Variabilité interannuelle et intra-annuelle des transports solides de l'oued Bouhamdane, à l’amont du barrage Hammam Debagh (Algérie orientale) Abdelaziz LOUAMRI Azzedine MEBARKI Benoit LAIGNEL & Kamel BAHRI

Plan CONTEXTE, DONNEES ET METHODES INTRODUCTION CONTEXTE, DONNEES ET METHODES VALEURS ANNUELLES, VARIABILITE ET FACTEURS CONDITIONNELS DU TRANSPORT SOLIDE LA VARIABILITE INTRA-ANNUELLE DES APPORTS SOLIDES CONSEQUENCES SUR L'ENVASEMENT DU BARRAGE CONCLUSION

INTRODUCTION Le transport solide des oueds et les phénomènes d'érosion hydrique constituent un problème majeur au Maghreb à cause de leur impact sur l’envasement accéléré des barrages. Terrain d’étude: Le bassin de l’oued Bouhamdane à la station de jaugeage de Medjez Ammar 2:1105 km² au droit du barrage de Hammam Debagh :1070 km2 Objectif : Etude de la variabilité interannuelle et intra-annuelle des flux sédimentaires ou flux solides : contexte physique contrasté, disponibilité d’une chronique longue de mesures directes de la concentration en MES, et du débit remontant à 1969 et indirectes d’envasement du barrage.

Le bassin-versant de l'oued Bou Hamdane et le barrage de Hammam Debagh

Commentaire de la figure

Le bassin de l’oued Bouhamdane se caractérise par: relief de moyenne montagne l'altitude moyenne : 785 m (270 - 1281 m) l'indice de pente de Roche : 0.13. La densité de drainage permanente : 0.53 km-1 et temporaire : 1.90 km-1. La longueur du talweg principal : 99 km, avec une pente de 0.008 (ANRH, 2008). Les zones avec un couvert végétal naturel (chêne liège, maquis, reboisement) couvrent 31.7% de la surface du bassin dont 19. 5 % sont exploités comme terrains de parcours. La région connaît une forte activité agricole, essentiellement la céréaliculture qui occupe 58.1 %, de la surface du bassin et l'olivier autour de 1 % .

La lithologie est variée, constituée de formations superficielles (32 La lithologie est variée, constituée de formations superficielles (32.4 %),  grès, conglomérats, marno-calcaires et marnes schisteuses (40.5 %), argiles et marnes (23.1%) et calcaires (4.0 %). deux principales artères, l'oued Zenati qui draine la zone semi aride des Hautes Plaines (pluie moyenne : 450 -550 mm,), et l'oued Sabath du Tell méridional au climat sub-humide (pluie moyenne 550- 650 mm). A la station de Guelma, la moyenne annuelle de la température de l'air est de 18,1 °C (10 °C en janvier et 27.8 °C en août) et l'ETP (formule ANRH) s'élève à 1288 mm par an.

Le barrage de Hammam Debagh: La digue en terre avec un noyau central. Sa hauteur hors-sol est de 93 m, la longueur en crête est de 430 m et sa largeur en crête de 9 m. La capacité initiale était de 200 hm3 correspondant à une cote de la retenue normale de 360 m. Selon les études d'avant -projet, le volume régularisé a été fixé à 55 hm3 pour un apport moyen annuel estimé à 63 hm3. Le barrage est équipé de deux évacuateurs de crues de type siphon. Il est destiné à l'alimentation du périmètre irrigué de Guelma–Bouchegouf (12 900 ha) et l'alimentation en eau potable de l'agglomération de Guelma et des centres urbains avoisinants.

II. Les données de mesures hydrologiques: II. Les données de mesures hydrologiques: valorisation à l’échelle journalière

Les mesures de transport solide en suspension, réalisées en concomitance avec les mesures du débit liquide (Agence Nationale des Ressources Hydrauliques A.N.R.H.) prélèvements journaliers, avec une fréquence plus élevée en périodes de crues. Les échantillons prélevés sont traités au laboratoire : décantation, filtrage, séchage à l'étuve, et pesée pour aboutir à la masse des résidus secs (concentration en g/l). La technique de mesure de transport solide basée sur un prélèvement unique à proximité de la berge, ne reflète pas la répartition réelle des concentrations dans la section mouillée (Touat, 1993).

Position dans l'année des mesures de concentration et magnitude des concentrations à la station de Medjez Ammar 2

Position dans l'année des mesures de débits liquides et magnitude des débits à la station de Medjez Ammar 2

Les valeurs de C mesurées oscillent entre 0 Les valeurs de C mesurées oscillent entre 0.01 et 105 g/l pour une gamme de débits jaugés de 0.1 à 636 m3/s La classe des concentrations en MES inférieure à 1 g/l accapare 78.6 % des mesures ; 99.95% des valeurs mesurées sont inférieures à 100 g/l. La valeur maximale : 105 g/l (23 octobre 1969) La concentration des matières en suspension est variable d'une saison à l'autre, avec fréquence des valeurs les plus fortes en automne, en liaison avec les pluies orageuses d'automne qui trouvent des matières disponibles au transport. A noter qu'aux valeurs maximales de C, ne correspondent pas forcément les valeurs de Q les plus élevées ( (Liénou et al, 2009).

Débit correspondant à C max (m3/s) Date de la concentration maximale Valeur de concentration maximale mesurée C (g/l) Intervalle Q (m3/s) C (g/l) Saisons 6.50 23 octobre 1969 105.7 0.085 à 490.2 0.02 à 105.7 Automne 244.4 25 janvier 1973 33.76 0.087 à 632.6 0.01 à 33.76 hiver 1.8 04 mai 1976 28.42 0.1 à 341 0.01 à 28.42 Printemps 1.05 12 juin 1972 0.58 0.066 à 1.05 0.02 à 0.58 Eté

Valorisation des données de mesure disponibles 1/ Régression des données Qs-Ql issues de la station hydrométrique. La meilleure régression obtenue (avec un coefficient de corrélation R= 0,91, et une variance expliquée de 83.92% est celle liant les débits solides Qs (kg /s) aux débits liquides Ql (m3/s), réalisée sur un échantillon de 2210 couples de valeurs de mesures instantanées La fonction calculée, de type puissance, est la suivante:. Qs = 0,1668 Ql 1,4999 2/La courbe d'étalonnage est utilisée pour la valorisation, au pas de temps journalier (Qsj), de l'information hydrométrique disponible sur la période de septembre 1969 à août 1987.

Relation débits liquides instantanés (m3/s) – débits solides (kg/s)

CF=10 1.1513 σ2 Qsj = 0.166 x Qlj 1.4999 x 2.365 Facteur de correction la charge en sédiments d'un cours d'eau est sous-estimée lorsque les débits solides sont calculés à partir des débits liquides en utilisant la méthode des moindres carrés et en appliquant une anamorphose logarithmique aux variables (Ferguson, 1986, 1987;). Le facteur de correction de Jansson(1985) est calculé par : CF=10 1.1513 σ2 Avec σ2 = 1/(N-1) ∑(log10Ci-log10C’i) 2, et: Ci: concentrations mesurées et C’i: Concentrations estimées. Le facteur de correction est appliqué à l'ensemble de la série de débits solides journaliers Qsj de la période 1969 – 1987: Qsj = 0.166 x Qlj 1.4999 x 2.365

Extension de la série de débits solides journaliers au barrage. Sur la base de la régression déjà calculée: une seconde série de débits solides journaliers (Qsj), étalée sur 15 ans (de septembre 1995 à août 2010), a été générée à partir des apports liquides journaliers disponibles, déduits du bilan de régularisation du barrage de Hammam Debagh. L'apport liquide au barrage (ou "affluent" selon l'ANBT) se calcule comme suit : capacité finale - capacité initiale + défluent (le défluent = somme des sorties : pertes, besoins et lâchers). Le facteur de correction, mis au point pour la série de données de la station hydrométrique est également appliqué aux débits solides journaliers Qsj de cette seconde série relative à l'exploitation du barrage.

III. Valeurs annuelles, variabilité du transport solide et facteurs conditionnels

La moyenne interannuelle du TSS véhiculé par l'oued Bouhamdane: Station hydrométrique : 237.5 t/km²/an; la valeur la plus faible, observée pendant l’année hyper sèche 1973/1974, est de 3.66 t/km2/an, et la valeur la plus forte, enregistrée pendant l'année très pluvieuse de 1984/1985, atteint 1250 t/km2/an. E=81 mm pour une hauteur moyenne de P= 588,8 mm, soit un coefficient d'écoulement Ce de 13,79 %. Barrage: La moyenne du TSS =281,4 t/km2 /an, avec des valeurs annuelles extrêmes respectivement de 0,57 t/km2/an en 1996/97 et de 1396 t/km2/an en 2004/05, année hydrologique la plus abondante des 2 séries analysées (Tabl. 2).

Barrage de Hammam Debagh (septembre 1995- août 2010) Station hydrométrique Medjez Amar 2 (septembre 1969- août 1987) E (mm) P2 TSS (t/km2/an) P1 Paramètre 85.2 608.5 281,4 80.6 588,8 237.5 Moyenne 110.3 170.9 445,9 67.9 124.9 327.6 Ecart-type 129.5 28 158.5 84.2 21.2 137.9 Cv % 379.5 (2004/2005) 943.6 (2002/2003) 1396 240.9 (1984/1985) 785.8 1250 (1984/1985) Maximum (année) 2.04 (1996/97) 346.8 (1996/1997) 0,57 11.8 (1973/74 362.7 (1973/74) 3.66 Minimum

Variations annuelles du transport solide spécifique (TSS), de l'écoulement (E) et des précipitations (P)

Comparaison avec les bassins d'Algérie du Nord

En comparaison avec les bassins-versants algériens, le bassin étudié se range dans la catégorie faible des quatre classes de valeurs de turbidité et de T.S.S. Il s'oppose aux bassins à dégradation spécifique forte (oued Agrioun, dans la Kabylie de Béjaia : 5000 t/km2/an; oued Safsaf à Zardezas dans les côtiers de Skikda : 1250 t/km2/an).

Le transport solide de l’oued Bouhamdane correspond en ordre de grandeur aux résultats obtenus par Demmak (1982) (oued Kébir Ouest à Ain Cherchar : 91.6 tonnes/km2/an ; oued El Hammam à Zit Emba: 197.5 ; oued Ressoul à Ain Berda : 214.1) les bassins de l’oued Mina dans l'ouest algérien semi-aride (oued Abd à Takhmart : 65 t/km2/an; oued Haddad à Sidi Abdelkader Djillali : 212) étudiés par Achite et Meddi (2005) variabilité interannuelle oscillant entre 62 et 113 % pour les apports solides et entre 44 et 81 % pour les apports liquides. Sur la Haute Tafna, dans le Nord-Ouest algérien, une moyenne de 1330 t/km2/an a été calculée par Ghenim et al (2007). Sur le piémont Sud de l'Aurès, la charge solide est de 401.2 t/km2/an pour l’oued El Abiod à M’chounech; 539.1 pour l’oued El Arab à Khangat Sidi Nadji ; dans le Chott Hodna, elle est de 344 t/km2/an sur l'oued Ksob à Medjez (Demmak, 1982).

IV. La variabilité intra-annuelle des apports solides

Régime des transports solides et des écoulements des années pluvieuses b: 2004/2005

en 1984/85 Un pic principal hivernal est enregistré en Décembre, avec un apport en sédiments (877 t/km2/mois) contribuant à 70 % du total annuel. Après un maximum secondaire modéré en Mars, les écoulements solides et liquides s'amenuisent considérablement; en 2004/05 : régime est nettement bimodal avec un premier maximum automnal (572.6 t/km2 en Novembre) et un second maximum hivernal (289.8 t/km2 en Février) épousant fidèlement les variations mensuelles de l'apport en écoulement.

Débits liquides et débits solides journaliers (1972/1973) A l'échelle journalière, l'hydrogramme et la courbe des débits solides de l'année pluvieuse 1972/73 suivent étroitement les mêmes variations

Régime des transports solides et des écoulements des années sèches 1996/97 L'apport solide a été nul pendant les 5 premiers mois (de Septembre à Janvier) par absence ou faiblesse notable des précipitations ; après le redressement de la courbe en Mars:amenuisement sévère des apports solides et liquides à partir du mois de mai.

V. Conséquences sur l'envasement du barrage

Envasement calculé et envasement mesuré au barrage Moyenne mesurée TSS au barrage : 281,4 t /km2/an (période moyenne : 1995/96 – 2009/10) Si on compte le charriage (généralement estimé à 15 % du transport en suspension ): 323,6 t /km2/an. l'envasement pour les 15 années d'exploitation de l'ouvrage, serait de l'ordre de 4.33 hm3 (densité =1.2) soit un envasement annuel moyen de 0.29 hm3. Pour une densité de 1,6, le taux de sédimentation serait de 0.22 hm3/an.

Résultats de la campagne bathymétrique La bathymétrie effectuée en 2004, a abouti à un envasement cumulé de 15.653 hm3, soit un envasement annuel moyen de 0.98 hm3/an, ce qui correspond à une dégradation spécifique du bassin versant de 914.3 t/km2/an (densité de 1,6). Elle est plus forte que la dégradation obtenue à l'aide des calculs effectués sur la base des mesures hydrométriques (329 t/km2/an) et également comparée à celle évaluée dans l'étude d'Avant Projet Détaillé (APD) du barrage de Hammam Debagh (792 t/km2/an ; sédimentation moyenne : 0.53 hm3/an).

Pertes de capacité du barrage Jusqu'à 2004, la perte de capacité du barrage représente 7.8 % de la capacité initiale, soit près de 0.5 % par an. Le barrage de Hammam Debagh sur l'oued Bouhamdane peut être donc classé dans la catégorie des retenues de faible envasement. Cette valeur correspond à la limite inférieure des valeurs citées par Benmammou (2007) pour la Tunisie, où les barrages perdent chaque année entre 0.5 et 1% de leur capacité à cause de l'envasement. Elle est également faible par rapport aux valeurs citées par Badraoui et Hadji (2001) et Lahlou (2005) pour le Maroc: entre 0.05 % pour le barrage de Abdelmoumen et 5.71 % pour le barrage de Sidi Driss, la moyenne étant de 1.09 %.

Conclusion

Moyenne TSS au barrage estimée par la courbe d’étalonnage des transports en suspension mesurés : 281,4 t /km2/an (période moyenne : 1995/96 – 2009/10) Cependant, l’intensité de l’érosion n’est pas à négliger au vu des résultats de la bathymétrie: 914.3 t/km2/an (densité de 1,6). En général, les mesures aux stations hydrométriques sous-estiment les apports solides totaux Les écarts entre ces résultats doivent être interprétés en lien : avec les différences entre les techniques appliquées dans les mesures aux stations hydrométriques et la mesure du taux de remplissage des retenues (charriage non mesuré dans les stations hydrométriques, incertitudes sur les densités des sédiments dans les retenues, volumes soutirés ou déversés et sédiments associés…)

D'après Demmak (1982), une comparaison basée sur trois barrages et les stations hydrométriques amont a montré des écarts importants: -31 % (Ksob) , -54 % (Foum El Gherza ) -71 % (Gueiss).

Nécessité d’une protection intégrée du bassin versant : Techniques de Défense et de Restauration des Sols Reboisements Soutirage de la vase : vidange de fonds du barrage de Hammam Debagh