La dynamique hydro-sédimentaire du bassin de la rivière Jiu. Approche systèmique et multi-échelles

par Gabriela Adina Morosanu

Thèse de doctorat en Océan, Atmosphère, Hydrologie

Sous la direction de Philippe Belleudy et de Liliana Zaharia.

Le président du jury était Laura Comănescu.

Le jury était composé de Iuliana Armas.

Les rapporteurs étaient Dan Balteanu, Pierre-Gil Salvador.


  • Résumé

    La thèse doctorale intitulée « La dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu. Approche systémique et multi-échelle » analyse le transfert des flux liquides et solides au niveau du bassin versant de la rivière Jiu, à des divers échelles spatiales et temporelles. La rivière Jiu (339 km de longueur) est un des plus importants affluents du Danube en Roumanie.Dans le contexte actuel de la nécessité d’élaborer des plans de gestion du bassin avec un caractère intégré, englobant l’ensemble des facteurs naturels et anthropiques qui contrôlent l’écoulement solide et liquide, ainsi que les processus associés, le présent travail offre des informations sur la dynamique hydro-sédimentaire du bassin versant de la rivière Jiu, issues d’une recherche transdisciplinaire réalisée à différentes échelles spatiales et temporelles.Le bassin étudié se caractérise par des particularités géographiques complexes, déterminées par la diversité des facteurs naturels (géologiques, morphologiques, climatiques, édaphiques et de végétation) et socio-économiques. Du point de vue économique, l’élément qui donne l’individualité du bassin de la rivière Jiu est la présence et l’exploitation du charbon dans les secteurs supérieur (houille) et moyen (lignite). L’existence du charbon a été valorisée avec des différentes méthodes de laboratoire, concernant la teneur en charbon et éléments associés des sédiments collectés du lit de la Jiu et de ses principaux affluents.Ce travail se propose de répondre à deux questions majeures :(i) Quels sont les facteurs naturels et anthropiques contribuant à la production et au transfert des flux de matière liquide et solide au niveau du bassin de la rivière Jiu?(ii) Quelle est l’importance des échelles spatiales et temporelles dans l’analyse de la dynamique hydro-sédimentaire en relation avec les sources de sédiments, les événements hydrologiques extrêmes, les voies de transfert et les zones favorables à l’accumulation ?La démarche méthodologue a suivi une optique allant du général vers le particulier.Dans la première partie de la thèse, les analyses sont réalisées à l’échelle du bassin entier, afin de mettre en évidence les facteurs physiques et anthropiques contrôlant les flux liquides et solides. Les aspects traités portent sur la connectivité entre les sources, le transfert et les zones d’accumulation, ainsi que la relation entre le débit liquide et le débit solide et la cartographie des processus géomorphologiques génératrices de sédiments.Dans la deuxième partie de la thèse, on passe de la perspective systémique sur l’ensemble du bassin de la Jiu à une échelle beaucoup plus réduite, tant du point de vue spatial que temporel, afin d’identifier le rôle des crues dans la dynamique hydro-sédimentaire et la contribution des sous-bassins au transfert des sédiments fins. Du point de vue méthodologique, dans cette partie de la thèse, on passe des méthodes classiques de la géographie et de l’hydrologie, utilisées dans la première partie (basées sur la représentation cartographique et l’analyse spatiale dans le milieu SIG et sur l’analyse statistique des séries de données), vers une méthodologie complexe, intégrant l’analyse hydrologique (sur la base des indices de crue), la recherche sur le terrain (l’identification d’un site de dépôt d’alluvions et la collecte d’échantillons) et l’analyse des sédiments fins dans le laboratoire (par des techniques colorimétriques, géochimiques et de la pétrologie organique).Les résultats de la recherche ont mis en corrélation les facteurs de la dynamique hydro-sédimentaire à des diverses échelles spatiales et temporelles, dans une vision systémique. Les analyses de laboratoire des échantillons de sédiments et de charbon et les analyses des crues ont contribué à une meilleure connaissance de la dynamique hydro-sédimentaire, notamment les sources potentielles des sédiments, leur composition et leurs voies de transfert dans le bassin étudié.

  • Titre traduit

    Hydro-sedimentary dynamics of the Jiu river basin : A systemic and multiscale approach


  • Résumé

    The doctoral thesis titled “The Hydro-sedimentary dynamics of the Jiu River Watershed. A systemic and multi-scale approach” aimed to investigate the dynamics of liquid and solid flows at various temporal and spatial scales, in the Jiu River Basin. The study area is located in southwestern Romania, Jiu River (339 km long) being one of the most important Carpathian tributaries of the Danube river.In the current context, marked by the need to elaborate integrated watershed management plans, the present study offers valuable and original information on the hydro-sedimentary dynamics in the Jiu River watershed, that stems from a cross-disciplinary research carried out at different temporal and spatial scales.The watershed under study is characterized by complex geographical particularities, determined by a great diversity of natural and socio-economic factors. From an economic standpoint, the element that individualizes Jiu’s watershed is the presence and exploitation of coal in its upper sector (black coal) and middle sector (lignite), activities that have left their mark on the hydrological characteristics of the rivers in the basin. The presence of coal resources has been relied upon in this paper in order to investigate the hydro-sedimentary dynamics on the basis of an analysis, carried out through different laboratory methods, of the coal associated elements’ content in the alluvium samples collected in the riverbeds of Jiu and its main tributaries.The present research seeks to answer the following two major questions:(i) Which are the natural and human factors that contribute to the production and transfer of the solid and liquid fluxes within the Jiu River basin?(ii) What is the importance of spatial and temporal scales in the analysis of the hydro-sedimentary dynamics with regards to sediment sources, extreme hydrological events, transfer paths and the most favorable accumulation areas?The scientific methodology that we adopted followed a perspective that shifted from the general to the specific.In the first part of the thesis, the analysis was carried out at the scale of the whole basin, in order to highlight the physico-geographical factors, as well as the man-made ones, controlling the liquid and solid fluxes. The issues that we approached refer to the connectivity between sources – transfer – accumulation areas, hydrological variability and the relationship between the solid and the liquid discharge, the geomorphological mapping of alluvium-generating processes.In the second part of the thesis, we shifted from the systemic perspective of the whole Jiu River Basin towards a smaller scale, both spatially and temporally, able to reflect the role of the largest floods recorded in Jiu River Basin in the hydro-sedimentary dynamics and the contribution of its main sub-catchments in the sediment transfer. From a methodological point of view, in this part of the thesis we moved from the classical, geographical and hydrological methods, employed in the first part (based on mapping and GIS analysis, as well as by statistical processing of data series) towards a complex methodology, integrating hydrological analysis (on the basis of flood indices), field research and the complex analysis of fine sediments in the laboratory (through techniques belonging to colorimetric tracing, geochemistry, organic petrology).The results of our research connected the elements and factors behind the hydro-sedimentary dynamics at various spatial and temporal scales into a systemic vision. The laboratory analyses of the sediment and coal samples, the study of flood events and the hydrological and geomorphological analyses of Jiu watershed’s particularities have contributed to a better understanding of the hydro-sedimentary dynamics, offering original insight into potential sediment sources, the composition and quantity of sediments and the transfer paths they follow in the system of Jiu River’s watershed.


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