ATCHADE_ARTICLE_ANALYSE _OK_pp71-76

XXVIème colloque de l’Association Internationale de Climatologie
ANALYSE FREQUENTIELLE DES EVENEMENTS
HYDROCLIMATIQUES DANS LE BASSIN VERSANT DE LA RIVIERE
ZOU AU BENIN
ATCHADE G. A.1, VISSIN E. W.1, TOTIN H. S. V.2 et YABI I.1
1 Laboratoire Pierre Pagney : Climat, Eau, Ecosystèmes et Développement (LACEEDE),
Université d’Abomey-Calavi. BP 526, Cotonou République du Bénin.
[email protected], [email protected] , [email protected]
2 Département de Géographie et Aménagement du Territoire, Université de Parakou, BP 123, Parakou, Bénin
[email protected]
Résumé : Cette étude vise à analyser la fréquence des évènements hydroclimatiques dans le bassin versant de la rivière Zou
au Bénin. La démarche méthodologique est focalisée sur la caractérisation de ces évènements moyens et extrêmes à partir
des quintiles des données de précipitations et de débits de la période 1965-2010. De même, les périodes d’occurrence sont
déterminées grâce à la méthode de Gumbel. Il ressort de l’analyse des résultats obtenus que dans une phase climatique très
humide ou très sèche, la physionomie pluviométrique change, tout en amplifiant ou en diminuant le volume d’eau écoulé. Les
cumuls pluviométriques annuels de récurrence très sèche (611,99 mm) et sèche (901,74 mm) sur une période cinquantenaire
et celles très humide (1755,3 mm) et humide (1334,77 mm), de fréquences rares diminue ou augmente le volume d’eau
écoulé dans le bassin.
Mots clés : Bassin du Zou, Bénin, analyse fréquentielle, évènements hydroclimatiques,
Abstract: This study aims to analyze the frequency of the hydroclimatic events in the Zou river basin in Benin. The
methodology is focused on the characterization of these means and extremes from quintile rainfall data and flow for the
period 1965-2010. Similarly, the occurrence periods are determined by the Gumbel method. It appears from the analysis of
the results that in a very wet or very dry climatic phase, the rainfall changes appearance, while increasing or decreasing the
volume of water passed. The annual rainfall of very dry recurrence (611,99 mm) and dry (901.74 mm) over a period of
fiftieth years and those very wet (1755,3 mm) and wet (1334,77 mm), rare frequency decreases or increasing the volume of
water passed into the basin.
Keywords: Basin of Zou river: Frequency Analysis, hydrological and climate events,
Introduction et justification du sujet
Depuis une dizaine de décennies, l’Afrique Subsaharienne connaît une variabilité spatiotemporelle des régimes pluvio-hydrologiques. Ce phénomène se manifeste avec une absence
de contraste thermique entre les saisons marquées par les précipitations qui rythment la
saisonnalité du climat (Houndénou, 1999).
Selon le GIEC (2007), ces variations se manifestent par la multiplication des événements
climatiques extrêmes. Les évènements observés au niveau des grands fleuves constituent
l’une des principales catastrophes naturelles liées au climat et plus spécifiquement aux
précipitations (Donou, 2009).
Au Bénin, le rythme de répartition des précipitations et leurs implications sur les
ressources en eau ont été mis en exergue dans le bassin versant de la rivière Zou par Boko et
al. (2004). L’impact des pluies intenses contribue à l’élévation du niveau des cours d’eaux, ce
qui génère des crues exceptionnelles.
Partagé entre deux sous-bassins hydrologiques (Atchérigbé et Domè), le bassin versant
de la rivière Zou est situé approximativement entre 7°15’ et 8°33’ de latitude nord et entre
1°35’et 2°14’de longitude est.
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Figure 1. Situation géographique du bassin du Zou
1. Données et méthodes
1.1. Données
Les données utilisées sont entre autres les hauteurs mensuelles et annuelles de pluies de la
période 1965 à 2010 des stations situées dans le bassin versant de la rivière Zou et dans ces
environs immédiats. Il s’agit des stations de (Bantè, Pira, Tchètti, Savalou, Glazoué, Bohicon,
Abomey, Zagnanado). Les données hydrométriques (débits mensuels et annuels des stations
de Atchérigbé et de Domè) sur la période 1965-2010.
La représentation des champs saisonniers de pluie a nécessité l’intégration dans la base de
données d’autres stations situées à la périphérie du bassin. Il s’agit notamment des stations
d’Aplahoué, de Bonou de Lonkly et de Kétou.
1.2. Méthodes
Détermination des événements moyens et extrêmes
Sur la base des travaux de Dione (1996) et Ndione et al. (2005) et Totin (2010), les séries
pluviométriques, ou hydrologiques mensuels ou annuels sont regroupées par ordre croissant et
distribuer en cinq classes d’événements très déficitaires, déficitaires, normaux, excédentaires
et très excédentaires. Les cinq classes déterminées à l’aide du logiciel Xlstat 2009
correspondent à des seuils hydroclimatiques très secs, secs, normaux, humides et très humides
atteints sur la période 1965-2010 dans le bassin versant de la rivière Zou au Bénin.
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Application de la loi de Gumbel
La loi de Gumbel est une loi d’ajustement fréquentielle très souvent utilisée pour décrire
le comportement statistique des valeurs extrêmes suivant la distribution statistique de
Gumbel (Bois et al., 2007 ; Goula et al., 2007) ; Totin , 2010). La fonction de répartition
de la loi de Gumbel F(x) s’exprime de la manière suivante :
x−a
x−a 

F(x) =exp  − exp( −
où a et b sont
)  avec la variable réduite suivante : U =
b
b 

les paramètres du modèle de Gumbel. La distribution s’écrit alors de la manière suivante :
F(x) =
exp(-exp(-u)) et u =-ln(F(x))
Dès lors que les points de la série à ajuster peuvent être reportés dans un système
d’axes x-u, il est possible d’ajuster une droite qui passe le mieux par ces points et d’en
déduire les deux paramètres a et b de la loi. L’estimation des paramètres a et b de
l’ajustement peut se faire graphiquement, ou selon une méthode mathématique comme celle
des moments non développée dans cette étude. Il s’agit essentiellement d’estimer la
probabilité de non dépassement F (x i) qu’il convient d’attribuer à chaque valeur x i. Les
formules d’estimation de la fonction de répartition à l’aide de la fréquence empirique F(x)
reposent toutes sur un tri de la série par valeurs croissantes permettant d’associer à chaque
valeur son rang r. Des simulations ont montré que pour la loi de Gumbel, il faut utiliser la
fréquence empirique de Hazen (Goula et al., 2007).
r − 0,5
où r est le rang dans la série de données classées par valeurs croissantes, n
n
est la taille de l’échantillon, x [r ] la valeur de rang r. Le temps de retour T d'un événement est
défini comme étant l'inverse de la fréquence d'apparition de l'événement (Riad, 2003) et est
donné par la formule :
F(x(r))=
T=
1
1 − F ( xi )
Il a permis d’estimer le temps de retour, en termes de probabilité d’apparition, des
événements climatiques et hydrologiques extrêmes et d’en déduire les deux paramètres a et
b de la loi. L’estimation des paramètres a et b de l’ajustement peut se faire graphiquement,
ou selon une méthode mathématique comme celle des moments non développée dans cette
étude. Les périodes de retour définies dans le bassin versant de la rivière Zou sont de 2, 5, 10,
20, 50 pour les événements hydroclimatiques.
2. Résultats et discussions
2.1. Analyse de l’évolution des pluies annuelles
La figure 2 présente la répartition de la pluviométrie à l’échelle des stations sur la période
1965 à 2010. Les totaux pluviométriques stationnels varient de 551,6 à 696,7 mm et de
1531,5 à 1877,1 mm respectivement pour les événements très déficitaires et très
excédentaires.
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Figure 2. Pluviométries annuelles extrêmes dans le bassin versant du Zou au Bénin (1965-2010)
En situation climatique sèche et humide, ils sont de l’ordre respectif de 813,31 à 935,30
mm et de 1201,5 à 1402,92 mm. Il faut retenir donc qu’en situation climatique très humide ou
sèche, la pluviométrie varie, tout en amplifiant ou en diminuant le volume d’eau écoulée. Ce
qui confirme les résultats obtenus par Totin, 2010 sur le bassin sédimentaire côtier béninois
dont fait partie partiellement le bassin de la rivière Zou.
2.2.2. Répartition intra-saisonnière comparée de l’écoulement et l’évolution décennale des
débits moyens à Atchérigbé et à Domè de 1965 à 2010
Les figures 3 et 4 montrent respectivement la baisse considérable de l’écoulement en
période de hautes eaux à partir des années 1970 et l’évolution décennale des débits moyens
dans les sous-bassins-versants du Zou au Bénin.
Figure 3. Régimes de l’écoulement rapporté à la surface des sous bassins
sur les sous-périodes 1965-1970 et 1971-2010
Figure 4. Évolution décennale de
l’écoulement moyen à Atchérigbé et à
Domè de 1965 à 2010
Sur l’ensemble des sous-bassins, les écoulements sont plus importants au cours de la
période allant de 1965 à 1970 soit une moyenne respective de 343,35 mm à Atchérigbé et
104,16 mm à Domè que celle d’après soit une moyenne respective de 310,97 mm à
Atchérigbé et 82,90 mm à Domè). Les mêmes résultats sont obtenus par Akognongbé (2008)
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et Donou (2009) respectivement sur le fleuve Ouémé à Savé et à Bonou. Les déficits
d’écoulement s’observent plus au cœur de la saison des pluies, en particulier au cours des
mois de juillet, août, septembre voire octobre. L’écart des débits cumulés des mois de juillet,
août est de 13 % contrairement aux mois de septembre et octobre qui est de 54 %. Les
déficits d’écoulement paraissent plus importants dans le sous bassin de Atchérigbé qui repose
sur une formation de socle inversement à celui de Domè reposant sur le sédimentaire.
Quant à l’analyse de la figure 4, il faut globalement retenir que les moyennes décennales
des débits restent importantes à Atchérigbé qu’à Domè. Ce qui confirme les observations de
la figure 3. Malgré l’augmentation des débits au cours de la décennie 1991-2000 consécutive
à celle de 1971-1980 et 1981-1990, les moyennes d’écoulement de la décennie 1961-1970 ne
sont pas atteintes à l’échelle d’Atchérigbé. La situation paraît presque identique à Domè en
dehors de la décennie 2000-2008 qui laisse présager d’un retour à la hausse des moyennes
décennales d’écoulement à partir de cette période avec une moyenne de 171,96 mm.
2.3. Analyse fréquentielle des moyens et extrêmes des épisodes hydrologiques
L’analyse fréquentielle des évènements hydrologiques suivant les scénarios, déficitaire,
normale, humide et très humide montre des temps de retour variables selon les seuils
hydrologiques déterminés. Il a été donc observé que les débits annuels de récurrence sèche et
normale cinquantenaire sont respectivement de 5,82 et 98,8 mm à Atchérigbé et de 1,63 et 28
mm à Domè contre celles de courtes fréquences (2 ans) 20,5 et 25,5 mm à Atchérigbé ; 5,72
et 7,13 mm à Domè.
Les récurrences respectives excédentaires et très excédentaires (crue), de fréquences rares
50 ans sont de 119 et 397 mm à Atchérigbé ; 33,6 et 100 mm à Domè à l’opposé de celles
30,6 et 112 mm à Atchérigbé 8,56 et 25,9 mm à Domè qui pourraient être enregistrées tous les
deux (2 ans).
La figure 5 présente les intervalles de confiance de l’ajustement des débits à partir de la loi
de Gumbel (méthode des moments) en fonction des évènements hydrologiques.
Figure 5. Résultats de l’ajustement des débits à partir de la loi de Gumbel en fonction des évènements
hydrologiques.
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Au regard de la figure 5 les débits annuels des différents évènements hydrologiques dans
les sous-bassins de la rivière Zou ont tendance à mieux s’ajuster à la loi de Gumbel (Méthode
des moments) avec un intervalle de confiance de 95 %. La disponibilité des écoulements de
surface dans le bassin versant de la rivière Zou reste alors tributaire de ces événements
hydrologiques qui à leur tour dépendent des fluctuations observées au niveau des paramètres
climatiques du milieu comme l’ont montré Kodja, et al. ( 2012).
Conclusion
Le modèle d’analyse appliqué aux données pluviométriques et hydrologiques sur la
période 1965-2010, montre que les événements pluvieux extrêmes surviennent avec des
volumes d’eau très importants sur la période d’étude. Ainsi, en fonction des fluctuations
climatiques dans le secteur d’étude, la physionomie de la pluviométrie varie et les
écoulements de surface n’en demeure pas épargnés. Les débits annuels de récurrence sèche et
normale cinquantenaire ou de courte durée (2 ans) sont plus important à Atchérigbé qu’à
Domè.
Aussi faut-il remarquer que l’ajustement des débits annuels des différents évènements
hydrologiques dans le secteur d’étude avec le modèle d’analyse proposé permet d’affirmer
que la disponibilité des écoulements de surface dans le bassin versant de la rivière Zou est
fonction des événements hydroclimatques observés dans le milieu d’étude
Bibliographie
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Institut National Polytechnique de Grenoble. 7ème édition revue et complétée. Grenoble, France, 265 p.
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Donou T. B., 2009 : Evènements pluvio-hydrologique et production agricole dans le Delta du fleuve Ouémé.
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GIEC, 2007 : Bilan 2007 des changements climatiques. Contribution des Groupes de travail I, II et III au
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Goula B.T.A., Konan B., Brou Y.T., Savane I., Fadika V., Srohourou B., 2007 : Estimation des pluies
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Ndione J.A., Bicout D.J., Mondet B., Lancelot R., Sabatier P., Lacaux J.P., Ndiaye M., Diop C., 2005 :
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Totin V. S. H., 2010 : Sensibilité des eaux souterraines du bassin sédimentaire côtier du Bénin à l’évolution du
climat et aux modes d’exploitation : Stratégies de gestion durable. Thèse de Doctorat unique, Université
d’Abomey-Calavi, Bénin 283p
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