ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES, RÉGRESSION MULTIPLE ET RÉSEAU DE NEURONES : LEUR CONTRIBUTION...
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ANALYSE EN COMPOSANTES PRINCIPALES, RÉGRESSION MULTIPLE ET RÉSEAU DE
NEURONES : LEUR CONTRIBUTION DANS LA PRÉDICTION DE L’ÉROSION SPÉCIFIQUE.
Cas du Bassin de l’Algérois Hodna Soummam
Chahrazed SALHI, Benina TOUAIBIA
OFFICE NATIONAL D’IRRIGATION OFFICE NATIONAL D’IRRIGATION ET DRAINAGEET DRAINAGE
O.N.I.DO.N.I.D
Érosion
Envasement
L’Algérie est un pays très érodible ce qui provoque l’envasement des barrages. (4000 tonnes /Km2.an), l’érosion spécifique dépasse le seuil tolérable (10 tonnes/ha)
la présente étude vise à contribuer à la quantification et la prédiction de l’érosion spécifique à partir des paramètres hydromorphométriques et climatiques des sous bassins des ouvrages en utilisant la méthode des réseaux de neurones l’ACP et la régression multiple.
Situation géographique :
Situation générale du bassin hydrographique AHS
Le bassin AHS couvre une superficie de 47 875 Km2 et décomposer en 03 bassins versants
Découpage du bassin Hydrographique AHS
Caractéristiques hydroclimatiques
Le climat varie de manière contrastée, du type méditerranéen et semi aride dans
le nord vers le type désertique dans le Sahara.
1. Pluviométrie
Les précipitations varient en moyenne entre 300 et 1500 mm dans la région
côtière
et de 200 à 500 mm au Sud.
2. Température
La température moyenne mensuelle dans le bassin AHS varie entre 6°C et 12°C
pour
les minima et entre 16° et 25°C pour celle des maxima.
3. Evapotranspiration
Pour l’ensemble du bassin hydrographique Algérois Hodna Soummam (AHS),
l’évapotranspiration potentielle (ETP) annuelle oscille entre 1000 et 1900 mm.
Données climatiques :
Localisation des stations pluviométriques
station pluviométrique :
Le Nombre des stations pluviométriques est de 396
Localisation des stations hydrométriques
Station hydrométrique :
66 des stations hydrométriques
Ouvrages existants:
Nombre d’ouvrages existants
Barrages en Barrages en exploitationexploitation Petits barragesPetits barrages PrisesPrises DérivationDérivation Retenues Retenues
collinairescollinaires
1212 30 et plus30 et plus 66 44 268 et plus268 et plus
Implantation des ouvrages d’étude
Caractéristiques hydromorphométriques
Caractéristiques hydromorphométriques des S/bassins barrages retenus
(1) :numéro de l’ouvrage; S : superficie du bassin versant de l’ouvrage; Per : périmètre du bassin versant de l’ouvrage ;Hmin : altitude minimale; Hmax : altitude maximale ; P : précipitation moyenne; Le : lame écoulée ; D : densité de drainage; Im : pente moyenne du bassin versant.
N° Ouvrage WilayaSurface (Km2)
Per (Km)
Hmax (m)
Hmin (m)
D(km/km2) Im (%)
1Beni
AmraneBoumerdes 3710.00 394.40 1800 50 0.58 17.27
2 Ain Zada B.B.A 2078.00 228.83 1750 850 0.63 7.45
3 Taksebt Tizi ouzou 454.24 101.16 2150 150 0.88 39.58
Caractéristiques climatiques
Précipitation :
Une vingtaine de stations pluviométriques ont été choisies et traitées afin
d’évaluer la précipitation moyenne à proximité de chaque ouvrage retenu. les maximum aux ouvrages de l’Algérois (900 mm) et les minimum aux ouvrages de Hodna (200 mm)
Lame écoulée :
Les lames écoulées des barrages sont déduites de l’apport liquide (stations hydrométriques) et celles des retenues collinaires et petits barrages ont été tirées de la carte des écoulements moyens annuels sur le Nord de l’Algérie, éditée en 2005 par l’ AHRH, la maximale à Taksept (Tizi ouzou)(431 mm) et la minimale à Lechbour (B.B.A)(20 mm)
Couvert Végétal
Couvert végétal des S/bassins de quelques grands ouvrages
Couvert végétal des sous bassins des barrages
N° Ouvrage Cv (%)
1 Beni Amrane 19.12
2 Ain zada 4.48
3 Taksebt 46.74
(1) : numéro de l’ouvrage; Cv : couvert végétal
Couvert végétal des sites des communes
Couvert végétal des sous bassins des petits barrages et retenues collinairesN° Ouvrage Commune Cv (%)4 Ain Zouaoua Attatba 64.965 Oued Skhouna Boumefaâ 7.356 Freha Freha (djaballah) 36.187 DAS Bourahla 1
Sidi Daoud33.9
8 DAS Bourahla 2 33.99 Kouanine Baghlia 16.7
10 Naciria Naciria 32.2811 ND Sidi Daoud 33.912 Boussedoum Amalou 0.0613 Oued Assila Dirah 2.0614 Boumerzel (I)
Ahl lakser0.01
15 Boumerzel (II) 0.0116 Ouled el berdi-av Ouled el berdi 8.0817 bordj oukhris bordj oukhris 3.918 Gueria bir ghbalou 17.2619 Ighil Libene
Haizer19.66
20 Chabet Merdja 19.6621 Gominsis Taghzout 16.3622 Djedala Djebahia 20.923 Bouchiouane Kadiria 46.8624 H.M'thene Ain Laloui 3.5825 Merdja Ain Bessam 9.426 harbitia Ridane 3.127 mihab Dirah 2.0628 Dra alouest Hadjra zerga 1.2929 Bergoug Bouira 31.3730 Ouled el berdi-am Ouled el berdi 8.0831 Lechbour Medjana 8.0332 El H'mada El-Achir 1.5633 Draouet Tala Ifacen 7.1934 Oued Ouled Saber
Ouled Saber3.29
35 RC Lemhari 3.2936 Oued Sedd
Kef Lakhdar3.36
37 Mechtates Sedari 3.3638 chabet Mehadjer sidi Ziane 8.4939 Chabet Ain Bouaicha Rébaia 1.3740 Oued Anseur El Hadj El Azizia 2.0441 Djoueb
Djoueb22.7
42 Chabet El Farfachia 22.743 Chabet Tatouch
Beni slimane
6.444 Chabet Arous 6.445 Chabet Loualouia 6.446 Chabet metreg 6.447 Chabet Touhiah
Sidi rabie9.1
48 B.22 9.149 Chabet Mahrouga El Azizia 2.0450 Chabet Sfaï
Rébaia1.37
51 Oued Rhorb 1.3752 Oued Messai El Azizia 2.0453 Chabet Bouhalfia Souagui 8.4954 Chabet Defla
Ouled Brahim28.5
55 Chabet Drabine 28.556 Oued Ben Loulou Bouskène 5.1
L’érosion spécifique :
L’érosion spécifique des sous bassins des barrages a été estimée à partir des levés bathymétriques.
L’érosion spécifique des sites des retenues collinaires a été estimée à partir de leur capacité, vu que ces ouvrages sont complètement envasés ou ayant un taux d’envasement assez élevé, le volume est égal à la capacité ou à un pourcentage de cette dernière.
L’érosion spécifique moyen annuel dépasse le seuil tolérable (10 tonnes/Ha) dans la plupart des bassins versants au droit des ouvrages retenus.
Application de la régression multiple
L’application de régression multiple entre l’érosion spécifique et les différents paramètres hydromorphométriques et climatiques, à donnée la matrice de corrélation en tableau suivant
Matrice des cœfficients de corrélation
Où
S : superficie du bassin; Per : Périmètre du bassin;
Hmax: altitude maximale; Hmin: altitue minimale;
P: précipitation moyenne; Le : lame écoulée;
D : densité de drainage; Im : pente moyenne;
Cv : couvert végétal; Es : érosion spécifique.
Es(tonne/
Km2.an)
S
(Km2)Per
(Km)Hmax
(m)Hmin
(m)P(mm)
Le (mm)
D(km/
km2) Im (%) CV (%)
Es(tonne/Km2.an) 1.00
S (Km2) -0.07 1.00Per (Km) -0.10 0.99 1.00Hmax (m) -0.17 0.46 0.53 1.00Hmin (m) -0.10 -0.20 -0.18 0.53 1.00
P(mm) 0.30 -0.21 -0.21 -0.56 -0.68 1.00Le (mm) 0.22 0.10 0.14 -0.05 -0.63 0.64 1.00
D(km/km2) 0.53 -0.17 -0.17 -0.04 0.02 0.15 0.15 1.00 Im (%) 0.12 -0.04 -0.03 0.02 -0.42 0.28 0.46 0.17 1.00CV(%) 0.04 0.03 0.02 -0.36 -0.62 0.49 0.61 -0.05 0.42 1
Application de la méthode d’Analyse en Composantes Principales
(ACP)
L’Analyse en composantes principales à permis de distinguer les groupes
suivant :
Projection des individus sur le plan C1- C2
173117
341314 15
24
28
1229
52
544
19
1
23
23
81110
7
51 22
33
9
56
47
50 55
46
21
6
2053
42484544
49
4138
26 39
5
43
3640
3027
37
2518
16
35
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
-2 2 C1
C2
1
2
3
Projection des individus sur le plan C1 –C3
17
31
17
34
13
14 15
242812
29
52
54
4
19
12
3
23
8
1110
7
51
22
33
956
47
50
55
46
21 620
53
42
4845
44
49
41
38
26
39
5
4336 40
30
27
37
25
1816
35
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
-2 2 C1
C3
3
1
2
Application de la méthode des Réseaux
de neurones Plusieurs modèles ont été établis, ci après les résultats des
paramètres de validation
Modèle Nombre de couches cachées
Nombre de neurones dans la couche cachée
Erreur surle bilan
MSE R
3 variables (P, Le, D)
1 3 -0,94 0,30 0,62
2 6 0,23 0,30 0,58
4 variables(P, Le, D, Im)
1 4 0,17 0,10 0,58
2 8 0,67 0,24 0.44
5 variables ( P, Le, D, Im, Cv)
1 5 0,26 0,16 0,53
2 10 -0,22 0,004 0,50
Paramètres de validation des modèles testés
Architecture du modèle choisi
L’erreur sur le bilan et l’erreur quadratique (MSE) sont faibles, de valeur
respectivement (0,17) et (0,1).
Le coefficient de corrélation est relativement moyen (0,58) et supérieur au
coefficient critique de la table de Fischer.
Le graphique de l’érosion spécifique simulée en fonction de l’érosion
spécifique observée est présenté ci-dessous
Essim = 0.237Esobs + 1037,7r = 0.58
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Es observée (tonnes/Km)2
Es
sim
ulée
(to
nnes
/Km
2 )
Erosion simulée - Erosion observée
La variation de l’érosion spécifique annuelle observée et simulée est illustrée en la figure suivante
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Numéro d'ouvrages
Es
(ton
nes
/km
2 )
Es observée
Es simulée
Moyenne Es observée
Moyenne Es simulée
Variation de l’érosion spécifique simulée et observée
•Conclusion
Les résultats de la modélisation et la prévision de l’érosion spécifique annuelle
obtenus en utilisant le modèle neuronal, à partir des entrées : densité de
drainage D(km/km2), pente moyenne du bassin Im (%), précipitation moyenne
P (mm) et lame écoulée Le (mm), montrent une concordance expliquée par un
coefficient de corrélation signifiant (0,58) au vu du coefficient de corrélation
critique de Fisher et des erreurs quadratique et du bilan (0,10 et 0,17)
obtenus mais restent insuffisants pour quantifier et prédire fiablement le
phénomène du transport solide. La qualité des résultats obtenus est liée à
l’effet de surface qui est mis en jeu, à l’estimation du couvert végétal des sous
bassins des retenues collinaires qui sont de petite taille, à la taille de
l’échantillon dans le modèle neuronal, à la non disponibilité des données
climatiques dans les sous bassins des petits ouvrages.