Texte intégral - Revue des sciences de l`eau
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1. affluents importants de l Oued Tafna dans le Nord Bie alg rien figure 1 durant le cycle hydrologique 1996 1997 Pour les donn es de pluie nous avons choisi les donn es enregistr es respectivement aux sta tions de Beni Bahdel Maghnia et Chouly situ es l int rieur des bassins et consid r es comme repr sentatives MEGNOUNIF et al 1999 L ann e 1996 97 repr sente une ann e commune pour les trois bassins dont les donn es plu viom triques et hydrom triques ne pr sentent pas de lacunes Le traitement des chroniques des donn es a t r alis en utilisant le logiciel STOCHASTOS D HULST 1978 n 7 wipe MER MEDITERRANEE BenisSaf nE es he pus EPS cb 3 Les FD aff pj ils LE gacleeiourt tf A SUR ee Goters Ghazaouet ALAN Sis ike rl Ls a a A g5 F9 i a agglom ration se SE DA w HA barrages 3 Se 44 See cours d eau ZA LS ae barrages en construction B station hydrom trique arr limite de sous bassin Figure 1 Situation g ographique des bassins du Sebdou du Mouilah et de lisser Tafna NO alg rien Location of the Sebdou Mouilah and Isser catchements Tafna NW Algeria 218 Rev Sci Eau 18 2 2005 A Bouanani et al 2 1 Analyse simple L analyse simple des entr es pluies montre que les corr logrammes figure 2 d croissent rapidement pour les trois bassins et la valeur de 0 2 est atteinte apr s 1 2 jours Ceci indique un processus quasiment al atoire2. Dans un premier temps il faudra donc analyser les informations contenues dans la chronique des d bits structure du signal de sortie Il sera alors pos sible de d tecter quelles informations sont conserv es limin es ou modifi es Enfin une analyse pluie d bit entr e sortie va permettre d appr cier de quelle mani re les informations d entr e sont reproduites la sortie Pour plus de d tail le d veloppement complet de la th orie est donn par MAX 1980 MANGIN 1984 Box et al 1994 et DUAN et al 1998 Cette approche a t utilis e le plus souvent pour l tude de la r ponse d bits des sources des syst mes hydrog ologiques en milieux karstiques en Le comportement d un syst me hydrologique en climat m diterran en 217 France par MANGIN 1984 et LAROCQUE et al 1998 au Maroc par HSISSOU 1991 EL QUALI 1992 et BOUCHAOU et al 2002 et en Alg rie par ABDESSELAM 1995 L objectif de ce travail est de montrer que cette approche peut tre utilis e pour la compr hension et la caract risation d un syst me hydrologique en tu diant la r ponse aux entr es pluies de l coulement global souterrain et de surface l aval d un syst me karstique m diterran en 2 M THODODOLOGIE ET TRAITEMENT DES DONN ES L analyse a port sur les pluies et d bits journaliers enregistr s au nu des bassins versants des oueds Sebdou 255 5 km Mouilah 2650 km 2 e Isser 1140 km
3. Les spectres de la densit de variance figure 3 montrent que la r partition des pluies n est pas monotone traduisant une l g re structuration du signal pluie 0 4 0 35 0 3 0 25 0 2 0 15 0 1 0 05 Coefficient de correlation Temps en jours Figure 2 Corr logrammes des pluies aux stations de B ni Bahdel a Maghnia b et Chouly c montrant un ph nom ne al atoire Correlograms of rainfall at the Beni Bahdel a Maghnia b and Chouly c stations showing a stochastic phenomenon 2 i 8 S 8 e 8 3 E lt 0 004 008 012 O16 02 024 028 032 036 04 044 048 Fr quences Figure 3 Spectres de la densit de variance des pluies aux stations de B ni Bahdel a Maghnia b et Chouly c montrant une variation p riodique The variance density spestrum of rainfall at the Beni Bahdel a Maghnia b and Chouly c stations showing a periodic evolution Le comportement d un syst me hydrologique en climat m diterran en 219 L analyse simple des d bits montre que le syst me du bassin du Sebdou est diff rent Le corr logramme figure 4a d croit rapidement caract risant des v nements ind pendants sans m moire De ce fait il est bien drain avec des r serves en eau n gligeables Cependant les corr logrammes figure 4b et 4c des bassins du Mouilah et de l Isser d croissent lentement Ils montrent un effet m moire important et une r gulation des deux bassins par des r serves
4. MANGIN A RAZACK M BANTON O 1998 Contribution of corre lation and spectral analysis to the regio nal study of a large karst aquifer Charente France Publ Journal of hydrology 205 pp 217 231 MANGIN A 1984 Pour une meilleure connaissance des syst mes hydrolo giques a partir des analyses corr latoire et spectrale Journal of Hydrology 67 pp 25 43 MAX M 1980 M thodes et techniques de traitement du signal et application aux mesures physiques 2 dition Masson Paris MEGNOUNIF A BOUANANI A TER FOUS A et BABA HAMED K 1999 Distributions statistiques de la pluviom trie et mise en vidence de l influence du relief cas des monts de Tlemcen Nord ouest alg rien Rev Sci amp Tech n 12 pp 77 80 6 fig
5. plus ou moins consid rables La bande spectrale est tr s large pour les d bits du Sebdou figure 5a ce qui confirme que le syst me ne modifie pas les informations de la fonction d entr e pluie Le temps de r gulation est de 5 jours pour le Sebdou 21 et 43 jours pour le Mouilah et lisser Coefficient de correlation 64 73 0 2 Temps en jours 0 4 Figure 4 Corr logrammes des d bits des oued Sebdou a Mouilah et Isser c montrant l absence de m moire du stockage en eau du Sebdou et de bonnes r serves pour l Isser Discharge correlograms of the Sebdou a Mouilah b and Isser c Wadis showing the absence of memory of water reserves for the Sebdou and good reserves in the case of Isser Amplitude du spectre de la densit 0 004 0 08 0 12 0 16 02 0 24 0 28 032 0 36 04 0 44 0 48 Fr quences Figure 5 Spectres de la densit de variance des d bits des oueds Sebdou a Mouilah b et Isser c On remarque l troitesse de la bande spedirale pour le Mouilah et l Isser The variance density spectrum for discharge for the Sebdou a Mouilah b and Isser c wadis Note that the spectrum band for the Muoilah and the Isser wadis is tight narrow small 220 Rev Sci Eau 18 2 2005 A Bouanani et al 2 3 Analyse crois e Les corr logrammes figure 6 montrent que les oueds Mouilah et Isser pr sentent un pouvoir r gulateur important L oued Sebdou est caract ris par une r ponse compo
6. 0 36 0 4 0 44 0 48 Fr quences Figure 8 Variation de la fonction de gain pour les oueds Sebdou a Moui lah b et Isser c On peut voir le d stockage rapide de r serves de Sebdou Gain function variation for the Sebdou a Mouilah b and Isser c wadis showing the rapid decrease of the water reserves for the seb dou system 3 DISCUSSION ET CONCLUSION L analyse corr latoire et spectrale a permis de mettre en vidence la structure de la totalit des chroniques d entr e pluie et de sortie d bits En effet nous avons pu d gager le caract re quasiment al atoire des pluies au niveau des trois bassins t moignant d un r gime climatique m diterran en tendance semi aride vis a vis des pluies peu fr quentes irr guli res et violentes MEGNOUNIF et al 1999 Le m me r sultat a t obtenu dans les Monts du Djurdjura ABDESSELEM 1995 et au Maroc dans le Tadla par HSISSOU 1991 dans le Haut Atlas d Erra chidia AMHARREF 1991 et EL OUALI 1992 dans l Atlas de B NI MELLAL BOU CHAOU et al 2002 et dans le moyen Atlas d Oum Er Bia KHALIL 2002 Quant la r ponse des diff rents syst mes ces pluies l analyse corr latoire et spec trale montre que le bassin de Sebdou ne r agit pas de la m me fa on que les deux autres En effet oued Sebdou repr sente bien l exutoire d un syst me hydrog ologique bien karstifi et bien drain COLLIGNON 1993 et BABA HAMED 2001 L information
7. REVUE DES SCIENCES DE L EAU Rev Sci Eau 18 2 2005 215 224 Le comportement d un syst me hydrologique en climat m diterran en par l analyse corr latoire et spectrale des d bits et des pluies Cas de trois sous bassins sud m diterran ens oued Sebdou Moulah et Isser Tafna NW Alg rie The behaviour of a hydrologic system under a Mediterranean climate using correlation and spectral analysis of the water discharge and runoff Case of three south Mediterranean basins Sebdou Mouilah and Isser wadis Tafna Algeria A BOUANANI K BABA HAMED J MANIA M BENSALAH Regu le 12 juillet 2004 accept le 12 janvier 2005 SUMMARY The aim of this work was to show that correlation and spectral analyses can be used to understand the functioning of hydrological systems Accordingly a study was carried out on three southern Mediterranean basins Sebdou Mouilah and Isser located in the north western of Algeria figure 1 Corre lation and spectral analyses of daily rainfall and discharge rates for one hydrological cycle were carried out Simple analysis Simple analysis of rainfall showed that the correlograms figure 2 decreased rapidly for the three basins reaching a value of 0 2 within 1 2 days This result indicated that rainfall was a quasi random phenomenon The variance density spectrum figure 3 showed that the rainfall distribution was not monotonous and presented a Leigh signal structur
8. du signal pluie est bien restitu e Les bassins des oueds Mouilah et de l Isser avec une superficie plus importante repr sentent deux sys t mes assez semblables sur le plan g ologique La r ponse des deux bassins aux entr es pluie montre qu il s agit de deux syst mes o la partie Karstique n est pas importante BABA HAMED et al 2001 Le comportement d un syst me hydrologique en climat m diterran en 223 R F RENCES BIBLIOGRAPHIQUES ABDESSELAM M 1995 Structure et fonc tionnement d un karst de montagne sous climat m diterran en exemple du Djurdjura occidental Grande Kabylie Alg rie Th Doc Univ Franche Comt Besan on 232p AMHARREF A 1991 Contribution l tude hydrog ologique de la vall e du Ziz pro vince d Errachidia sud est du Maroc incidences respectives de la s cheresse et du barrage Hassan Addakhil sur les sources en eau l aval Th Univ Franche Comt Besan on 232p BABA HAMED K 2001 Contribution l tude hydrologique de trois sousbas sins de la Tafna bassin du Sebdou du Mouilah et de I Isser Th se de Magis ter Univ Oran 195p BABA HAMED K BOUANANI A HAYANNE S M 2001 L tiage des plus importants sous bassins de la Tafna Sebdou Mouilah et Isser Analyse et quantification Sem Nat Sur l eau Tlemcen le 5 et 6 novembre BOUCHAOU L MANGIN A CHAUVE P 2002 Turbidity mechanism of water from a karstic spring example of the Ai
9. e The simple analysis of discharge rates indicated that the Sebdou system was different The correlogram figure 4a decreased quickly characterising independent events without memory and with non significant amounts of water However the Mouilah and Isser correlograms figure 4 b c 1 D partement d Hydraulique Facult des sciences de l Ing nieur Universit Abou Bakr Belkaid BP119 Tlemcen 13 000 Alg rie E mail a_bouananidz yahoo fr 2 D partement des Sciences de la terre et d Agronomie Facult des Sciences Universit Abou Bakr Bel kaid BP 119 Tlemcen 13000 Alg rie 3 LML UMR CNRS 8107 USTL D partement de g otechnique et du g nie civil E P U de Lille avenue Paul Langevin 59655 Villeneuve d Ascq cedex France Les commentaires seront re us jusqu au 30 avril 2006 216 Rev Sci Eau 18 2 2005 A Bouanani et al decreased slowly They represent important memory effects with regulation of significant amounts of water The spectral band figure 5 confirmed that the Sebdou system did not modify the input information The regulation time was about 5 d for Sebdou 21 and 43 d respectively for Mouilah and Isser Cross analysis The correlograms figure 6 show that the Mouilah and Isser rivers have a great buffering ability The Sebdou River was characterised by a composite response of the surface flow and an important groundwater flow The ampli tude function figure 7 indicated that the Sebdou s
10. n Asserdoune spring Beni Mellal Atlas Marocco Journal of Hydrology 265 2002 p 34 42 BOX G E P JENKINS G M REINSELL G C 1994 Time serie analysis forecasting and control 3rd Ed Prentice Hal in Englewood Cliffs NJ USA 575p COLLIGNON B 1993 Les aquif res kars tiques des monts de Tlemcen Alg rie ressource en eau et exploitation 11th UIS Congress Beijing China august 1993 Procedings p 166 DUAN F MELAUGHLI D 1998 An efficient multivariate random field generation using the first Fourier transformation Advances in Water Ressources 21 pp 385 399 D HULST D 1978 Manuel d utilisation du logiciel STOCHASTOS version 3 0 Variables r gionalis es et approche sto chastique C N R S Lab Souterrain Moulis Saint Girons 41 p EL OUALI A 1992 Contribution du Haut Atlas central au Sud de Midelt l alimen tation des aquif res profonds du bassin du Cr tac d Errachidia Maroc Th Doc Univ Franche Comt Besan on 234 p HSISSOU Y 1991 L aquif re des calcaires turoniens bassin de Tadla Maroc Ali mentations locales et lointaines partir de l Atlas Th Univ Franche Comt Besangon 196 p KHALIL N 2002 D marche m thodologique pour une meilleure connaissance de l hydrologie et de la g ochimie des aqui f res de moyenne montagne cas du haut bassin d Oum Er Bia Moyen Atlas Maroc Th Doc Etat Univ Cadi Ayad Marrakech 196p LAROCQUE M
11. plique par l action des caract ristiques physico g olo giques qui peuvent acc l rer ou r duire le temps de r ponse des bassins l excitation du signal pluie D phasage Th ta Oo o or as SEE ns a ty RS ca m gt Se gt SE eae D Ea B gt het 4 5 t va i i 2 J T T T T A T T T ae T T r 2 5 jo 004 0 08 0 12 0 16 02 0 24 0 28 0 32 0 36 0 4 0 44 0 48 Fr quences Figure 8 volution de la fonction de phase 6 pour les oueds Sebdou a Mouilah b et Isser c indiquant un temps de d phasage tr s important du Sebdou The evolution of the phase function for the Sebdou a Mouilah b and Isser c wadis indicating the important lag time for the Sebdou Fonction de coh rence 0 eas T T pe i T T T T T T T 0 0 04 0 08 0 12 0 16 02 0 24 0 28 032 036 04 0 44 0 48 Fr quences Figure 9 Variation de la fonction de coh rence pour les oueds Sebdou a Mouilah b et isser c montrant des r ponses non lin aires The coherence function variation for the Sebdou a Mouilah b and Isse c wadis shwing non linear responses 222 Rev Sci Eau 18 2 2005 A Bouanani et al L amplification et l att nuation du signal d entr e figure 10 montre que le bassin du Sebdou repr sente le syst me plus karstifi 3 2 5 G Sa Scales b P 2 2 15 T S 3S 1 0 5 0 pen T RUES N aT T T T 0 0 04 0 08 0 12 0 16 02 0 24 0 28 0 32
12. site avec un ruissellement de surface et un coulement souterrain plus important La fonction d amplitude figure 7 relate que loued Sebdou constitue un syst me plus inertiel 5 05 a 0484 aaa b 04 3 7 0 406 a 03 f he S 0 2 0162 d n A Rub oo a VF YN sy r Mi k o j Ge e i v a A i Ao EA y eo RCE 6Q 50 49 30 20 10 0 1 0 10 20 30 40 50 60 al Temps en jours Figure 6 Corr logramme crois d dits des oueds Sebdou a Mouilah b Spectre de la fonction d amplitude et Isser c Cross analysis of rainfall and discharge for the Sebdou a Mouilah b and Isser c wadis Figure 7 0 04 0 08 0 12 0 16 0 2 0 24 0 28 032 036 04 0 44 0 48 Fr quences Variation au cours du temps de la fonction amplitude pour les oueds Sebdou a Mouilah b et Isser c indiquant les r ponses inertielles diff rentes entre le Sebdou et les autres oueds Temporal variation of the amplitude for the Sebdou a Mouilah b and Isser c wadis indicating the difference between the inertia res ponse of the Sebdou and that of the two other wadis Le comportement d un syst me hydrologique en climat m diterran en 221 Le temps de d phasage figure 8 est respectivement de 9 2 et 5 jours pour les bassins du Sebdou du Mouilah et de l Isser La non lin arit de la relation pluie d bits est exprim e par le coefficient de coh rence figure 9 inf rieur 1 Ceci s ex
13. ystem had good inertia The lag time figure 8 was 9 2 and 5 days respectively for the Sebdou Mouilah and Isser rivers The amplification and attenuation of the input sig nal figure 10 show that the Sebdou basin is the most karstified system The non linearity of the relationship between rainfall and discharge was expressed by the coherence coefficient figure 9 which was lower than 1 Keywords correlation and spectral analysis rainfall discharge relation Tafna basin Algeria RESUME Les analyses corr latoire et spectrale des chroniques de la pluie entr e et de d bits sortie journaliers enregistr s au niveau des trois bassins sud m diter ran ens Sebdou Mouilah et Isser durant un seul cycle hydrologique nous ont permis d obtenir des informations sur le fonctionnement de ces syst mes hydrologiques Bien que la structure du signal pluie semble pr senter les m mes caract ristiques pour les trois bassins le signal de sortie d bit indique que l oued Sebdou r agit diff remment par rapport aux oueds Moui lah et Isser Mots cl s analyse corr latoire et spectrale relation pluie d bits bassin de la Tafna Alg rie 1 INTRODUCTION Les analyses corr latoire et spectrale des chroniques d entr e et de sortie d un syst me permettent d obtenir des informations sur le fonctionnement de ce syst me partir de l analyse de la structure de la totalit des chroniques de pluies et de d bits
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