Upscaling water availability and water use assessments in hydro-social systems: the small reservoirs of the Merguellil catchment (Central Tunisia)
Caractérisation des ressources et usages de multiples hydro-sociosystèmes : les retenues collinaires du bassin du Merguellil (Tunisie Centrale)
Résumé
Small reservoirs have become increasingly widespread across semi-arid regions, due to their ability to reduce
transport of eroded soil and harvest scarce and unreliable rainfall for local users. The scale and geographical dispersion
of these multiple hydro-social systems restrict their investigation, leading to difficulties in assessing their agricultural
potential, their cumulative influence on runoff, and in identifying strategies to support riparian farmers. This research
sought to develop a multi-scalar interdisciplinary approach to assess water availability across multiple small reservoirs
and understand hydrological and wider drivers’ influence on associated agricultural practices.
An Ensemble Kalman Filter approach was developed to combine 30 m Landsat flooded surface area observations
with a daily hydrological (GR4J + water balance) model on 7 gauged reservoirs. Data assimilation, providing nearreal
time corrections, reduced runoff uncertainties generated by highly variable and localised rainfall intensities and
lowered daily volume root mean square errors (RMSE) by 50% compared to the initial rainfall-runoff model forecast.
Compensating for Landsat’s reduced temporal resolution and correcting outliers, the method correctly reproduced
flood dynamics of 5 ha lakes (R²=0.9). Validated against extensive field data over 1999-2014, the method notably
establishes Landsat imagery’s ability to assess annual water availability on ungauged reservoirs as small as 1 ha
(RMSE circa 25%).
Applied to 48 small reservoirs and 546 Landsat 5-8 images, the treatment chain identified the significant water
scarcity and unreliability that impedes agricultural development on 80% of lakes in the Merguellil upper catchment
(Central Tunisia). In parallel, rapid surveys, quantitative questionnaires and semi-directed interviews confirmed
minimal withdrawals, yet highlighted the diversification of practices and the peripheral benefits accompanying small
reservoir development. Many farmers lack the capabilities to increase their withdrawals and suffer physical and economic water access difficulties, mismanagement, compounded through limited and short-term government assistance. Individual successes resulted from farmers’ economic resilience and means to secure alternate water supplies during dry spells. Faced with limited storage capacities and prolonged droughts, small reservoirs must in this climatic context retain their supplementary irrigation focus and not strive to support widespread intensification of irrigated practices.
Les retenues collinaires connaissent un essor dans les zones semi-arides pour leur capacité à réduire le transport des sédiments, et à capter les ressources pluviométriques aléatoires pour la petite agriculture. L’ampleur et l’éparpillement
de ces multiples hydro-sociosystèmes limitent leur étude, entrainant de fortes incertitudes sur leur potentiel hydrique
et leur influence cumulée sur les écoulements, ainsi que sur les stratégies permettant de soutenir les agriculteurs. Cette
recherche vise à développer une approche multi-échelle, interdisciplinaire pour quantifier les disponibilités en eau de
multiples retenues et éclairer les facteurs hydrologiques et sociaux influençant les pratiques agricoles.
Un Filtre de Kalman Ensemble couplant des observations 30 m Landsat de surfaces inondées avec un modèle
hydrologique journalier (GR4J + bilan hydrique) est développé sur 7 retenues jaugées. L’assimilation de données
réduit l’erreur quadratique moyenne (RMSE) sur les volumes de 50% par rapport à l’ébauche du modèle pluie-débit,
diminuant notamment les incertitudes générées par les précipitations intenses et localisées peu ou mal détectées.
Compensant la faible résolution temporelle et des valeurs aberrantes issues des images Landsat, la méthode permet
le suivi de dynamiques de crue de retenues de l’ordre de 5 ha (R²=0.9). Validée sur des données de terrain de longue
durée (1999-2014), la méthode démontre notamment le potentiel des images Landsat à quantifier la disponibilité en
eau annuelle de retenues non jaugées dès 1 ha (RMSE autour de 25%).
Appliquée à 48 retenues et 546 images Landsat 5, 7 et 8, la chaîne de traitement confirme les fortes incertitudes
et pénuries en eau, qui contraignent le développement agricole sur 80% des lacs du bassin amont du Merguellil en
Tunisie Centrale. La combinaison d’inventaires, d’enquêtes agricoles et d’entretiens semi-directifs atteste des prélèvements minimes mais relève la diversification des pratiques agricoles et les bénéfices périphériques accompagnant ces aménagements. De nombreux agriculteurs ne disposent pas des capabilités nécessaires pour augmenter leurs prélèvements et souffrent de problèmes physiques et économiques d’accès à l’eau, exacerbés par une gestion inefficace et un appui limité et de courte durée. Les réussites individuelles recensées témoignent de la résilience économique de certains agriculteurs, disposant de ressources complémentaires pour faire face aux pénuries. Au vu des capacités limitées et des sécheresses durables, les retenues collinaires dans ce contexte climatique doivent maintenir leur objectif initial d’irrigation de complément et non chercher à soutenir une intensification à plus grande échelle de l’agriculture irriguée.