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« Bassin versant de la rivière
Luilu : Morphologie, Caractères physiques et Bilan
hydrologique »
*Par Kalau kaseke Albert.
INTRODUCTION.
L'étude que nous vous présentons
aujourd'hui s'inscrit dans un cadre purement prévisionnel du facteur
morphométrique, des caractères physiques et du déficit
d'écoulement desquels dépendent l'alimentation, le ruissellement
de surface et par voie de conséquence le réseau
hydrographique.
Notre but est d'examiner un cas,celui du bassin
versant de la rivière Luilu.
1. MORPHOLOGIE.
Le relief intervient comme facteur
morphométrique dont dépendent le ruissellement, l'infiltration,
et le réseau hydrographique.
Du point de vue morphométrique, la
région de Kolwezi présente deux zones :
*au Nord - Ouest, le promontoire de N'ZILO c'est une zone
à relief tourmenté ou affleure un massif des roches relativement
dures. Le fleuve Lualaba et quelques uns de ses affluents traversent ce massif
par une suite des rapides et des chutes se déversant dans la
dépression de l'upemba.
Cette situation peut trouver son explication dans le
phénomène de la tectonique antérieure aux
déformations actuelles ( FUKIAU 1980 ).
*au Sud - Ouest et Nord -Est, les hauts plateaux sablonneux de
Manika et de Biano sont séparés par la vallée du Lualaba
qui se prolonge jusqu'au Sud-Est.
Les versants de ces plateaux sont faiblement inclinés. Ils
sont entrecoupés de petits reliefs qui encadrent la vallée
du Lualaba.
Cette structure sert de réservoir hydrogéologique
dans cette région qui est aussi caractérisées par une
pente généralement faible, l'indiced'un écoulement
superficiel et d'une intense infiltration. L'altitude varie entre 1400 et 1500
mètres et les dépressions sont occupées par des
rivières. Cette région appartient intégralement au bassin
versant du Lualaba.
Enfin, la région de Kolwezi trahit une tendance karstique
du point de vue géomorphologique avec fréquemment des dolines.
2. HYDROGRAPHIE
La région de Kolwezi appartient
intégralement au bassin versant du fleuve Lualaba (source du fleuve
Congo). Elle est parcourue par de nombreux petits cours d'eau qui tirent leurs
sources dans le plateau de Manika. Les plus importants de ces cours d'eau sont
la Luilu et Musonoi.
Ces deux cours d'eau sont de loin des plus importants de la
région de Kolwezi qui est en plus caractérisée par une
surface à pente très faible. Sur cette surface, les deux cours
d'eau ont rendu possible la formation des plaines alluviales.
Au bassin versant de la Luilu plus
à l'Ouest, appartiennent les cours d'eau Walemba, Potopoto, Luilu,
Dikulwe et Kabulungu qui s'écoulent du Sud vers le
Nord et drainant les eaux du plateau sablonneux de Manika.
.........................................................................................................
* Assistant à l'ISTA Kolwezi
Pour faciliter le creusement des carrières de
Dikulwe et de Mashamba,les rivières
Luilu et Kabulungu ont été
asséchées par la construction de quatre digues et
détournées vers la Potopoto
située plus à l'Ouest.
3. VEGETATION
La région de Kolwezi abrite en général la
foret claire que Malaise appelle « Miombo ».
Elle renferme par endroits le Muhulu ou foret dense sèche
et le long de certains cours d'eau, le Mushitu ou foret de galerie avec
plusieurs espèces sempervirentes.
Les sols y sont relativement pauvres et
colonisés par des formations plus herbacées qu'arborescentes.
Dans les endroits périodiquement inondés, s'observent des Dembos
( savanes à herbes hautes et denses) tandis qu'en amont des cours
d'eau, une végétation basse de type steppe colonisant les hauts
plateaux (MBEZA, 1973).
4. CARACTERES PHYSIQUES DU BASSIN VERSANT DE LA LUILU.
Le bassin versant ou bassin hydrologique est une
zone du relief dont les ruissellements de surface s'écoulent et se
rassemblent vers un émissaire commun.Il est déterminé sur
une carte topographique par une courbe joignant les lignes de crête en
amont de l'émissaire tel que les eaux de ruissellement en dehors de
cette ligne deviennent des fuites. C'est pourquoi toute ligne de crête
est dite ligne de partage des eaux.
4.1. LA FORME DU BASSIN.
Un bassin versant est caractérisé
par les paramètres suivants : courbe hypsométrique, l'indice
de pente, la forme du bassin, le périmètre, l'indice de
compacité.
a) Le périmètre du bassin(P) mesuré au
curvimètre, le long de la projection sur la carte de la ligne de partage
des eaux est de 62 Km( moyenne obtenue après dix mesures).
b) La surface du bassin (A) mesurée au planimètre
est de 224 Km2 (moyenne obtenue sur dix mesures).
c) L' indice de compacité (5Kc) ou coefficient de
Gravelius qui est le rapport du périmètre du bassin versant (P)
à celui d'un cercle dont la surface équivaut à celle du
bassin versant (A). Analytiquement, on exprime Kc par l'expression :
Kc =0,28.P.A-1/2
Si Kc =1,nous avons un bassin de forme carrée.
Dans notre cas P = 62km,A =224 Km2 et Kc =1,16. Le
bassin de la rivière Luilu n'est pas étiré.
d) Le rectangle équivalant du bassin est défini
comme ayant le même périmètre, la même superficie,
donc le même indice de compacité et la même
hypsométrie que le bassin versant.
Les dimensions d'un tel rectangle sont données
par :
La longueur : L =Kc/1,12.
A1/2(1+(1-(1,12)2 /Kc)1/2)
La largeur : l = Kc/1,12.
A1/2(1-(1-(1,12)2 /Kc)1/2) ou encore l =
P/2 - L = A/L
Pour le cas du bassin de la Luilu, A =224 Km2, P= 62
Km et Kc = 1,16 et après les calculs L = 19,5 Km et l = 11,5 Km (
FUKIAU,1980).
1.4.2. CLASSIFICATION DES THALWEGS DANS LE BASSIN
VERSANT.
Hiérarchiser un réseau,
signifie classer ses cours d'eau constitutifs selon leur ordre d'importance.
Chaque cours d'eau se jetant dans un autre plus grand.
Plusieurs auteurs l'ont déjà
fait, mais deux d'entre eux ont retenu notre attention : Horton (1945) et
Schum (1956)
En effet, Horton définit un ordre de Thalwegs à
partir d'une règle apparemment simple :
Tout cours d'eau sans affluent est d'ordre 1, tout cours d'eau
ayant un affluent est d'ordre X ou d'ordre X+1 et gardera cet ordre sur tout
son parcours. A la confluence de deux cours d'eau d'importance égale,
cas très répandu, on donne l'ordre supérieur à
celui qui a fait le plus long parcours.
Par ailleurs, la classification des Thalwegs selon Schum est
assez délicate. Schum définit un ordre de tronçons de
Thalwegs à partir d'une règle simple : est d'ordre 1 tout
cours d'au qui n'a pas d'affluent. La confluence de deux Thalwegs d'ordre X
donne lieu à un Thalweg d'ordre X 1tandis que le résultat d'un
Thalweg d'ordre inférieur avec un Thalweg d'ordre supérieur a
pour ordre celui du Thalweg d'ordre supérieur.
Le nombre affecté au cours principal à l'exutoire
désigne donc le nombre maximal d'affluence de tous ordres, chaque ordre
n'étant compté qu'une fois : c'est une indication sur
l'importance du cours principal. ( fig. 2)
1.4.2.1. CALCUL DES PARAMETRES MORPHOLOGIQUES
Après avoir déterminé l'ordre X de divers
Thalwegs S pour le Thalweg principal ( NX) de cours d'eau d'ordre (X), la
longueur cumulée de tous les cours d'eau (LX).
Ayant des données, nous allons calculer pour tout le
bassin les caractères morphologiques suivants :
- Le coefficient de drainage( ou densité
hydrographique) : C'est le nombre de canaux d'écoulement (cours
d'eau) au kilomètre carré.
N = n /A
n = nombre de canaux d'écoulement,
A = superficie du bassin en Km2.
Pour ce bassin, la densité hydrographique vaut :
0,183 Km2.
- La densité de drainage : c'est le rapport de la
longueur des canaux d'écoulement à la superficie du
bassin,c'est-à-dire la longueur totale du cours d'eau d'un bassin
divisé par la superficie de celui-ci.
Dd = Lt /A
Lt =longueur totale du cours d'eau
A = Superficie du bassin.
Pour ce bassin Dd vaut 0,5 Km-1 avec A =224Km2 et Lt =112 Km
- Le rapport de confluence / C'est le rapport du nombre de
thalwegs d'ordre i sur le thalweg d'ordre i+1 de l'ordre immédiatement
supérieur.
Rc = Ni/ Ni+1
Ce bassin a un rapport de confluence de 3,9 ( fig.3).
- le rapport de longueur (Rl)
Est le rapport entre la longueur
moyenne (I i+1) d'un segment d'ordre i+1 sur celle Ii d'un segment d'ordre i.
Ce bassin a un rapport de longueur de 1,6 ( fig3)
Théoriquement les rapports Rc et Rl expriment
simplement que le nombre des Thalwegs d'ordre successivement croissant, dans un
bassin, sont en progression géométrique inverse, tandis que les
longueurs moyennes, elles, s'ordonnent suivant une progression
géométrique directe( José Llamas, 1985)
Le tableau ci-après reprend la détermination des
paramètres morphologiques.
|
i
|
Ni
|
Li(Km)
|
Rc =Ni/Ni+1
|
Rl = Ti+1/Ti
|
Li (Km)
|
|
1
|
31
|
60,8
|
4,43
|
1,15
|
2,0
|
|
2
|
7
|
16,2
|
3,5
|
7,3
|
2,3
|
|
3
|
2
|
29,3
|
2
|
2,46
|
14,7
|
|
4
|
1
|
5,6
|
-
|
-
|
5,6
|
|
Li = 111,9 Km (longueur cumulée des thalwegs.)
|
1.5. BILAN HYDROLOGIQUE ET DEFICIT D'ECOULEMENT D'UN
BASSIN.
Pour un bassin hydrologique
déterminé et pour une période de temps également
déterminée (une année hydrologique par exemple), on
a : D = P - Q ;
D représente l'évapotranspiration totale,
P représente l'ensemble de précipitation
totale,
Q représente le ruissellement ou encore
l'écoulement du ou des émissaires qui drainent le bassin.
La quantité D, valeur de l'évapotranspiration
est aussi désignée sous le nom très significatif de
déficit d'écoulement.
Dans la pratique, toutes ces
grandeurs ( D, P et Q ),qui représentent, en fait, des volumes d'eau,
s'expriment par la hauteur moyenne, correspondant à chacune d'elles, si
ces volumes étaient uniformément répartis en lame mince
sur toute la surface du bassin de la Luilu.
*la variation des ressources(eaux souterraines) est, en
général,
négligeable durant la période
considérée (année hydrologique 1977-1996) , soit
1,35977m.
En effet, ce bassin accueille 304.588.480m3 d'eau
pluviale en moyenne par an.
En fait, il faudrait aussi tenir compte des
précipitations occultes,
Condensations internes et rosées, qui peuvent, dans
certains cas, avoir des valeurs importantes mais qui sont très mal
connues, difficiles ou impossibles à évaluer, sauf dans les cas
expérimentaux, toujours limités dans l'espace, et qui ne peuvent
donner lieu qu'à des extrapolations prudentes.
En effet A.COUTAGNE
(1934) a déduit,de ses multiples observations et analyses du
régime de nombreux bassins ,la possibilité d'exprimer le
déficit par la formule :
D = P - P2
avec D et P en mètre ( m).
= 1 / 0,8 + 0,14
T
T = température moyenne exprimée en
degré celcius ( C° ).
Cette formule serait valable entre les limites : 1 /(8)
P 1/ ( 2)
Dans le cadre d'espèce du bassin versant de la Luilu
situé dans le degré carré de Kolwezi, la
température moyenne est de 20,10°C d'où ;
= 1/ 0,8+ 0,14 (20,10) = 0,27672.
Limites : 0,4517495 P 1.8069981
et la pluviométrie annuelle moyenne pour l'année
hydrologique 1977-1996 est de 1359,77 mm soit1,35977 m .
Le déficit d'écoulement D sera :
1,35977 - 0,2767 ( 1,35977)
= 0,848156 m ou 848,156 mm.
En utilisant la formule empirique de COUTAGNE, nous aurons D
= P - Q.
Dans le cas de notre bassin nous avons le
déficit d'écoulement D =848,156 mm et la pluviométrie
annuelle moyenne est de 1359,77 mm.
D'où le ruissellement ou encore les émissaires
drainants aura pour valeur
Q = P - D
= 1359,77 - 848,156
=511,614 mm
Cette formule de COUTAGNE a des défauts sur son
ensemble parce que lors de son établissement le chercheur a omis
l'apport de l'infiltration dans le bilan hydrologique, la formule de J. DUPUIT
(1863)
*P = I + R + E emporte notre adhésion. Dans cette
formule :
P = pluviométrie annuelle
I = infiltration efficace
R = ruissellement
E = évapotranspiration
Nous savons que d'après l'étude
faite en 1975 par J.PLACET « Région de Kolwezi :
Monographie hydrologique » le coefficient d'infiltration des eaux
pluviales dans la région de Kolwezi est estimé à 20 %.
Sachant que les précipitations annuelles atteignent
à Kolwezi 1359,77 mm d'eau, il est possible d'évaluer la
quantité d'eau de pluie réalimentant les nappes :
P =1359,77 mm et E = D = 848.156 mm
I = 20 % de P = 271,954 mm
Le volume total d'eau de pluie(VI) s'infiltrant
dans le sous -sol dans ce secteur vaut :
VI = SB.I
( SB: la surface du basin versant et
I :l'infiltration)
VI sera de :
224 .106.0,271954 = 60.917.696 m3
Alors le ruissellement R sera de R = P - I - E
=
1359,77 - 848,156 - 271,954
=
239,66mm.
Le volume total d'eau de pluie ruisselant dans ce bassin
équivaut à :
VR =SB.R =
224.106.0,23966 =53.683.840m3
(VR = volume d'eau ruisselant et
SB = surface du bassin versant)
Nous signalons que le déficit
d'écoulement moyen annuel est relativement constant pour les bassins
étendus ne comportant pas de zones montagneuses.
2. CONCLUSION
A l'issue de cette
étude nous retenons les traits essentiels suivants :
- Le bassin versant de la Luilu n'est pas
étiré ; sa densité hydrographique est de 0,183
km-2 et son rapport de confluence est de 3,9 .
- Ce bassin a un rapport de longueur de 1,6.
Cette étude prouve
que, pour être valide, tout projet relatif à la construction des
ponts, des voies de navigation, etc visant des aménagements
destinés au développement des contrées situées sur
le bassin versant de la Luilu, doit tenir compte de sa morphologie, de ses
caractères physiques et de son bilan hydrologique.
3. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
1. A.COUTAGNE et al (1934) : De l'eau qui tombe à
l'eau qui coule. Evaporation et déficit
d'écoulement .Rapports présentés à la 5
eme assemblée
à
Lisbonne (17-24 sept.1934) de l'Association
internationale d'Hydrologie scientifique .Bulletin n° 20,
258p.
2. J.DUPUIT (1863) : Etudes théoriques et
pratiques sur le mouvement des eaux dans les
canaux découverts et
à travers les terrains perméables .Dunod 2eme
éd,
395p.
3. JOE LLAMAS (1985) : Hydrologie
générale : principes et applications,éd. Gaetan
Morin,487p.
4. HORTON (1945): Erosional, developpements of strams and
their drainage basins;
Hydrographysical approach to
quantitative morphology, Géol. Soc.
Am.Bull.Vol.59, pp 279 -
370.
5. MBEZA M.(1973) : Essai de division climatologique du Shaba
(sur base des diagrammes
Ombrothermiques).Mém. Licence Géographie Physique. Fac. Sci..
UNILU, 79p.
6. SCHUM (1956): Evolution of drainage systems and slopes
in bund lands at Perth Amboy,
New Jersey, Géol.
Soc.Am.Vol.67, pp.597 -646.
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