Reflections on almost a century of hydrological studies on Africa's largest lake

Lake Victoria is the largest lake in Africa and its outflows strongly influence flows in the White Nile, including the availability of water for hydropower generation, irrigation and water supply. Understanding the water balance is a major challenge since the lake is large enough to influence the local climate and its catchment spans several countries. Hydrometeorological monitoring networks are also sparse in some parts of the basin. In this paper, we consider the history of water balance estimates for the lake and how the science has developed as new information and techniques have become available, including in areas such as seasonal flow forecasting and estimating the potential impacts of dam operations and climate change. These findings are placed into a wider context including the challenges arising from a changing climate and evolving ideas from international research programmes, which lead to some suggestions for future research priorities for Lake Victoria and other sub-Saharan/Rift Valley lakes.

Water Erosion in the Moulouya Watershed and its Impact on Dams' Siltation (Eastern Morocco)

The Moulouya watershed presents high risks of water erosion. The dams built on this river lose each year, by siltation, a volume of water of about 10 M m3 (Lahlou, 1994). This worrying rate shows that water erosion can hinder the socio-economic development of the basin if soil protection and siltation measures are not taken. This study defines the areas most threatened by water erosion to protect them as a priority. Using a GIS and the Universal Earth Loss Equation (USLE), we mapped soil losses. The adopted model determines soil loss from erosivity of rainfall, soil erodibility, inclination and slope length, soil cover, and erosion control practices. The possible origins of the deposits alluviating the dams are related to the products of alteration of the Secondary's carbonate formations and the Tertiary and Quaternary formations. The modalities of the transport of deposits of banks of the network of Moulouya are mainly by a suspension. The specific degradation in the Moulouya watershed is estimated at 214 t/km2/year. Precipitation intensity, steep slopes and deforestation are responsible for these losses.

Future changes in precipitation, evapotranspiration and streamflows in the Mono Basin of West Africa

The impact of climate change on precipitation and water availability is of major concern for policy makers in the Mono Basin of West Africa, whose economy mainly depends on rainfed agriculture and hydropower generation. The objective of this study is to project rainfall, flows and evapotranspiration (ET) in the future period and understand their changes across Mono River Basin. Observed data were considered for the historical period 1980–2010, and a Multi-model ensemble for future projections data of eight selected Regional Climate Models under RCP 4.5 and RCP 8.5 over the periods 2011–2100 was used. The GR4J model was used to simulate daily flows of the Mono watershed. The ensemble mean shows a decrease and increase streamflows between −54 % and 42 %, −58 % and 31 %​​​​​​​ under the RCP4.5, RCP8.5 scenario, respectively. The greatest decreases of high flows is projected to occur in the near term under RCP8.5, whereas the greatest decrease of low flows is projected to occur in the long term under the same RCP. For the rainfall and ET, the both scenarios (RCP4.5 and RCP8.5) predict an increase of ET while the rainfall will decrease. The results of this study of would be very useful in the choice of management and adaptation policies for water resources management.

Assessing climate change impact on the hydropower potential of the Bamboi catchment (Black Volta, West Africa)

This study evaluates the impact of future climate change (CC) on the hydropower generation potential of the Bamboi catchment (Black Volta) in West Africa using a conceptual rainfall-runoff model (HBV light) and regional climate models (RCMs)–global climate models (GCMs). Two climate simulation datasets MPI-ESM-REMO (CORDEX) and GFDL-ESM2M-WRF (WASCAL) under RCP4.5 were applied to the validated hydrological model to simulate the catchment runoff. Based on reference and future simulated discharges, a theoretical 1.3 MW run of river hydro power plant was designed to evaluate the hydropower generation. Hydrological and hydropower generation changes were expressed as the relative difference between two future periods (2020–2049 and 2070–2099) and a reference period (1983–2005). The climate models' ensemble projected a mean annual precipitation increase by 8.8 % and 7.3 % and discharge increase by 11.4 % and 9.735 % for the 2020–2049 and 2070–2099 periods respectively (for bias corrected data). On the contrary an overall decrease of hydropower generation by −9.1 % and −8.4% for the 2020–2049 and 2070–2099 periods was projected respectively. The results indicate that projected increases in discharge should not solely be considered as leading to an increase in hydropower potential when prospecting climate change impact on hydropower.

A DPSIR and SAF Analysis of Water Insecurity in Lake Chad Basin, Central Africa

Lake Chad is a transboundary freshwater body located in the extreme south of the Sahara Desert. Many centuries ago, the synergies between nature and human activities in the basin were in harmony; and nowadays, the manifestation of unsustainable human activities and drier climate in the basin is now evident. This study assesses the water insecurity and associated environmental issues in the area using the combined Driver-Pressure-State-Impact-Response (DPSIR) and System-Approach-Framework (SAF) frameworks. In achieving this, we conducted literature review to establish the major effects and possible consequences of water scarcity in the area. The SAF defines the Lake boundaries and eventually links the active stakeholders involved. On the other hand, the DPSIR reveals that about 90 % of inhabitants depends on agriculture, with warming (temperature) significantly increasing in the basin (0.22 ∘C per decade) – socio-economic and natural Drivers respectively – as well as increase in population. Pressures include input from irrigation systems, river–flow modification, limited rainfall, and prolonged drought periods. These pressures have led to change in the state of Lake Chad, like freshwater shortages and loss of ecological status. Impacts on human welfares includes mass displacement, unemployment, paralyzed socio-economic activities, and social unrest. The societal-Response has prompted various measures like the launch of campaigns and awareness, planned Inter-Basin-Water-Transfer (IBTW), and several policy changes for better governance. Conclusively, the restoration of Lake Chad solely depends on climate conditions and management policies. However, this study recommends the prioritization of monitoring systems, water-allocation plans, ecological plans, and modelling tools for better decision processes.

Seasonal flow forecasting in Africa; exploratory studies for large lakes

For many applications, it would be extremely useful to have insights into river flows at timescales of a few weeks to months ahead. However, seasonal predictions of this type are necessarily probabilistic which raises challenges both in generating forecasts and their interpretation. Despite this, an increasing number of studies have shown promising results and this is an active area for research. In this paper, we discuss insights gained from previous studies using a novel combined water balance and data-driven approach for two of Africa's largest lakes, Lake Victoria and Lake Malawi. Factors which increased predictability included the unusually long hydrological response times and statistically significant links to ocean-atmosphere processes such as the Indian Ocean Dipole. Other lessons learned included the benefits of data assimilation and the need for care in the choice of performance metrics.

Évolution du régime hydrologique dans le bassin versant du Bouregreg, Maroc

Le Bouregreg est le deuxième fleuve du Maroc. Il draine les eaux du centre du Maroc, du Moyen Atlas à l'Atlantique, qui sont stockées dans la retenue du barrage Sidi Mohamed Ben Abdellah créé en 1974 et situé à proximité de Rabat. Sa fonction exclusive est l'alimentation en eau potable pour les besoins individuels et industriels de 6 millions d'habitants de la bande littorale allant de Kénitra à Casablanca. Toutefois, l'exploitation de cette retenue présente aujourd'hui quelques incertitudes surtout en considérant l'augmentation de la population, la baisse des volumes précipités depuis 1979 et le comblement de la retenue par le transport de sédiments dus à l'érosion des sols. L'objectif de cette étude est de d'écrire l'évolution des pluies et des débits du bassin versant du Bouregreg à partir des séries de pluie et débit sur une période de 36 ans, de 1977 à 2013. Nous avons utiliséì les indices pluviométrique et hydrométrique, dans le but de caractériser l'hétérogénéité temporelle de la variabilité climatologique et dégager les grandes tendances des séries de données hydroclimatologiques. L'évolution des indices pluviométriques et hydrométriques met en relief la période déficitaire qu'a connu le Maroc au début des années 80. En effet, une baisse générale des pluies est remarquée dans le bassin versant du Bouregreg depuis 1979, ainsi il existe des relations entre la variabilité des pluies de certaines régions et l'Oscillation Nord Atlantique en 1996. Les méthodes statistiques de détection de ruptures montrent que la période de rupture majeure se trouve durant la deuxième moitié des années 70 et le début des années 80. Depuis cette date la baisse de la pluviométrie s'est installée de manière significative, et une perturbation du régime hydrologique est observée sur la presque totalité du bassin versant du Bouregreg, même si quelques années de meilleures pluviométries ont été observées à la fin des années 2000.

Estimation bayésienne des courbes de tarage et des incertitudes associées : application de la méthode BaRatin au Congo à Brazzaville

L'inférence bayésienne est une approche intéressante pour estimer les courbes de tarage hauteur-débit des stations hydrométriques et les incertitudes associées car elle permet de croiser les jaugeages et la connaissance a priori des contrôles hydrauliques dans un cadre probabiliste. Utilisable par tous à travers un logiciel gratuit et simple d'utilisation, la méthode BaRatin est ici illustrée avec une application récente à l'analyse de la courbe de tarage du fleuve Congo à l'échelle de Brazzaville. Par rapport aux ajustements conventionnels de courbes de tarage, l'approche bayésienne est basée sur des hypothèses explicites sur les contrôles hydrauliques et fournit une décomposition des sources d'incertitude sur les débits. Ceci facilite la justification et la révision future de la courbe de tarage, et permet une utilisation éclairée des données hydrométriques. La série des débits avec incertitudes du Congo à Brazzaville depuis 1902 ainsi calculée présente des incertitudes très réduites.

Utilisation des ressources en eau dans un contexte de changement climatique : réalités écologiques, sociales et économiques dans les communes Ambositra I et Ambositra II Madagascar

Les démarches de cette recherche ont été fondées au départ sur le fait que les ressources en eau diminuent avec le changement climatique, alors que les besoins de la population augmentent incéssament. Elle concerne la Commune urbaine d'Ambositra et la Commune rurale d'Ambositra, traversées par la rivière Isaha . Dans cette optique, cet article a pour objectif d'analyser le rapport entre les ressources et les besoins en eau pour diverses utilisateurs tenant compte des variabilités climatiques dans la zone. Pour ce faire, des variables d'entrée ont été utilisés pour modéliser de l'utilisation des ressources en eau par le biais du logiciel WEAP (Water Evaluation and Planning System), précédé par un traitement cartographique pour la délimitation de la zone par le logiciel QGIS. Les données sur la précipitation sont obtenues avec la médiane des valeurs issues des modèles climatiques du scenario RCP4.5. Les principaux résultats de cette étude concernent à la fois l'utilisation de l'eau à des fins agricoles et pour un usage urbain. Et les stratégies proposées concernent tous les acteurs de tous les niveaux, des utilisateurs à l'Etat central. Nous avons évoqué l'urgence de la concrétisation des recommandations émanant de cette étude vue les réalités actuelles ainsi que la prévision issue de la modélisation.

Suivi hydrologique par altimétrie spatiale dans le bassin du Congo

Le satellite SWOT sera lancé fin 2022 par le Centre National d'Etudes Spatiales (CNES) français et la National Aeronautics and Space Administration (NASA) américaine. L'altimétrie spatiale permet de compléter les données hydrométriques in situ à travers l'établissement de «stations virtuelles», au croisement de la trace au sol du satellite avec un cours d'eau. SWOT améliorera encore la couverture des zones observées ainsi que la précision grâce à une technologie innovante. Un projet d'appui à la Commission Internationale du bassin Congo-Oubangui-Sangha (CICOS) développé depuis 2016 sur financement de l'Agence Française de Développement (AFD) et facilité par l'Office International de l'Eau (OiEau) permet de promouvoir l'hydrologie spatiale à travers un groupe d'institutions françaises, en appui à la CICOS. Diverses activités ont été développées dont la fourniture d'une base de données spatiales par l'Institut de Recherche pour le Développement (IRD), ainsi que la comparaison avec des données in situ. Une méthodologie innovante a été proposée par l'Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE) pour passer des altitudes aux débits aux stations virtuelles. Des applications spécifiques ont par ailleurs été développées par la Compagnie Nationale du Rhône (CNR) pour l'hydroélectricité et la navigation fluviale.