Extraction du réseau hydrographique à partir d’un MNT : milieu récepteur des eaux usées et source d’alimentation de la nappe

On désigne le réseau hydrographique comme un ensemble hiérarchisé et structuré de chenaux qui assurent le drainage superficiel, permanent ou temporaire, d'un bassin-versant. Le territoire de la zone d’étude regroupe trois grands bassins versants importants, c’est le bassin d’oued Tafna, le bassin d’oued Mekerra et le bassin du côtier Oranais. Ces cours d’eau présentent un écoulement permanent et temporaire, se sont les milieux récepteurs des eaux usées urbaines et industrielles, conduits à une forte dégradation des ressources en eaux de surface et souterraine.

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• les rejets d’eaux usées industrielles essentiellement via le réseau d’égouttage (quelques entreprises rejettent leurs eaux usées directement dans le canal) ;

• les rejets d’eaux usées domestiques essentiellement via le réseau d’égouttage ;

• les sources diffuses, comme les dépôts atmosphériques, lessivage de sols pollués, épandage d’engrais, sels de déneigement, transport, usure de matériaux de construction, etc.

Dans ce cas, la préservation des ressources en eaux est devenue une des préoccupations majeures des scientifiques, des gestionnaires et des décideurs. Un des aspects le plus important dans la gestion et la préservation des ressources en eau c’est, la cartographie du réseau hydrographique. Dans ce contexte, il est nécessaire d’établir le plan d’information du réseau hydrographique. En effet, avec l’apparition des Modèles Numériques de Terrain (MNT), la cartographie de ce réseau est devenue facile.

Les techniques d’extraction de réseau à partir d’un MNT se décomposent, essentiellement, en deux approches : celles qui reposent sur une analyse géomorphologique par caractérisation locale des variations altimétriques et celles à inspiration hydrologique, en se basant sur le suivi du ruissellement de l’eau.

Dans la première approche, plusieurs méthodes ont été développées (CHARLEUX-DEMARGNE JULIE, 2001), basées sur la morphologie du terrain, les paramètres descripteurs de la géométrie du voisinage, l’étude des profils, etc. Un inconvénient majeur de ces méthodes est la représentativité relative des maxima et minima locaux. Le réseau hydrologique extrait par ces méthodes est fragmenté et présent des discontinuités, le rendant inexploitable pour des applications ultérieures. Quant à la deuxième approche, elles retiennent le principe d’un cheminement naturel des eaux entraînées par la gravité et guidées par la topographie. Elles s’appuient sur la détermination des directions d’écoulement de l’eau en chaque cellule de résolution ou pixel à partir des valeurs altimétriques du MNT, sachant que l’eau emprunte le chemin défini par la ligne de plus grandes pentes. Ainsi, les cellules se déversent les unes dans les autres en fonction de la pente locale, et de ceci un ensemble cohérent de talwegs principaux pourra être déduit.

Pour notre part, nous avons utilisé le processus d’extraction du réseau hydrologique basé sur une analyse hydrologique, qui utilise le MNT. Les étapes de traitement que nous proposons sont schématisées dans l’organigramme donné par la figure 17.

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Figure 17. Organigramme du processus d’extraction du réseau hydrographique

La première étape du processus de l’extraction du réseau hydrographique est le remplissage. Afin de pallier les problèmes des discontinuités des chemins d’écoulement des eaux causées par les dépressions et les zones plates, nous avons traité le MNT en comblant les dépressions, qui piègent l’eau et en forçant l’eau à s’écouler dans une même direction à l’intérieur des zones plates dont la profondeur est inférieure à 100 m.

La deuxième étape du processus est l’extraction des directions d’écoulement. Nous avons, pour cela, utilisé une procédure basée sur l’exploration du voisinage immédiat correspond aux 8-connexités. L’algorithme permet de calculer les descentes altimétriques entre les altitudes du pixel central et ses pixels voisins et localiser le pixel (ou cellule de résolution) correspondant à la descente maximale. Les directions d’écoulement qui pointent vers les cellules correspondant aux descentes altimétriques maximales forment l’image des plans d’écoulement. Il y a 8 directions en sortie valide relative aux 8 cellules adjacentes dans lesquelles le flux peut circuler. Cette méthode, généralement appelée "modèle de flux à huit directions (D8)", repose sur l'approche de JENSEN ET DOMINGUE (1988).

Après, il est nécessaire de calculer le flux accumulé sous la forme d'une pondération cumulée de toutes les cellules s'écoulant dans chaque cellule en pente descendante du raster en sortie. Si aucun raster de pondération n'est fourni, on attribue la pondération 1 à chacune des cellules, et la valeur des cellules du raster en sortie correspond au nombre de cellules qui s'écoulent vers chaque cellule. Les cellules présentant une accumulation de flux élevée sont des zones de flux concentré qui peuvent être utilisées pour identifier des canaux d'écoulement. Les cellules présentant une accumulation de flux nul sont des zones topographiques locales élevées, qui peuvent être utilisées pour identifier des crêtes.

L’étape qui suit, c’est le calcul de condition Con, en fixant un seuil minimum sur la carte d’accumulation des flux, il faut alors prendre une valeur de seuil qui fasse en sorte que tous les ruisseaux réels soient représentés sur le réseau modélisé, quant à notre cas, un seuil de 2000 a été appliqué.

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La dernière étape c’est le calcul de l’écoulement vers entité, cette étape consiste à convertir le fichier raster représentant un réseau linéaire en plusieurs entités représentant le réseau linéaire. L'algorithme utilisé par l’outil écoulement vers entité permet essentiellement de vectoriser des réseaux hydrographiques représentant un réseau linéaire pour lequel les directions sont connues. Cet outil est optimisé de manière à utiliser un raster de direction, pour permettre la vectorisation des cellules qui sont adjacentes.

Les résultats obtenus avec l'outil accumulation de flux peuvent être utilisés pour créer un raster de réseau hydrographique, en fixant un seuil pour sélectionner les cellules avec une accumulation de flux élevée. Par exemple, les cellules dans lesquelles plus de 100 cellules s'écoulent sont utilisées pour définir le réseau hydrographique. Utilisez l'outil Con pour créer un raster de réseau hydrographique, où des valeurs d'accumulation de flux de 100 ou plus passent à 1, et le reste est mis à l'arrière-plan. Le réseau hydrographique obtenu peut être utilisé dans l'outil Ecoulement vers entité.

À partir de l’extension hydrologie sous Arc Gis, nous pouvons délimiter les importants bassins-versants existant dans la zone d’étude. Afin d’analyser et d’évaluer l’état de la pollution et identifier les sources de pollution pour chaque bassin.