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Simulation et spatialisation du risque d’inondation dans une vallée anthropisée. Le cas de la vallée de l’Ourika (Haut Atlas, Maroc)

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This work is devoted to the simulation and spacialisation of natural flows at the Ourika Valley in Morocco. Subject to climatic and anthropogenic forcing, the valley's flood flows are, nowadays, extremely high compared to the average flow. Decadal and centennial floods simulation was undertaken using two software solutions. The floodplains mapping gives valuable information related to the magnitude of the overflow affecting fields, buildings and the road, leading to Marrakech, along the river banks. Knowing that the Ourika Valley is narrow, heavily populated with a unique road to Marrakech, this work reveals the amplitude of flooding risks in this area. That’s why, regular human activities must be regulated and the risks must be managed by preventing and forecasting.
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SIMULATION ET SPATIALISATION DU RISQUE
D’INONDATION DANS UNE VALLEE
ANTHROPISEE. LE CAS DE LA VALLEE DE
L’OURIKA (HAUT ATLAS, MAROC)
Abdelhafid El Alaoui El Fels
Doctorant, laboratoire de Géosciences et Environnement, Faculté des
Sciences et Techniques, Marrakech, Maroc
Mohamed El Mehdi Saidi
Professeur, laboratoire de Géosciences et Environnement, Faculté des
Sciences et Techniques, Marrakech, Maroc
Abstract
This work is devoted to the simulation and spacialisation of natural
flows at the Ourika Valley in Morocco. Subject to climatic and
anthropogenic forcing, the valley's flood flows are, nowadays, extremely
high compared to the average flow. Decadal and centennial floods simulation
was undertaken using two software solutions. The floodplains mapping gives
valuable information related to the magnitude of the overflow affecting
fields, buildings and the road, leading to Marrakech, along the river banks.
Knowing that the Ourika Valley is narrow, heavily populated with a unique
road to Marrakech, this work reveals the amplitude of flooding risks in this
area. That’s why, regular human activities must be regulated and the risks
must be managed by preventing and forecasting.
Keywords: Ourika River, High Atlas, Morocco, flood, simulation
Résumé
Ce travail est consacré à la simulation et la spatialisation des
écoulements naturels de la vallée de l’Ourika au Maroc. Soumise à un
forçage climatique et anthropique, la vallée connaît des débits de crues
extrêmement élevés par rapport à son module moyen. Et à l’aide de deux
solutions logicielles, nous avons simulé l’étendue des crues décennale et
centennale de l’oued. La cartographie de leurs zones inondables interpelle
par l’ampleur des débordements fluviaux sur les rives de l’Ourika,
notamment par l’inondabilité de champs cultivés, de certaines constructions
et de la route qui relie la vallée à la ville de Marrakech. Cette route étant la
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seule voie de désenclavement de cette vallée touristique. Ce travail dévoile
donc le risque de submersion de zones d’activités anthropiques régulières et
appelle à bien gérer ce risque par la prévention et la prévision.
Mots clés: Ourika, Haut Atlas, Maroc, inondation, simulation
Introduction
L’inondation est un risque naturel de plus en plus récurrent à travers
le monde et sous divers type de climat ; et l’actualité des dernières décennies
a été marquée par de douloureux et redoutables évènements de crues. A cet
effet, l’élaboration de cartes d'inondation et de plans de prévention des
risques revêt un intérêt capital pour les décideurs en matière d’aménagement
du territoire et de gestion efficace des crises sur le terrain. La cartographie de
ces zones inondables doit s’appuyer sur des données qualitatives et
quantitatives fiables (carte MNT de bonne résolution, longue période et
grand nombre d’événements de crues …etc).
Au Maroc, le bassin versant de l’Ourika a connu des crues tristement
célèbres par leurs effets destructifs et mortels. Soumise à un climat semi-
aride à subhumide, et étant sous l’emprise de redoutables orages d’été, la
vallée connaît souvent des pulsations brutales et violentes de son cours d’eau
principal et de ses affluents. Les événements hydrologiques extrêmes du 2
novembre 1987, du 14 juillet 1989, du 17 aout 1995 ou du 28 octobre 1999
par exemple ont attiré l’attention par leurs débits de pointe exceptionnels
(respectivement 650, 823, 1030 et 762 m3/s). Ces crues de l’oued Ourika
sont généralement nées à partir de pluies intenses et localisées dans l’espace.
Le milieu physique du bassin versant offre un environnement propice au
développement de fortes crues: le bassin est compact, les pentes sont fortes,
les sols sont peu perméables, le réseau hydrographique est bien ramifié et le
couvert végétal est assez clairsemé. Cette situation morphologique contribue
à amplifier les débits de pointe observés à l’exutoire (Saidi et al, 2003).
A cet effet, ce travail a pour objectif principal la cartographie des
zones inondables dans l’aval immédiat de la station hydrométrique
d’Aghbalou, parsemé d’habitations et de champs cultivés ; ainsi que l’étude
des probabilités de submersion de la route provinciale reliant Marrakech à la
vallée touristique de l’Ourika. L’approche consistera en une simulation des
débits extrêmes le long de la vallée et la spatialisation de la submersion en
fonction de la fréquence de ces débits.
Le bassin versant de l’Ourika et problématique des inondations de
l’oued Le bassin versant de l’Ourika à la station d’Aghbalou est un système
hydrographique bien individualisé du Haut Atlas de Marrakech, compris
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entre 31° et 31°20' Nord et entre 7°30' et 7°60' Ouest (Fig. 1). L’oued
principal prend ses sources dans les hauts reliefs de la chaîne du Haut Atlas à
des altitudes avoisinant 4000 m. Le climat du bassin versant de l’Ourika est
d’abord caractérisé par sa grande variabilité spatiotemporelle. Les
précipitations varient en hauteur, en intensité et dans leurs distributions
géographiques. La pluviosité annuelle est en moyenne de 541 mm par an à la
station d’Aghbalou. Cette pluviométrie augmente évidemment avec
l’altitude ; et peut dépasser 700 mm par an en amont du bassin.
Figure 1Situation géographique et réseau hydrographique du bassin versant de l’Ourika à
Aghbalou
Le bassin versant est assez compact, avec un indice de forme de 1,3
et un réseau hydrographique assez dense et bien ramifié. Les altitudes varient
de 1070 m à l’exutoire d’Aghbalou au point culminant situé à 4001 m, et
l’altitude moyenne est de l’ordre de 2500 m.
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Les pentes des versants et des affluents sont relativement
importantes : 1 à 30 degrés en générale, mais peuvent atteindre par endroits
des maximums de 60 à 70°.
Sur le plan géologique, la lithologie du substratum est dominée par
des formations très peu perméables, ce qui accentue le ruissellement et les
risques de crues.
Les régimes pluviométriques et hydrologiques de l’Ourika sont
caractérisés par des hautes eaux de printemps. Le maximum pluviométrique
est généralement enregistré aux mois de mars et avril, alors que le pic
hydrologique, plus individualisé, est enregistré au seul mois d’avril.
A l’échelle des écoulements extrêmes, beaucoup de personnes
considèrent, dans le passé, les inondations comme des événements
imprévisibles ou inévitables. Ces évènements étaient, à cet effet, souvent vus
comme une sorte de fatalité. Cependant l’empiètement sur les domaines
hydrauliques publics et l’occupation progressive des rives et des plaines
inondables ont peu à peu fait prendre conscience du ce risque hydrologique
et la nécessité de l’étudier, le prévoir et lutter contre.
La maîtrise de l’inondation passe donc par la prise de conscience du
danger, son évaluation et l’analyse de ses probabilités d’occurrence. La
cartographie des zones inondables est également une étape incontournable
dans la lutte contre ce risque naturel. La vallée de l’Ourika est justement un
terrain favorable au développement de pulsations brutales et grandioses du
cours d’eau principal (Aresmouk, 2001). Dans les annales des fortes crues
marocaines, ce redoutable oued brille souvent par ses crues dévastatrices et
meurtrières. Avec le bassin versant d’Issil (Saidi et al, 2013), c’est le
pourvoyeur de l’essentiel des écoulements extrêmes en amont de la grande
agglomération de Marrakech.
Le 2 novembre 1987, par exemple, une très forte crue s’est
développée dans la vallée avec un débit de pointe de l’ordre de 650 m3/s et
un temps de montée global de 14 heures (fig. 2). Une première montée lente
a été enregistrée la veille à 20 heures jusqu’à 6 h le lendemain où le débit a
été de l’ordre de 100 m3/s, puis a atteint 183 m3/s à 8 h. Il s’en est suivi une
montée rapide et violente jusqu’à une pointe de 650 m3/s en deux heures
seulement. Ce débit de pointe a représenté à peu près trois fois le débit
moyen de la crue (Saidi et al, 2010).
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Figure 2 - Types d’hydrogrammes de crues de l’Ourika à Aghbalou - Types of Ourika's
flood hydrographs
Le 17 août 1995, une crue exceptionnelle et tristement célèbre par ses
dégâts humains et infrastructurels a impressionné l’opinion publique national
et international par sa puissance et sa soudaineté. Cette crue n’a duré que 3
heures, avec un temps de montée d’à peine dix minutes. Le débit est passé à
la station d’Aghbalou de 30 m3/s à 20 heures à une pointe de l’ordre de 1030
m3/s à 20h10 et les eaux mobilisées ont atteint un volume de 3,3 millions de
mètres cubes pendant ces trois heures apocalyptiques (Saidi et al, 2003).
La crue du 28 octobre 1999 a été surtout caractérisée par l’énorme
volume d’eau mobilisé. Pas moins de 26 millions de mètres cubes d’eau ont
transité par l’exutoire du bassin et les débits ont atteint une pointe de 762
m3/s. Ces débits sont passés de 62 à 579 m3/s en trois heures seulement (de
11 h à 14 h), puis le pic de 762 m3/s a été atteint à 17 h 30. La crue a duré en
totalité 23 heures et a surtout provoqué des dégâts matériels: 15 maisons
détruites et des dizaines d’hectares de terres agricoles endommagées (Saidi et
al, 2010).
Le modèle hydrologique et méthodologie de simulation
Les données de base du modèle hydrologique sont composées de
débits maxima instantanés annuels mesurés au niveau de la station
hydrométrique d’Aghbalou (tableau 1). Ces données couvrent une période de
41 ans, de 1969-1970 à 2009-2010. Elles sont issues de jaugeages ponctuels
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56 61 66 71 76
30 min
débits (m3/s)
02-nov-87 17-août-95 28-oct-99
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et des enregistrements du limnigraphe, et sont fournies par l’Agence de
Bassin Hydraulique de Marrakech.
Année
Débit
max
(m
3
/s)
Année
Débit
max
(m
3
/s)
Année Débit max
(m3/s) Année
Débit
max
(m
3
/s)
1969/70 96,7 1980/81 8,1 1990/91 207,0 2000/01 26,4
1970/71 116,6 1981/82 91,3 1991/92 290,0 2001/02 150,0
1971/72 55,2 1982/83 24,4 1992/93 74,5 2002/03 110,0
1972/73 72,0 1983/84 37,4 1993/94 226,0 2003/04 37,0
1973/74 77,5 1984/85 40,1 1994/95 1030,0 2004/05 8,1
1974/75 23,4 1985/86 50,5 1995/96 165,2 2005/06 13,4
1975/76 101,0 1986/87 250,0 1996/97 65,0 2006/07 19,0
1976/77 52,6 1987/88 650,6 1997/98 168,9 2007/08 14,3
1977/78 95,5 1988/89 823,0 1998/99 61,3 2008/09 667,4
1978/79 49,4 1989/90 265,3 1999/00 762,0 2009/10 608,1
1979/80 350,0
Tableau 1 : débits maxima instantanés annuels de l’Ourika à Aghbalou
L’étude s’articule autour de deux axes principaux :
- La prédétermination des débits extrêmes selon une loi de probabilité
choisie parmi une diversité des lois (Meylan et al, 2008), dont les paramètres
sont identifiés par la méthode de vraisemblance en minimisant les écarts
entre les débits observés et les débits prédéterminés. Le choix de la loi la
mieux adaptée pour l’ajustement de la distribution des débits se fera
graphiquement puis se confirmera numériquement par des critères
statistiques.
- La spatialisation de l’étendue de crues associées à des débits
prédéterminés en utilisant l’outil informatique HEC-RAS (Hydrologic
Engineering Center River Analysis System) développé par le centre de
l’ingénierie hydrologique de l’armée américaine (US Army Corps of
Engineers, 2010).
La modélisation d’un phénomène aléatoire consiste à choisir un
modèle, connu pour refléter une image proche de la réalité et qui permet de
mieux comprendre le mécanisme et le fonctionnement du phénomène. Ce
modèle comportera des paramètres qu'il faudra identifier. Et d’une manière
globale, cette identification se base sur l’échantillon aléatoire de notre
population pour estimer les paramètres de la fonction de densité de
probabilité caractérisant le modèle choisit.
Différentes techniques d’estimation paramétriques sont utilisées en
hydrologie fréquentielle (Delyon, 2013), notamment la méthode des
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moments pondérés et celle des moindres carrés (Meylan et al, 2008), mais
celle qui a le plus de crédits auprès des chercheurs est la méthode de
Maximum de vraisemblance. C’est une technique statistique développée en
1922 par le statisticien Ronald Aylmer. Elle permet d’estimer à partir d'un
échantillon observé, les meilleurs paramètres d'une loi de probabilité, de
façon que la vraisemblance obtenue soit maximisée.
La fonction de log-vraisemblance est définit comme suit :
log ()=log (,)

Un estimateur de est une expression
, dépendant des xi, qui est un
maximum pour L. Ainsi, il s’agit la plupart du temps de trouver
tel que :


= 0
Spatialisation de l’étendue d’une crue
Une simulation spatialisée des crues associées à des débits extrêmes
joue un rôle primordial dans la cartographie des zones inondables (Bachir
Alami et al. 2012). A cet effet, nous nous sommes outillés du logiciel HEC-
RAS. C’est un outil de modélisation hydraulique des écoulements
graduellement variés et à surface libre sous le modèle 1D de Saint-Venant
(Hervouet, 2003).
Nous avons, dans un premier temps, procédé à la préparation d’une
base de données qui a servi à l’établissement de la géométrie de l’oued
Ourika. Celui-ci est représenté par un profil en long sur lequel sont
repérées des sections d’écoulement de différentes dimensions. Cette base de
données est extraite du modèle numérique de terrain (MNT de 30 mètres) de
notre zone d’étude à l’aide de l’extension d’ArcGis HEC-Georas.
La suite de l’ approche nous a conduit à exploiter les résultats
de la géométrie dans le logiciel HEC-RAS pour intégrer les débits
extrêmes prédéterminés, en plus de paramètres physiographiques,
notamment la pente et la rugosité du lit. Ceci pour pouvoir calculer la
distribution du débit le long du profil de l’oued, ce qui a permis de réaliser
une simulation de l’extension hydrologique.
Les résultats des calculs réalisés avec le logiciel HEC-RAS sont
transférés à l’outil du Système d’Information Géographique géoréférencé
ArcGis, pour l’élaboration des cartes de l’étendue des crues et des zones
inondables.
Résultats et Discutions
Après avoir ajusté six lois mathématiques à notre distribution des
débits maxima instantanés annuels, enregistrés au niveau de la station
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d’Aghbalou, par la méthode de vraisemblance et identifié les paramètres de
chaque loi, nous les avons représentées graphiquement pour les analyser et
sélectionner les lois les mieux adaptées pour l’ajustement statistique de notre
série. L’ajustement des six lois est illustré par la figure 3. La loi log-normal
parait la mieux ajustée à notre distribution.
Figure 3 - Résultats d’ajustement de différentes lois aux crues de l’Ourika à Aghbalou
La méthode graphique est cependant insuffisante pour choisir les
modèles adéquats à l’estimation. Ceci nous a obligés à faire intervenir les
deux critères statistiques AIC (Akaike Information Criterion) (Akaike, 1973)
et BIC (Bayesian Information Criterion) (Schwarz, 1978). Ces deux critères
permettent de classifier les lois selon une performance d’estimation. La loi
qui obtient les plus faibles valeurs des deux critères est la plus performante
pour la prédétermination des débits extrêmes.
Ces critères se définissent de la façon suivante :
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0200 400 600 800
Gamma
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0200 400 600 800 1000
Log.Normal
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-200 0200 400 600
Normal
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0200 400 600 800
Weibull
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
0200 400 600 800
Exp
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
-1000 -500 0500 1000
Cauchy
Fréquence
Débit en m3/s
odébit observé
débit simulé
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AIC = -2*logLik+2*K
BIC = -2*logLik+K*log(N)
LogLik représente la log-vraisemblance des paramètres associés aux
données,
K désigne le nombre de paramètres indépendants dans le modèle.
N est le nombre d’individus composant l’échantillon.
Les résultats de cette analyse comparative de l’ajustement des lois
statistiques sont consignés sur le tableau suivant :
Tableau 2 : Résultats des critères AIC et BIC des estimations des crues de l’Ourika
Une comparaison numérique des critères AIC et BIC a permis de
procéder au choix de la loi la plus appropriée. Le résultat obtenu est le même
que celui de l’analyse graphique. La loi la mieux adaptée à la
prédétermination des débits extrêmes du bassin versant de l’Ourika est la loi
Log normal. Plusieurs études ont justement affirmé que le meilleur
ajustement pour les régimes hydrologiques arides et semi arides est obtenu
par la loi log normale (Dubreuil, 1974).
Prédétermination des débits et simulation de l’extension des crues
L’approche de prédétermination des débits de crue s’est reposée sur
l’outil de simulation et de modélisation fréquentielle précité. Il se base sur
une démarche statistique qui a conduit à l’estimation des débits de pointes,
leurs probabilités d’occurrence et leurs périodes de retour. (Tableau 3).
Périodes de retour
(ans) Fréquences au non
dépassement débits prédéterminés (m3/s)
100
0,99
1313
50
0,98
968
20
0,95
612
10
0,9
407
5
0,8
249
2
0,5
97
Tableau 3 : Estimation des débits de pointe de différentes périodes de retour de l’Ourika à
Aghbalou
Loi
AIC
BIC
Log-normal
443.7
446.9
Normal
501.5
504.7
Exp
449.9
451.5
Weibull
450.8
453.9
Cauchy
467.2
470.4
Gamma
451.6
454.8
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Pour un cours d’eau de 5 m3/s de débit moyen, la crue décennale
s’élève à 407 m3/s et la pointe centennale atteint 1313 m3/s. Ce sont des
pointes très élevées pour un bassin versant de 503 km² de surface et
présentent un risque hydrologique de grande envergure.
La simulation de l’extension latérale de ces crues met en lumière des
débordements importants du cours d’eau sur ses berges. Si la crue décennale
peut déjà inonder quelques constructions et champs agricoles qui empiètent
sur le domaine hydraulique public, la crue centennale peut atteindre plusieurs
habitations et couper la route provinciale P 2017, qui est la seule voie
routière reliant la vallée à la ville de Marrakech (fig. 4, 5, 6, et 7).
La modélisation des crues de l'Ourika a donc mis en lumière une
spatialisation de plus en plus aggravée de la zone inondable avec des effets
potentiellement dévastateurs sur les milieux anthropisés. L’attention doit
donc être particulièrement attirée vers les points noirs inondables,
notamment en matière de prévention et de sensibilisation.
Figure 4 : Simulation et spatialisation de la crue
décennale de l’Ourika en aval immédiat
d’Aghbalou
Figure
5 : Simulation et spatialisation de la
crue centennale de l’Ourika en aval immédiat
d’Aghbalou
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Figure 6 : Zones inondables par les crues décennale et centennale au niveau du profil A
Figure 7 : Zones inondables par les crues décennale et centennale au niveau du profil B
Evaluation des modèles de prédétermination
La performance de la qualité de la simulation est évaluée ici par des
critères qui se basent sur les différences entre les débits extrêmes observés et
simulés. Pour cela, nous avons utilisé la racine carrée de la moyenne de
l'erreur au carré (RMSE) et le critère de Nash (Nash, 1970), qui sont
inversement proportionnels.
La RMSE (Root Mean Square Error) mesure la magnitude moyenne
des erreurs commises par la prévision. Dans la formule, les erreurs sont
élevées au carré avant qu'elles ne soient moyennées : les RMSE donnent
alors un poids relativement important aux différences élevées. Cela signifie
que le RMSE est plus utile lorsque les grandes erreurs sont particulièrement
indésirables (Randrianasolo, 2009).
Les RMSE relatifs aux prévisions de débit ont été calculés pour le
bassin versant avec la formule :
n
QQ
RMSE
calcobs
=
2
)(
Qobs : Débit observé
Qcalc : Débit simulé par le modèle
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n : la taille de l’échantillon
Par ailleurs, le Nash est défini comme suit :
=
2
2
)(
)(
1
mobs
calcobs
QQ
QQ
Nash
Qm est la moyenne des débits simulés par le modèle.
Les meilleures valeurs de RMSE et du Nash sont enregistrées par la
loi Weibull et surtout la loi log-normal (figure 8), ce qui confirme les
résultats obtenus graphiquement et avec les critères AIC et BIC
Figure 8 - Résultats des critères RMSE et Nash pour l’estimation des débits de crues de
l’Ourika à Aghbalou
Conclusion
La Simulation et la spatialisation du risque d’inondation dans la
vallée de l’Ourika à l’aide d’un outil informatique dédié à cet effet a permis
de constater qu’en aval immédiat de la station d’Aghbalou, deux points noirs
présentent un risque de débordement de l’oued sur l’infrastructure routière
ainsi que sur les activités agricoles et les habitations des riverains.
Ainsi, pour la crue décennale, estimée à 407 m3/s, l’étendue de la
«tache d’eau» sur le profil transversal du cours d’eau a atteint les premières
constructions anthropiques et les champs cultivés sur le lit majeur. La crue
centennale est, bien évidemment, plus étendue. Sa pointe de 1313 m3/s
générée par un bassin versant de seulement 503 km² témoigne de sa
puissance et sa gravité. La simulation de son extension latérale interpelle
surtout par la coupure potentielle de la seule voie de désenclavement de la
vallée et l’inondation de grandes étendues occupées par des activités
Lois
Valeur en pourcentage
Nash
RMSE
L.Normal Normal Exp Gamma Weibull Cauchy
15 30 45 60 75 90
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humaines, notamment pour le commerce, l’agriculture vivrière ou
commerciale ou tout simplement pour l’habitat.
Ces résultats sont obtenus à partir de mesures hydrométriques assez
fiables et un modèle numérique du terrain d’une résolution de 30 m. Une
résolution plus fine aurait affiné davantage ces résultats avec la possibilité
d’extrapoler la simulation sur la plus longue distance possible du cours
d’eau. Par ailleurs, L’attention doit être attirée vers les coûts humains et
économiques des dégâts de crues avec la nécessité d’élaborer des plans
d’occupation des sols qui préservent les biens des citoyens et leur propre
sécurité. Une législation ferme et respectée est requise en matière de la
préservation du domaine public hydraulique pour parer aux préjudices
récurrents des inondations de l’oued.
Références :
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... The maximum likelihood method is used to estimate the parameters of all adjusted distributions (El Adlouni et al., 2008). It makes it possible to estimate from an observed sample, the best parameters of a probability law, so that the likelihood obtained is maximized (El Alaoui El Fels et al., 2014). There are different statistical distributions adapted to maximum annual flood series ( Stedinger et al., 1993;Rao andHamed, 2001, El Adlouni et al., 2008). ...
... The version used is based on the solution of the one-dimensional energy equation, with no direct modelling of the hydraulic effects of cross section changes or higher dimensional aspects of flow. It is probably one the most used hydraulic model (Teng et al., 2017) and has been successfully applied in catchments of Morocco (El Fels et al., 2014). ...
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The High Atlas of Morocco is a semi-arid mountainous environment that frequently suffers from natural hazards. For example, the watersheds upstream of Marrakech city are subject to extreme floods, caused by heavy rains. These episodes are frequent and often devastating, as was the August 1995 event that caused hundreds of deaths in the Ourika Valley. The purpose of this work is to characterize the risk of flooding in this valley, by simulating the water levels and the floodplain extension. This watershed of the Ourika is characterized by a high relief, a rugged topography and a low permeability substratum. To perform this hydraulic simulation, the resolution and accuracy of Digital Elevation Models (DEM) can strongly impact the results in terms of water levels and flow velocities during floods. Two digital elevation models (DEM) were compared: a DEM ASTER with a spatial resolution of 30m and a DEM derived from stereoscopic images of Pleiades with a resolution of 4m. Using a hydraulic model (HEC-RAS) and the two DEM resolutions, flood areas corresponding to different return periods are simulated and compared. For the assessment of the two DEM, many areas are selected that are characterized by different types of exposure: highly frequented tourist areas, near a regional road and agricultural areas on alluvial terraces, where cultivated fields and infrastructure are vulnerable. The results showed that the high-resolution Pleiades DEM allows for accurate mapping of floodplains in complex terrain, as it realistically represents the topography and allows correct simulation of observed water levels. This study highlights the added value of a high-resolution remote sensing for flood modeling in areas where data are scarce.
... In order to address that question in a Moroccan environament, the Ourika basin is a good case study. It is known for alarming storms characterized by heavy precipitation localized in space and time (El Alaoui El Fels and Saidi, 2014) with a frequent and brutal flows of the main river and tributaries. e,g, in 1995, such phenomena lead to more than 200 lives lost (Said et al. 2003). ...
... Fitting probability distribution to instantaneous annual peak flows recorded at the Aghbalou station has identified the best performance being the log-normal distribution. This result is consistent with those from several studies of hydrological regimes in arid and semi-arid areas (Dubreuil, 1974, El Alaoui El Fels andSaidi, 2014). Peak flows for different return periods are shown in Table 4. ...
Chapter
Ourika basin in Morocco has very steep slopes with impermeable ground favoring water flows and flooding. History has shown deadly flood events in the past. Floods are becoming recurrent and exacerbated not only by human activities that degrade soil and vegetation cover, accelerating erosion and quick water flows, but also by climate change. In fact, the basin has experienced a very strong dynamic of its vegetation cover, during the thirty last years, and has been subject to climate change impacts. This study is devoted to evaluate impact of land cover change, mainly vegetation cover, on hydrological functioning of the basin. The HEC-HMS model was used to simulate basin hydrological response, according to two scenarios of land cover change. The first scenario simulates deforestation and urbanization impacts on peak flows, showing an increase of the peak flow by 31.68 %. The second evaluates the impact of both reforestation actions and proscription of forest harvesting in the region. The simulated results showed a decline of 17.25 % in peak flows, except for heavy precipitation events.
... Like other countries in the world, Morocco has been affected by many floods in recent decades, particularly in the mountainous part of the semi-arid basins of the Western High Atlas (Saidi et al. 2010;El Alaoui El Fels and Saidi 2014). In such areas, rainfall is scarce and is characterized by an onset of high intensity, localized stormy. ...
Article
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The definition of flood protection plans in semi-arid mountain environments requires awareness of the hazard, its assessment and the analysis of its probabilities of occurrence. The study carried out made it possible to highlight the use of artificial neural networks (ANN) in the frequency analysis of extreme flows. This is made possible by a comparative approach between 14 Probability Distributions and the ANN model. The results of the frequency analysis according to the two models shows a predictive priority of the ANN with an average performance criterion of Nash that exceeds 0.9 in the different basins studied. The study reveals that the specificities of the use of ANN compared to the deterministic models in the frequency analysis is that ANN highlights the sensitivity of the extreme river flood to the physiographic variations of each watershed. This feature allows to include the predictions of extreme events in the different basins studied into a single model and makes them more accurate.
... It is from this perspective that this study was conducted by comparing the results of the application of the two flood mapping models [HEC-RAS/WMS (Watershed Modeling System) and FHI], while presenting the advantages and limitations of each of them. The approach will consist of a simulation of the extreme flows along the Ifni River and the spatialization of the floods according to the frequency of its flows (El Alaoui El Fels et al., 2018;Wongsa, 2014;El Alaoui El Fels and Saidi, 2014). ...
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Climate and Land Use Impacts on Natural and Artificial Systems: Mitigation and Adaptation provides in-depth information on the linkages between climate change and land use, how they are related, how land use is shifting over time, and the major global regions at risk for climate and land use changes.
... In Morocco, floods are the most frequent and deadly disaster, for instance, the Oued Ourika flood in 1995 (Saidi et al. 2010), in the city of Marrakech in 2008, the flood of Sidi Ifni in 2014 (Messouli et al. 2014) and the Oued Tizert disaster in Taroudant in 2019. Several studies have been carried out to understand the hydrological processes and behaviour of floods (Riad 2003;Baiddah et al. 2012;El fels and Saidi 2014;El fels et al. 2018;El khalki et al. 2018;Hajhouji 2019). ...
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During the last years, the flood phenomenon has spread in the world due to climatic conditions and changes in land use. The Zat basin is a sub-basin of the Tensift River and one of the areas affected by this natural hazard. This paper puts forward on the mapping and modelling of the flood increase process at the level of the Zat watershed. The main objective of this work is to contribute to flood risk management in this basin. First, factors causing the flood such as the slope, lithology, and density of vegetation cover were identified using advanced geomatics technology (Geographic Information System and remote sensing). Moreover, Rainfall data for the period of 1968–2016 were analysed to illustrate the trend in precipitation at the watershed level. Results showed that the geomorphological and rainfall context of the basin is making it a vulnerable area to the onset of torrential floods. The rainfall analysis demonstrated that the Zat watershed has a trend towards drought along with extreme events such as floods.
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In the last two decades, Morocco has suffered a lot from catastrophic flooding, resulting in enormous damage to materials and loss of human life. The Sadia City (northeast Morocco), in our case of this study, is the most urbanized area with a high concentration of socio-economic activities in the region. Sadia is located downstream of the Moulouya watershed known for its low topography, and high vulnerability to fluvial and torrential flooding. The study aims to simulate the flood hazard index in the city of Saidia and consists of developing a two-dimensional (2D) flooding model using IBER software, and then producing maps of water flow and water velocity based on a 1-meter DTM. Then, we use GIS to map the hazard index of the areas with a high risk of flooding over a return period of 50 years. These hydraulic models were used to elucidate the risk of the Moulouya River overflowing its catchment area and to assist the stakeholders in decision-making about adequate measures to protect human life in Saidia City.
Chapter
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Floods are among the most important natural disasters in the world. These phenomena are due to climate changes, which have caused natural hydrological events such as heavy rains. This study develops two methods applied to the watershed of the Ifni River, which is a hydro system located in the southwest of Morocco. The main objective of this chapter is to compare the flood risk determined using the Flood Hazard Index (FHI) method with the hydraulic model of HEC-RAS/WMS. This approach makes it possible to visualize and quantify the spatial distribution of floods in this basin. The FHI method makes it possible to map flood-prone areas throughout the basin while the HEC-RAS/WMS model allows it to map areas at risk of flooding downstream of the Ifni River basin due to the presence of a single station in this basin.
Thesis
Comme pour diverses régions du Maroc, les bassins versants du Sud-Ouest du pays sont sensibles aux évènements hydro-climatiques extrêmes, notamment les crues liées à des épisodes de précipitations intenses. De tels épisodes sont fréquents et peuvent être dévastateurs, comme les cas des crues de l’Ourika en aout 1995 et du bassin de Tensift en novembre 2014. La modélisation de ces événements extrêmes est ainsi un enjeu scientifique essentiel pour améliorer les systèmes de prévision et protéger les populations et les infrastructures. A cet effet, ce travail vise à coupler une modélisation physique de l’aléa inondation pour certains sites à forts enjeux des bassins versants de l’Ourika et de la Rheraya avec une approche paramétrique de cartographie des zones inondables ainsi qu’un diagnostic territorial de vulnérabilité humaine et des infrastructures exposées. Ceci afin de cerner les degrés du risque et assurer une bonne gestion des inondations. L’étude physiographique et hydro-pluviométrique a permis de comprendre la dynamique des crues et le rôle du milieu physique et du climat dans leur déclenchement. Par ailleurs, une analyse fréquentielle de ces crues a permis d’estimer leurs probabilités d’occurrence et leurs périodes de retours. Les résultats sont ensuite utilisés dans un modèle de simulation hydraulique afin de déduire les hauteurs d’eau correspondantes à différentes pointes de débits. Ceci a permis de déterminer les zones inondables et l’étendue des crues de différentes périodes de retour sur certains tronçons présentant une forte vulnérabilité. Cette modélisation hydraulique est effectuée en comparant deux Modèles Numériques de Terrain, un MNT Aster avec une résolution spatiale de 30m et un MNT dérivé de l’imagerie stéréoscopique de Pléiades avec une résolution de 4m. Une seconde approche, inédite au Maroc, a été utilisée pour spatialiser le risque d’inondation à l’échelle du bassin versant de la Rheraya. Il s’agit d’une approche géo-morpho-climatique qui nous a permis d’avoir une cartographie des zones inondables sur l’ensemble du bassin. Ce résultat valide en partie celui de la modélisation hydraulique précédemment effectué. Finalement un diagnostic territorial a permis d’analyser les enjeux exposés au niveau de la vallée de l’Ourika et d’identifier les zones vulnérables aux risques d’inondation. Ce diagnostic a abouti à la proposition de plans d’évacuations, permettant un accès facile aux zones de refuges potentiels en cas d’inondation. Le caractère reproductible, peu coûteux et pertinent de cette approche faciliterait sa transposition sur d’autres bassins et la prise des meilleures décisions de prévention.
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The wadi Issil originates in the High Atlas of Marrakesh, at altitudes above 2000 m. The mountainous part of the watershed is characterized by significant slopes, a low-permeable bedrock and a widespread dense hydrographic network.Concerning precipitation, the upstream stations of the basin record heavy and high rainfall levels. The average value e.g. in Agaiouar is approximately 582 mm a year, which is close to what can be found in sub-humid lands.This hydrogeomorphic and rainfall situation is conducive to the development of sudden and very fast floods. The recently opened hydrometric station of Aït Bouzguia has recorded some floods over the last years with a fast rising time (from 1h15 to 1h30). Using the data recording at the station of Ouagjdite, located upstream of the basin, response times of 2h30 were collected. These short periods pose a major risk as they do not allow a prediction of such floods in due time.These types of flood are renown for their infrastructure damages in Marrakesh, especially in areas near the wadi Issil. They often lead to substantial costs and sometimes the loss of human lives. Wadi’s overflow phenomenon is also exacerbated by numerous rubble or household waste, being abandoned on the stream bed. These waste materials shrink the wadi’s section and reduce its conveyance accordingly. Furthermore, the reduced diameter of some waste water systems, notably bridges nozzles, increases the risk.Several land-use plannings have been submitted, some others have been applied and some are currently underway. They roughly consist in dredging and raising banks of some sections, and in building new bridges and protective reinforcement walls along the wadi’s shores. These actions should strengthen with the strict prohibition of waste and rubble disposal in the stream bed. This can be done by promoting awareness of people living close to the wadi and an overall improvement of the environment involved. Aside from that, there could be a broader and fruitful coordination between the Wilaya, the water administration, the municipalities and Civil Society.
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Le bassin versant de l’Ourika, situé dans le Haut-Atlas de Marrakech, présente une forme allongée avec des pentes très importantes au niveau des affluents et des versants. Du point de vue lithologique, il est formé de roches cristallines du socle à la partie amont, et de dépôts silteux et argileux permo-triasiques plus tendres à l’aval. Ces terrains assez imperméables augmentent les risques d’inondation. Cette situation favorise une augmentation des volumes d’eau mobilisés par le cours d'eau principal et le développement d’importantes crues. La charge solide charriée ou en suspension provient généralement des deux types de terrains soumis localement à une érosion intense. Les produits d’érosion qui sont stockés en amont, sous formes d’éboulis ou de cônes de déjection, aux ruptures de pentes des bas versants ou des confluences, sont remobilisés en périodes de crue quand les débits augmentent. Le 17 août 1995, un orage abattu en amont du bassin versant, a provoqué une crue violente et de courte durée. Cette crue dévastatrice fût consécutive à une pluie intense, couplée à un environnement géomorphologique propice au ruissellement.
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The watershed of the Ourika River is a part of the Marrakech hydrosystem of the High Atlas. In the montaneous part of the watershed, the bedrock has a low permeability, the vegetation is sparse on steep slopes and rare on the upper areas, the main valleys are narrow and deep. The N to NW exposure favours rain falls which are usually strong, short in duration, and sometimes very intense. The conjunction of these physical and climatological factors is at the origin of violent pulses of the Ourika River, which are characterized by high velocities and rates of flow, active erosion and strong sediment transport. These extreme events in a semi-arid mountain setting are a repetitive phenomenon of variable intensity. The rising time of the floods is very short and the maximum rate of flow is much higher than the mean rate. Within the 34 years of data, floods occurred in any month of the year, excepted December. 44% of the floods occurred in spring, and 25% in summer which is the dry season in Morocco, except in high mountain regions. These summer floods are the result of intense stormy rains, related to a hot and stormy weather at the front of Trade winds. The hydrograms are steep and narrow, mostly simple, monogenic and clearly distinct. They are dissymmetric: the rising level phase is short, and the drop in level is slower. Because of their suddenness and violence, these flash floods represent a major natural and recurrent risk for the touristic valley. For the last decades, several damaging floods in Morocco lead to develop a policy of management of the water resources in the country. Locally, after the flash flood of the Ourika Valley of 1995, several structural and non stuctural actions were undertaken. To reduce the high vulnerability of the Valley new equipments have been set up. A warning monitoring system is installed in the upper reaches of the valley, it can display an alert to the population along the valley. Supporting walls and gabions reinforce the banks of the river. Works to widen some narrows of the river bed have regulated the flow of the river. Concrete sills and gabions break the flow of the main tributaries. The efficiency of these engineering structures is presently evaluated.
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Abstract At operational flood forecasting centres, forecaste rs usually have to deal with forecasts issued by
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The principles governing the application of the conceptual model technique to river flow forecasting are discussed. The necessity for a systematic approach to the development and testing of the model is explained and some preliminary ideas suggested.
Information theory and an extension of the maximum likelihood principle
  • H Akaike
Akaike, H., Information theory and an extension of the maximum likelihood principle. 2nd International Symposium on Information Theory (Petrov and, B. N. and Csaki, F., eds.), Akademiai Kiado, 1973, 267-281.
Gestion de situations de crise en période de crues exceptionnelles au niveau de la Région Hydraulique du Tensift. Thèse d'ingénieur en chef, Ministère de l'Equipement
  • M E H Aresmouk
Aresmouk M. E. H., Gestion de situations de crise en période de crues exceptionnelles au niveau de la Région Hydraulique du Tensift. Thèse d'ingénieur en chef, Ministère de l'Equipement, Rabat, 2001, 153 p. Bachir Alami O., Rhinane H. & Mouchrif A., Apport des Systèmes d'Information Géographique (SIG) à la simulation de crues : cas de l'oued Bouskoura à Casablanca. Travaux de l'Institut Scientifique, Rabat, série Géologie & Géographie physique, n°23, 2012, p. 25-31.
Estimation paramétrique
  • B Delyon
Delyon B., Estimation paramétrique ;