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1 Integration of ecological sustaining limits of natural water resources with i Intégration des limites du développement durable des ressources en eau.

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1 1 Integration of ecological sustaining limits of natural water resources with i Intégration des limites du développement durable des ressources en eau vis à vis des impacts socio-économiques, de la pollution, de la qualité des eaux, de la santé publique et des paramètres écologiques Integration of ecological sustaining limits of natural water resources with impacts of socio-economic, pollution pressures, water quality, public health and ecological parameters Colloque International GIRE3d, 24 au 26 mars 2010, Agadir, Maroc Par Jacky Mania (*) and Said Jalala (**) (*) PolytechLille – UMR 8107 LML-Lille VILLENEUVE DASCQ Cedex (F) tel. (33) / (33) (**)University of Palestine International- Research Institute of Sustainable Development and Environment – Gaza City

2 2 Aperçu de la présentation 1- Introduction 2- Développement et validation d un nouveau concept intégré de l'eau : Conceptual Water Integrated Model for Semi-Arid Mediterranean (CWIMSAM) 3- Application de CWIMSAM à la bande de Gaza 4- L'analyse des données Plan d'analyse Outils d'analyse 5- Résultats et discussion 6- Conclusions et recommandations

3 3Problème Introduction 1- Introduction

4 4Objectifs Mettre en place un nouveau modèle conceptuel de gestion intégrée de l'eau en pays semi-aride méditerranéen « Conceptual Water Integrated Model for Semi-Arid Mediterranean (CWIMSAM) » Caractériser les variables efficaces de gestion du secteur eau et définir les zones géographiques où l'eau pose un problème Établir des relations de la prédiction pouvant être utilisées comme outils de soutien décisionnel Classer les municipalités dans des groupes associés à leurs variables liées à l'eau

5 5 Le vrai problème dans les zones semi-arides n'est pas toujours le manque de ressources, mais l'absence d'une politique intégrée de gestion de l'eau (Sharma, 1998)… Jusqu'à présent, la science n'a pas débordé de son cadre général pour aborder les problèmes d'eau de façon intégrée (Kamp et al., 2003)... Plus de recherche doit être faite pour s'assurer que la gestion des ressources en eau est fondée sur une science concrète (Bouwer, 2000)… Le temps est venu pour les scientifiques impliqués dans la gestion de l'eau rare de se pencher sur des approches multidisciplinaires (Appelgren et Klohn, 1998) dont les aspects de l écologie et de la gestion durable Etat de lart en matière de gestion des ressources en eau dans la littérature

6 6 - tentative danalyse du cycle de la gestion de l'eau basée sur la relation de cause à effet - intégration des paramètres socio-économiques avec les pressions de la pollution, la qualité de l'eau, la santé publique et les impacts écologiques ainsi que lensemble des réponses institutionnelles -déplacement de la gestion de l'offre des ressources en eau vers la gestion de la demande - approches écosystémiques intégrées et préventives Signification

7 7 - réalisation de la gestion durable des ressources en eau -Guide-Pression-Etat-Impact-Réponse (GPEIR) pour développer les différents facteurs possibles basés sur la relation de cause à effet -Opinion de l'expert et des méthodes de jugement pour le développement et la validation du modèle et des variables -Comparaison avec des modèles bien établis de gestion des eaux Cadre de référence Développement et validation de CWIMSAM 2-Développement et validation de CWIMSAM

8 8 Fonctionnement de CWIMSAM

9 9 Diagramme de CWIMSAM

10 10 Socio-économiques Population Le revenu par habitant L'utilisation des terres (rural/urbain) Tourisme L'accès à l'eau potable Système de récupération des eaux usées Système de récupération eaux pluviales Consommation d'eau par habitant Prix de l'eau L'efficacité des recettes Consommation de l'eau Agricole Emploi des femmes (domaine de l eau) Eau utilisée mais non comptabilisée Sources de pollution Déchets dangereux Eaux usées domestiques Pesticides Engrais chimiques Engrais organiques Stations d'essence Déchets domestiques solides Eaux usées industrielles Dioxyde de carbone Intrusion d'eau de mer 48Variables 48Variables Application 3-Application

11 11 Qualité de lEauNitrateChlorureSodiumCalciumMagnesiumPotassiumFluorureSulfatepHAlcalinité Coliformes totaux Morbidité La santé publique et les impacts écologiques Morbidité Perte de productivité Perte de terres humides Réponses de la Gestion Dessalement d'eau de mer Dessalement d'eau saumâtre Récupération des eaux pluviales Adduction d'eau régionale (interconnexion) Rapport Eau traitée /eau usée partiellement traitée Efficacité de l'eau d'irrigation (puits agricoles) Efficacité des réseaux d'approvisionnement en milieu urbain (production d eau par puits municipaux) Efficacité du système d'information Sensibilisation et éducation

12 12 Application à la bande de Gaza (GS) Superficie de 360 km ² 25

13 13 Le Contexte Considérant l accroissement rapide de la population de la bande de GAZA (1.16 millions en 2000,1.5 millions en 2009 et 2.6 millions en 2020), la demande prévue de l'eau va augmenter pour atteindre 260 hm3.y-1, qui dépassera de près de trois fois les limites écologiques et la capacité durable de l'aquifère côtier de la bande de Gaza (CAMP, 2000)

14 14 Pourquoi la bande de GAZA ( Gaza Strip)?

15 15 Hydrogéologie L aquifère côtier de la bande de Gaza est composé de sables du Tertiaire- Quaternaire, de grès calcareux et dinterlits de galets avec des niveaux argileux imperméables et semi-perméables. La totalité de laquifère sétend des zones côtières du Sinai au sud et d Haifa au Nord sur 120 km le long de la côte Mediterranéenne. La largeur de laquifère varie de 3 à 10 km dans le Nord à environ 20 km dans le Sud (WRAP, 1995).

16 16

17 17

18 18 Deficit du bilan en eau Outflows (hm 3.y -1 )Inflows (hm 3.y -1 ) MAXMINMAXMIN Municipal Abstraction Rainfall Recharge (1) Agricult. Abstraction Lateral inflow from Israel Discharge to the Sea5.02.0Lateral Inflow from Egypt Saltwater Intrusion-Shallow Water System Leaks 10.5 Wastewater Return Flows 3.5 Other Recharge Irrigation Return Flows Loss of Aquifer Storage Total Net Balance Source: compiled from CAMP, 2000 and PWA, 2000 ENTREES ENTREESSORTIES

19 19 Dégradation de la qualité des eaux

20 20

21 21 Plan dAnalyse & outils Analyse des données 4- Analyse des données Principal Component and Classification Analysis ou RNA

22 22 RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS RESEAUX DE NEURONES ARTIFICIELS (RNA ou ANN) (RNA ou ANN) Architecture Générale Input Output Hidden layer Entrée Sortie Couche Cachée X1X1 X i XnXn WiWi WnWn W1W1 (Poids) XiXi WiWi å Fonction de transfert

23 23 Ce type de modèle respecte deux choses (Aleksander & Morton, 1990) : 1- La connaissance est acquise par le modèle à partir d un processus d apprentissage 2-La solidité de la connexion inter-neuronale est basée sur les poids des synapses (région de contact entre 2 neurones) utilisés pour stocker la connaissance. Les ANNs deviennent depuis 1995 une extension des algorithmes des techniques conventionnelles. Ils permettent d élucider les relations qui n ont pas été mises en évidence par les autres modèles.

24 24

25 25 Equality line y=x Predicted versus observed output -Example: Model 1 Erreur RMS par rapport aux n œ uds cach é s- MODELE 1 Pr é l è vements d eau

26 26 Formes Compactes des modèles ANN Model 1 V.Socio-Eco: {WAbstrac} = ANN [Populat, Inccap, Lanuse, Tourismt, WSupply, WWCov, StoWCov, WCpCap, Wprice, EfRevCo, AgWCon, GendEmp, WAwEd, UFW] Model 2 V.Pollution: {TDS} = ANN [HazWas, DomWW, Pesticid, ChemFer, OrgFert, PetrolS, DomSW, IndWW, CO2, SWInt] Model 3 V.Etat: {WAbstrac}= ANN [NO3, Cl, Na, Ca, Mg, K, F, SO4, pH, Alkalinity, T-Coli] Model 4 V. Impact: {WAbstrac} = ANN [LosProd, LosWet, Morbid] Model 5 V.Gestion: {WAbstrac} = ANN [BrWDes, StoWHa, ImpW, TreatWW, EfWIrrig, EfUWSN, EfInS, WAwar, SWD]

27 27 VARIABLES SOCIO- ECONOMIQUES Classement 1er : 1er : la population 2ème : la consommation de l'eau agricole, 3ème : le revenu par habitant 4ème: le prix de l'eau la population, le revenu par habitant, l'utilisation des terres, le tourisme, l'accès à l'eau potable, le taux de récupération des eaux usées, le taux de récupération des eaux de pluie, la consommation d'eau par habitant, le prix de l'eau, l'efficacité des taxes, a consommation de l'eau agricole, l'autonomisation des femmes, leau non comptabilisée

28 28 VARIABLES DE LA POLLUTION Classement 1er : 1er : lintrusion d'eau de mer 2ème : les eaux usées domestiques, 3ème : les engrais chimiques 4ème: les déchets solides domestiques les déchets dangereux, les eaux usées domestiques, les pesticides, les engrais chimiques, les engrais organiques, les stations service, les déchets solides domestiques, les eaux usées industrielles, le dioxyde de carbone, lintrusion d'eau de mer

29 29 VARIABLES D ETAT (CHIMIQUES) Classement 1er : 1er : nitrates 2ème : chlorures, 3ème : fluor 4ème: coliformes totaux nitrate, chlorure, sodium, calcium, magnésium, potassium, fluor, sulfate, pH, alcalinité, coliformes totaux

30 30 VARIABLES D IMPACT Classement 1er : 1er : morbidité 2ème : baisse de productivité 3ème : perte de zones humides

31 31 VARIABLES DE LA GESTION DE L EAU DE L EAU Classement 1er : 1er : l'efficacité dans l'eau d'irrigation 2ème : traitement des eaux usées 3ème : efficacité de la distribution en eau 4ème: désalinisation des eaux saumâtres le dessalement d'eau saumâtre, la récolte des eaux pluviales, adduction d'eau régionale, les eaux usées traitées / partiellement traitées, l'efficacité dans l'eau d'irrigation, de l'efficacité des réseaux d'approvisionnement en milieu urbain, de l'efficacité du système d'information, de sensibilisation et d'éducation, de dessalement d'eau de mer

32 32 TestingVerificationTrainingCorrelation Model Model Model Model Model 5 RMS Error Network Model 5Model 4Model 3Model 2 Model RBF GRNN Linear MLP (4 layers) MLP (3 layers) Résultats de lanalyse par ANN Number of hidden nodes 7 Model 1 3 Model 2 6 Model 3 6 Model 4 5 Model 5 (Root Mean Square Error) Résultats 5- Résultats

33 33 Classement des variables par ANN par rapport à lopinion des experts - Exemples

34 34 Analyse de Facteurs Analyse de Facteurs -Reduit les variables en un petit nombre de facteurs latents avec possibilité de rotation dune solution Evaluation des Risques sur la Santé Humaine & Niveaux propres Evaluation des Risques sur la Santé Humaine & Niveaux propres -Caractérise les effets potentiels nocifs sur la santé humaine -Détermine les niveaux de produits chimiques qui peuvent rester sur place et une protection adéquate pour la santé publique

35 35 Matrice de Correlation Matrice de Correlation Présente la direction et la force de relation entre tout couple de variables dans le jeu de données Présente la direction et la force de relation entre tout couple de variables dans le jeu de données Analyse de groupe (Cluster analysis) Analyse de groupe (Cluster analysis) Organise toutes les combinaisons fortes entre variables dans des groupes homogènes et distincts des autres groupes Organise toutes les combinaisons fortes entre variables dans des groupes homogènes et distincts des autres groupes Composantes Principales & Analyse de Classification (PCCA Principal Component and Classification Analysis ) Composantes Principales & Analyse de Classification (PCCA Principal Component and Classification Analysis ) Réduit le nombre de variables en un nombre plus faible, représentatif et non-correlés de facteurs Réduit le nombre de variables en un nombre plus faible, représentatif et non-correlés de facteurs Classifie les variables et les cas Classifie les variables et les cas

36 36 Analyse par la matrice de correlation Exemple: réponse des variables de gestion SWDln (WAwEd) EfInSln (EfUWSN) ln (EfWIrrig) TreatWWImpWln (StoWHa) BrW Des ln (WAbstrac) 1.00 ln(WAbstrac) BrWDes ln(StoWHa) ImpW TreatWW ln(EfWIrrig) ln(EfUWSN) EfInS ln(WAwEd) SWD Brackish water desalination,Storm water harvesting, Regional water conveyance, Treated/partially treated, wastewater, Efficiency in water irrigation, Efficiency in urban supply networks, Efficiency of information system, Awareness and education, Seawater desalination le dessalement d'eau saumâtre, la récolte des eaux pluviales, adduction d'eau régionale, les eaux usées traitées / partiellement traitées, l'efficacité dans l'eau d'irrigation, de l'efficacité des réseaux d'approvisionnement en milieu urbain, de l'efficacité du système d'information, de sensibilisation et d'éducation, de dessalement d'eau de mer

37 37 Analyse de Groupe Exemple: variables socio- économiques Diagramme des arborescences Diagramme des variables

38 38 Analyse PCCA Principal Component and Classification Analysis Exemple: variables de la pollution Factor-variable correlations (factor loadings) Factor 3Factor 2Factor TDS HazWas DomWW ChemFert OrgFert DomSW IndWW CO SWIntr *Pesticid e *PetrolSt

39 39

40 40 Comparaison entre analyse PCCA et Analyse des Facteurs Exemple : variables de la pollution Factor Loadings-pollution variables (Varimax normalized) Factor 3Factor 2Factor TDS HazWas DomWW ChemFert OrgFert DomSW IndWW CO SWIntr Proportion of the total variance Factor-variable correlations (factor loadings) Factor 3Factor 2Factor TDS HazWas DomWW ChemFert OrgFert DomSW IndWW CO SWIntr *Pesticid e *PetrolSt PCCA analysis Principal Component and Classification Analysis Factor analysis

41 41 Etapes de lanalyse des risques sur la santé

42 42 Analyse des risques sur la santé des zones de rejet des eaux usées

43 43 Indice de danger pour chaque voie (ingestion ou dermique) Indice de danger pour chaque élément chimique toxique Index de risque risque Voie d exposition Enfant Enfant Adulte Adulte

44 44 Risque cancérigène pour chaque voie de pénétration Indice de danger par récepteur adulte ou enfant Index de danger Voie d'exposition R é cepteur risque risque

45 45 Les enseignements de la méthodologie CWIMSAM : modèle conceptuel intègrant des variables effectives modèle conceptuel intègrant des variables effectives modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les forces socio-économiques modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les forces socio-économiques modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les paramètres de la qualité des eaux modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les paramètres de la qualité des eaux - Conclusions et Recommendations 6 - Conclusions et Recommendations

46 46….Suite.. modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les politiques d intervention modèle de prédiction des relations entre les systèmes de captage de l eau et les politiques d intervention modèle de prédiction des relations entre les paramètres de la qualité des eaux et les sources de pollution modèle de prédiction des relations entre les paramètres de la qualité des eaux et les sources de pollution On évalue les risques pour la santé et la nécessité de la remise à niveau de l usine de traitement des eaux usées On évalue les risques pour la santé et la nécessité de la remise à niveau de l usine de traitement des eaux usées On classe les problèmes prioritaires d'eau et leurs emplacements On classe les problèmes prioritaires d'eau et leurs emplacements

47 47Conclusions Le revenu par habitant est à la base des forces motrices socio-économiques Le revenu par habitant est à la base des forces motrices socio-économiques Les eaux usées domestiques sont à l origine pressante de la pollution Les eaux usées domestiques sont à l origine pressante de la pollution Les Nitrates et Chlorures sont les paramètres de la qualité de leau les plus significatifs Les Nitrates et Chlorures sont les paramètres de la qualité de leau les plus significatifs Les impacts de la gestion du secteur de l'eau sont la morbidité, la perte des zones humides et la productivité agricole Les impacts de la gestion du secteur de l'eau sont la morbidité, la perte des zones humides et la productivité agricole

48 48..suite des conclusions La réutilisation des eaux usées traitées devrait avoir la priorité absolue dans la politique de l'eau suivie par le dessalement d'eau de mer La réutilisation des eaux usées traitées devrait avoir la priorité absolue dans la politique de l'eau suivie par le dessalement d'eau de mer L'arsenic est le seul produit chimique qui présente un risque cancérogène. Les adultes ont une sensibilité plus élevée aux produits chimiques que les enfants L'arsenic est le seul produit chimique qui présente un risque cancérogène. Les adultes ont une sensibilité plus élevée aux produits chimiques que les enfants Les municipalités côtières ainsi que les municipalités situées à proximité de la frontière orientale de Gaza sont caractérisées par une forte teneur en chlorure Les municipalités côtières ainsi que les municipalités situées à proximité de la frontière orientale de Gaza sont caractérisées par une forte teneur en chlorure Khan Younis et Gaza sont caractérisées par une pollution anthropique significative, un prélèvement d'eau élevé et un besoin d'eau supplémentaire Khan Younis et Gaza sont caractérisées par une pollution anthropique significative, un prélèvement d'eau élevé et un besoin d'eau supplémentaire

49 49 Impacts espérés sur la gestion de leau à Gaza Contribution à l'avancement de la gestion des ressources en eau à travers le développement du nouveau modèle conceptuel intégré de l'eau Contribution à l'avancement de la gestion des ressources en eau à travers le développement du nouveau modèle conceptuel intégré de l'eau Aider les décideurs à mieux connaître et comprendre les conditions de base réelle Définir pour la première fois, les critères efficaces de plusieurs paramètres pour l'analyse du secteur de l eau et surveiller des zones géographiques sous contraintes Définir pour la première fois, les critères efficaces de plusieurs paramètres pour l'analyse du secteur de l eau et surveiller des zones géographiques sous contraintes Conclure à des interventions potentielles nécessaires pour assurer la disponibilité en eau; l adéquation et l équilibre entre l offre et la demande Conclure à des interventions potentielles nécessaires pour assurer la disponibilité en eau; l adéquation et l équilibre entre l offre et la demande

50 50 Recommandations pour l'amélioration La gestion des ressources en eau devrait être fondée sur des approches intégrées, préventives et écosystémiques La gestion des ressources en eau devrait être fondée sur des approches intégrées, préventives et écosystémiques L'utilisation de leau de l écosystème et de la demande en eau doivent être considérées lors du calcul de la demande globale L'utilisation de leau de l écosystème et de la demande en eau doivent être considérées lors du calcul de la demande globale Sélectionner et adapter la technologie de dénitrification la mieux appropriée pour assainir les eaux souterraines Sélectionner et adapter la technologie de dénitrification la mieux appropriée pour assainir les eaux souterraines Définition d une stratégie de gestion de la salinité des eaux de l aquifère côtier grâce au transport accéléré des sels; la méthode ASTRAN permettrait de gérer les eaux souterraines salines dans l'est de la bande de Gaza Définition d une stratégie de gestion de la salinité des eaux de l aquifère côtier grâce au transport accéléré des sels; la méthode ASTRAN permettrait de gérer les eaux souterraines salines dans l'est de la bande de Gaza

51 51 ASTRAN

52 52 Suite- Recommendations pour l'amélioration Planification et réglementation de la régulation devraient permettre de récupérer de l'eau et sa conservation Planification et réglementation de la régulation devraient permettre de récupérer de l'eau et sa conservation Adaptation de la gestion de leau au changement climatique Adaptation de la gestion de leau au changement climatique Le plan national de l'eau devrait être reformulé pour tenir compte des problèmes d'eau prioritaires et des zones géographiques sous contraintes Le plan national de l'eau devrait être reformulé pour tenir compte des problèmes d'eau prioritaires et des zones géographiques sous contraintes Toutes les politiques de l'eau, les plans et les programmes devraient être soumis à l'évaluation stratégique environnementale Toutes les politiques de l'eau, les plans et les programmes devraient être soumis à l'évaluation stratégique environnementale

53 53 Fin Merci pour votre attention

54 54 New Integrated Water Management ModelExisting Water Management Model Nouveau Modèle versus Modèle Classique

55 55Methodologie


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