| Titre de série : |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement |
| Titre : |
Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Justine YOFE - TIROGO |
| Année de publication : |
2016 |
| Importance : |
261p. |
| Langues : |
Français (fre) |
| Résumé : |
L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié.
La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe.
Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière.
Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region?
To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling.
The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour.
The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso [texte imprimé] / Justine YOFE - TIROGO . - 2016 . - 261p. Langues : Français ( fre)
| Résumé : |
L’Afrique de l'Ouest est sujette à une variabilité climatique importante et elle connaît une longue période de sécheresse depuis les années 1970 dont l’impact sur les ressources en eau de surface est bien documenté. Quant aux ressources en eau souterraine, bien qu’elles représentent la principale source d'eau pour les usages domestiques, agricoles et industriels dans la plupart des pays de cette région, l’impact du climat sur ces dernières reste peu étudié.
La présente étude porte sur le bassin versant du Kou au Burkina Faso. Situé dans la zone soudanienne, il abrite une grande ressource en eau souterraine qui est à l’origine des sources exceptionnelles dans la région ouest-africaine (plus de 6000 m3/h en 2011). Cette ressource, essentielle pour les besoins de la population, présente pourtant des signes d'épuisement (diminution du débit des sources et même tarissement de certaines sources, diminution du débit de base des rivières) qui soulèvent une question essentielle, à savoir : quelle est la cause de l'épuisement de cette ressource et son lien avec la variabilité climatique observée dans la région ? Pour répondre à cette question nous avons utilisé des méthodes d’analyse statistique et la modélisation hydrogéologique. Les méthodes statistiques appliquées aux chroniques de données climatiques, hydrométriques et piézométriques ont permis de caractériser la variabilité du climat dans la zone d’étude, de décrire la réponse des eaux souterraines face à cette variabilité et d’identifier les facteurs explicatifs potentiels du comportement de la nappe.
Ces analyses ont montré que les précipitations ont connu une rupture significative en 1970 marquée par un déficit pluviométrique de 11-16 % qui a entraîné un déficit trois fois plus élevé sur l’écoulement de surface et sur le débit de base. Une reprise de la pluviométrie semble s’amorcer vers 1990 (augmentation de 4-11 %). Suite à cette reprise, le débit de certaines rivières telles que le Mouhoun à Samendéni a augmenté avec un léger retard par rapport aux précipitations à cause de la lenteur de l'écoulement de base tandis que pour d’autres rivières telles que la rivière Kou à Nasso, le flux a régulièrement diminué. En outre, l'analyse a montré que les eaux souterraines répondent à la pluviométrie avec retard. Le temps de réponse aux fluctuations saisonnières varie de 1 à 4 mois et le temps de réponse aux variations interannuelles dépasse le délai de 1 an. Cette réponse est fortement dépendante des caractéristiques physiques de l'aquifère, ce qui pourrait expliquer l'hétérogénéité spatiale de la réponse des eaux souterraines. La modélisation hydrogéologique a complété les méthodes statistiques et pallié leurs limites par une meilleure prise en compte de l’hétérogénéité spatiale des caractéristiques de l’aquifère et de certains facteurs tels que les pompages qui pourraient influencer le niveau de la nappe. Le modèle réalisé sur Visual Modflow est d’abord calé en régime permanent sur la période 1995-1999 puis évalué avec les données de basses eaux et de hautes eaux de 2014. Grâce au régime permanent calé de manière satisfaisante, les principaux flux qui transitent dans le système ont été estimés. On retient que les flux d’eau entrants proviennent de la recharge de la nappe (49 %) et des frontières du domaine, surtout de l’amont au sud et à l’ouest (42 %), et les flux sortants sont dus aux sources, à la rivière et ses affluents (24 %), et aux pompages qui ne représentent que 2 %. Le reste des flux (74 %) sort via le Mouhoun et la frontière aval du domaine. Les simulations en régime transitoire à un pas de temps mensuel de 1995 à 2014 ont montré qu’au cours de cette période, le niveau de la nappe a connu des variations non seulement et surtout liées à la variation de la recharge mais aussi à l’augmentation des pompages. En effet, même si les pompages ne représentent que moins de 5 % du total des flux, le fonctionnement en régime transitoire indique que ceux-ci ont entraîné une baisse du niveau de la nappe avec pour conséquence une accentuation de la diminution du débit des sources. Entre 1995 et 2014, le débit des sources Guinguette (1,8 m3/s en 1992) et ONEA1 et 2 (0,5 m3/s en 1993) a diminué respectivement de 0,3 m3/s et 0,1 m3/s et les pompages ont causé près de 40 % de cette baisse. Les simulations en régime transitoire de la période 1961 à 2014 ont montré que la succession d’années sèches à partir des années 1970 a causé une baisse du niveau de la nappe entraînant une diminution importante du débit des sources, 1,1 m3/s pour la Guinguette et 0,23 m3/s pour ONEA 1 et 2. En l’absence d’une nette amélioration des conditions climatiques, la tendance à la baisse se poursuit jusqu’à nos jours. Ainsi, les mauvaises conditions climatiques combinées aux pompages qui sont en croissance continue mettent en péril la ressource. La gestion de cette dernière dans une perspective de durabilité devrait donc revêtir une attention particulière.
Abstract : West Africa is prone to climate variability and since the 1970s it has been experiencing a long period of drought whose impact on surface water resources is well documented. As for groundwater resources, although they are the main source of water for domestic, agricultural and industrial uses in most countries in the region, the impact of climate on them remains little studied. This study focuses on the Kou catchment in Burkina Faso. Located in the Sudanian region, the catchment holds a large groundwater resource that lies at the root of exceptional springs, recognized as such across western Africa because of their flow (over 6000 m3/h in 2011). This resource, essential to fulfill the populations’ needs, shows signs of depletion (decrease in springs’ flow and even drying up of some springs, decrease in the rivers’ base flow) which raise a critical question, namely: what is the cause of the depletion of this resource and its nexus with the climate variability observed in the region?
To answer this question, we used statistical analysis methods and hydrogeological modeling.
The statistical methods applied to climatic, hydrometric and groundwater level time series led to characterize the studied area’s climate variability, to describe the groundwater’s response to this variability and to identify the potential factors that explain the groundwater’s behaviour.
The analyses showed that rainfall underwent a significant break in 1970 with an 11-16 % deficit which in turn resulted in a deficit three times greater for both surface runoff and base flow. A recovery in rainfall seems to start around 1990 (increase by 4-11 %). Following this recovery, the flow of some rivers such as the Mouhoun in Samendéni increased with a slight delay compared to rainfall because of the slowness of the base flow while for other rivers such as the Kou river in Nasso, the flow has steadily declined. Typically, the analyses showed that groundwater respond to rainfall albeit with a delay. The response time to seasonal fluctuations ranges from 1 to 4 months and the response time to interannual variations exceeds the timescale of 1 year. This response is highly dependent on the local aquifer’s physical characteristics, which could explain the spatial heterogeneity of the groundwater response. Hydrogeological modeling aimed at complementing the statistical methods and overcoming their limitations by better taking into account the spatial heterogeneity of the aquifer’s characteristics and some factors such as pumping that can influence the level of the groundwater. The model performed on Visual Modflow is first calibrated in steady-state over the period 1995-1999 and assessed with low water and high water data in 2014. With this steady-state model satisfactorily calibrated, the main flows passing through the system were estimated. The inflows come from groundwater recharge (49 %) and from the boundaries of the area, especially from the upstream in the southern and western sides (42 %), and the outflows are due to springs, the river and its tributaries (24 %), and to pumping that account for 2 % only. The rest of the flow (74 %) is drained via the Mouhoun and the downstream boundary of the domain. Monthly timescale simulations in transient state over the period 1995-2014 showed that the fluctuations of the groundwater level are mainly due to changes in recharge and that the increased pumping also contributes to these fluctuations. Even if pumping represent less than 5 % of the total flow, the functioning of the system at transient state indicates that these have lowered the groundwater level which in turn resulted into a reduction of the springs’ flow. Between 1995 and 2014, the flow of the springs Guinguette (1.8 m3/s in 1992) and ONEA 1 and 2 (0.5 m3/s in 1993) decreased respectively by 0.3 m3/s and 0.1 m3/s, and pumping caused 40% of the decrease. Simulations in transient state over the period 1961-2014 showed that the succession of dry years from 1970 onward caused a decline in the groundwater level resulting in a significant decrease in springs’ flow, 1.1 m3/s for Guinguette and 0.23 m3/s for ONEA 1 and 2. For the climatic conditions has not improved, the downward trend continues to date. Thus, adverse weather combined with growing pumping continuously endangers the resource. The sustainability of the resource should therefore be a core issue to pay attention to in the management framework. |
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Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Etude du fonctionnement hydrodynamique de l’aquifère sédimentaire du bassin du Kou au sud-ouest du Burkina Faso
