Vulnérabilité des basses terrasses fluviatiles du moyen Melloulou aux évènements hydro-climatiques extrêmes

Vulnérabilité des basses terrasses fluviatiles du moyen Melloulou aux évènements hydro-climatiques extrêmes

Rachid. ADDOU ¹, Mohamed. HANCHANE ² et Khalid. OBDA ¹

1: Laboratoire des Analyses géo-environnementales et Aménagement-Développement durable, FLSH Sais, USMBA Fès, Maroc

2: Laboratoire : Etudes Urbaines, FLSH Dhar El Mehraz , USMBA Fès, Maroc

Résumé: Cette étude vise à établir le lien entre l’évolution des tendances pluviométriques et hydrologiques pluies-débits extrêmes d’une part et la dynamique des terres agricoles sur les terrasses fluviatiles du tronçon choisi de l'oued Melloulou d’autre part. L’analyse de tendances et de ruptures des séries chronologiques pluies-débits extrêmes (1970-2015), enregistrées au niveau des stations en aval du bassin versant (Belfarah et Guercif), est effectuée selon le test séquentiel de Mann-Kendall. Ensuite, l’étude aborde la dynamique des terrasses fluviatiles de la zone centrale de l’Oued Melloulou entre deux périodes marquées par des conditions climatiques contrastées : 2002 et 2018. Cette évolution est réalisée selon une approche cartographique qui est basée sur des informations issues des images satellitaires des deux périodes. En dépit d’une absence de significativité statistique généralisée sur l’ensemble des séries de pluies-débits extrêmes analysées, le sens de la tendance des variables étudiées reflète son impact sur l’évolution des terres agricoles au niveau des terrasses fluviatiles entre deux les périodes hydro-climatiquement.

Mots clés: Pluies-débits extrêmes; Analyse des tendances; Dynamique des terrasses agricoles; Moyen Melloulou; Bassin versant de Moulouya.

Abstract: Vulnerability of the low fluvial terraces of the middle Melloulou to extreme hydro-climatic events.

Summary: This study aims to establish the link between the evolution of rainfall and hydrological trends in extreme rainfall- runoff on the one hand and the dynamics of agricultural land on the fluvial terraces of the chosen section of the Melloulou wadi on the other hand. The analysis of trends and breaks in the extreme rainfall- runoff time series (1970- 2015), recorded at the stations downstream of the watershed (Belfarah and Guercif), is carried out according to the Mann-Kendall sequential test. Then, the study addresses the dynamics of river terraces in the central area of Oued Melloulou between two periods marked by contrasting climatic conditions: 2002 and 2018. This evolution is carried out according to a cartographic approach which is based on information from satellite images of the two periods.

Despite the absence of general statistical significance over all of the extreme rain- runoff series analyzed, the direction of the trend of the variables studied reflects its impact on the evolution of agricultural land at the level of river terraces between two periods. hydro- climatically.

Keywords: Extreme rainfall-runoff; Trend analysis; Dynamics of agricultural terraces;

Middle Melloulou; Moulouya watershed.

فذهت هذه ةسارذنا

ًنإ ذَذحت ةقلاعنا

ٍُب تاهاجتا تاُطعًنا

ةَزطًنا ةُجىنورذُهناو ةُئانثتسلاا

و ةهج ةُيانَدو

ٍضارلأا

ةُعارزنا

ًهع تاجرذًنا ةَزهننا

ءزجهن راتخًنا و

ٌداو ىنىهي

ٍي ةهج مُهحت مجأ ٍي .يزخأ تاهاجتلاا

ةُنيزنا مسلاسهن

ٍُب ةهجسًنا )ةُجىنورذُهناو ةَزطًنا(

0791 - 5102

ٍف تاطحًنا ةعقاىنا

ىنىهي ةهفاس ٍف حزفهب(

،)فسزجو داًتعلاا ىت

ا ًهع رابتخلا مسهستًنا

ٌاًن - زهظت .لاذنُك ةسارذنا

يىتسي ًهع ةًهي ةُيانَد تاجرذًنا

ةَزهننا

ٍف ةقطنًنا

ًطسىنا

ٍي

داو ىنىهي

ٍُب

ٍُتزتف

ٌازًُتت فوزظب ةُخاني

:ةنَابتي 5115 و 5102 ىتَ . اذه ذصر رىطتنا

اًقفو جهنًن

ٍطئازخ اداًتعا

ًهع ةجزختسًنا تايىهعًنا

ٍي رىص راًقلأا لاا ةُعانطص ٍف ةياع ةُئاصحإ ةنلاد دىجو وذع ٍي ىغزنا ًهع .ٍُتزتفهن

ٍضارلأا رىطت ًهع اهزُثأت سكعَ ةسورذًنا تازُغتًهن واعنا هاجتلاا ٌإف ،اههُهحت ىت ٍتنا ةُئاصحلإا مسلاسنا عًُج .ٍُتزتفنا ٍُب ةَزهننا تاجرذًنا يىتسي ًهع ةُعارزنا تاملكلا :ةيسيئرلا و ةَزطًنا تاُطعًنا

ٍضارلأا ةُيانَد ،تاهاجتلاا مُهحت ،ةُئانثتسلاا ةُجىنورذُهنا ىنىهي ،ةُعارزنا

ةَىهي ضىح ،طسولأا Introduction

Les Oueds sont des milieux hétérogènes, dynamiques et mobiles dans l’espace et dans le temps. La variabilité climatique, conditionnée par la pluviométrie, le soubassement géologique, le type de formation superficielle, l’énergie du relief et l’action anthropique sont à l’origine des ajustements de la morphologie des cours d’eau (Ramoul et al, 2016). Le sapement des berges ou la dynamique hydrogéomorphologique des Oueds est un élément important de l’érosion hydrique, vue les dégâts dramatiques et les lourdes pertes qu’il engendre (Ben Jmaa, 2007).

Le bassin versant de l’Oued Melloulou, à climat méditerranéen, est situé dans sa majorité dans une zone aride à semi-aride. En plus, les températures diurnes sont élevées, l’humidité de l’air est faible et l’évapotranspiration dépasse largement l’offre en eau de pluie pendant la majeure partie de l’année.

Les visites répétitives sur le terrain ont permis de souligner certaines caractéristiques principales du bassin étudié. Ce milieu, majoritairement rural, est dominé par une agriculture en irrigué sur des terrasses fluviatiles. L'oléiculture est l’activité économique principale. Le degré d’extension des terres agricoles sur les terrasses est en étroite relation avec les épisodes pluviométriques extrêmes qui caractérisent ce bassin aride. Ce degré d’extension est responsable de mutations morphologiques de l’Oued Melloulou où la dynamique fluviale et le fonctionnement hydrologique de l’Oued a un double impact socio-économique et environnemental. En effet, selon nos investigations, les périodes de basse fréquence des valeurs climatiques extrêmes poussent la population à créer des parcelles agricoles sur les terrasses fluviatiles. En revanche, lors de l’augmentation de la fréquence des évènements

hydro-pluviométriques extrêmes, des dommages impressionnants sont enregistrés au niveau des terres agricoles.

Le but de cette étude est d’analyser, d’une part, la tendance des évènements pluviométriques et hydrologiques extrêmes et de mettre en évidence, d’autre part, l’impact de ces évènements sur la dynamique des terrasses agricoles. La détection de telles tendances est primordiale pour une gestion durable des terres agricoles. Pour ce faire, l’étude est basée sur le test de tendance séquentiel de Mann-Kendall et la cartographie de l’évolution des terrasses fluviales. Les données hydro-pluviométriques utilisées correspondent aux pluies maximales journalières et aux débits maximum instantanés annuels. Les documents cartographiques et les images satellitaires, couvrant le tronçon étudié, sont utilisés pour décrire la dynamique des terrasses fluviales.

1. Présentation de la zone d’étude

L’Oued Melloulou appartient au domaine climatique méditerranéen des steppes arides orientales du Maroc. Il compte parmi les régions de l'Afrique du nord qui sont marquées par la plus grande variabilité pluviométrique interannuelle (Isnard, 1957). Les précipitations sont concentrées durant la saison printanière (Hanchane, 2016 ; Obda et al., 2009), où les valeurs moyennes mensuelles les plus élevées sont enregistrées de mars à mai (fig. 1). Ces pluies, d’origine convective et de forte intensité, sont responsables de crues violentes.

L’Oued Melloulou est un affluant principal de la rive gauche de la Moulouya (Carte 1). Sa confluence avec ce dernier est située à proximité de la ville de Guercif. Cet affluent draine un bassin versant de 2495 km² de surface, chevauchant sur 2 unités topographiques : le Moyen Atlas Plissé au sud et sud-ouest et la plaine de Guercif au nord et nord-est. Il s’étale sur les territoires des provinces de Guercif (1544 km²), de Taza (836,5 km²) et de Boulemane (15 km²), en couvrant respectivement 64,5, 34,9 et 0,63% de la superficie totale du bassin.

La population locale pratique l’agriculture en irrigué. Cette activité, jouant le rôle socio- économique principal de la zone d’étude, se localise, généralement, sur les terrasses fluviatiles.

2. Méthodologie et données

La méthodologie adoptée consiste à mettre en évidence l’impact des évènements hydro- pluviométriques extrêmes sur la dynamique des terrasses agricoles. Pour ce faire, une analyse de tendances de ces événements extrêmes est effectuée selon le test séquentiel de Mann- Kendall. Quant à la dynamique des terrasses agricoles, elle est évaluée selon une approche cartographique.

 Méthode de calcul du test séquentiel de Mann Kendall

Appliqué aux séries temporelles "x_i", ce test détecte des points de changement dans les séries chronologiques à long terme. Il est calculé en utilisant les valeurs classées "y_i" des valeurs d'origine dans l'analyse (x1, x2, x3,…. xn….). Les grandeurs de yi (i = 1,2,3, ..., n ) sont comparés avec y_j, (j = 1,2,3, ..., i-1). Pour chaque comparaison, les cas où y_i > y_j sont comptés et désignés par ni. Une statistique ti peut donc être définie comme (Feidas and al. 2007 et Somendu and al, 2014) :





 ⁱ

j i

i

n

t

1

(1).

Carte 1: Localisation de la zone d’étude et lithologie (Extrait de la Carte géologique 1/500 000, Nord Maroc).

Figure 1: Régime moyen des pluies mensuelles dans les stations de Belfarah et de Guercif (période 1970- 2015).

La distribution de la statistique de test

t

ⁱ a une moyenne

4 ) 1

)

(

(

^{i i}

E

t

_i (2) et une variance

72 ) 5 2 )(

1 ) (

( i i i

Var

t

^{i (3).}

Les valeurs séquentielles d'une variable réduite ou standardisée, appelée statistique ^u(

t

ⁱ)^{, sont} calculées pour chacune des variables statistiques du test

t

ⁱ comme suit :

 

  _t ^t t

i i i

i

t E u

var ) ) (

( 

 (4)

Alors que la statistique séquentielle directe ^u(

t

ⁱ) est estimée en utilisant la série temporelle d'origine (x₁, x₂, x₃,…. xn….), les valeurs de la statistique séquentielle rétrograde ^u'(

t

ⁱ) ^sont estimées de la même manière, mais à partir de la fin de la série. En estimant ^u'(

t

ⁱ), la série temporelle est utilisée de telle sorte que la dernière valeur de la série temporelle d'origine arrive en premier (x1, x2, x3,…. xn….).

La version séquentielle de la statistique du test de Mann-Kendall permet de détecter le début approximatif d'une tendance en progression. La tendance est croissante ou décroissante suivant le signe de ^u(

t

ⁱ). En portant graphiquement les deux tests (^u(

t

ⁱ)^{et u'(}

t

ⁱ⁾), on obtient deux courbes qui se croisent approximativement au moment où a commencé la tendance. Si l'intersection des deux courbes se produit au-delà de ± 1.96 (niveau de significativité de 5%) de la statistique normalisée, on peut déduire un changement détectable à ce point de la série temporelle. En outre, si au moins une valeur de la variable réduite est supérieure à un niveau de signification choisie de la distribution gaussienne, l'hypothèse nulle (H₀: l'échantillon ne montre aucun début d'une nouvelle tendance) est rejetée.

En principe, on considère que la tendance est significative si au moins une des deux courbes dépasse +/-1.96 qui représente la valeur du test de Mann Kendall au seuil de 0.05. En pratique, l’absence de toute tendance donne généralement des courbes qui s’enchevêtrent tandis que dans le cas d’une tendance significative l’intersection de ces courbes permet de situer approximativement le début du phénomène.

Les données utilisées dans l’analyse des tendances correspondent à deux variables hydro- pluviométriques, mesurées dans deux stations hydro-climatiques principales du bassin : la pluie journalière maximale absolue annuelle (PJ max) et le débit journalier instantané maximum par an (Q instantané). Ces données proviennent de l’Agence du Bassin Hydraulique de Moulouya. Elles couvrent une période de 45 ans (1970-2015) pour les pluies extrêmes et 40 ans (1970-2010) pour les débits extrêmes (Tab.1).

Tableau 1 : Séries chronologiques des données utilisées (source : ABHM^*).

Station Série Période d’observation Longitude Latitude Altitude (m) Moyenne Max Min C.V %

Belfarah

PJ max (mm) 1970 - 2015

3.69° O 34.108 °N 600

25.8 52.4 10.3 19.7 Q instantané

(m³/s) 1970 - 2010 202 663 35 88.4

Guercif

PJ max (mm) 1970 - 2015

3.34° O 34.22°N 360

23.8 126 7.3 42 Q instantané

(m³/s) 1970 - 2010 360 1359 50 79.5

* ABHM : Agence du Bassin Hydraulique de Moulouya.

- Méthode cartographique de la dynamique des terrasses agricoles

Cette méthode cartographique consiste en une simple superposition des terrasses fluviatiles agricoles et de la plaine alluviale du tronçon du Moyen Melloulou. Le choix de ce tronçon est justifié par la présence d’une lithologie marneuse (carte1), marquée par une dynamique fluviale active, et d’une anthropisation dense. Pour cet objectif, deux images satellitaires, couvrant le tronçon choisi, ont été utilisées. Les deux images satellitaires disponibles sur

«Google Earth» correspondent à deux dates : 31/12/2002 et 31/12/2018. Après leur géoréférencement sous le logiciel de cartographie "ArcGis", une digitalisation des terrasses agricoles et de la plaine alluviale de l’Oued a été réalisée. Ensuite, et afin d’évaluer la dynamique des terrasses fluviatile, une quantification de la superficie des terrasses agricoles et de la largeur de la plaine alluviale a été établie pendant les deux dates.

Résultats

.

La moyenne des pluies maximales journalières des deux stations sont presque égales. En revanche, le maximum absolu à Guercif (126 mm) dépasse largement celui enregistré à Belfarah (52.4 mm); ils sont enregistrés tous les deux au début du 21^ème siècle. Les valeurs minimales absolues sont de 7.3 mm pour Guercif et 10.3 mm pour Belfarah (Tab. 1); elles sont enregistrées respectivement en 1983 et 1971.

Le débit instantané maximal absolu est de 663 et 1359 m³/s pour les stations de Belfarah et de Guercif respectivement. Ces deux valeurs ont été enregistrées en 1993, tandis que les valeurs minimales absolues sont de 35 et 50 m³/s et sont enregistrées en 1984 et 1983 pour les stations de Belfarah et de Guercif respectivement (Tab. 1).

L’observation des séries étudiées affiche une variabilité temporelle importante des débits instantanés extrêmes (Tab. 1). En effet, le coefficient de variation a atteint 88.4 % pour la série de Belfarah et 79 % pour celle de Guercif. Cependant, on note une forte variabilité des pluies journalières maximales à la station de Guercif (42 %) par rapport à celle de Belfarah (19.5 %) (Tab. 1).

Tendances des pluies journalières extrêmes

Les résultats obtenus de l’analyse statistique via le test séquentiel de Maan Kendall pour la station de Belfarah montre une seule rupture significative détectée en 1984, où le point de croisement des tracés des variables réduites u(t) et u’(t) est situé à l’extérieure de la limite de confiance inférieure de -1.96. L’année ayant suivi cette date de rupture a enregistré une valeur significativement faible. Après, une augmentation progressive a été constatée sans qu’elle soit pour autant statistiquement significative (fig. 2).

Pour la station de Guercif, la variable réduite u(t) a maintenu des valeurs significativement hautes, dépassant la limite de confiance supérieure +1.96, pendant la période 2005 à 2015 et indiquant une tendance significative à l’augmentation depuis 1986. L’absence de recoupement des deux variables u(t) et u’(t) en dehors des intervalles de confiances de +/- 1.96 témoigne de l’absence d’une rupture significative dans la série chronologique, selon les résultats du test utilisé (fig. 3).

Figure 2 et 3: Tendances pluviométriques extrêmes et détection de ruptures d'après la statistique du test séquentiel de Mann Kendall u(t) et u'(t).

L’analyse des données journalières maximales de la pluviométrie dévoile une tendance vers la baisse de la fréquence de ces évènements extrêmes depuis le début des années 1970 jusqu’au début des années 1990. Après cette date, une tendance vers l’augmentation jusqu’à la fin de la série a été enregistrée; cette tendance devient significative en 2005.

La tendance des débits instantanés extrêmes.

Pour la station de Belfarah, on enregistre une rupture presque significative en 1983, date à partir de laquelle des valeurs significativement faibles ont été maintenues jusqu’en 1993.

Depuis cette dernière date, les débits ont augmenté progressivement sans qu’ils enregistrent une tendance significative (fig. 4).

Pour la station de Guercif, les débits extrêmes ont été caractérisés par deux périodes distinctes: (i) une diminution non significative observée entre 1970 et 1993; (ii) depuis 1993, un retour vers l’augmentation a été constaté et des valeurs hautement significatives ont été enregistrées depuis 2006 (fig. 5).

Figure 4 et 5: Tendances des débits instantanés maximaux et détection de ruptures d'après la statistique du test séquentiel de Mann Kendall u(t) et u'(t).

La dynamique des terrasses agricoles

La superposition cartographique des polygones du lit mineur de l’Oued Melloulou Moyen, digitalisé à partir des images satellitaires de 2002 et 2018, montre qu'il a subi des évolutions spatio-temporelles importantes. Cette évolution a été marquée par une dynamique des terrasses agricoles et de la largeur du lit mineur de l’Oued.

Selon la population locale, la largeur moyenne de la plaine alluviale a connu un déclin depuis les années 1970 au profit d’une expansion des terres agricoles sur les basses terrasses de l’Oued. De ce fait, les paysans ont créé des parcelles agricoles en irriguée le long du cours d’eau. Cette période a coïncidé avec une baisse dans les fréquences des évènements hydro- climatiques extrêmes et une sècheresse généralisée. En revanche, la largeur moyenne de la plaine alluviale a augmenté entre 2002 et 2018 (carte 2). Elle est passée de 260 à 440 m (Fig.

7). Cet élargissement a entrainé une perte d’environ 300 ha des surfaces agraires, soit une moyenne estimée de 19 ha/an. D'un point de vue socio-économique, cette perte peut engendrer des conséquences graves sur les revenus de plusieurs familles et contribuer à l’accélération de l’exode rurale vers les villes et les centres urbaines les plus proches.

L’analyse des pluies-débits maximums montre des tendances nuancées entre les deux stations.

En effet, la station de Belfarah a enregistré des valeurs significativement faibles de 1983 à 1993 alors que celle de Guercif a connu une période de crues dues aux pluies et débits

entre les deux stations, leurs tendances enregistrées sont pratiquement similaires (fig.6).

Globalement, la réduction des valeurs extrêmes des pluies-débits lors de la première période permet d’expliquer l’extension des terres agricoles sur les basses terrasses fluviatiles. Après, les pluies-débits extrêmes ont enregistré des valeurs significativement hautes qui expliquent la réduction des surfaces des terres agricoles au profit de la largeur de la plaine alluviale.

Conclusion.

Cette étude porte sur le suivi de la dynamique des terres agricoles relatives aux terrasses fluviatiles du tronçon moyen de l’Oued Melloulou en relations avec les tendances pluies- débits extrêmes. Ce bassin versant est situé dans un climat méditerranéen aride où le régime de pluie printanier est marqué par des précipitations convectives qui engendrent des crus violentes. Ces dernières sont responsables de la dynamique des terres agricoles. En effet, les résultats de l’analyse des tendances des séries pluies-débits extrêmes, de Belfarah et Guercif, montrent une diminution de 1972 à 1993 et une augmentation depuis 1993. Par ailleurs, un élargissement important de la plaine alluviale du cours d’eau est observé entre 2002 et 2018.

Ainsi, des pertes en matière de terres agricoles ont été constatées.

Malgré l’absence d’une significativité statistique généralisée sur l’ensemble des séries analysées, le sens de la tendance des variables étudiées reflète l’évolution des terres agricoles sur les terrasses fluviatiles entre deux périodes hydro-climatiquement contrastées.

Si les évènements hydro-pluviométriques constituent le moteur de la dynamique fluviale, les autres facteurs physiques et anthropiques ont également une contribution dans ce phénomène.

A titre d’exemple, la pression sur le milieu fluvial, par la propagation des terres agricoles, a contribuée dans la dégradation des écosystèmes fluviaux protégeant les berges comme la ripisylve et a fragilisé la plaine alluviale.

Figure 6: Tendances composite des variables hydro-pluviométriques d'après la statistique du test séquentiel de Mann Kendall u(t) et u'(t).

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