Challenges of water resources planning in the Andes

Challenges of water resources planning in the Andes
Challenges of water resources planning in the Andes The case of Quito in Ecuador
POUGET Jean-Christophe*, CALVEZ Roger*, LE GOULVEN Patrick*, LLORET Pablo**,
VILLACIS Marcos*
*: IRD Ecuador, Ap. 17.12.857, Quito, Ecuador, tel: (5932) 250 48 56, fax: 250 40 20,
UMR G-EAU jcpouget@ird.fr; roger.calvez@ird.fr; patrick.legoulven@ird.fr;
UR GREAT ICE villacis@msem.univ-montp2.fr
**: FONAG, Av. Mariana de Jesús y Carvajal, Sector La Granja, Quito, Ecuador
Telefax: 593 (2) 2 433 -847, plloret@fonag.org.ec
ABSTRACT. AguAndes is a research project designed to promote the integrated water
resources management (IWRM) in Andean basins. Within the current political context of
the water management reorganization in Ecuador, IWRM on the region of Quito
constitute a pilot project characterized by: (a) strong socio-economic growth
transforming agricultural lands to urban areas; (b) competition between demands for
drinking water and irrigation leading to significant transfers from Amazonian high-altitude
watersheds, these resources located in ecologically sensitive areas are conditioned by the
glaciers heavily affected by climate change; (c) major water projects planning to increase
heavily interbasin transfers in order to cope with increasing demand over the next 50
years. One of the objectives of the project is to co-construct, with different partners,
water planning tools that take into account environmental and socio-economic
sustainability. These tools have to promote dialogues and consultations among all actors,
including that for civil society to be involved in decision making or at least informed.
RÉSUMÉ. AguAndes est un projet de recherche destiné à favoriser la gestion intégrée des
ressources en eau (GIRE) dans les bassins andins. Dans le contexte politique actuel de
réorganisation de la gestion des eaux en Equateur, la GIRE sur la région de Quito
constitue un projet pilote caractérisé par : (a) une forte croissance socio-économique qui
transforme l'usage agricole du sol au profit d'une urbanisation galopante ; (b) une
concurrence entre les demandes en eau potable et d’irrigation qui a conduit à des
transferts importants depuis les bassins d’altitude du versant amazonien, ces ressources
se trouvant en zones écologiques sensibles, conditionnées par les glaciers fortement
touchés par le changement climatique ; (c) la planification de grands travaux
d’aménagement pour augmenter fortement les transferts interbassins afin de faire face à
la demande sur les 50 prochaines années. Un des objectifs du projet est de co-construire,
avec différents partenaires, des outils d’aide à la planification qui prennent en compte la
durabilité environnementale et socio-économique. Ces outils doivent favoriser les
dialogues et les concertations entre tous les acteurs, pour que notamment la société
civile soit impliquée dans les prises de décision ou pour le moins informée.
KEYWORDS: integrated water resources management, Andes, decision support system,
allocation models.
MOTS-CLÉS : gestion intégrée des ressources en eau, Andes, système d’aide à la
décision, modèles d’allocation.
1
INTRODUCTION
La cordillère des Andes, située tout le long de la côte occidentale de l'Amérique du Sud
(Figure 1), constitue la plus longue chaîne de montagnes du globe, avec plus de 7000 km
et une altitude moyenne de 4000 m. Cette chaîne crée des milieux très différenciés.
Ainsi, en Equateur d’une superficie totale de 281 000 km2, trois régions naturelles sont
nettement identifiées d’Ouest en Est :
(1) la "Costa" comprend la frange littorale, dont la longueur diminue à mesure que l’on
descend vers le Sud (largeur moyenne de 100 km). Dans ses parties occidentale et
nord-occidentale, s’élève une petite cordillère qui ne dépasse pas les 800 mètres
d’altitude ;
(2) la "Sierra" est caractérisée par l’imposante barrière montagneuse des Andes dont la
largeur oscille entre 100 et 140 km. Dans sa partie nord, on distingue 2 massifs
(Cordillères Occidentale et Royale) bien séparés par un couloir interandin d’environ
40 à 50 km de large, et couronnés de volcans voisinant les 6000 mètres d’altitude
(Cotopaxi, Chimborazo). C’est dans un de ces bassins inter-andins, à 2850 mètres
d’altitude, que se situe Quito (Figure 1) ;
(3) l’"Oriente" est constitué par de grandes vallées alluviales souvent marécageuses,
partie prenante du bassin amazonien (Le Goulven & Ruf, 1992).
Le versant pacifique couvre 48% du territoire avec 12 millions d’habitants et une dotation
moyenne de 2 000 m3/hab/an (la dotation critique considérée par l’IWMI est de 1 700
m3/hab/an, www.iwmi.org) ; le versant amazonien couvre 52% du territoire avec
500 000 habitants et une dotation moyenne de 70 000 m3/hab/an (CNRH, 2007).
Les bassins andins se caractérisent ainsi par des contrastes très importants sur les
ressources et demandes en eau. Les ressources en eau sont abondantes et de très bonne
qualité en altitude, où les glaciers (Francou & Vincent, 2007) et les páramos (formations
herbacées de haute montagne, caractéristiques des Andes septentrionales, Girard, 2005)
jouent un rôle très important de régulation. Mais les totaux pluviométriques peuvent
descendre à 300 mm dans le fond des vallées bien abritées. L’irrigation y est
indispensable pour sécuriser la récolte et intensifier la production (Le Goulven & Ruf,
1992). L’irrigation est le fruit d’une histoire ancienne, qui a conduit à la superposition de
divers types d’aménagements et est marquée par de nombreux conflits. A l’heure
actuelle, des cultures d’exportation à hautes valeurs ajoutées côtoient des cultures
traditionnelles et de subsistance. Des transferts interbassins traditionnels existaient déjà
pour l’irrigation. Ces transferts ont été intensifiés et de grands aménagements sont
prévus afin de faire face à la croissance socio-économique. Les études de planification
prennent une importance encore plus grande avec le contexte actuel médiatisé du
changement climatique. En effet la fonte accélérée des glaciers andins ces dernières
décennies est avérée (Francou & Vincent, 2007). Mais l’impact sur les ressources en eau
fait l’objet d’expectatives souvent alarmantes (Vergara et al. 2007) qui rendent
nécessaires l’implication des scientifiques et le renforcement des études et de mesures
afin de disposer d’arguments solides et consistants.
Nous allons présenter le cas de la région de Quito, avec son contexte physique, social et
institutionnel et son évolution, et les enjeux de la planification des ressources en eau.
Nous présenterons certaines études réalisées et les recherches envisagées. Nous
conclurons avec l’évocation de ces enjeux sur différents sites des Andes, notamment au
Pérou et en Bolivie.
REGION DE QUITO : UN PEU D’HISTOIRE ET EVOLUTION ACTUELLE
Histoire du site
La zone occupée aujourd'hui par la ville de Quito est peuplée depuis au moins 900 ans
avant JC. À l'époque pré-incaïque, le site de Quito avait déjà une grande importance, en
raison de sa situation stratégique. Il était en effet situé au confluent de plusieurs routes
d'échanges entre les différentes populations de la zone, et fut donc le lieu d'intenses
échanges commerciaux. En 1487, ce site fut annexé par les Incas et devint le lieu de
résidence habituel de l'empereur.
2
La ville actuelle de Quito fut fondée officiellement par le conquistador espagnol Sebastián
de Benalcázar le 6 décembre 1534. Au début du XVIe siècle, la ville adopta un style
monumental, suite à la construction de plusieurs missions catholiques, d’églises et
cathédrale. En 1822 le général Antonio José de Sucre proclama l'indépendance de
l'Équateur. Quito devint alors le principal centre économique du pays jusqu'au début du
XXe siècle, où elle fut supplantée par Guayaquil.
La ville s'étend du nord au sud sur 20 km de longueur, à une altitude de 2 850 m, sur les
flancs du volcan Guagua Pichincha qui entra en éruption en 1999. Le volcan Cotopaxi,
culminant à 5 897 m, situé à 60 km au sud de Quito, a connu sa dernière grande
éruption en 1877 lorsqu'il détruisit plusieurs villes et vallées. La ville a également connu
plusieurs tremblements de terre.
Le bassin
La cuvette de Quito forme la partie haute du bassin du Guayllabamba. Le rio
Guayllabamba rejoint le rio Blanco pour former le rio Esmeraldas dont l’embouchure sur
l’océan Pacifique est situé au nord de l’Equateur. Le bassin du rio Esmeraldas a une
superficie de 21 700 km2. Le haut bassin du Guayllabamba a une superficie d’environ
4 700 km2 avant son embouchure avec l’Intag à une altitude de 1000 m (Figure 1).
Figure 1. Cordillère des Andes et bassin de Quito (sources : Google Maps ; Mafla, 2007)
Le bassin de Quito est une des régions la plus densément peuplée des Andes. La
population du District Métropolitain de Quito qui compte environ 2,5 millions d'habitants
en 2007, a été multipliée par 7 depuis 1950 et continue de s'accroître à un rythme rapide
(Figure 2, De Bievre et al., 2007). Ce taux de croissance induit une grande demande de
services basiques comme l’eau potable, l’électricité et les produits dérivés de l’agroindustrie. Cette évolution rapide conduit également à une transformation de l’usage du
sol, d’agricole à urbain (Lloret, 2005). Les principales demandes en eau dans le bassin
sont constituées par l’eau potable, les industries, la génération hydro-électrique et
l’irrigation. Le déséquilibre entre offre et demande et les problèmes de pollution ont
conduit à des transferts interbassins, spécialement depuis le versant amazonien.
3
Figure 2. Croissance de la population du DMQ de 1950 à 2007 avec projection jusqu’en
2025 (Source : Instituto Nacional de Estadística y Censos 2001; De Bievre et al., 2007)
Eau potable
Ainsi pour l’adduction en eau potable du District Métropolitain de Quito (DMQ), le tableau
1, présenté plus loin et tiré de Ayabaca (2006), détaille les différentes offres du DMQ
pour l’année 2005, qui représentent un débit d’environ 7.2 m3/s. Les puits permettent de
mobiliser moins de 0.3 m3/s, soit moins de 4% de l’offre totale. La part de mobilisation
de bassins du versant amazonien, dont les travaux ont été réalisés durant la dernière
décennie, s’élève à 63%, avec une offre de 4.5 m3/s : 3 m3/s provenant du système
Papallacta, dont 1.4 m3/s de la ramification nord avec le réservoir Salve Faccha (bassin
Oyacachi), et 1.5 m3/s du système La Mica à partir de l’Antisana (Figure 6).
L’EMAAP-Q est l’entreprise métropolitaine responsable de l’eau potable et de
l’assainissement de Quito. Le district métropolitain de Quito a récemment délégué à
l’EMAAP-Q toutes les activités opérationnelles qu’impliquent la gestion du milieu, la
gestion des bassins hydrographiques, la décontamination et la conservation des
ressources en eau. L’EMAAP-Q prévoit de grands aménagements, détaillés plus loin,
présentés comme la seule alternative, dès 2015, pour faire face à la croissance de la
population sur le DMQ. Ce projet vise à capter et réguler 31 cours d’eau du versant
amazonien, où l’EMAAP-Q a obtenu une concession de prise de 17 m3/s.
Ce développement est remis en cause par certains qui pointent : (a) les problèmes
d’atteinte possible à des écosystèmes jusqu’alors préservés (paramos de la bioréserve du
Condor, dans le Parc National Cotopaxi et dans les Réserves Ecologiques Cayambe Coca
et Antisana), (b) les déséquilibres dans l’économie locale avec des déplacements
désordonnés d’activités agricoles, (c) l’absence de structures institutionnelles pour
faciliter la résolution de conflits sur les droits d’eau, (d) la nécessité d’études (Lloret,
2005). En effet, si la demande en eau potable est relativement bien connue et bien
localisée, elle ne constituerait en 2007 qu’environ 17 % des demandes consommatrices
sur le bassin, 13 % correspondant à de l’eau industrielle (De Bievre & Coello, 2007).
Donc 70% de la demande correspondrait à de l’eau d’irrigation.
Historique des systèmes irrigués
Or, l’irrigation, fruit d’une histoire ancienne qui a conduit à la superposition de divers
types d’aménagements, fait l’objet de nombre d’incertitudes et de nécessité d’études.
Des archives, liées à l’administration coloniale à la fin du XVIème siècle, attestent
l’existence de nombreuses "acequias" (canaux d’irrigation). A cette époque, les colons
espagnols accaparent les meilleures terres et le processus de légalisation de ces terres
repousse les populations indigènes vers les zones d’altitude. La plupart des systèmes
actuels ont été construits entre le XVII et XIXème siècle, lorsque les grands propriétaires
terriens ont pu mobiliser la main d’œuvre indigène pour creuser et entretenir des canaux.
Au XIX et XXème siècle, la répartition foncière et de l’eau génèrent de nombreux
conflits : (1) les grandes haciendas commencent à se diviser entre héritiers, ce qui
amène la construction de nouveaux canaux ; (2) les groupements paysans, métis et
4
indigènes, réclament des droits d’eau pour leur implication dans la construction et
l’entretien des réseaux ; (3) des droits d’eau sont achetés sous forme variée pour être
revendus ou loués aux petits exploitants. L’accroissement démographique et les conflits
persistants entraînent une intervention de l’état. Le gouvernement militaire crée en 1966
l’Institut Equatorien des Ressources Hydriques (INERHI) et nationalise l’ensemble des
ressources en eau en 1972. D’une part l’INERHI étudie, construit et gère des grands
périmètres irrigués publics (500 à 10 000 ha), dont les exploitants agricoles payent une
redevance. D’autre part, l’INERHI contrôle et attribue les concessions (renouvelables tous
les 10 ans). Il légalise ainsi des droits d’eau anciens sur les périmètres d’irrigation privée
ou traditionnelle, périmètres souvent dispersés et aux caractéristiques rustiques.
L’inventaire des droits d’eau, des infrastructures d’accès, de transport et de répartition
de l’eau ainsi que la localisation et la caractérisation des périmètres irrigués ont été
réalisé par l’ORSTOM/IRD au cours des années 1986-92 dans le cadre du projet FITADE
(Le Goulven & Ruf, 1992).
Dans le cas du haut bassin du Guayllabamba, cette étude a inventorié environ 140 000
ha de périmètres irrigués, dont 7 périmètres publics couvrant 62 600 ha, soit 45% de la
totalité, et 77 400 périmètres privés répartis en 29 Zones d’Analyse et Recommandations
pour l’Irrigation (ZARI). Les bases de données correspondantes ont été transférées sur
Système d’Information Géographique. La Figure 3 permet de visualiser la complexité des
systèmes. Il est important de noter que, vu l’absence d’actualisation sérieuse, ces
surfaces sont encore considérées pour évaluer les dérivations en eau d’irrigation en
prenant en compte une répartition mensuelle moyenne de la dotation par hectare (De
Bievre & Coello, 2007). Cette estimation conduit à un débit fictif continu de 39 m3/s, avec
un pic très marqué en juillet, correspondant à 84 m3/s. Si l’implantation des
infrastructures a certainement peu changé, les cultures ont certainement beaucoup
évolué. Un enjeu important réside dans la caractérisation et l’analyse typologique des
pratiques d’irrigation et l’étude des valorisations économiques et sociales de l’eau pour
les différents types représentatifs (systèmes traditionnels, floriculture), pour tester
différents outils de gestion par la demande.
Figure 3. Les systèmes irrigués publics et
privés (Source : ORSTOM, 1992)
Figure 4. Stations hydro-pluvio. et zones
hydrologiques (De Bievre et al., 2008)
5
Institutions actuelles et évolution
Le Conseil National des Ressources en Eau (CNRH) a été fondé en 1994, suite au
démantèlement de l’INERHI. Le Secrétariat Général du CNRH est l’organisme chargé de
réguler, administrer, planifier et contrôler les ressources en eau. Le CNRH est notamment
chargé de l’administration des concessions d’eau via 11 agences de l’eau au niveau
national. Mais l’analyse des 7097 concessions de l’agence de l’eau de Quito met en
évidence une base avec des données peu fiables, non validées sur le terrain, avec plus de
la moitié des concessions non localisées (De Bievre & Coello, 2007). Il est également
souligné le travail nécessaire de critique et de mise à jour des données de pluie et
d’écoulement gérées au niveau national par l’Institut National de Météorologie et
d’Hydrologie (INAMHI).
Suite aux dernières élections présidentielles de 2006, il y a une volonté de réorganiser la
gestion de l’eau en Equateur. Les textes sont ainsi actuellement débattus au parlement
pour leur intégration dans la nouvelle constitution. Il devrait y avoir création d’un
secrétariat national de l’eau et mise en place d’une gestion par bassins hydrographiques.
Pour le District Métropolitain de Quito, il a été créé en 2000 le Fond pour la protection de
l’Eau - FONAG qui est un fidéicommis mis en place pour réaliser des projets relatifs à la
préservation des bassins hydrographiques qui alimentent Quito. C’est une structure
alimentée par la contribution d’adhérents fidélisés sur 80 ans (le principal est l’EMAAP-Q
qui verse 1% des ventes d’eau potable) et qui permet d’affecter les rendements du
capital au financement d’activités de conservation et d’entretien des sources d’eau
alimentant le DMQ et ses environs. Le FONAG, conformément à son mandat de création
et en accord avec ce qui est stipulé dans le Décret Métropolitain du 23 avril 2007,
propose un processus de changement dans la façon de voir et organiser le
développement dans le bassin de Quito. Ce processus vise à considérer comme
référence, la connaissance des limitations et des potentialités des ressources en eau, afin
d'apporter un critère environnemental intégral pour évaluer les alternatives
d'approvisionnement d'eau pour les centres urbains et productifs de la zone.
Le FONAG veut allier une vision institutionnelle et technique. Il gère ainsi depuis 2007
deux projets : (1) Gouvernance pour assurer à long terme la provision d'eau dans le
bassin de Quito, qui vise à développer une gestion participative ; (2) Gestion intégrée
des ressources en eau dans le bassin de Quito (GIRH-HQ), dont l’objectif principal est
d'offrir des outils pour la négociation à l'organisme de gestion de bassin.
Dans le cadre de ce 2ème projet financé par la Banque Interaméricaine de Développement
(BID), il a été développé et mis en service un prototype de portail de Système
d’Information des Ressources en Eau de Quito (SIRH-HQ), qui devrait permettre le
partage de bases de données des différentes institutions impliquées, avec un degré de
détail et de diffusion à la discrétion de chaque institution (Figure 5 ; Mafla, 2007).
Figure 5. Principe et prototype du portail du Système d’Information des Ressources en
Eau de la Hoya de Quito (Sources : Mafla, 2007 ; www.sur.iucn.org/sirh-hq)
6
Dans ce projet GIRH-HQ, il a été effectué une caractérisation de l’offre et de la demande
en eau sur le haut bassin du Guayllabamba qui souligne les carences en termes
d’informations : manque de connaissance de la variabilité spatiale de la pluie, en
particulier sur les zones de Páramos ; séries hydrologiques insuffisantes ; données de
concessions défaillantes ; non connaissance des consommations réelles industrielles et
surtout d’irrigation (De Bievre et al., 2007, 2008). Un modèle hydrologique conceptuel,
semi-distribué, déterministe, très simple a été élaboré sous ArcGIS à partir de
l’identification des différences de réponses de zones hydrologiques (Figure 4) afin de
quantifier l’offre en eau mensuelle moyenne interannuelle en n’importe quel point du
réseau hydrologique. Ce modèle est utilisé afin de réaliser des diagnostics entre offre et
demande pour divers scénarios prospectifs (De Bievre et al., 2008).
LES GRANDS AMENAGEMENTS PREVUS
Le Projet Rios Orientales (PRO, Figure 6), qui est dans la phase fin d’études de
préfaisabilité, est présenté par l’EMAAP-Q (Ayabaca, 2006) comme la seule alternative
dès 2015 pour faire face à l’augmentation de la population. Le PRO vise à capter et
réguler 31 cours d’eau du versant amazonien, où l’EMAAP-Q a obtenu une concession de
17 m3/s au-dessus de 3100 m d’altitude, concession ratifiée en février 2006 par le
conseil de l’eau du CNRH. Le tableau 1 (Ayabaca, 2006), présente les ressources en eau
déjà mobilisées par le DMQ en 2005.
Système
Q offre
(m3/s)
Papallacta pompage
3.00
Optim. Papallacta
1.38
Total Papallacta
Mica
3.00
1.50
Atacazo
0.19
Lloa
0.22
Pita
1.15
Noroccidente
0.08
Occidentales
0.14
Puits ville
0.05
Total ville
Antisana
6.33
Sources superfic.
0.14
Versants
0.49
Puits
0.22
Total Banlieue
0.85
Cotopaxi
TOTAL
7.18
Tableau 1. Offres DMQ 2005
(Ayabaca 2006)
Figure 6. Partie du système d’alimentation de Quito et
alternatives du Projet Rios Orientales (Ayabaca 2006)
7
Le graphique offre-demande projeté jusqu’en 2055 (Figure 7 ; Ayabaca, 2006) considère
un débit de demande moyen d’environ 285 l/hab/jour et un débit maximum journalier
d’environ 370 l/hab/jour (le rapport Qmax / Qmoyen est de 1,3). Ce graphique présente
les nouveaux projets les plus probables, avec :
(1) de 2010 à 2014, augmentation du pompage depuis Papallacta de 1.38 à 3 m3/s, le
débit transitant par le tunnel existant passant à 4.81 m3/s, avec les ramifications
nord et sud ;
(2) en 2015, entrée prévue du PRO, avec le nouveau tunnel transcordillère, avec un
débit initial de 4.63 m3/s, qui permet de suspendre les pompages depuis Papallacta
et de nombreux puits.
Figure 7. Croissance demande et offre en eau potable sur le DMQ (Ayabaca, 2006)
Les principaux ouvrages du PRO, présentés sur la Figure 6, sont constitués par :
(1) 3 réservoirs de régulation multi-annuelle d’environ 60 M.m3 de volume utile et de
nombreux captages d’altitude afin d’assurer une desserte gravitaire ;
(2) plus de 90 km de conduites et tunnels d’amenée des captages à la station de
traitement principale, dont 20 km de tunnel transcordillère ;
(3) plus de 33 km de conduites de transmission jusqu’aux points d’adduction de Quito et
des autres communes à desservir ;
(4) la construction de centrales hydro-électriques afin d’augmenter la production
électrique d’Equateur et d’assurer l’équilibre financier du projet.
Selon les études de préfaisabilité, le coût total du projet varie de 630 à 1090 M.$ US. Ce
coût dépend d’alternatives considérées pour les niveaux de captage et leurs
conséquences sur le dimensionnement des réservoirs, des conduites et tunnels
d’amenée. Trois alternatives sont présentées (Figure 6 ; Ayabaca, 2006) :
(1) L’alternative haute, qui doit son nom au fait de capter les cours d’eau le plus haut
possible (3420 m d’altitude), afin de pouvoir alimenter le réservoir de Cosanga. Il est
considéré un volume utile pour les 3 réservoirs (Tamboyacu, Maquimallanda et
Cosanga) de 58 M.m3.
(2) L’alternative moyenne, qui capterait les cours d’eau de la partie supérieure 100 m
plus bas (3320 m d’altitude), et donc ne permettrait pas le stockage de Cosanga et
demanderait un volume utile des 2 réservoirs (Tamboyacu, Maquimallanda) de
60 M.m3.
(3) L’alternative basse, avec des captages principaux 100 m plus bas (3220 m
d’altitude). Le nombre des captages serait réduit à 18 (au lieu de 27) et impliquerait
un volume de régulation utile des 2 réservoirs (Tamboyacu, Maquimallanda) de
l’ordre de 80 M.m3. Cette alternative se caractérise par l’utilisation quasi exclusive de
tunnels, avec un tracé d’amenée moins long.
8
Sans les réservoirs, et en considérant des débits écologiques estimés à 10% des débits
moyens, le débit garanti 95% du temps ne pourrait excéder 10 m3/s (Ayabaca, 2006).
Des experts de la Banque Mondiale ont estimé que, sans l’apport des glaciers, en raison
du changement climatique, il conviendrait de revoir à la hausse l’investissement du PRO
pour les 20 prochaines années de 100 M.$ US (Vergara et al., 2007). Il est clair qu’un
des enjeux de la planification est économique, mais les enjeux sociaux et écologiques ne
sont pas moins importants. Ainsi sur ces projets, il est sollicité très fortement les
ressources d’altitude liées aux páramos, qui sont les habitats de communautés
paysannes indiennes historiquement marginalisées et pauvres. Ces projets touchent des
páramos situés dans des parcs et des bioréserves, donc des écosystèmes avec une
grande biodiversité jusqu’ici préservée.
LES RECHERCHES EN COURS OU PREVUES
Différentes recherches complémentaires sont en cours ou sur le point d’être menées afin
de répondre à différents enjeux liés à la planification des ressources en eau.
Débits écologiques des bassins d’altitude
A la demande de l’EMAAP-Q en 2005, il a été initié une étude pour proposer des débits
écologiques afin de maintenir la biodiversité des bassins versants d’altitude, notamment
dans la zone de Papallacta, déjà fortement sollicitée par des prélèvements. Cette
recherche propose d’utiliser des macro invertébrées comme bio indicateurs des milieux
aquatiques. Cette étude, unique en son genre pour des zones de haute montagne à cette
latitude, passe par des campagnes de prélèvements et le suivi sur plusieurs années de
cours d’eau en amont et en aval de prises d’eau et sur des sites de référence encore
préservés (Fossati & Calvez, 2006). Une recherche complémentaire est menée en
utilisant un dispositif de petits filets à mailles variables, laissées dans les cours d’eau,
pour piéger des macro invertébrées et estimer la consommation de biomasse, ce
dispositif donnant des indications plus intégratrices dans le temps (Dangles et al., 2001).
Cette prise en compte de la qualité et de la durabilité environnementale dans la
planification est un sujet de recherche en plein essor (Yurdusev & O’Connell, 2005).
Dynamiques d’écoulements en contexte glacio-pluvio-nival
Un enjeu important pour la planification est une meilleure évaluation des dynamiques des
ressources en eau d’altitude et de leurs évolutions probables dans un contexte de
changement climatique. Sans pouvoir trancher sur l’origine anthropique de ce
changement, les glaciers sont des très bons indicateurs des tendances climatiques. La
Figure 8 montre ainsi très clairement la diminution des glaciers andins, dont l’Antisana,
sur les 50 dernières années (Francou & Vincent, 2007).
Cumulativelengthevolution (m)
-200
-50000
-400
-100000
-600
-150000
antizana 15A
antizana15b
-800
-200000
yanam ar e y
br oggi
-1000
-250000
pas tor ur i
ur uas hr aju
-1200
Cajap
-300000
Cumulativeareaevolution(m²)
0
0
Zongo (are a)
-1400
Char quini-S (ar e a)
-350000
Chacaltaya (are a)
-1600
1930
-400000
1940
1950
1960
1970
1980
1990
2000
Figure 8. Evolution de la longueur ou de la surface de dix glaciers en Equateur (Antizana
15a and 15b), au Pérou (Yanamarey, Broggi, Pastoruri, Urushraju, Cajap) en Bolivie
(Zongo, Charquini, Chacaltaya) entre 1930 et 2005. (Francou & Vincent, 2007).
9
Dans sa thèse sur le cas du volcan Antisana, Villacis (2008) a pu estimer l’importance de
l’apport glaciaire sur des bassins partiellement englacés situés au dessus de 4000 m
d’altitude en utilisant des mesures hydro, glacio et météorologiques encore inexploitées
(1999-2007). Des modèles conceptuels ou statistiques de simulation des débits de fonte
ont permis de mettre en évidence sur la période 2005-2006 le rôle du facteur
température, mais aussi celui du vent dont la force et la direction sont reliées aux flux
d’humidité et influent aussi sur la sublimation. Si les conditions climatiques actuelles se
maintiennent, d’autres modèles montrent que, après une augmentation des débits due
au rapide recul actuel des glaciers : i) dans l’hypothèse du scénario A2 pessimiste du
GIEC (réchauffement de +5,7°C en 100 ans), l’apport glaciaire diminuera et disparaîtra
en 60 ans, alors que ii) dans l’hypothèse du scénario moins pessimiste B1 (+1,8°C en
100 ans), cette disparition aurait lieu après 140 ans (Villacis, 2008).
Ces résultats ne sont pas aussi catastrophiques que ceux évoqués dans Vergara et al.
(2007) et confirment qu’il y a nécessité d’intensifier les recherches et les mesures afin
de mieux évaluer le rôle des dynamiques des glaciers sur les écoulements (Bradley et al.,
2006). Des études en ce sens ont été menées notamment par les travaux de Pouyaud et
al. (2005), Juen et al. (2007), Suarez et al. (2008) sur la Cordillère Blanche. Notre
équipe IRD vient d’être associée, en avril 2008, avec le Stockholm Environment Institute
(SEI) sur le projet Banque Mondiale "Assessing the Impacts of Climate Change on
Mountain Hydrology : Development of a Methodology through a Case Study in Peru" afin
de proposer une modélisation adaptée pour les écoulements glaciaires et les páramos qui
permettra de tester différentes hypothèses de changements climatiques. Cette
modélisation sera calée et validée sur 3 bassins du Pérou (Santa, Rimac et Mantaro ;
Figure 1) et sera testée ultérieurement sur les bassins d’altitude de la région de Quito.
Il a été souligné pour ces bassins le rôle régulateur très important des páramos et le
manque d’informations hydrologiques de base (De Bievre et al., 2007). Des campagnes
de mesures ont été initiées avec L’EMAAP-Q et vont être intensifiées sur des bassins
pilotes. Il sera également testé une modélisation hydrologique à base géomorphologique,
qui a donné des résultats intéressants pour des transpositions sur des bassins avec pas
ou peu de données hydrologiques (Cudennec et al., 2007).
Dynamiques d’évolutions urbaines et agricoles
Il a été souligné précédemment la forte croissance socio-économique de la région de
Quito et le manque de connaissance des consommations réelles liées à l’irrigation, qui
constituerait pourtant 70% des demandes consommatrices du haut bassin de
Guayllabamba (De Bievre & Coello, 2007).
L’inventaire des droits d’eau, des infrastructures d’accès, de transport et de répartition
de l’eau ainsi que la localisation et la caractérisation des périmètres irrigués ont été
réalisé par l’ORSTOM/IRD pour l’année 1992 (Le Goulven & Ruf, 1992). A partir de cet
état, les dynamiques d’évolution urbaines et agricoles vont pouvoir être étudiées sur ces
15 dernières années, en exploitant notamment les couvertures d’usages des sols
réalisées sur tout le bassin, par The Nature Conservancy-TNC, pour les années 1998 et
2007 (Mafla, 2007). Il est intéressant d’analyser les fronts d’urbanisation pour
comprendre comment les zones périurbaines vont s’intégrer dans le réseau officiel AEP,
comment les droits d’eau qui sont liés à un usage agricole vont être transformés ou non
en droits urbains. L’implantation du nouvel aéroport dans la vallée à l’horizon 2010
pourrait ainsi créer de profonds changements.
Les études vont également porter sur la représentation socio-économique des activités
agricoles dans le bassin, à partir de l’établissement de typologies d’exploitations agricoles
et des ateliers de production, et sur des tests de scénarios d’évolutions pluriannuelles de
ces activités. Une perspective de recherche intéressante consiste à proposer une
modélisation de la demande en eau agricole sur des bases biophysiques et socioéconomiques, modélisation qui pourrait être capitalisée dans l’évolution de
l’environnement de modélisation ZonAgri (Pouget et al., 2006) et permettrait de tester
différents outils de gestion par la demande.
10
Allocation et planification des ressources en eau
Les recherches sur les modèles d’aide à la planification vont porter sur la conception de
tests de scénarios d’évolution, pertinents en termes de variabilité hydrologique, avec les
effets du changement climatique, et d’évolutions socio-économiques et écologiques.
En effet, dans les modèles classiques d'allocation des ressources, les tests portent sur
des alternatives des systèmes étudiés où sont fixés des états d'aménagements et des
règles de gestion. Les états d’aménagements sont représentés par la construction
interactive des schémas topologiques des systèmes étudiés sous forme de réseaux
hydrauliques constitués de nœuds et d’arcs (Pouget et al., 2006). Généralement, ces
modèles permettent de simuler le fonctionnement d’un système par l'application de
consignes de gestion sur de longues séries temporelles d'apports, considérées comme
représentatives de la variabilité hydrologique (Wurbs, 2006). L'évaluation des
performances d’un état du système et d’un mode de gestion est réalisée par des analyses
statistiques des résultats obtenus par rapport aux objectifs. On peut ainsi étudier la
fréquence d'apparition de défaillances (fiabilité), l'ampleur des déficits (vulnérabilité) et
la durée des pénuries (flexibilité) (Moy et al., 1985 ; Rodding & Rosbjerg, 2004).
Or, dans de nombreux projets, il convient d'étudier des dynamiques d'évolution des
systèmes (impacts du changement climatique, urbanisation, stratégies de développement
agricole), afin d'évaluer des scénarios de développement et la durabilité
environnementale et sociale. Cette étude de scénarios pluriannuels de développement est
une des attentes fortes du projet AguAndes-Quito.
Différents environnements de modélisation vont être testés, dont le logiciel WEAP (Water
Evaluation and Planning ; Figure 9 ; Yates et al., 2005) qui est axé sur les tests de
scénarios d’évolutions pluriannuelles des demandes et de l’offre en eau, mais avec une
simulation déterministe des apports en eau. C’est cet environnement, développé par le
Stockholm Environment Institute (SEI), qui va également être utilisé dans le projet
Banque Mondiale "Assessing the Impacts of Climate Change on Mountain Hydrology :
Development of a Methodology through a Case Study in Peru".
Figure 9. Utilisation du modèle d’aide à la planification WEAP (Yates et al., 2005).
De manière parallèle, il sera testé le logiciel HydPro, nouvelle version en cours de
développement de l’environnement d’aide à l’allocation des ressources en eau HyD2002
(Pouget et al., 2006). Cette nouvelle version intégrera les composants spécifiques aux
Andes (modèles hydrologiques glaciers et páramos). La déclaration sous forme de logiciel
11
libre et l’adoption de standards (ex : open Modelling Interface - openMI pour
l’interopérabilité des modèles ; Gregersen et al., 2005) visent à favoriser l’ouverture des
modèles logiciels développés, le travail collaboratif et l’appropriation par nos partenaires
du Sud.
Dans un premier temps, ces modèles permettront de représenter les modes d’allocation
actuels entre les différents usages, leurs performances et leurs défaillances. Ce calage
avec la réalité permettra d’identifier et de localiser les points de conflits et de quantifier
les risques de non fourniture. Ces points seront vérifiés sur le terrain avec les usagers
concernés, les résultats du modèle étant des éléments illustratifs importants du dialogue.
L’environnement de modélisation proposé sera ensuite utilisé pour simuler l’impact de
différents changements : infrastructures hydrauliques, usages et/ou pratiques, règles de
priorité, changement climatique, évolutions des pressions anthropiques…
L’intérêt des différents scénarios est avant tout de montrer aux différents acteurs, des
gestionnaires aux utilisateurs, les conséquences de tout changement, de les identifier et
de les caractériser dans l’espace et dans le temps en termes d’indicateurs de fréquence,
durée, intensité. L’environnement de modélisation n’est pas destiné à fournir des modes
d’allocation soi-disant optimisés. Il doit avant tout, après différentes simulations,
proposer des solutions acceptables aux gestionnaires et acceptées par les usagers.
CONCLUSION
Le projet AguAndes a débuté en Equateur dans un contexte politique de réorganisation
de la gestion des ressources en eau, les textes sont ainsi actuellement débattus au
parlement pour leur intégration dans la nouvelle constitution. La question de la gestion
intégrée de l’eau par bassins est devenue un sujet crucial, avec de fortes attentes en
termes de recherche et développement. Notre implication sur la région de Quito constitue
un projet pilote important pour l’ensemble de nos partenaires. La formation, aux
concepts, méthodes et logiciels d’aide à la gestion intégrée des ressources en eau, de
jeunes doctorants qui assureront la continuité des recherches futures est un point fort de
la collaboration, validé par nos partenaires. Les recherches portent sur la co-construction
de modèles adaptés afin d’évaluer des solutions de développement économiquement
viables, socialement acceptables et supportables par l’environnement. Les enjeux dans la
planification résident dans la nécessité, l’échéance et l’ampleur d’aménagements de
transferts interbassins pour mobiliser des ressources de bonne qualité dans des
écosystèmes préservés afin de faire face à une croissance socio-économique pas toujours
maîtrisée et qui a entraîné des pollutions importantes dans le bassin d’origine.
Ces enjeux sont largement partagés par les grandes métropoles comme Lima et La Paz,
mais aussi nombre d’autres bassins andins qui connaissent une forte croissance socioéconomique. Le projet Banque Mondiale "Assessing the Impacts of Climate Change on
Mountain Hydrology : Development of a Methodology through a Case Study in Peru", qui
va associer l’IRD et SEI, porte ainsi sur 3 bassins péruviens : Santa, bassin possédant
près d’un tiers des surfaces englacées du Pérou et de gros périmètres irrigués à l’aval sur
des bassins limitrophes ; Mantaro, bassin produisant plus de 30 % de l’énergie hydroélectrique du Pérou ; Rimac, bassin en amont de Lima (Figure 1). En collaboration avec
le futur Laboratoire Mixte International (LMI) Great-Ice, l’Université Nationale
Agronomique La Molina (UNALM) à Lima, l’Ecole Polytechnique Nationale de Quito (EPN),
il est d’ores et déjà envisagé un travail commun sur les bassins de Quito, de Lima et La
Paz en Bolivie, avec une opportunité d’obtenir de futurs financements GEF.
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