hydrogrammes des débits observés et simulés et la variation saisonnière des débits observés et simulés des bassins de Gouloumbou, de Kédougou, de Mako et de Missira Gounas ………………………………………………………………………………………………...33 Figure 16 : Hydrogramme des débits observés et simulés (a) et la variation saisonnière des débits observés et simulés (b) du bassin uploads/Geographie/ la-regionalisation-des-parametres-du-modele-gr2m.pdf