Conception et création d’une base de données pour Ecole Nationale des Ingénieurs de Tunis (ENIT)- Tunisie Laboratoire de Modélisation en Hydraulique et Environnement Congrès International GeoTunis 2009 Du 16 au 20 Décembre 2009 Conception et création d’une base de données pour la gestion des ressources naturelles en milieu aride (cas du bassin versant Oum Zessar) Présenté par: Mongi Ben Zaied Institut des Régions Arides (IRA), Médenine – Tunisie

Plan 1. Introduction 2. Méthodologie générale Problématique Objectifs 2. Méthodologie générale 3. Analyse du projet et choix de la méthode 4. Démarche du travail Traitements des données Exploitation 5. Etapes de réalisation de l’application 6. Conclusion et perspectives

Introduction L’aménagement et la gestion des ressources naturelles et l’environnement pausent des nouveaux problèmes. Les moyens traditionnels sont insuffisants pour réunir et collecter les données nécessaires à la description fidèle de phénomène et de système complexe. Apparition de nouveaux outils et techniques informatiques puissantes et bien adaptés, de concepts et de méthodologies, capables de surmonter les difficultés en tenant compte de sa distribution spatiale et temporelle. Les bases de données et les Systèmes d’Information Géographique (SIG) sont très efficaces en tant qu’outils de gestion et manipulation de données à références spatiale, d’analyse et d’aide à la décision.

Problématique 1. La redondance et la dispersion des enregistrements, Formats multiples, Problèmes de mise à jour, La qualité de l’information (échelle, précision…), La disponibilité des données, L’analyse et la manipulation des données, Gestion de l’espace mémoire et stockage de données.

Objectifs Outil d’aide à la décision. Accès à l'information plus rapidement et facilement. Minimisation de la place occupée sur le support. Meilleure suivi, gestion et analyse des données BD Interrogeable et mieux apte à répondre aux besoins . Automatisation de certaines tâches répétitives. Exploitation efficace (ajout, suppression, modification, etc.). Avoir une BD structurée, organisée et manipulable par un SIG. Outil d’aide à la décision.

Applications antérieures Détection et suivi de phénomène de la désertification Traitements des images satellite

Utilisation du drône (Pixy) pour l’acquisition des images

Suivi de déplacement de la Houbara dans les régions désertiques Développement d’un Outil d'indexation et de recherche de l'information environnementale (MDweb) Suivi de déplacement de la Houbara dans les régions désertiques

Schéma général d’un SIG

Méthodologie générale Classification et Validation Données alphanumériques Cartes existantes Images satellites Photographie aérienne Analyse et Traitement Cartes numériques Données vectorielles Base de données Requêtes Édition SIG Connexion Formulaires Modèles Hydrologiques (SWAT,PATTERN et GR4J) Calages Simulations Ajustement des paramètres Résultats et discussions Validation Conclusions

Démarche du travail Traitements Exploitations Collecte des données Données cartographiques Scannage, calage et géoréférencement Numérisation et saisie des informations Classification et analyse Développement des applications Données alphanumériques Traitements Exploitations Etude et définition des besoins

ANALYSE DE LA SITUATION DES DONNEES On se dispose des données sous différentes formes:  des cartes thématiques scannées, des photographies aériennes et des images satellitales, des données alphanumériques, des couches d’informations numériques. Ces données présentent les caractéristiques techniques suivantes:  Problèmes relatifs aux systèmes de projection. Absences ou manque des attributs correspondant aux entités graphiques. Des cartes topographiques sont en format image (non géoréférencées). Les données climatiques sont répartie sous plusieurs format (.xls, .doc, .shp, ...). Les tables attributaires contiennent un nombre important des informations. Enregistrement répétitif de la même information (redondance des données).

Etude des besoins Dans le but de suivre les activités de recherche on a besoins des informations stockées dans une base avec des critères spécifiques: Données structurées, Données non redondantes, Données cohérentes, Données accessibles , Indépendance des programmes et des données, Suivi et mise à jour des données,  Sécurité des données stockées.

Etapes de création de la base de données

Dictionnaire de données Thème Type Code Entité Infrastructure Polyline Num_rte Route Point Cod_vil Ville Occupation des sols Polygone Id_occ Occupation Station de mesures Num_St Station Hydrographie Nom_oued Nom_nappe Nappe Limites administratives Nom_gouv Gouvernorat Nom_del Délégation Aménagements Id_amgt Aménagement Id_ouv Ouvrage Pédologie Cod_ped Géologie Cod_geo Point d’eau Cod_pe Bassin versant Nom_bv Cartes Image Id_cart Carte Bibliographie Document Id_bib

Conception de la base de données Le modèle conceptuel de données Le modèle logique de données Le modèle physique de données  Les tables de la base de données et les relations entre eux Interrogation de la BD (requêtes) Création des formulaires

Exemples des relations : STATION (Num_st, Nom_st, X_st, Y_st, Z_st, Id_bv#, Id_cart#), BASSIN (Id_bv, Nom_bv, Surface_bv, Périmètre_bv),  

Requête pour afficher certaines données relatives à une station Graphique résultant de la requête

Formulaire : Stations de mesures Formulaire : Données de stations

Données attributaires Récupération des Données attributaires Zone graphique Liste des fichiers SHP Affichage des coordonnées Conception d’une interface utilisateur sous VB

Modélisation hydrologique

Soil and Water Assessment Tool SWAT était développé pour prévoir l’impact des aménagements des terres sur l'eau, les sédiments et les rendements chimiques agricoles (fertilisation chimique) dans des grands et complexes bassins versants avec des sols variables, couverture végétale variable et des conditions d’aménagements sur des longues périodes.

Structure et fonctionnement du modèle SWAT Précipitation Pluie Neige Structure et fonctionnement du modèle SWAT Irrigation Ruissellement Infiltration Font de neige Couvert de neige Perte en sol Accumulation du sol Circuit d’eau en sol Évaporation du sol Assimilation et transpiration des plantes Ecoulement latéral Percolation Écoulement en chenal Irrigation Perte en sol Circuit vers le chenal suivant ou réservoir Bilan d’eau dans le Réservoir Irrigation Évaporation Écoulement sortant Recharge Aquifère libre Captage Eclt de retour Irrigation Recharge Aquifère profond

Processus physiques à simuler Processus de surface Processus physiques à simuler

Configuration du modèle L’unité spatiale de base de SWAT est l’unité de réponse hydrologique HRU (Hydrologic Response Units) Une HRU se caractérise par une occupation du sol unique, un type de sol et de sous sol uniques et une topographie moyenne : c’est la surface élémentaire de calcul.

Evaporation et Transpiration Précipitation B- Les principaux flux latéraux et verticaux Evaporation et Transpiration Ruissellement de surface Zone racinaire Infiltration/Absorption par la plante/ Rétention par le sol (Zone non saturée Écoulement lateral Percolation vers les nappes phréatiques Ecoulement de retour Nappes phréatique) Révap. à partir des nappes phréatiques Couche imperméable Nappes profondes Recharge vers les nappes profondes Ecoulement en dehors du BV

Caractéristiques générales du modèle GR4J P interception En Pn-Ps Es Pn Ps 0.9 0.1 UH 1 2 Q X 3 F ( ) 9 Qd Qr S R Perc Réservoir de Production Routage .X 4 Pr Le modèle GR4J est un modèle empirique global qui permet de simuler le débit a 1'exutoire d'un bassin versant a partir des données de pluie et d'évaporation moyenne, C'est un modèle à quatre paramètres P  E, alors  Pn = P – E et  En = 0 P < E,  alors  Pn = 0 et  En = E – P Pr = Perc + (Pn – Ps)

Caractéristiques générales du modèle GR4J P interception En Pn-Ps Es Pn Ps 0.9 0.1 UH 1 2 Q X 3 F ( ) 9 Qd Qr S R Perc Réservoir de Production Routage .X 4 Pr UH1 (j) = SH1 (j) – SH1 (j-1) UH2 (j) = SH2 (j) – SH2 (j-1) SH1 et SH2 sont définies en fonction du temps Qd = max (0 ; Q1+F) Q = Qr + Qd

Bassin versant Oum Zessar Zone d’Étude Situation géographique et administrative Gabès Bassin versant Oum Zessar Médenine

La valeur de la dénivelée spécifique permet de classer le BV d’Oued Oum Zessar parmi les bassins à relief assez fort (100m<Ds<250m).

Les caractéristiques climatiques La température : - La température moyenne maximale est de 37°C enregistrée au mois de Août, - La température moyenne minimale est de 8°C enregistrée au mois de Janvier, - L’amplitude thermique moyenne est élevée (12°C). La pluviométrie : La zone d’étude se distingue par deux régions pluviométriques : - La région amont, constituée par les délégations du Béni Khedache et Médenine Nord, qui est la plus arrosée et où la pluviométrie moyenne annuelle varie de 170 à 235 mm. - La région avale, constituée par la délégation de sidi Makhlouf qui est la moins arrosée et où la pluviométrie moyenne annuelle est inférieure à 160 mm. Évapotranspiration potentielle L’évapotranspiration potentielle (ETP) est très importante, elle atteint 1540 mm dans la région de Médenine . Régime du vent La région est assez ventée. Les vents actifs (v > 3m/s) représentent 44%

Répartition des stations d’acquisition des données dans la zone d’étude

Les aménagements CES dans le bassin versant d’oued Oum Zessar Techniques de conservation des eaux et des sols Les terrasses Les jessour Les tabias Les ouvrages de recharge Les Seuils en pierres sèches Les ouvrages d’épandage des eaux de crues Les puits filtrants

Les aménagements CES dans le bassin versant d’oued Oum Zessar

RESULTATS ET DISCUSSIONS

1- Application du modèle SWAT simulation des ruissellements (SC0 et SC1) durant la période 1973-2003 SC0: sans aménagement, SC1: avec aménagements En présence des aménagements CES, la lame d’eau ruisselée est très faible par rapport à la lame d’eau précipitée, les ouvrages hydraulique sont capables de retenir la quasi-totalité de la quantité d’eau précipitée.

L’évaluation de l’écoulement sortant au niveau du B L’évaluation de l’écoulement sortant au niveau du B.V ne peut être bien saisie qu’en ayant bien traité l’impact des ouvrages en gabion sur trois niveaux l’amont, le milieu et l’aval du B.V. La partie amont du B.V n’est pas occupée par les ouvrages en gabion ce qui explique des résultats identiques dans les deux scénarios d’aménagement. La majorité des ouvrages en gabion est implantée au milieu du B.V. Ceci est traduit par une différence entre les débits de l’écoulement sortant avec et sans ouvrages en gabion.

Débit généré par GR4J (période de simulation 1977-2003) 2- Application du modèle GR4J Débit généré par GR4J (période de simulation 1977-2003) La valeur moyenne annuelle de ruissellement correspond à 13% de la pluviométrie annuelle.

4- Étude comparative Débits générés par SWAT et GR4J (sans aménagements) Le débit simulé par le modèle SWAT représente 15% de la pluviométrie moyenne annuelle alors que celui généré par le modèle GR4J ne constitue qu’un pourcentage de 13%.

Débits générés par SWAT et GR4J (avec aménagements) les débits générés par le modèle SWAT sont très faible. En effet, les ouvrages hydrauliques ralentissent l’écoulement et favorisent l’infiltration, ainsi la quasi-totalité des débits est freiné dans la partie amont. Le modèle GR4J ne tient pas compte de distribution spatiale des aménagements, il présente des valeurs de ruissellement importantes à l’aval, et par conséquent le débit est surestimé dans certains cas.

L’analyse comparative des débits, basée sur l’application de deux modèles hydrologiques SWAT et GR4J au niveau de bassin versant d’oued Oum Zessar, a montré une forte similitude en terme de réponse hydrologique dans le cas d’absence des aménagements. Cette similitude devient de plus en plus faible en présences des techniques d’aménagements et les résultats sont sensiblement différents.

Serveur cartographique de l’IRA

Conclusion Une base de données structurée, organisée et mise à jour constitue un point d’appuis pour tout plan d’aménagement. La précision de définition des besoins ne fait qu’améliorer la qualité de la base de données Afin d’atteindre ses objectifs, les projets de gestion de ressources naturelles et lutte contre la désertification est entre autres nécessitent un ensemble de données précises et fiables. Ce travail constituera un nouvel outil d’analyse et d’aide à la décision pouvant contribuer à une meilleure gestion des ressources naturelles en milieu aride

Perspectives La base de données peut être améliorée par des données de différentes sources en particulier les observatoires des zones arides (OZAD) et la carte agricole. Elle sera intégrée dans la mise en œuvre des projets : WebGis, MELIA, DESIRE et DESURVEY. Il sera utile de limiter l’accès à plusieurs niveaux : unité de TD et de SIG, laboratoire d’érémologie et LCD, IRA, utilisation externe (Web)…

Merci pour votre attention شكراً Merci pour votre attention Thank You Mongi BEN ZAIED Benzaied_m@yahoo.fr