Hydrometeorological analysis of floods in the watershed of Mono in West Africa with a rainfall-runoff conceptual model
Analyse hydrométéorologique des crues dans le bassin-versant du Mono en Afrique de l'Ouest avec un modèle conceptuel pluie-débit
Résumé
The recurrence of extreme anomalies of precipitations involving of the floods or the droughts is a normal component of the natural variability of the climate. The harmful effects of the floods these last have strong incidences socio-economic and ecological and involved human losses of life and property damages. The vulnerability with these natural risks is high in West Africa and basin of Mono in particular, where the populations tend to occupy the most exposed zones more and more. The objective is to model the distribution of the risings entering to the dam Nangbeto thanks to hydrological model GR4J with the step of daily time to assess the risks of flood in the low valley of the river.
The data used cover the period 1961 to 2010. They is the daily outputs (m3.s-1), the evapotranspiration (mm/jour, calculated according to method FAO) and average precipitations on the basin (mm/day). The various methods of space interpolation of the rains were tested (linear, cubic, Thiessen, simple average). Model GR4J was useful with modeling of the risings upstream and the stopping of 1988 to 2010 to appreciate the effects of the dam.
The results show a marked variation in rainfall by increasing annual maximum daily followed by an increase in ETP. The rates recorded in output Nangbéto dam are equivalent to those recorded input, especially during floods, showing the weak regulatory role of the dam and the very limited capacity of the reservoir. The annual maximum incoming flow at the dam can be modeled by an extreme value distribution (GEV) Fréchet-type, while those measured at the outlet of the dam after a GEV law Weibull (bounded). The dominant runoff generation mechanism in the basin is the gradual rising waters associated with increased saturation of the soil, rather than isolated episodes of rainfall. The analysis of flood flows between 1988 and 2010 showed no increase in flood magnitude during this period. Finally the effectiveness of the model to reproduce GR4J flood flows has been tested showing that the observed floods are simulated during calibration. However, validation tests over several periods with different climatic characteristics show a degradation of performance criteria and the model as one moves away from the calibration period, showing the instability of the model parameters in the time. Under these conditions, the use of such a model to assess future risks future flooding is risky and it is necessary to consider alternative approaches.
La récurrence d’anomalies extrêmes des précipitations entraînant des inondations ou des sécheresses est une composante normale de la variabilité naturelle du climat. Les effets néfastes des inondations ces dernières années ont de fortes incidences socioéconomiques et écologiques et ont entraîné des pertes en vies humaines et des dégâts matériels. La vulnérabilité à ces aléas naturels est élevée en Afrique de l’Ouest et dans le bassin du Mono en particulier, où les populations ont tendance à occuper de plus en plus les zones les plus exposées. L’objectif de cette étude est d’analyser la dynamique hydrométéorologique du bassin et la distribution des crues entrantes au barrage de Nangbéto grâce au modèle hydrologique GR4J au pas de temps quotidien pour apprécier les risques d’inondation dans la basse vallée du fleuve.
Les données utilisées couvrent la période 1961 à 2010. Il s’agit des débits journaliers (m3.s-1), de l’évapotranspiration (mm/jour, calculé selon la méthode FAO) et les précipitations moyennes sur le bassin (mm/jour). Les différentes méthodes d’interpolation spatiale des pluies ont été testées (linéaire, krigeage, cubique, Thiessen, moyenne simple). Le modèle GR4J a servi à la modélisation des crues en amont et en aval du barrage de 1988 à 2010 pour apprécier les effets du barrage.
Les résultats montrent une variation des précipitations marquée par une augmentation des maxima annuels journaliers suivies d’une augmentation de l’ETP. Les débits enregistrés en sortie du barrage de Nangbéto sont équivalents à ceux enregistrés en entrée, en particulier lors de crues, montrant le faible rôle de régulation du barrage et la capacité très réduite de la retenue d’eau. Les maximums annuels de débits entrants au barrage peuvent être modélisés par une distribution des valeurs extrêmes (GEV) de type Fréchet, tandis que ceux mesurés en sortie du barrage suivent une loi GEV de type Weibull (bornée). Le mécanisme dominant de génération des crues dans le bassin est la montée progressive des eaux associée à l’augmentation de la saturation des sols, plutôt que des épisodes isolés de précipitations. L’analyse des débits de crue entre 1988 et 2010 a montré une absence d’augmentation de la magnitude des crues durant cette période. Enfin l’efficacité du modèle GR4J à reproduire les débits de crues a été testée montrant que les crues observées sont bien simulées en période calage. Cependant, des tests de validation sur plusieurs périodes présentant des caractéristiques climatiques différentes montrent une dégradation des critères de performance du modèle au fur et à mesure qu’on s’éloigne de la période de calage, montrant l’instabilité des paramètres du modèle dans le temps. Dans ces conditions, l’utilisation d’un tel modèle pour évaluer les risques futurs de crues serait hasardeuse et il est nécessaire d’envisager d’autres types d’approches.
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