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Principes et méthodes en irrigation
Afin de bien fonder l’irrigation et de bien évaluer la situation du MPI et ses ouvrages, il faut prendre en compte les principes et méthodes en irrigation. Nous allons commencer par la GIRE.
GIRE
La GIRE est la Gestion Intégrée des Ressources en eau. La GIRE est donc en relation directe avec la notion de bassin versant. [5]
Rappel sur la définition de la GIRE
La GIRE est un processus de planification des ressources en eau rassemblant les acteurs tout en assurant le développement social et économique d’un pays. La Gire aide l’environnement mondial à favoriser un développement agricole durable. L’application de la GIRE à Madagascar se fait à partir du Plan Hydraulique National (PHN) et des Schémas Directeurs d’Aménagement de Gestion Intégrée des Ressources en eau dans les grands bassins de Madagascar.
La GIRE repose sur des principes définis par la communauté internationale. Il existe cinq principes GIRE. Ces principes peuvent être résumés comme suit :
(i) Principe Eco systémique : l’eau douce est une ressource limitée et vulnérable au développement et à l’environnement ;
(ii) Principe multisectoriel : l’exploitation et la gestion de l’eau doivent se fonder sur une approche participative impliquant tous les usagers et tous les planificateurs ainsi que les décideurs politiques à différent niveau ;
(iii) Principe d’équité de l’eau : les membres des usagers de l’eau jouent un rôle central dans l’approvisionnement, la gestion et la protection de l’eau y compris les femmes ;
(iv) Principe de valorisation de l’eau : l’eau a une valeur économique dans les usages concurrentiels ;
(v) Principe par approche par Bassin Versant : le cinquième principe spécifie Madagascar sur ces approches à partir des Bassins Versants.
Notion de Bassin versant
En premier lieu, il y aura la définition d’un bassin versant. Et en second lieu, il y aura les caractéristiques d’un bassin versant.
Définition
Un bassin versant est la surface de collecte des eaux d’une rivière, considérée en un point de son cours. Un bassin versant est limité par le contour de la ligne de crête à l’intérieur duquel les eaux précipitées se dirigent vers ce point considéré. La ligne de crête est la ligne de partage des eaux.
Caractéristiques d’un bassin versant
Un bassin est caractérisé par maints critères qui seront énumérés et définis dans les sous-titres qui suivront.
• Superficie
La superficie du bassin versant est la portion du plan délimitée par la ligne de crête. Il est nécessaire de connaître la superficie du bassin versant afin de pouvoir calculer le temps de concentration.
Il existe plusieurs méthodes pour calculer la superficie d’un bassin versant. Sa mesure se fait à l’aide d’un planimètre ou par la méthode de petit carré ou à partir de du logiciel Google earth Pro ou MapInfo.
• Altitude moyenne
Il est nécessaire de calculer l’altitude moyenne dans le bassin versant pour le calcul des apports. Pour le calcul de cette altitude, les données nécessaires sont l’altitude maximale et l’altitude minimale.
Voici la formule permettant de calculer l’altitude moyenne :
Zmoy : altitude moyenne (m)
Zmax : altitude maximale (m)
Zmin : altitude minimale (m)
• Pente
La pente d’un BV est une caractéristique en fonction de la topographie du BV. Elle permet de connaître le temps de parcours du ruissellement et influence également le débit de pointe lors d’une averse.
La formule permettant de calculer la pente d’un bassin versant est la suivante :
(2) = 0,95 ℎ
I : pente du BV (m/km)
Dh : différence entre l’altitude maximale et minimale (m)
L : longueur du plus long cheminement hydraulique (km)
• Temps de concentration
Le temps de concentration est le temps que met une goutte d’eau d’un point le plus loin du bassin versant vers l’exutoire du bassin. Pour calculer le temps de concentration, il est nécessaire de connaître les caractéristiques du bassin versant. Dans le domaine de l’aménagement hydroagricole, c’est la formule de Passini qui est la plus couramment utilisée.
Voici la formule permettant de calculer le temps de concentration :
(3) = 0,108×( × ) 3
tC : temps de concentration (h)
S : superficie du bassin versant (km2)
L : longueur du plus long cheminement hydraulique (km)
I : pente du bassin versant (m/m)
Ressource en eau
La ressource en eau disponible pour le MPI est l’eau apportée par la précipitation et l’eau apporté par le bassin versant ayant comme exutoire le barrage d’Ampahindrano Kety.
Précipitation et pluviométrie
La pluviométrie est une ressource en eau pouvant être utilisée pour satisfaire les besoins en eau des plantes.
Pluviométrie
La pluviométrie, c’est la mesure permettant d’avoir les valeurs de précipitations (voir annexe 14 et 15) qui sont un facteur primordial de l’hydrologie. Les données nécessaires concernant la pluviométrie sont : (i) les pluviométries mensuelles de fréquence quinquennale sèche et humide, afin de connaître les mois les plus humides et les plus sèches de l’année ; et la donnée pluviométrique maximales journalière, utiles pour calculer les débits des crues d’une rivière.
Les pluviométries mensuelles de fréquence quinquennale sèche et humide se calculent par l’ajustement statistique suivant la loi Normale de Gauss puis suivant l’ajustement statistique suivant la loi de Gumbel.
La pluviométrie maximale journalière se calcule à partir de l’ajustement statistique suivant la loi de Gumbel. La formule s’exprime comme suit :
(4) = + +
Avec
PF : pluviométrie maximale journalière de différentes fréquences (mm)
PO : paramètre de position avec = − 0,48
Pm : pluie moyenne mensuelle des séries de données (mm)
σ : écart-type de la série de données
UF : variable réduite de Gumbel avec = −ln(− )
aG : gradex = 1,28
Les pluviométries quinquennale et décennale sèches sont obtenues suivant la loi normale de GAUSS.
Pluie efficace
La pluie efficace est la quantité de pluie qui pourrait être utilisé par la plante pendant les différentes phases de développement. La pluie efficace est donnée par le logiciel Cropwat à partir des données suivantes : humidité (%), insolation (h/j), température maximale et minimale (°C), et pluviométrie moyenne mensuelle, vent (km/j).
Cette pluie est utilisée pour le calcul des besoins en eau. En général, elle est estimée à 80 % de la pluviométrie quinquennale enregistrée.
Intensité de pluie
L’intensité de pluie a un impact dans les calculs du débit de crue. L’intensité de pluie est en fonction de la pluviométrie maximale journalière, du temps de concentration et du coefficient régional de la formule de MONTANA.
Voici la formule utilisée dans le calcul de l’intensité de pluie :
(5) (24, )×( )
( ) = 24
i(t) : intensité de pluie (mm/h)
P (24,F) : pluviométrie maximale journalière (mm)
tC : temps de concentration (h)
b : coefficient régional (voir annexe 16)
Cours d’eau et efficience du réseau
Rivière Iritsoka
La ressource en eau pouvant permettre l’irrigation en période d’étiage dans le MPI d’Ampahidrano Kety est la rivière Iritsoka. Cette rivière est une rivière dans le bassin versant du Mangoky. Dans le bassin versant considéré dans cette étude, le barrage d’Ampahidrano Kety sur la rivière Iritsoka est l’exutoire du BV. La partie qui suivra parlera donc des apports arrivant au niveau du barrage par la rivière Iritsoka. (Voir annexe 12)
Détermination de l’efficience du réseau
La détermination de l’efficience du réseau est l’évaluation de l’efficience hydraulique et agronomique de l’eau d’irrigation au niveau du MPI. L’efficience résulte de la prise en compte des pertes. Il y a donc, l’efficience de transport (percolation et infiltration), de distribution et d’irrigation des parcelles (débordements et fuites). Les efficiences dépendent donc des réalités du périmètre et entre autres, de la pédologie et des caractéristiques des ouvrages et sont compris entre 50 et 95%.
Calcul des apports
L’apport est le débit d’eau d’un cours d’eau dans un bassin versant. Il existe deux méthodes pour calculer les apports. La première méthode est tirée à partir de la formule de CTGREF, la seconde est la méthode de station de référence.
• Formule de CTGREF
Cette méthode est la méthode du Centre Technique du Génie Rural des Eaux et Forêts. Cette formule est une formule empirique qui dépend de l’apport quinquennal sec, de la pluie quinquennale sèche et des caractéristiques du bassin versant.
Voici la formule utilisée :
Q5S : apport quinquennal secannuel du BV (l/s)
S : superficie du bassin versant (km2)
P5S : pluie quinquennale sèche (mm)
Zmoy : altitude moyenne du bassin versant (m)
B : paramètre régional (voir annexe 20)
La répartition mensuelle de ces débits est exprimée à partir de la formule :
(7) 5 = 5 0,124/100
Q5sm : apport mensuel en année quinquennale sèche du mois considéré (l/s)
Q5S : apport quinquennal sec du BV (l/s)
R4 : coefficient de répartition d’Aldegheri (Voir annexe 16)
• Station de référence
La méthode de station de référence est une méthode permettant également de calculer les apports. Cette formule est en corrélation avec les caractéristiques du bassin versant et du traitement des données pluviométriques.
En premier lieu, le calcul de l’apport annuel de fréquence quinquennal sec doit être effectué.
Ce calcul se fait à partir de la formule suivante :
(8) 5 = 5 ×
Q5S : apport annuel de fréquence quinquennal sec (l/s)
q5S : débit spécifique de fréquence quinquennal sec (l/s/km2)
S : surface du bassin versant (km2)
Le débit spécifique de fréquence quinquennale sec est obtenu à partir des données basées sur l’exploitation des valeurs observées sur les stations hydrométriques les plus proches de la zone d’études, valeurs qu’on peut tirer du livre Fleuves et Rivières de Madagascar. [7]
Après le calcul de l’apport annuel de fréquence quinquennal sec, le calcul de l’apport moyen mensuel peut être effectué. Dans ce calcul, il est nécessaire de connaître la répartition régionale par mois.
(9)= ( × × 12)/100
Qmoy mens : apport moyen mensuel (l/s)
Qan : apport quinquennal sec (l/s/km2)
R : coefficient de répartition régionale par mois (voir annexe 16)
Crue et bassin versant
La formation d’une crue du cours d’eau principal est en fonction de la forme du bassin versant. La forme du bassin versant peut être déterminée à partir du rapport de confluence qui est le rapport entre le périmètre du BV et le cercle ayant la même surface.
Lorsque la valeur de Kc est proche de un, la forme du BV est circulaire, dans le cas où Kc est largement supérieur à un, la forme du BV est allongée.
Voici la formule permettant de calculer le rapport de confluence Kc :
(10) = 2√
Avec
Kc : rapport de confluence
P : périmètre du BV (km)
A : surface du BV (km2)
Deux formules sont possibles selon la superficie du bassin versant. Ces formules sont la formule rationnelle et celle de Louis Duret.
• Formule rationnelle
Cette formule est utilisée lorsque la superficie du bassin versant est inférieure à 10 km2.
Pour calculer le débit de crue, voici la formule à utiliser :
(11) = 0,278
Q : débit de crue (m3/s)
C : coefficient de ruissellement
i : intensité de pluie exprimée par la formule de Montana (mm/h)
S : superficie du bassin versant (km2)
• Formule de Louis Duret
Cette formule est utilisée lorsque la superficie du bassin versant est supérieure à 10 km2. Cette formule est en fonction de la superficie du bassin versant et de la pluie maximale journalière. Voici la formule utilisée pour ce faire :
(12) = 0,009 × 0,8 × 0,32 × 1,39
Q : débit de crue (m3/s)
S : superficie du bassin versant (km2)
I : pente du bassin versant (m/m)
PT : pluie maximale journalière de période T (mm)
Estimation du débit d’étiage
Le débit d’étiage est le débit de base à la fin de la saison sèche par la vidange des nappes souterraines. Le débit d’étiage dépend donc des caractéristiques de la nappe phréatique, du bassin versant, de l’état de remplissage des nappes en fin de la saison de pluies, et de la durée de la saison sèche.
Besoin en eau d’irrigation
Le besoin en eau d’irrigation est la quantité d’eau dont la plante a besoin et dont la pluviométrie ne peut satisfaire. Il faut donc irriguer lors des périodes d’étiage ou quand la quantité de la pluie est insuffisante afin de subvenir au besoin de la plante pour l’obtention d’un bon rendement.
Plusieurs paramètres influencent le besoin en eau d’irrigation, citant (i) le climat, (ii) la pluviométrie et (iii) le type de culture pratiqué dans le MPI et de la phase de croissance de la culture.
Concernant le climat, les paramètres essentiels dont il est nécessaire de connaître dans ce facteur sont l’insolation, la température, la vitesse du vent et l’humidité. Ces facteurs serviront dans le calcul du besoin en eau de la culture. (Voir annexe 13)
Besoin en eau de la culture
Le besoin en eau de la culture est en fonction de plusieurs facteurs dont : l’évapotranspiration de référence, le coefficient de la culture, l’évapotranspiration de la culture, et le besoin en eau de saturation.
Le logiciel utilisé pour faire le calcul afin de pouvoir estimer le besoin en eau de la culture est le logiciel Cropwat. Les données utilisées sont les données météorologiques telles que l’humidité, l’insolation, le vent, la température (maximale et minimale), la pluviométrie moyenne mensuelle, le type de riz, la profondeur de la racine, la phase de croissance de la culture et le cycle végétatif de la culture.
Table des matières
Introduction
Chapitre 1. Description du micro-périmètre d’Ampahidrano Kety
1.1 Présentation du périmètre d’Ampahidrano Kety
1.1.1 Localisation géographique de la zone d’études
1.1.2 Accessibilité
1.1.3 Délimitation de la zone d’études
1.1.4 Situation du périmètre
1.2 Description de la zone
1.2.1 Environnement
1.2.2 Couverture végétale
1.2.3 Géologie
1.2.4 Relief
1.2.5 Pédologie
1.2.6 Hydrographie
1.2.7 Climat
Chapitre 2. Principes et méthodes en irrigation
2.1 GIRE
2.1.1 Rappel sur la définition de la GIRE
2.1.2 Notion de Bassin versant
2.1.2.1 Définition
2.1.2.2 Caractéristiques d’un bassin versant
2.2 Ressource en eau
2.2.1 Précipitation et pluviométrie
2.2.1.1 Pluviométrie
2.2.1.2 Pluie efficace
2.2.1.3 Intensité de pluie
2.2.2 Cours d’eau et efficience du réseau
2.2.2.1 Rivière Iritsoka
2.2.2.2 Détermination de l’efficience du réseau
2.2.2.3 Calcul des apports
2.3 Besoin en eau d’irrigation
2.3.1 Besoin en eau de la culture
2.3.1.1 Evapotranspiration de référence ETo et coefficient de culture Kc
2.3.1.2 Evapotranspiration de la culture
2.3.1.3 Besoin pour saturation
2.3.2 Besoins en eau d’irrigation
2.4 Adéquation ressources et besoins
2.5 Aménagement et infrastructures en irrigation
2.5.1 Captage de l’eau
2.5.2 Transport de l’eau
2.5.3 Drainage
2.5.4 Débit de canalisation
2.5.5 Gestion, Entretien et Protection du Réseau
2.5.5.1 Protection du réseau
2.5.5.2 Entretien
2.6 Système d’irrigation
2.7 Textes législatifs et règlementaires régissant l’AUE
2.7.1 Contexte
2.7.2 Rôles des membres de l’AUE
2.7.3 Règlement interne
2.7.4 Budget pour l’entretien
2.7.5 Mis en oeuvre d’une AUE
Chapitre 3. Résultats et organisation du réseau hydroagricole
3.1 Gire
3.2 Caractéristiques du bassin versant
3.3 Type de culture rencontré
3.4 Ressource en eau
3.5 Besoin en eau
3.5.1 Evapotranspiration de référence
3.5.2 Coefficient de la culture Kc
3.5.3 Besoin en eau de la culture et besoin en eau d’irrigation
3.6 Adéquation ressources et besoins
3.7 Choix du système d’irrigation
3.8 Gestion de l’eau sur le micro-périmètre
3.9 Manuel de Gestion de l’eau (MGE)
3.9.1 Mise en place de l’AUE
3.9.2 Application du DINA
3.9.3 Frais d’entretien
3.9.4 Manuel de Gestion de l’eau
3.9.5 Pérennisation des ouvrages et des acquis
Conclusion
