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Auteur Moussa Bruno KAFANDO |
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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Prise en compte des processus hydriques de surface dans la réponse piézométrique des aquifères en zone de socle / Moussa Bruno KAFANDO
Titre de série : Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement Titre : Prise en compte des processus hydriques de surface dans la réponse piézométrique des aquifères en zone de socle : cas du site expérimental de Sanon (Province de Kourwéogo, Burkina Faso) Type de document : texte imprimé Auteurs : Moussa Bruno KAFANDO, Auteur Année de publication : 2022 Importance : 227 p. Langues : Français (fre) Résumé : Les ressources en eau souterraine apparaissent à plusieurs égards comme une alternative aux ressources en eau de surface. Ces ressources présentent en général une bonne qualité et jouent un rôle tampon contre les sécheresses. Le Burkina Faso, tout comme les pays sahéliens, connaît une conversion généralisée de la végétation naturelle en terres agricoles pour répondre aux besoins alimentaires et énergétiques d’une démographie à forte croissance. Cette conversion engendre à terme une réduction du couvert végétal entrainant une dénudation des sols et leur forte exposition aux conditions climatiques extrêmes. Ces changements d’occupation ont un impact négatif sur le cycle hydrologique local. L’objectif de la présente thèse est d’évaluer l’influence des processus hydriques de surface et de subsurface sur le mécanisme de la recharge des aquifères de socle. Pour atteindre cet objectif, plusieurs approches ont été développées dans le bassin expérimental de Sanon. La première a consisté à mettre en place trois parcelles expérimentales et un dispositif de mesures de paramètres hydroclimatiques et de niveaux piézométriques dont une dans la zone de végétation naturelle située en crête nord, une dans la vallée centrale où la culture de mil est pratiquée et une autre entre l’exutoire et la vallée centrale où la culture d’arachide est pratiquée. Les termes du bilan hydrique dans chaque parcelle ont été suivis journalièrement en même temps que les niveaux piézométriques en 2020 et 2021. Cette première approche vise à déterminer l’impact de l’occupation du sol sur le drainage profond et sur la recharge. La deuxième est une approche multidisciplinaire utilisant les paramètres hydrauliques des sols, l’hydrodynamique des nappes ainsi que l’hydrogéochimie pour caractériser les différents mécanismes de recharge des aquifères. Enfin, la troisième est basée sur la modélisation avec le modèle Hydrogéosphère pour la reconstruction des niveaux piézométriques. Les résultats montrent des différences entre les types d’occupation après deux ans de mise en œuvre. Le drainage profond est amélioré dans les parcelles de mil et d’arachide, par rapport à la parcelle de végétation naturelle située dans la zone de crête. Le drainage profond est estimé à 8%, 24% et 25% des précipitations annuelles respectivement pour les parcelles de végétation naturelle, de mil et d’arachide. Le rapport entre la valeur de la recharge obtenue par la méthode de fluctuation piézométrique et le drainage profond tend vers l’unité pour les parcelles de mil et d’arachide, mettant en évidence un transfert rapide des flux hydriques entre les zones non saturées et saturées. Les résultats de l’approche pluridisciplinaire montrent un mécanisme de recharge directe par infiltration des eaux de pluie dans la vallée centrale, un mécanisme de recharge mixte dans le basfond à l’exutoire du bassin versant, et des transferts latéraux dans les aquifères périphériques du bassin expérimental. L'eau de la vallée centrale est la moins minéralisée avec des conductivités électriques inférieures à 100 µS/cm. Cette zone d’émergence du dôme piézométrique est le siège d’une recharge préférentielle des aquifères. Du dôme piézométrique, on assiste à une mise en mouvement des eaux souterraines vers les aquifères périphériques du bassin versant de Sanon. Les valeurs de conductivité électrique augmentent du centre de la vallée vers les extrémités du bassin expérimental. La minéralisation des eaux souterraines suit le sens d'écoulement des eaux souterraines. Les résultats de la modélisation donnent une valeur de recharge moyenne interannuelle de 9% de la pluviométrie annuelle avec une recharge négligeable dans les zones de crêtes occupées par la végétation naturelle et une recharge d’environ 28 % au niveau de la zone des cultures dans la vallée centrale. La corrélation croisée entre l’indice pluviométrique standardisé et l’indice standardisé des eaux souterraines de l’aquifère du dôme piézométrique est de 25 mois. Le temps de réponse des eaux souterraines par rapport à la sécheresse est d’environ 2 ans confirmant le rôle tampon des eaux souterraines.
Abstract :
Groundwater resources appear in several respects as an alternative to surface resources. They are generally of good quality and act as a buffer against droughts. Burkina Faso, like other Sahelian countries, has been experiencing a widespread conversion of natural vegetation into agricultural lands to meet the food and firewood needs of a rapidly growing population. This conversion had led to a reduction in vegetation cover, resulting in soil denudation and its high exposure to extreme climatic conditions. These changes of land use/land cover have a profound impact on the local hydrological cycle. This study aims at understanding the influence of the surface and subsurface water-related processes on the recharge mechanism of basement aquifers. To achieve this objective, several approaches have been developed in the Sanon experimental basin. The first one consisted of establishing three experimental plots, one in the natural vegetation zone located on the northern ridge, one in the central valley where millet is grown, and one between the outlet and the central valley where groundnut is grown. The water balance terms in each plot were monitored daily along with piezometric levels in 2020 and 2021. This first approach focuses on understanding the impact of land use on deep drainage and recharge levels. Subsequently, a multidisciplinary approach used soil hydraulic properties, aquifer hydrodynamics and hydrogeochemistry, to characterize the different mechanisms controlling the aquifer recharge. Finally, the third approach is based on modelling with the Hydrogeosphere model for the reconstruction of piezometric levels. After two years of field trial, the results showed differences in aquifer recharge and deep drainage according to land-use patterns. That is, a high deep drainage was recorded in the millet and groundnut plot compared to the natural vegetation plot located in the ridge zone. The deep drainage was estimated to be 8%, 24% and 25% of annual rainfall for the natural vegetation, millet and groundnut plots, respectively. The ratio between the recharge value obtained by the water table fluctuation method and the deep drainage tends towards unity for the millet and groundnut plots, highlighting a rapid transfer of water between the unsaturated and saturated zones. The results of the multidisciplinary approach show a direct recharge mechanism by rainwater infiltration in the central valley, a mixed recharge mechanism in the lowland at the watershed outlet, and lateral transfers in the peripheral aquifers of the experimental basin. The water in the central valley is the least mineralized with electrical conductivity below 100 µS/cm. This emergence zone of the piezometric dome is the place of a preferential recharge of the aquifers. From the piezometric dome, groundwater is moving towards the peripheral aquifers of the Sanon watershed. Electrical conductivity values increase from the center of the valley to the extremities of the experimental basin. Groundwater mineralization follows the direction of groundwater flow. The modelling results give an interannual average recharge value of 9% of the annual rainfall with a negligible recharge rate in the ridge areas occupied by natural vegetation and a recharge of about 28% of the crop area in the central valley. The cross-correlation between the standardized precipitation index and the standardized groundwater index of the piezometric dome aquifer is 25 months. The response time of groundwater to drought is about 2 years suggesting that groundwater plays a buffering role against drought.
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Prise en compte des processus hydriques de surface dans la réponse piézométrique des aquifères en zone de socle : cas du site expérimental de Sanon (Province de Kourwéogo, Burkina Faso) [texte imprimé] / Moussa Bruno KAFANDO, Auteur . - 2022 . - 227 p.
Langues : Français (fre)
Résumé : Les ressources en eau souterraine apparaissent à plusieurs égards comme une alternative aux ressources en eau de surface. Ces ressources présentent en général une bonne qualité et jouent un rôle tampon contre les sécheresses. Le Burkina Faso, tout comme les pays sahéliens, connaît une conversion généralisée de la végétation naturelle en terres agricoles pour répondre aux besoins alimentaires et énergétiques d’une démographie à forte croissance. Cette conversion engendre à terme une réduction du couvert végétal entrainant une dénudation des sols et leur forte exposition aux conditions climatiques extrêmes. Ces changements d’occupation ont un impact négatif sur le cycle hydrologique local. L’objectif de la présente thèse est d’évaluer l’influence des processus hydriques de surface et de subsurface sur le mécanisme de la recharge des aquifères de socle. Pour atteindre cet objectif, plusieurs approches ont été développées dans le bassin expérimental de Sanon. La première a consisté à mettre en place trois parcelles expérimentales et un dispositif de mesures de paramètres hydroclimatiques et de niveaux piézométriques dont une dans la zone de végétation naturelle située en crête nord, une dans la vallée centrale où la culture de mil est pratiquée et une autre entre l’exutoire et la vallée centrale où la culture d’arachide est pratiquée. Les termes du bilan hydrique dans chaque parcelle ont été suivis journalièrement en même temps que les niveaux piézométriques en 2020 et 2021. Cette première approche vise à déterminer l’impact de l’occupation du sol sur le drainage profond et sur la recharge. La deuxième est une approche multidisciplinaire utilisant les paramètres hydrauliques des sols, l’hydrodynamique des nappes ainsi que l’hydrogéochimie pour caractériser les différents mécanismes de recharge des aquifères. Enfin, la troisième est basée sur la modélisation avec le modèle Hydrogéosphère pour la reconstruction des niveaux piézométriques. Les résultats montrent des différences entre les types d’occupation après deux ans de mise en œuvre. Le drainage profond est amélioré dans les parcelles de mil et d’arachide, par rapport à la parcelle de végétation naturelle située dans la zone de crête. Le drainage profond est estimé à 8%, 24% et 25% des précipitations annuelles respectivement pour les parcelles de végétation naturelle, de mil et d’arachide. Le rapport entre la valeur de la recharge obtenue par la méthode de fluctuation piézométrique et le drainage profond tend vers l’unité pour les parcelles de mil et d’arachide, mettant en évidence un transfert rapide des flux hydriques entre les zones non saturées et saturées. Les résultats de l’approche pluridisciplinaire montrent un mécanisme de recharge directe par infiltration des eaux de pluie dans la vallée centrale, un mécanisme de recharge mixte dans le basfond à l’exutoire du bassin versant, et des transferts latéraux dans les aquifères périphériques du bassin expérimental. L'eau de la vallée centrale est la moins minéralisée avec des conductivités électriques inférieures à 100 µS/cm. Cette zone d’émergence du dôme piézométrique est le siège d’une recharge préférentielle des aquifères. Du dôme piézométrique, on assiste à une mise en mouvement des eaux souterraines vers les aquifères périphériques du bassin versant de Sanon. Les valeurs de conductivité électrique augmentent du centre de la vallée vers les extrémités du bassin expérimental. La minéralisation des eaux souterraines suit le sens d'écoulement des eaux souterraines. Les résultats de la modélisation donnent une valeur de recharge moyenne interannuelle de 9% de la pluviométrie annuelle avec une recharge négligeable dans les zones de crêtes occupées par la végétation naturelle et une recharge d’environ 28 % au niveau de la zone des cultures dans la vallée centrale. La corrélation croisée entre l’indice pluviométrique standardisé et l’indice standardisé des eaux souterraines de l’aquifère du dôme piézométrique est de 25 mois. Le temps de réponse des eaux souterraines par rapport à la sécheresse est d’environ 2 ans confirmant le rôle tampon des eaux souterraines.
Abstract :
Groundwater resources appear in several respects as an alternative to surface resources. They are generally of good quality and act as a buffer against droughts. Burkina Faso, like other Sahelian countries, has been experiencing a widespread conversion of natural vegetation into agricultural lands to meet the food and firewood needs of a rapidly growing population. This conversion had led to a reduction in vegetation cover, resulting in soil denudation and its high exposure to extreme climatic conditions. These changes of land use/land cover have a profound impact on the local hydrological cycle. This study aims at understanding the influence of the surface and subsurface water-related processes on the recharge mechanism of basement aquifers. To achieve this objective, several approaches have been developed in the Sanon experimental basin. The first one consisted of establishing three experimental plots, one in the natural vegetation zone located on the northern ridge, one in the central valley where millet is grown, and one between the outlet and the central valley where groundnut is grown. The water balance terms in each plot were monitored daily along with piezometric levels in 2020 and 2021. This first approach focuses on understanding the impact of land use on deep drainage and recharge levels. Subsequently, a multidisciplinary approach used soil hydraulic properties, aquifer hydrodynamics and hydrogeochemistry, to characterize the different mechanisms controlling the aquifer recharge. Finally, the third approach is based on modelling with the Hydrogeosphere model for the reconstruction of piezometric levels. After two years of field trial, the results showed differences in aquifer recharge and deep drainage according to land-use patterns. That is, a high deep drainage was recorded in the millet and groundnut plot compared to the natural vegetation plot located in the ridge zone. The deep drainage was estimated to be 8%, 24% and 25% of annual rainfall for the natural vegetation, millet and groundnut plots, respectively. The ratio between the recharge value obtained by the water table fluctuation method and the deep drainage tends towards unity for the millet and groundnut plots, highlighting a rapid transfer of water between the unsaturated and saturated zones. The results of the multidisciplinary approach show a direct recharge mechanism by rainwater infiltration in the central valley, a mixed recharge mechanism in the lowland at the watershed outlet, and lateral transfers in the peripheral aquifers of the experimental basin. The water in the central valley is the least mineralized with electrical conductivity below 100 µS/cm. This emergence zone of the piezometric dome is the place of a preferential recharge of the aquifers. From the piezometric dome, groundwater is moving towards the peripheral aquifers of the Sanon watershed. Electrical conductivity values increase from the center of the valley to the extremities of the experimental basin. Groundwater mineralization follows the direction of groundwater flow. The modelling results give an interannual average recharge value of 9% of the annual rainfall with a negligible recharge rate in the ridge areas occupied by natural vegetation and a recharge of about 28% of the crop area in the central valley. The cross-correlation between the standardized precipitation index and the standardized groundwater index of the piezometric dome aquifer is 25 months. The response time of groundwater to drought is about 2 years suggesting that groundwater plays a buffering role against drought.
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