Intégration des données de précipitations satellitaires et au sol pour l'évaluation des ressources en eau dans le bassin des lacs de la vallée centrale du Rift, en Éthiopie

par Demelash Goshime

Thèse de doctorat en Sciences de la terre et de l'univers - Cergy

Sous la direction de Béatrice Ledesert et de Rafik Absi.

Soutenue le 20-02-2020

à CY Cergy Paris Université , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise) , en partenariat avec Laboratoire Géosciences et Environnement (Cergy-Pontoise) (laboratoire) et de Laboratoire Géosciences et Environnement Cergy / GEC (laboratoire) .

Le président du jury était Yannick Melinge.

Le jury était composé de Haile Haile Alemseged Tamiru, Ludovic Oudin, Éric Sauquet, Christine Vallet-Coulomb.


  • Résumé

    Cette étude porte principalement sur l’évaluation d’estimations de précipitations par satellite à haute résolution pour l’hydrologie du bassin central de lacs de la vallée du Rift en Éthiopie. La première partie est consacrée à la correction du biais de pluie par satellite pour la simulation du débit et du bilan hydrique au niveau des lacs. Ensuite, l'impact du captage d'eau et d'autres facteurs sur le bilan hydrique du lac, en particulier sur le niveau et la variation du volume de l'eau, sera étudié. Enfin, l’étude quantifiera les demandes actuelles et futures et évaluera ainsi l’impact de différents scénarios de développement des ressources en eau sur le bilan hydrique du lac. Dans cette étude, nous avons évalué la performance et la correction de biais du satellite CHIRP (Satellite Hazards Group) pour la simulation pluie-ruissellement. Nous avons également évalué les effets des paramètres et des performances du modèle calibrés à la suite de différentes entrées de précipitations. Nous avons appliqué une méthode de puissance non linéaire pour corriger le biais de la CHIRP dans la simulation du débit des bassins versants de Meki et Katar à l'aide du modèle Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (HBV). Ensuite, un ensemble de données de précipitations corrigées de biais a été simulé dans une modélisation pluie-ruissellement, où l'écoulement simulé a été utilisé pour la simulation du niveau d'eau du lac Ziway dans le modèle de bilan hydrique du lac. Ensuite, nous avons mené une enquête sur les prélèvements d'eau (WAS) afin d'estimer les prélèvements d'eau réels dans le lac et un modèle de bilan hydrologique pour évaluer l'impact isolé des prélèvements d'eau sur le volume et le niveau de l'eau du lac. L'impact probable de trois voies de développement sur le stockage du lac et le niveau de l'eau a été évalué. L'étude a également appliqué un modèle d'évaluation et de planification de l'eau (WEAP) pour évaluer la demande en eau existante et future afin d'évaluer l'impact du développement des ressources en eau sur le lac, sur le niveau et le volume de l'eau du lac. Dans les simulations, le bassin versant est divisé en différents sous-bassins principaux où les nœuds de l'offre et de la demande sont localisés dans l'espace et modélisés. Les secteurs de l’eau en concurrence sont le développement de l’irrigation, les utilisateurs domestiques et les besoins en matière de débits environnementaux identifiés pour l’abstraction. En conséquence, à partir des résultats de la simulation, le captage annuel moyen total du volume d’afflux et de la disponibilité en eau sera évalué en fonction de la couverture de la demande et de la fiabilité. Ainsi, l’étude identifiera les facteurs possibles d’attribution du bilan hydrique du lac et fournira des informations aux décideurs, aux planificateurs et aux utilisateurs d’eau pour une meilleure gestion des prélèvements d’eau du lac.

  • Titre traduit

    Integration of satellite and ground-based rainfall data for water resources assessment in Central Rift Valley Lakes Basin, Ethiopia


  • Résumé

    Des changements importants ont été observés dans le bilan hydrique du bassin des lacs de la vallée centrale du Rift (CRV) en Éthiopie au cours des dernières décennies, ce qui entrave leurs services pour une grande variété d'écosystèmes. Cependant, les contributions des composantes du bilan hydrique n'ont pas encore été quantifiées en raison du manque de disponibilité continue des données et de réseaux de pluviomètres suffisants. Dans cette étude, nous avons utilisé l'estimation des précipitations par satellite du groupe Climate Hazards Group InfraRed Precipitation (CHIRP) en utilisant la modélisation des précipitations et du ruissellement où le ruissellement simulé a servi d'entrée à la simulation du niveau de l'eau. La thèse se compose de quatre étapes ultérieures. Les deux premiers se concentrent sur l'évaluation et la correction des biais des précipitations du satellite CHIRP pour simuler le débit et le niveau de l'eau du lac en utilisant le modèle Hydrologiska Byråns Vattenbalansavdelning (HBV). Le troisième se concentre sur la quantification du prélèvement d'eau réel et de son impact sur le bilan hydrique du lac à partir des données des relevés de captage d'eau. Dans la dernière étape, nous avons évalué la demande d'eau actuelle et future à l'aide du modèle d'évaluation et de planification de l'eau (WEAP) et évalué les impacts probables du développement des ressources en eau sur le niveau d'eau des lacs CRV. Les résultats montrent que CHIRP a des biais à différentes échelles spatiales et temporelles. Cependant, la correction du biais de l'estimation satellite a considérablement réduit le biais et a révélé de meilleures simulations de ruissellement. Le ruissellement simulé pour les bassins versants de jauge Meki et Katar a contribué respectivement à 855 mm et 524 mm à l'afflux du lac. Le ruissellement des bassins versants non jaugés est d'environ 182 mm, ce qui représente 8,5% de l'apport total du lac. La simulation du niveau d'eau du lac montre une bonne concordance de 1986 à 2000, mais une détérioration de la concordance après 2000, qui est principalement attribuée à une erreur dans l'un des termes du bilan hydrique et aux influences anthropiques. Dans l'ensemble, cette étude indique l'applicabilité de l'estimation des précipitations par satellite CHIRP pour les études du bilan hydrique des lacs dans la région où les données sont rares dans la vallée centrale du Rift en Éthiopie. L'estimation du prélèvement d'eau réel du lac Ziway a montré que chaque année 37 Mm3 d'eau sont prélevés pour l'état actuel. Lorsque les futurs plans de développement seront pleinement mis en œuvre, la quantité annuelle estimée de captage d'eau augmentera de 2,5 fois (soit 94 Mm3), ce qui entraînera une baisse du niveau d'eau du lac de 0,94 m et une réduction de la surface de 38 km2. Cela entraînera par conséquent une réduction de 26% du volume de stockage réel par rapport à l'état naturel de base. Les résultats de la simulation WEAP pour l'ensemble du bassin des lacs CRV ont révélé que pour le développement à long terme une moyenne de 223,02 Mm3 de demande en eau et 176,6 Mm3 d'eau détournée du lac et de ses affluents. Cela donnera une demande annuelle non satisfaite de 46,5 Mm3 dans le bassin central des lacs de la vallée du Rift. Il a également constaté que la plupart des programmes de développement des ressources en eau dans tous les bassins versants auront des demandes non satisfaites dans les scénarios à long terme plus élevés que dans le développement actuel. Cela a donc révélé une baisse annuelle moyenne du niveau de l'eau du lac de 2, 0,97 et 2,1 m pour le lac Ziway, Langano et Abiyata, respectivement. Par conséquent, cette étude indique que les impacts actuels du développement des ressources en eau autour du lac sont substantiellement importants et vont s'accentuer dans les futurs plans de développement. Par conséquent, l'étude suggère une gestion intégrée de l'eau du lac et de ses bassins versants.


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