Les caractéristiques naturelles du bassin versant

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Description du bassin versant :

Localisation et superficie :

Le bassin versant du barrage Mexanna est l’un des sous bassin versant d’oued El Kebir Est, partie amont. Ce dernier fait partie du bassin de l’oued Mafragh (bassin côtier constantinois n° 3 d’après les cahiers de l’ABH).
Le bassin est inscrit dans le territoire des communes Bougous, Ain Assel et Roum El Souk à la Willaya d’El Tarf, et une partie dans le territoire Tunisien.

Les caractéristiques Physiques :

Les caractéristiques morphométriques du bassin versant :

La superficie :

La superficie est une caractéristique physique importante dans l’étude d’un bassin versant. Avec une superficie planimétrie de 668 Km2 Selon les données de l’ANBT, le bassin versant du barrage Mexanna est délimité par une ligne de partage des eaux de 121 Km, étant le périmètre du bassin.

La forme du bassin :

Cet élément peut être caractérisé par l’indice de compacité de Gravelius Kc, ayant une influence certaine sur l’écoulement. La forme du bassin détermine l’allure de l’hydrogramme résultant d’une pluie donnée, ou un bassin allongé ne réagira pas de la même manière qu’un bassin de forme ramassée.
La forme est exprimée par l’indice de compacité qui correspond au rapport du périmètre P du bassin et sa surface A. Kc = 0.28 = 1.31
Kc : indice de compacité de Gravelius.
P : périmètre (Km).
A : superficie (Km2).
Pour le bassin versant du barrage Mexanna, l’indice Kc a été estimé à 1.34, traduisant une forme allongée du bassin et c’est ce que les dimensions du rectangle équivalent le confirment (42.9 et 18.5 Km).

Les indices de pente et le relief :

Ces indices permettent de caractériser les pentes d’un bassin versant et d’établir une classification des différents reliefs pour faire ensuite la comparaison entre les différents bassins. L’appréhension du relief peut être faite à l’aide d’au moins deux indices.

Indice de pente global (Ig) :

Cet indice présent l’avantage d’être très simple est facile à calculer. L’indice de pente globale Ig, exprimé en m/Km, est donné par le rapport de la dénivelée utile (D en m) estimer à partir de la courbe hypsométrique, à la longueur du rectangle équivalent Le en (Km), d’ouIg =0.
La dénivelée utile (D) est estimée à partir de la courbe hypsométrique par la différence des altitudes correspondant à 5% et 95% de la superficie totale du bassin étudie; altitudes dénotées respectivement, par H5% et H95%. Ceci dit que 90% de la superficie s’étend entre ces altitudes.
L’indice de pente globale Ig est estimé à 16.35 Km/m, cela implique que le relief du bassin du barrage Mexanna est moyen Selon la classification d’ORSTOM actuellement L’IRD (20>Ig>10).
Mais pour classer le relief du bassin du barrage de Mexanna, il semble plus faible de se baser sur la dénivelée spécifique (Ds) au lieu de l’indice de pente global (Ig), car se dernier ne peut être signifiant qu’en cas des bassins de moins de 25 Km2 de superficie. Ds = Ig.
La dénivelée spécifique (Ds) estimé par 468.06 m traduit bien l’importance de volume montagneux, et de même les importantes dénivelées, et donne au relief du bassin du barrage Mexanna la qualification de relief fort (250<Ds<500 m selon la classification d’ORSTOM). Ce relief fort est un élément déterminant la réaction du bassin vis-à-vis les pluies.

Les classes des pentes :

La pente topographiquement exprime l’inclinaison des versant par apport à l’horizontal. C’est un facteur essentiel de l’écoulement de surface, car en effet ce dernier a tendance à avoir plus d’énergie cinétique et vive en présence de fortes pentes et dénivelées. Et par conséquent, elle assure une réponse hydrologique rapide et une dynamique érosive agressive.
Dans le bassin de barrage Mexanna on a pu faire ressortir quatre classes de pente Fig(2) qui s’identifiés avec la classification de CIUG.
Les pentes légèrement inclinées (60-100 m/km) :
Elles occupent la majorité de la superficie de la commune de Roum El Souk ou nord du bassin vessant. Coïncident aussi avec la surface de la cuvette du la retenue en aval du bassin, c’est une zone de réception et de cumul hydrologique.
Les pentes fortement inclinées (100-273 m/km) :
Les plus fréquentes occupent plus de la moitie de la superficie du bassin, elle se localise dans la partie méridionale et ou nord est du bassin versant.

Réseau hydrographique :

Le bassin versant de l’oued Kebir Est du nom du l’oued, résulte de la conjonction de deux affluents l’oued Ballota et l’oued Bougous Fig (5) drainant une superficie de 668 km2. La confluence forme l’oued Kebir Est en amont de la gorge Mexanna. A ce point fut entrepris en 1984 le projet de construction de la retenue d’eau de Mexanna par l’ANB.

L’oued Ballota prend naissance au sud est du bassin dans les monts de djebel Sra à 942 m d’altitude et Bessouagui 835 m à l’est de djebel Rhedir à 713 m et djebel Adissa à 880 m. toutes ces montagnes présentent une formation géologique d’argile et du grés numidien. L’oued Ballota s’achemine dans ces formations imperméables ou le débit s’achemine vers l’exutoire sans pertes d’eau par infiltration le long de son parcours. L’oued ballota reçoit quelque affluents tels que oued El Mellah, oued Seloul et en fin oued Maouche.

Oued Bougous prend source au sud de djebel Oum Driss a une altitude de 1150 m, ou sud ouest de djebel Dhir 1041 m et a l’est par djebel Rhorra à 1202 m.

Le long de son parcours l’oued Bougous reçoit un affluant important L’oued Berla et divers chenaux. Les formations géologiques que travers l’oued est identique à celle de l oued Ballota marqué par le complexe argilo gréseux du numidien.

Le couvert végétal et occupation du sol :

L’étude des sols :
La répartition spatiale des sols dépend étroitement d’un certain nombre de facteurs, notamment le climat, la roche mère, la topographie et la végétation.
Parmi ces facteurs le climat revêt une importance capitale quant aux processus pédogénétiques. Son influence est mécanique et chimique. En effet conditionnant les précipitations, les écarts thermiques et la couverture végétale il détermine le degré d’altération de la roche mère dont est issue la partie minérale du sol et ses propriétés mécaniques chimiques.
Les principales unités pédologiques du bassin versant du barrage de Mexanna sont :
Sol compact : caractérisé par les argiles imperméables sur le versant et les monts.ils sont le siège de formation des forêts.
Sol meuble : caractérisé par les dépôts alluviaux récents (quaternaires), qui sont le siège de tous types de cultures maraichères.
Le couvert végétal :
Le développement de la couverture végétales dépend de la combinaison physico-géologique, tels que le climat, le relief, lithologie et l’action humaine qui s’impose par la mise en culture et le reboisement. Le bassin versant de la retenue de Mexanna est boisé presque en totalité se qui influe sur les quantités d’eau disponible pour l’écoulement de surface. Pour cella il est nécessaire de connaitre les différents types de végétaux, ainsi que leurs répartitions.
Le bassin du barrage Mexa présente trois types de végétation :
Les forets :
D’après la carte de la répartition de la couverture végétale Fig (6) les forêts occupent la majeure superficie du bassin versant (plus de 78 %). Elles sont représentées par une série de chêne liège et de chêne zèen qui s’étalent sur tout le bassin versant. Une série d’oléolentisque, qui est une végétation comme étant des petits arbustes caractérisés essentiellement par des oliviers naturels non greffé. En plus des eucalyptus et chêne kermès.
Les maquis de types méditerranéen :
N’occupent pas une grande étendue, se sont des arbustes qui jouent le même rôle que les forêts
Les cultures :
Se sont des jardins de maraichers et les champs de tabacs. Les cultures des céréales ont moins d’intérêt dans cette zone (Roum El Souk, et Sidi Trad).

Le crétacé supérieur :

Dans la région, la coupe de crétacé supérieur présente un complexe de roches datées du Cénomanien, Campanien et Maestrichtien.

Le Cénomanien :

Les roches d’âges Cénomanien sont répandues sur terrain restreint. Ces formations forment le noyau d’un pli synclinal à direction latitudinale. Il est compliqué par les zones de dislocations, disjonctives à fort pendage. Le Cénomanien est représenté par un assise bien monotone de marnes argileuses silicifiées et finement litées d’une teinte gris-foncé et gris verdâtre à intercalations rare (5 à 30 cm ) de calcaires, il y a aussi de mince intercalations (1 à 30 cm) et lentilles (0.5 à 3 cm) de silérite, l’épaisseur apparente de la coupe est 200 m.

Le Campanien :

Les dépôts de Campanien constituent des blocs tectoniques et des fragments de structures plicatives, dans les bassins de l’oued : Bougous, Zitouna, la situation tectonique compliquée ne permet pas d’observer la coupe complète. Le Campanien comporte quatre assises :
Assise : constitue d’argiles calcareuses, l’épaisseur est supérieure à 150 m.
Assise : composée de marnes gris-verdâtres à des intercalations et des lentilles de calcaires à silérite, l’épaisseur est supérieure à 300 m.
Assise : formée d’une assise à alternance de couches de marnes, calcaires, grés, gravelites et aleurolites, l’épaisseur du campanien dépasse 890 m.
Assise : cette assise est constituée d’argiles calcareuses gris-verdâtres se transformant en l’épaisseur du Campanien dépasse 890 m.

Le Maestrichtien :

Les roches de cet étage affleurent dans les fenêtres d’érosion au sien de la série numidienne allochtone, leurs affleurements sont compliqués par des zones de dislocations disjonctives et sont répandus dans les bassins de l’oued Bougous, Chaffia, Kebir.
Le Maestrichtien est en dix sous assises et continue en concordance de la coupe du Crétacé supérieure (Tchoulanov). En général le Maestrichtien est composé de calcaire argileux, d’une teinte gris foncée a marnes et calcareuses (200 à 400 cm), son épaisseur est supérieur à 300 m.

Le Paléogène :

Le paléogène se distingue par l’achèvement total de l’étape géosynclinal du développement orogénique important.

Le Paléocène :

Le Paléocène est composé des assises de Damien et Mantien indifférenciées aux bassins des oueds : Bougous, Zitouna, Kebir, Chaffia et Bounamoussa ; ces affleurements constituent des fenêtres d’érosion dans l’allochtone numidien.
Il est constitué d’argile foncée finement silicifiées à intercalations rares (jusqu’à 0.30 m) de calcaire argileux et intercalations d’aleurolites, de grés quartzeux finement grenus, et grés quartzeux à mélange du tuf, l’épaisseur de paléocène est 140 m.

L’Eocène :

La coupe de l’éocène à des traits originaux de structure et de composition lithologique :
Silicification syngénique, présence de roches volcaniques (Liparito-dacite), ces particularités de la coupe permettent de l’utiliser comme un repère stratigraphique sur.
Dans la région l’éocène présente par trois étages : Yprésien, Lutétien, Priabonien.

L’Yprésien :

Les dépôts de l’Yprésien participent à la structure du socle de la série numidienne aux bassins des oueds, il est divisé en assises et horizons (de bas en haut).
Argiles finement stratifiées, aleurolites à intercalations rares de marnes, d’aleurolites calcareuses et de calcaires dont l’épaisseur apparente attient 50 m.
Horizons volcano-siliceux constitués de marne argileuses foncées et d’argiles à intercalations minces (jusqu’à 0.2 m) de tufs, de liparites (l’épaisseur de l’horizon est de 0.3 m).
L’épaisseur de l’Yprésien est de 260 m.

Le lutétien :

Il est constitué de marnes argileuses et calcareuses de teinte foncée à rares intercalations de calcaires, l’épaisseur est supérieure à 230m.

Le Priabonien :

Le Priabonien est constitué des dépôts de phase finales du développement de la région, dans plusieurs documents, ils sont reconnus comme des » argiles numidiennes « ,celles-ci sont répandus et associées au mur de l’allochtone numidien, elles affleurent aux bassins de l’oued Kebir et Bounamoussa. Elles contiennent des intercalations de grés et des aleurolites, l’épaisseur dépasse 250 m.

L’Oligocène :

L’Oligocène comprend un groupe original de dépôt connus sous le nom de » grés numidien ».
Le terme numidien fut introduit par Fischer en 1989 pour designer le faciès typiques des roches oligocènes largement répandus au nord de continent Africain. Ces formations constituent la plus grande partie d’une structure charriée important : allochtone numidien, son développement régional complique considérablement les possibilités de l’étude du territoire en profondeur vu que la série allochtone des dépôts d’est accessible à l’observation que dans les fenêtres d’érosion de la nappe.
Les formations des grés numidiens sont largement répandues, le trait particuliers de ces dépôt sont : la structure et la persistance de la composition lithologique, ils servent comme bon repère géologique, les grés numidiens sont en contact tectonique avec les argiles de l’Eocène supérieure l’épaisseur apparente totale des grés numidiens dépasse 400 m.

Le Néogène :

Le néogène Est caractérisé par l’accumulation des assise de molasses fixant le nettement le début de la nouvelle étape (post-orogénique) du développement de la région, ces dépôt s font partie de la série post nappe composée de conglomérats et de sable du Miocène et de Pontien.

Miocène :

La région de Miocène dans sa quasi-totalité est détruite par le processus de dénudation, les molasses ne sont conservées qu’en petites surfaces, elles se trouvent en amont d’oued Chaffia et au bord droit de la vallée d’oued Bougous, la coupe est partout constituée de conglomérats gravelo-blocageux à lentilles de grés quartzeux et argileux de teinte brune, les galets roulés et les blocs dimensions jusqu’à 0.5 m sont constitués par les grés du numidien supérieur.

Pontien :

La molasse du Pontien en divisée en deux parties :
A la base : elle est constituée de conglomérats bien cimentés par une matière sablo-carbonatée sur une épaisseur de 300 m.
Plus haut, se sont des lentilles et intercalations lenticulaires de conglomérats ainsi que des grés stratifiés obliquement et faiblement cimentés de sables et d’argiles rouges, l’épaisseur totale de la molasse du Pontien attient 70 m.

Le Quaternaire :

Dans la région le quaternaire n’a jamais fait l’objet d’une étude avec datation (reste indifférencie). La région comporte toute une série de sédiment marins et dépôts continentaux. Ce sont plusieurs terrasses à la cote 100 à 150 m (post pliocène), 30 à 50 m (pléistocène ancien et récent) de la formation mollassique. Les dépôts continentaux quaternaires de plus récent aux plus anciens sont les suivants :
Alluvions limoneuses des fonds des vallées.
Sables et argiles laguno-marins des plaines d’Annaba-El Kala.
Dunes récentes.
Alluvions (pléistocène ancien) des moyennes terrasses de l’oued Kebir (30 m ou dessus de l’oued).
Un système très dense de failles et de fractures découpe ces formations en particulier au niveau des formations compétentes de grés de Numidie, tandis que les formations mois compétentes des argiles de Numidie sont dynamo-métamorphosées en argilites.

Aperçus tectoniques et paléogéographie :

Comme nous l’avons mentionné plus haut, les flyschs Numidiennes affleurent sous forme d’unités tectoniques (nappes) charriés sur de grandes distances. Toutes les formations qui constituent se flyschs numidien ont été fracturées, plissées et parfois même isolées les une des autres du fait de leur déplacement sur de grandes distances. Dans la région de Bougous, 80% des fractures sont orientées selon la direction NO-SE, d’ailleurs même la branche NO-SO de l’oued Bougous, ou (niveau du site du barrage), correspond à ce système. Ces failles sont parfois très concentrées, pour former ce qu’on appelle des couloirs de cisaillement.
Le jeu de ces failles à pour conséquence une dilacération et un découpage total des bancs de grés (complètement hachés) d’où l’impossibilité de relier les bancs les uns aux autres. Dans une moindre mesure, les failles de direction N-S parfois d’ordre kilométrique ont découpé le secteur en compartiment structurellement et lithologiquement différents.
En conclusion, au niveau de site de barrage l’oued a emprunté son lit sur deux directions de failles : la direction N.O-S.E et la direction E-O. Les failles mise en évidence sur les rives sont principalement de direction subparallèle à l’oued Bougous et fait partie de même système de discontinuité. Ces failles se traduisent dans la morphologie des deux rives par des épontes rocheuses très fracturées sur plusieurs mètres ainsi que l’existence de nombreuses lithoclasses montrant des stries de glissement. Les remplissages sont breco-argileux, localement de quartz ou de calcite avec des traces d’oxyde.

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Table des matières

Introduction générale
Chapitre I : Situation géographique et caractéristiques techniques
1-Historique et but de l’ouvrage hydraulique de Mexanna
2-Localisation du site
3-Les caractéristiques techniques de l’ouvrage
3-1. La digue
3-2. Évacuateur de crue
3-3. Le tour de prise
Chapitre II : Les caractéristiques naturelles du bassin versant
1-Description du bassin versant
1-1 Localisation et superficie
1-2 Les caractéristiques Physiques
1-2.1 Les caractéristiques morphométriques du bassin versant
1-2.1.1 La superficie
1-2.1.2 La forme du bassin
1-2.1.3 Les dimensions du rectangle équivalent
1-2.1.4 La représentation des tranches d’altitude et la courbe hypsométrique
1-2.1.5 Les indices de pente et le relief
1-2.1.6 Indice de pente global (Ig)
1-2.1.7 Les classes des pentes
1-2.1.8 Le temps de concentration
1-2.2 Réseau hydrographique
1-2-3 Le couvert végétal et occupation du sol
2- Les caractéristiques géologiques
2-1 La géologie régionale
2-2 la stratigraphie et la lithologie
2-2.1 Le Crétacé
2-2.1.2 Le crétacé supérieur
2-2.2 Le Paléogène
2-2.2.1 Le Paléocène
2-2-2.2 L’Eocène
2-2.2.3 L’Oligocène
2-2.3 Le Néogène
2-2.3.1 Miocène
2-2-3.2 Pontien
2-2.4 Le Quaternaire
2-3 Aperçus tectoniques et paléogéographie
2-4 La géologie locale
2-4.1 Agiles numidiennes
2-4.2 Les Grés Numidiens
2-4.3 Les colluvions
2-5 Tectonique
2-5.1 Les grabens
2-5.2 Les horsts
2-5.3 Les failles
Chapitre III : L’Hydroclimatologie
1- les stations de mesures
2- Analyses des facteurs climatiques
2-1 Brouillard
2-2 Humidité relative (HR %)
2-3 Le régime des Vents
2.4 Les précipitations
2-4.1 Répartition mensuelle des précipitations
2-4.2 Répartition saisonnière des précipitations
2-4.3 Répartition inter annuelle des précipitations
2-5 Les températures
3- Courbe Ombrothermique
4- Type de climat
5- Le bilan hydrique
5-1 : Etude de l’évapotranspiration
5-1.1 Estimation de l’évapotranspiration potentielle (ETP)
5-1.2 Estimation de l’évapotranspiration réelle (ETR)
5.2 Estimation des réserves facilement utilisables
5-3 Estimation de ruissellement R
5-4 Estimation de l’infiltration
5-5 Représentation graphique des bilans hydriques
Conclusion
Chapitre IV : L’Hydrologie
1-Les données hydrométriques
2-Etudes des apports liquides
2-1 Apports liquides moyennes mensuels
2-2 Apport liquides annuels
2-3 Les crues
2-3-1 pluie maximum de 24 heures
2-3-2 Dédits maximum de crue
2-3-2-1 Méthodes statistiques
2-3-2-2 Méthode du diagramme unitaire
2-3-2-4 Hydrogramme de crue
3-Les apports solides
Conclusion
Chapitre V : L’Hydrochimie
1- Echantillonnages et méthodes d’analyses
2- Faciès chimique
2-1 Formule ionique
2-2 Diagramme de piper
2-3 Diagramme de Richards
3- Evolutions des paramètres physico-chimiques et organoleptiques
3-1 Les paramètres physiques
3-1.1 Le pH
3-1.2 La température
3-1.3 La conductivité
3-2 Les paramètres organoleptiques
3-2.1 La Turbidité
3-3 Les paramètres chimiques
3-3.1 Le résidu sec
3-3.2 La dureté dotale (TH)
3-3.3 Le titre alcalimétrique complet
3-3.4 Les éléments majeurs
3-3.4.1 Les cations
3-3.4.1.1 Le calcium
3-3.4.1.2 Le Magnésium
3-3.4.1.3 Le Sodium et le Potassium
3-3.4.2 Les anions
3-3.4.2.1 Les bicarbonates
3-3.4.2.2 Les sulfates
3-3.4.2.3 Les chlorures
4- Evolution des paramètres polluants
4-1 les métaux lourds
4-1.1 Le fer
4-1.2 L’aluminium
4-2 Les polluants organiques
4-2.1.1 L’ammonium
4-2.1.2 Les nitrites
4-2.1.3 Les nitrates
4-2.2 Les orthophosphates
5- Evolution des paramètres microbiologiques
5-1 Les coliformes totaux
5-2 Les coliformes fécaux
5-3 Les streptocoques fécaux
5-4 Les Clostridiums sulfito-réducteurs
5-5 Les germes totaux à 37 °C ..
3.4 Origine de la contamination fécale
6- Analyse en composantes principales (ACP)
6-1 Analyse en composantes principales des éléments physico-chimiques
6-1.1 Corrélation linéaire
6-1.2 Valeurs propres
6-1.3 Etude des variables
6-1.4 Représentation graphique de l’ACP des éléments physico-chimiques
6-2 Analyse en composante principale des éléments bactériologiques
6-2.1 Corrélation linéaire
6-2.2 Valeurs propres
6-2.3 Etude des variables
6-2.4 Représentation graphique de l’ACP
Conclusion
Conclusion générale