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.

Quantification of water related soil erosion in the transboundary basin of the Bia (West Africa)

In view of the complexity of the phenomenon of water related soil erosion in the Bia catchment area, linked to a large heterogeneity of soils, to a very scattered and in some places non-existent vegetation cover, and to a poorly distributed precipitation in both space and time, a mapping test of the “specific erosion” random variable is undertaken. The mapping of the intensity of the erosion hazard was carried out using the Universal Soil Loss Model (USLE). The map shows that the basin is generally characterized by relatively moderate erosion rates with an average erosion rate of 16 t/ha/year.

Multiyear rainfall variability in the Mono river basin and its impacts on Nangbeto hydropower scheme

Hydropower energy, the main renewable energy source in West Africa, contributes to more than half of the Togo and Benin National electrification. This resource highly depends on water availability in rivers or reservoirs. The water availability heavily relies on climate patterns of the area. In the climate change context, the sustainability of hydropower plants is at risk. This work aims to assess the sensitivity of the Nangbeto hydropower plant to multiyear climate variability using statistical analysis. The results show that energy generation at Nangbeto hydropower is more modulated by four main variables namely inflow to reservoir, water level, rainfall of the actual and the previous year. The energy generation is found to be strongly and significantly correlated to inflow to reservoir, water level, and rainfall. Overall, the Nangbeto hydropower generation is more sensitive to inflow which is controlled by climate variables (rainfall, temperature) and land use/cover change. Therefore, the probable future change in these variables is suggested to be deeply investigated.

Improvement of river network representation in Africa: application of an approach based on digital elevation data and environmental characteristics

In many continental databases representing rivers across Africa, information on rivers characteristics (length, width, intermittent or perennial) is often incomplete, and small streams are largely underrepresented. Fortunately, the use of topographic information from digital elevation models (DEMs) provides an opportunity to have more detailed information on rivers, particularly small streams in broad areas. A common approach to extract streams from DEM is to consider as a stream all DEM cells that drain at least a certain upstream surface, commonly known as the minimum contributing area (Amin). This parameter (Amin) is generally defined uniformly over large areas and this independently of the very variable climate and landscape conditions so that the generated streams have a rather uniform spatial distribution. To address this issue, using a 3′′ (approx. 90 m × 90 m) DEM of Burkina Faso, the relationship between Amin and the observed drainage density (Ddobs) was established with satisfactory performance (r2=0.86). In ongoing work, the functional relationship between the observed drainage densities (Ddobs) and environmental variables (lithology, climate, geology, vegetation cover) should allow for the establishment of the relationships between Amin and the environmental variables. This relationship allows for spatially variable Amin values depending on landscape characteristics. Before extracting river networks in Africa, the next step will be to validate or update these relationships in several countries.

Integrated water resources management approach in mitigating the potential impacts of climate change on hydrology in Gurara reservoir catchment, Northwest Nigeria

The strategies and actions in the management of African River Basins in a warming climate environment have been studied. Using the Gurara Reservoir Catchment in North-West Nigeria as a case study, summations were proposed using hypothetical climate scenarios considering the Global Climate Models prediction and linear trend of the data. Four (4) proposed scenarios of temperature increase (1 % and 2 %) coupled with a decrease in precipitation of (−5 % and −10 %) were combined and applied for the study area. The Water Evaluation and Planning Tool was used to model and evaluates the impact of the earth's rising temperature and declining rainfall on the hydrology and availability of water by investigating its resilience to climate change. Modelling results indicate a reduction in available water within the study area from 4.3 % to 3.5 % compared to the baseline with no climate change scenario, revealing the current water management strategy as not sustainable, uncoordinated, and resulting in overexploitation. The findings could assist in managing future water resources in the catchment by accentuating the need to put in place appropriate adaptation measures to foster resilience to climate change. Practically, it is pertinent to shape more effective policies and regulations within catchments for effective water resources management in reducing water shortage as well as achieving downstream water needs and power benefit in thefuture, while also allowing flexibility in the operation of a reservoir with the ultimate goal of adapting to climate change.