Assessing indicators of runoff and erosion by rain simulation in the Ben Ahmed watershed (Central Morocco)

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International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology (IJEAB) Vol-3, Issue-3, May-June- 2018
http://dx.doi.org/10.22161/ijeab/3.3.2 ISSN: 2456-1878
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Assessing indicators of runoff and erosion by
rain simulation in the Ben Ahmed watershed
(Central Morocco)
Asserar Nazha1,2*, Moussadek Rachid2, El Azzouzi Fatiha3, Zouahri Abdelmjid 2, Douira
Allal1
1Department of Biology, Laboratory of Botany and Plant Protection, Ibn Tofail University, Faculty of Science, B.P 242,
Kenitra, Morocco.*[email protected]
2Department of Environment and Natural Resource Conservation, National Institute of Agricultural Research, B.P: 6356,
Instituts, 10101 - Rabat, Morocco
3Department of Biology, Faculty of Science, Laboratory of Nutrition, Health and Environment, BP. 133, Ibn Tofail
University, Kenitra, Morocco.
Abstract The objective of this study was to investigate the risks of runoff and erosion of soils in the Ben Ah med watershed,
it’s located in the region of casa-settat, 70 km south-east of Casablanca, a nd characterized by a semi-arid climate. The study
consists of measuring on 1 m2 plot, the volumes of runoff and sedimen ts, under the influence of rainfall generation (60mm/30
min). Soil samples were collected from each plot to determine textu re, organic matter and humidity. Results obtained show
that the detachability varies between 19 and 34 g /l, infiltrability oscillate between 15 and 37 mm.h -. Pearson correlation test
shows that infiltration was negatively correlated with runoff and soil d etachability (R=-0.99, R=-0.87 respectively). It‘s
significantly correlated with the proportions of sand(R=0.69), silt (R= -0.98) an clay (R= 0.92), however, is weakly
correlated with organic matter (R=-0.32). Infiltration and detachability were significantly co rrelated with humidity (R = -
0.99, R = -0.63respectively).
Keywords detachability, runoff, infiltration, rain simulation, Ben Ahmed watershed, central Morocco.
Recherche d’indicateurs de ruissellement et
d’érosion au moyen de simulation de pluie dans
le bassin versant de Ben Ahmed (Maroc central)
Résumé L’objectif de ce travail est d’étudier les risques de ruissellement et d’érosion dans le bassin versant de Ben
Ahmed, au moyen d’un simulateur de pluie. Le bassin se situe dans la région de Casa-Settat, à 70 km au Sud-Est de
Casablanca, caractérisé par un climat de type semi-aride . L’étude consiste à mesurer sur une parcelle de 1m2 les
volumes d’eau ruisselés et les qu antités des sédiments érodés sous l’influence d’une averse générée avec une intensité
érosive de 60 mm pendant 30 min. Ainsi, des échantillons de sol ont été prélevés de chaque parcelle, po ur déterminer la
texture, la matière organique et l’humidité. Les résultats obtenus montrent que la détachabilité varie entre 19 et 34 g.l-1,
l’infiltrabilité oscille entre 15 et 37 mm.h-1. Le test de corrélation de Pearson montre que l’infiltration est n égativement
corrélée avec le coefficient de ruissellement et la détachabilité (R= - 0.99, R= -0.87 respectivement). Elle est corrélée
significativement avec les proportions de sable (R= 0.69), limon (R= -0.98) et avec celle de l’argile (R= 0 .92), par contre
une faible corrélation est observée avec la matière organique (R=-0,32). L’infiltration et la détachabilté étaient
significativement corrélées avec l’humidité (R= -0.99, R= - 0.63 respectivement).
Mots clé détachabilite, ruissellement, infiltration, simulation de pluie, Ben Ahmed, Maroc central.
International Journal of Environment, Agriculture and Biotechnology (IJEAB) Vol-3, Issue-3, May-June- 2018
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I. INTRODUCTION
Le sol est un milieu vivant issu de l ’altération physique et
chimique de la roche mère sous l’action des agents
climatiques (température, précipitation, humidité…) e t
biologiques. Il assure plusieurs fonctions écologiques
(Thiombiano, 2015) : fonctions biologique, fonction de
stockage et de support et fonction alimentaire.
La dégradation des terres peut résulter de la fragilité d es
écosystèmes des terres, qui, sous la pression humaine
excessive ou des changements drastiques dans l'utilisation
des terr es, réd uisent leur productivité et leur résilience
(Turkelboom et al., 2008). Pour la plupart des sols,
l’érosion hydrique est le processus le plus commun
entrainant la dégradation des sols. (Stocking et Niamh,
2000).
L’érosion des sols associé à la dégradation des terres sont
des phénomènes spatio-temporels qui prennent de
l’ampleur dans un plusieurs pays du monde (Hoyos, 2005;
Pandey et al., 2009 ).
L'érosion des sols en termes réels met en danger la
sécurité alimentaire, la prod uctivité subsistance du sol, la
surface stockage de l'eau, la qualité de l'eau de surface, la
beauté du paysage et l'équilibre écologiqu e naturel. Sa
solution réside dans l’ada ptation des pratiques d e
conservation (Toumi, 2013).
Depuis les années trente, l’érosion des sols a reçu une
attention importante des chercheurs et aménagistes. Ceci a
permis de bien comprendre et de quantifier les processus
de l’érosion dans différents environnements pédologiques,
climatiques et culturales. En outre, un grand nombre de
techniques de quantification ont été développées et
adaptées à ces différents environnements.
Les méthodes utilisées dans la quantification de l’érosion
varient en fonction des objectifs, d es moyens et des
échelles d’étude. La simulation de pluie constitue l’une
des méthodes les plus fréquemment utilisée sur terrain
pour déterminer, à une petite échelle correspondant à la
surface élémentaire représentative d’une parcelle (cultivée
ou non) et sous diverses conditions de pluie et de sol,
certaines caractéristiques hydrodynamiques des sols, et
mesurer le ruissellement et les pertes en sol induites.
Plusieurs types de simulateur de pluie existent et peuvent
arroser des surfaces allant d’un mètre carré à une
cinquantaine de mètres carrés (Benkhelil et al., 2004).
Ces simulateurs de pluie présentent l’avantage d’être des
dispositifs mobiles, d’avoir la capacité de produire des
averses avec les fréquences, les intensités et les quantités
de pluies semblables à des pluies naturelles ou à des
évènements rares.
Notre objectif est l’étude de l’érosion et du ruissellement
des sols au niveau du bassin versant de Ben Ahmed. Une
étude quantitative basée sur une campagne de
simulation de pluie, a été réalisée dans le bassin versant
de Ben Ahmed, situé à 70 km au sud-est de
Casablanca. Les expérimentations consistent à mesurer
sur des sites expérimentaux les vol umes d’eau
ruisselés et les quantités d es sédiments érodés sous
l’influence d’une averse générée par un simulateur de
pluie.
II. MATERIEL ET METHODE
Zone d’étude
La zone d’étude se située dans la région de Casa -Settat, à
70 km au Sud-Est de Casablanca, au centre du Maroc
(33°06’43’’N, 7°24’21’’ W), sur une superficie de 545 ha.
Le climat est de type semi-aride, influencé par l’océan
Atlantique, avec des hivers tempérés et des étés chauds.
L'étude des séries chronologiques des précipitations
fournies par l'Agence de Bassin Hydraulique de
Bouregreg (ABHBC), qui couvre une période de 40 ans
(1968 à 2010), nous a permis de constater que le bassins
versant jouisse dans l'ensemble d'une pluviométrie
moyenne pour des latitudes semi aride. De l'Ouest à l'Est,
les exutoires de ce bassin reçoivent annuellement en
moyenne 328 mm.
Simulation de pluie
L’étude des phénomènes de ruissellement et de transports
solides a été menée par méthode exp érimental sur terrain
pour deux types de sol du bassin versant de Ben Ahmed.
La méthode employée consiste à provoquer du
ruissellement sur des parcelles de 1m2, à l’aide d’un
simulateur de pluie de type ORSTOM.
Les mesures de l’intensité du ruissellement et des
transports solides ainsi provoqués, correspondent à une
intensité d’averse de 60 mm pendant 30 minutes.
Les éléments de la structure du simulateur sont 1/ la tête
du simulateur, suspendue dans la partie supérieure de la
tour et constitue le moteur de l’asperseur, 2/ un
manomètre qui permet le contrôle de la pression de l’eau,
3/ une bâche pour isoler le simulateur des effets du vent
ou d’une éventuelle pluie naturelle, 4/ des tuyaux
d’arrivée et de sortie de l’eau et 5/ des câbles d e
commande de la tête (G).
Ce simulateur de pluie est constitué d’un système
d’arrosage fixé au sommet d’une tour pyramidale de 2 m
de haut. L’aspersion est assurée par un gicleur calibré
monté sur un bras mobile. L’angle de balancement du
bras permet d’ajuster l’intensité de pluie nécessaire
tombant sur la parcelle d’étude.
Les variations de cet angle modifient la surface arrosée et,
de ce fait, l’intensité de la pluie s ur la parcelle d’un mètre
carré, étudiée.
L’alimentation en eau est assurée par une motopompe.
L’installation d’un manomètre dans la tour permet de
régler la pression d’admission de l’eau (0,8-0,9 bar) au
gicleur.
La parcelle étudiée est limitée par un cadre métallique
d’un mètre carré enfoncé dans la terre jusqu'à une
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profondeur de 10 cm. Un système de recueil des
eaux, constitué d'une gouttière collectrice limite la
parcelle à sa base et reçoit l'eau ruisselée et les sédiments.
Pour chacune des micro-parcelles, une séquence de pluie
érosive de 60 mm/h a été simulée pendant 30 min. Les
volumes de ruissellement ont été prélevée pendant chaque
minute grâce à un système gouttières installé au
niveau des micro-parcelles. Les volumes des charges
solides ont été prélevés durant chaque 5 min.
D’autre paramètres ont été mesurés et calculés lors de la
simulation de pluie, notamment :
-Les lames ruisselées) (LR en mm);
- Les lames infiltrées, calculées comme suit: Linf=Pluie-
LR (en mm);
-Les coefficients d’écoulement : Ke = (LR/pluie) ×100)
(%);
-Les concentrations en sédiments de l’eau de
ruissellement (Conc) (en g. l-1);
Echantillonnage du sol
Des échantillons de sol ont été pr élevés de chaque site
expérimental à une profondeur de 0-20 cm. Ces
échantillons ont été séchés à l’air libre et analysés après
au laboratoire d’analyse des sols de l’INRA de Rabat
pour déterminer leur teneur en matière organique, texture
et l’humidité.
La distribution granulométrique a été déterminée en
utilisant la méthode de pipette Robinson, alors que la
teneur en matière organique a été estimée en utilisant la
méthode de walkley-Black (Walkley et Black
1934).
Tests statistiques
Un moyen de variance a été utilisé pour déterminer la
différence entre les sols étudiés (ANOVA). Les
relations entre les différents paramètres d u sol étaient
déterminées par le test de corrélation de Pearson. Tous les
tests ont été réalisés à l'aide du logiciel SPSS.
III. RESULTATS
Granulométrie
L’analyse granulométrique montre qu’il y a une
différence de texture des sols entre les sites
expérimentaux. L’argile et le limon sont les fractions
granulométriques les plus représentatives dans la couche
arable sur les quatre sites. Le sable reste la fraction
la moins représentée avec moins de 20 % de terre
fine (Tableau. 1) . Selon les limites des cla sses
granulométriques utilisées dans le système
USDA/FAO, les sols étudiés entrent d ans les classes
« Argileuse » pour les deux premiers sites «Limono-
Argileuse » pour le site3, Limoneuse pour le site 4.
Tableau.1 : Résultats de l’analyse granulométrique
Sites
Sols
Granulométrie
CaCo3(%)
Texture
Argile(%)
Limon(%)
Sable(%)
1
Peu Evolués d'Apport
47.1
36.2
16.7
2.2
Argileuse
2
Rendzines
47.1
26.1
26.8
1.4
Argileuse
3
Peu Evolués d'Apport
41.7
45.1
13.2
3.5
Limono
Argileuse
4
Rendzines
22.6
61.7
15.7
4
Limoneuse
Matière organique et humidité
Les résultats de la matière o rganique (%) et l’humidité
(%) sont présentés dans le tableau 2. Les teneurs en
matière organique mesurés sur l’ensemble des
échantillons du sol prélevés de chaque site expérimental,
sont compris entre 1.2 % 3.3%. La teneur la plus
faible a été trouvée dans les sols du site 2, tandis que le
site 4 enregistre une teneur de 3% (Tableau.2). Ces
résultats montrent que les sites d’expérimentation sont
caractérisés par des sols pauvres à moyennement pourvus
en matières organique.
Les valeurs de l’humidité varient de 31 à 44,5% et la
valeur la plus élevée (44%) est observée dans les
rendzines (sol du site 4), tandis que la valeur la plus faible
de l’humidité caractérise le sol peu évolué d’apport (site
3). Les tests de comparaison des moyennes effectuées à
travers les analyses statistiques indiquent une différence
significative entre les sols pour la teneur en matière que
pour l’humidité.
Tableau.2 : Résultats de la matière organique
Sols
MO%
H%
M
SD
M
SD
Peu Evolués d'Apport
2.9c
0.15
33a
1.00
Rendzines
1.2a
0.10
38.3c
0.57
Peu Evolués d'Apport
1.9b
0.10
31b
0.16
Rendzines
3.3d
0.10
44,5d
0.50
Mo matière organique (%) H humidité (%), M moyen , SD coefficient de variance