| Titre de série : |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement |
| Titre : |
Modélisation Intégrée du Complexe Mouhoun supérieur-Sourou dans le contexte des changements climatiques |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Bouraïma KOUANDA |
| Année de publication : |
2019 |
| Importance : |
250 p. |
| Langues : |
Français (fre) |
| Résumé : |
La présente étude s’inscrit dans le cadre du Programme National pour la Gestion Intégrée des Ressources en Eau (PN-GIRE) au Burkina Faso. Elle vise à contribuer à une meilleure connaissance de la dynamique des eaux de surface et des eaux souterraines, ainsi que leurs interactions au niveau du complexe Mouhoun supérieur-Sourou (Ms-S), partagé entre le Burkina Faso et le Mali dans l’espace soudano-sahélien en Afrique de l’Ouest. Plus spécifiquement, il s’est agi : (i) de caractériser hydrologiquement le complexe Ms-S, (ii) d’étudier les interactions eaux de surface - eaux souterraines et (iii) d’évaluer les impacts potentiels des changements climatiques et environnementaux sur les ressources en eau.
Pour atteindre ces objectifs une approche pluridisciplinaire a été privilégiée. Des approches classiques en hydrologie ont permis de déterminer les paramètres hydro-climatiques qui caractérisent la zone d’étude. Les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines ont été appréhendées à travers surtout des investigations géochimiques et isotopiques. Pour apprécier quantitativement les écoulements souterrains, quatre (4) modèles basés sur le principe des filtres numériques récursifs et une approche de Bilan Massique basée sur la Conductivité électrique de l’eau ont été utilisés. Le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool) a été utilisé pour simuler la réponse hydrologique globale du Mouhoun supérieur à Samendeni et à Nwokuy. Ce qui a permis de déterminer les termes du bilan hydrique en combinant à la fois des données climatiques, topographiques, de types de sols et d’occupation des terres. Pour comprendre l'impact potentiel des changements climatiques sur les ressources en eau, les sorties de cinq (5) modèles climatiques régionaux (CORDEX) ont été utilisées pour simuler à l’aide du modèle SWAT (calibré et validé) la réponse hydrologique future (jusqu'en 2100) sous deux scénarios d’émissions RCP4.5 et RCP8.5. Pour étudier l'impact des changements environnementaux sur les termes du bilan hydrique, les résultats statistiques d’une analyse diachronique de l’occupation des terres ont été utilisés dans le modèles SWAT (calibré et validé).
La géochimie confirme une forte interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Les isotopes stables mettent en évidence : (i) une recharge actuelle importante, (ii) une évaporation très remarquable des eaux stockées en surface due aux conditions climatiques, (iii) une évaporation de certains échantillons d’eaux souterraines essentiellement dans le Continental Terminal (CT) malien due à la recharge des eaux évaporées des lacs endoréiques et/ou une évaporation à partir de la nappe aux endroits où elle est superficielle.
Aussi, l’utilisation du tritium soutient-elle la recharge actuelle importante, tout en précisant l’existence d’eaux anciennes. Les cartes de tritium et de conductivité électrique superposées avec la topographie et la piézométrie, permettent de visualiser les zones potentielles de recharge et les zones encaissant des eaux anciennes ou favorables à une remontée d’eaux anciennes.
Sur l’ensemble du Mouhoun supérieur dominé par la zone soudano-sahélienne, les termes du bilan hydrique interannuel peuvent se résumer par : Pluie (100%) = Ruissellement (4.3%) + Recharge (12.9%) +ETR (84.8%) + Variation de stock (±1%). Dans la partie soudanienne on obtient : Pluie (100%) = Ruissellement (9%) + Recharge (16%) +ETR (74%) + Variation de stock (±1%). Quant aux données climatiques projetées, elles prévoient une remarquable baisse pluviométrique aux mois d’août et de septembre dans la zone d’étude. Les résultats de la modélisation hydrologique intégrée indiquent que cette situation va contribuer à modifier conséquemment certains termes du bilan hydrique, notamment la recharge. La prise en compte conjointe des changements environmentaux et climatiques dans les simulations hydrologiques, montre une tendance forte à l’augmentation du ruissellement qui pourrait atteindre 27% ou 62% (selon le scenario) et une dégradation de la recharge qui pourrait baisser d’ici 2100 de 24% avec le scénario RCP4.5 et s’annuler pratiquement avec le scénario RCP8.5 (baisse de 97%). Même si le scénario RCP8.5 est dit pessimiste, et que les resultats obtenus semblent par moment exagérés, il demeure interpelateur vis-à-vis des potentialités des changements climatiques à impacter la disponibilité de la ressource en eau à l’échelle de la vie humaine.
Abstract : This study as part of the National Program for Integrated Water Resources Management (NPIWRM) in Burkina Faso, aims to contribute to a better knowledge and understanding of the dynamics of surface water and groundwater, as well as their interactions at the Upper Mouhoun-Sourou complex (Ms-S), shared between Burkina Faso and Mali in the Sudano-Sahelian region of West Africa. The specific objectives are: (i) to hydrologically characterize the Upper Mouhoun-Sourou complex, (ii) to study the interactions between surface water and groundwater and (iii) to evaluate the potential impacts of climate and environmental changes on water resources.
To achieve these objectives, an interdisciplinary approach was used. Classical approaches in hydrology permitted to identify the ensemble of the hydro-climatic parameters that characterize the study area. The interactions between surface water and groundwater have been recognized mainly through geochemical and isotopic investigations. To quantitatively assess groundwater flows (base flow) on the Upper Mouhoun watershed, four (4) models based on the principle of Recursive Digital Filters (RDF) and a Mass Balance approach based on the Conductivity Mass Balance (CMB) have been used. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was used to simulate the global hydrological response of Upper Mouhoun at Samendeni and Nwokuy outlets. This made it possible to determine all the terms of the water balance by combining climatic, topographical, soil type and land use data. To understand the impact of climate change on water resources, the outputs of five (5) regional climate models from the Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX) were used under two Greenhouse Gas Emission scenarios (RCP4.5 and RCP8.5). To study the impact of environmental changes in the terms of water balance, the results of a diachronic analysis of land use were used to formulate future environmental scenarios. The statistical data of these scenarios were then used in the SWAT model (calibrated and validated).
Geochemistry confirms a strong interaction between surface water and groundwater.
Stable isotopes permitted to highlight: (i) a significant current recharge, (ii) a very remarkable evaporation of water stored at the surface due to climatic conditions, (iii) an evaporation of some groundwater samples mainly in the Malian Continental Terminal (CT) due to the recharge of evaporated water from endorheic lakes and/or evaporation from the water table when it is superficial. The use of tritium supported a current important recharge, but also specified the existence of old waters. The tritium and electrical conductivity maps superimposed with the topography and the piezometry, make it possible to visualize the potential recharge zones and the zones containing old waters or favorable to the rise of old waters.
Considering the whole Upper Mouhoun, dominated by the Sudano-Sahelian zone, the terms of the inter-annual water balance can be summarized by: Rain (100%) = Runoff (4.3%) + Recharge (12.9%) + Actual Evapotranspiration (84.8%) + Stock change (±1%). In the Sudanese part, the inter-annual water balance gives: Rain (100%) = Runoff (9%) + Recharge (16%) + Actual Evapotranspiration (74%) + Stock change (±1%). The projected climate data predict a remarkable rainfall decrease in August and September in the study area. This situation has contributed to modify some terms of the water balance. Mutual consideration of environmental and climatic changes in hydrological simulations showed a strong tendency for the increase of runoff up to 27% or 62% (depending on the scenario) compared to the reference situation. Recharge was realized to have decreased by 2100 up to 24% with the RCP4.5 scenario and practically disappear with the RCP8.5 scenario (decrease of 97%). Even if the RCP8.5 scenario is said to be pessimistic, and the results obtained seem to be exaggerated, it remains an interpellator vis-a-vis of the potential of climate change to impact the availability of water resources on a scale of human life. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Modélisation Intégrée du Complexe Mouhoun supérieur-Sourou dans le contexte des changements climatiques [texte imprimé] / Bouraïma KOUANDA . - 2019 . - 250 p. Langues : Français ( fre)
| Résumé : |
La présente étude s’inscrit dans le cadre du Programme National pour la Gestion Intégrée des Ressources en Eau (PN-GIRE) au Burkina Faso. Elle vise à contribuer à une meilleure connaissance de la dynamique des eaux de surface et des eaux souterraines, ainsi que leurs interactions au niveau du complexe Mouhoun supérieur-Sourou (Ms-S), partagé entre le Burkina Faso et le Mali dans l’espace soudano-sahélien en Afrique de l’Ouest. Plus spécifiquement, il s’est agi : (i) de caractériser hydrologiquement le complexe Ms-S, (ii) d’étudier les interactions eaux de surface - eaux souterraines et (iii) d’évaluer les impacts potentiels des changements climatiques et environnementaux sur les ressources en eau.
Pour atteindre ces objectifs une approche pluridisciplinaire a été privilégiée. Des approches classiques en hydrologie ont permis de déterminer les paramètres hydro-climatiques qui caractérisent la zone d’étude. Les interactions entre les eaux de surface et les eaux souterraines ont été appréhendées à travers surtout des investigations géochimiques et isotopiques. Pour apprécier quantitativement les écoulements souterrains, quatre (4) modèles basés sur le principe des filtres numériques récursifs et une approche de Bilan Massique basée sur la Conductivité électrique de l’eau ont été utilisés. Le modèle SWAT (Soil and Water Assessment Tool) a été utilisé pour simuler la réponse hydrologique globale du Mouhoun supérieur à Samendeni et à Nwokuy. Ce qui a permis de déterminer les termes du bilan hydrique en combinant à la fois des données climatiques, topographiques, de types de sols et d’occupation des terres. Pour comprendre l'impact potentiel des changements climatiques sur les ressources en eau, les sorties de cinq (5) modèles climatiques régionaux (CORDEX) ont été utilisées pour simuler à l’aide du modèle SWAT (calibré et validé) la réponse hydrologique future (jusqu'en 2100) sous deux scénarios d’émissions RCP4.5 et RCP8.5. Pour étudier l'impact des changements environnementaux sur les termes du bilan hydrique, les résultats statistiques d’une analyse diachronique de l’occupation des terres ont été utilisés dans le modèles SWAT (calibré et validé).
La géochimie confirme une forte interaction entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Les isotopes stables mettent en évidence : (i) une recharge actuelle importante, (ii) une évaporation très remarquable des eaux stockées en surface due aux conditions climatiques, (iii) une évaporation de certains échantillons d’eaux souterraines essentiellement dans le Continental Terminal (CT) malien due à la recharge des eaux évaporées des lacs endoréiques et/ou une évaporation à partir de la nappe aux endroits où elle est superficielle.
Aussi, l’utilisation du tritium soutient-elle la recharge actuelle importante, tout en précisant l’existence d’eaux anciennes. Les cartes de tritium et de conductivité électrique superposées avec la topographie et la piézométrie, permettent de visualiser les zones potentielles de recharge et les zones encaissant des eaux anciennes ou favorables à une remontée d’eaux anciennes.
Sur l’ensemble du Mouhoun supérieur dominé par la zone soudano-sahélienne, les termes du bilan hydrique interannuel peuvent se résumer par : Pluie (100%) = Ruissellement (4.3%) + Recharge (12.9%) +ETR (84.8%) + Variation de stock (±1%). Dans la partie soudanienne on obtient : Pluie (100%) = Ruissellement (9%) + Recharge (16%) +ETR (74%) + Variation de stock (±1%). Quant aux données climatiques projetées, elles prévoient une remarquable baisse pluviométrique aux mois d’août et de septembre dans la zone d’étude. Les résultats de la modélisation hydrologique intégrée indiquent que cette situation va contribuer à modifier conséquemment certains termes du bilan hydrique, notamment la recharge. La prise en compte conjointe des changements environmentaux et climatiques dans les simulations hydrologiques, montre une tendance forte à l’augmentation du ruissellement qui pourrait atteindre 27% ou 62% (selon le scenario) et une dégradation de la recharge qui pourrait baisser d’ici 2100 de 24% avec le scénario RCP4.5 et s’annuler pratiquement avec le scénario RCP8.5 (baisse de 97%). Même si le scénario RCP8.5 est dit pessimiste, et que les resultats obtenus semblent par moment exagérés, il demeure interpelateur vis-à-vis des potentialités des changements climatiques à impacter la disponibilité de la ressource en eau à l’échelle de la vie humaine.
Abstract : This study as part of the National Program for Integrated Water Resources Management (NPIWRM) in Burkina Faso, aims to contribute to a better knowledge and understanding of the dynamics of surface water and groundwater, as well as their interactions at the Upper Mouhoun-Sourou complex (Ms-S), shared between Burkina Faso and Mali in the Sudano-Sahelian region of West Africa. The specific objectives are: (i) to hydrologically characterize the Upper Mouhoun-Sourou complex, (ii) to study the interactions between surface water and groundwater and (iii) to evaluate the potential impacts of climate and environmental changes on water resources.
To achieve these objectives, an interdisciplinary approach was used. Classical approaches in hydrology permitted to identify the ensemble of the hydro-climatic parameters that characterize the study area. The interactions between surface water and groundwater have been recognized mainly through geochemical and isotopic investigations. To quantitatively assess groundwater flows (base flow) on the Upper Mouhoun watershed, four (4) models based on the principle of Recursive Digital Filters (RDF) and a Mass Balance approach based on the Conductivity Mass Balance (CMB) have been used. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) model was used to simulate the global hydrological response of Upper Mouhoun at Samendeni and Nwokuy outlets. This made it possible to determine all the terms of the water balance by combining climatic, topographical, soil type and land use data. To understand the impact of climate change on water resources, the outputs of five (5) regional climate models from the Coordinated Regional Climate Downscaling Experiment (CORDEX) were used under two Greenhouse Gas Emission scenarios (RCP4.5 and RCP8.5). To study the impact of environmental changes in the terms of water balance, the results of a diachronic analysis of land use were used to formulate future environmental scenarios. The statistical data of these scenarios were then used in the SWAT model (calibrated and validated).
Geochemistry confirms a strong interaction between surface water and groundwater.
Stable isotopes permitted to highlight: (i) a significant current recharge, (ii) a very remarkable evaporation of water stored at the surface due to climatic conditions, (iii) an evaporation of some groundwater samples mainly in the Malian Continental Terminal (CT) due to the recharge of evaporated water from endorheic lakes and/or evaporation from the water table when it is superficial. The use of tritium supported a current important recharge, but also specified the existence of old waters. The tritium and electrical conductivity maps superimposed with the topography and the piezometry, make it possible to visualize the potential recharge zones and the zones containing old waters or favorable to the rise of old waters.
Considering the whole Upper Mouhoun, dominated by the Sudano-Sahelian zone, the terms of the inter-annual water balance can be summarized by: Rain (100%) = Runoff (4.3%) + Recharge (12.9%) + Actual Evapotranspiration (84.8%) + Stock change (±1%). In the Sudanese part, the inter-annual water balance gives: Rain (100%) = Runoff (9%) + Recharge (16%) + Actual Evapotranspiration (74%) + Stock change (±1%). The projected climate data predict a remarkable rainfall decrease in August and September in the study area. This situation has contributed to modify some terms of the water balance. Mutual consideration of environmental and climatic changes in hydrological simulations showed a strong tendency for the increase of runoff up to 27% or 62% (depending on the scenario) compared to the reference situation. Recharge was realized to have decreased by 2100 up to 24% with the RCP4.5 scenario and practically disappear with the RCP8.5 scenario (decrease of 97%). Even if the RCP8.5 scenario is said to be pessimistic, and the results obtained seem to be exaggerated, it remains an interpellator vis-a-vis of the potential of climate change to impact the availability of water resources on a scale of human life. |
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