Article de recherche / Research Article

Élasticité des débits aux précipitations en Afrique sub-saharienne

Rainfall elasticity of streamflow in sub-Saharan Africa

¹ Tractebel, 5 rue du 19 mars 1962, 92622 Gennevilliers Cedex, France
² Artelia, 6 avenue de Lorraine, 38130 Echirolles, France
³ INRAE, Unité de Recherche HYCAR, Antony, France

^* Auteur correspondant : pierre-yves.bourgin@arteliagroup.com

Reçu : 6 Juillet 2020
Accepté : 5 Janvier 2021

Résumé

L'estimation de l'élasticité des débits aux précipitations est présentée pour un ensemble d'une cinquantaine de bassins versants situés en Afrique sub-saharienne. L'élasticité des débits aux précipitations est définie ici comme le changement proportionnel de l'écoulement moyen annuel divisé par le changement proportionnel de la précipitation moyenne annuelle. Elle décrit donc la sensibilité des débits à des changements de précipitations et s'avère un outil utile pour évaluer de manière simple, mais non simpliste, l'impact du changement climatique dans des projets relatifs à l'utilisation des ressources en eau. L'élasticité des débits aux précipitations est évaluée ici de manière empirique grâce à des estimateurs non-paramétriques et des séries historiques de débit observé et de précipitation. Les résultats indiquent que l'élasticité des débits aux précipitations est de l'ordre de 1 à 3 sur les bassins versants étudiés. Les anomalies des précipitations sont donc amplifiées au niveau des écoulements avec un facteur de 1 à 3. L'élasticité des débits aux précipitations diminue lorsqu'augmentent l'écoulement moyen interannuel et le coefficient de ruissellement. En revanche, il ne semble pas exister de relation directe entre élasticité des débits et superficie de bassin versant. La cartographie des résultats ne révèle pas non plus de facteurs physiques pouvant expliquer la variabilité des valeurs d'élasticité. De même le type de climat ne semble pas un facteur explicatif de premier ordre.

Abstract

The rainfall elasticity of streamflow is estimated for about 50 catchments in sub-Saharan Africa. The rainfall elasticity of streamflow is defined as the proportional change in mean annual streamflow divided by the proportional change in mean annual rainfall. It is a measure of the sensitivity of streamflow to rainfall and has been found to be a simple tool able to provide robust estimates of the impact of climate change on water resources and support policy and planning decisions. In this paper, the rainfall elasticity of streamflow is estimated by non-parametric estimators and an empirical approach: the estimators are calculated directly from concurrent historical records of catchment precipitation and streamflow data. The results indicate that the rainfall elasticity of streamflow generally range from 1 to 3 over the catchments under study. This means that the change in rainfall is amplified in streamflow with a factor from 1 to 3. There is a strong inverse relationship between the rainfall elasticity of streamflow and the mean annual runoff or the runoff coefficient. It was not possible to identify any relationship between rainfall elasticity of streamflow and catchment area. From the mapping of the results, it was found difficult to identify physical reasons for the spatial variations in elasticity values. The climate classification seems to be a second-hand factor for variations in elasticity values.