Consequences of dry-season crops development on irrigation and groundwater dynamics in the Office du Niger area (Mali)
Conséquences du développement des cultures de contre-saison sur l'irrigation et la dynamique de la nappe phréatique à l'Office du Niger (Mali).
Résumé
During the last 10 years, the surface area cropped during dry season has considerably increased in Office du Niger while new irrigated areas were equipped. It noticeably increased irrigation water requirement especially during low water period of Niger River. These new operational conditions combined with the poor network design and the weak irrigation management increased the amount of water losses that are percolating towards water table. That consequently contributes to produce the current shallow water table, which is endangering agriculture development. The research goal aims at better characterizing and quantifying conditions of dry season cropping system development which is commonly considered to create high water losses and soil degradation conditions. The scientific purpose of the research aim at modeling the hydraulic system in order to assess the inter-annual impact of dry season cropping system development on irrigation performance and ground water table behavior. The developed approach consisted in (i) collecting and analyzing available secondary data, (ii) conducting on site survey and, (iii) setting up a monitoring device so as to get data necessary to a modeling process able to assess irrigation performance and to predict the increase of the ground water table. The socio economic secondary data analysis shows a significant increase of surface areas cropped during dry season that led to remove the initially designed land use. It brings farmers by developing these new farming practices endeavor to improve their household food self sufficiency and incomes. The Water management monitoring data analysis shows that dry season cropping development has increased water withdrawal rate from Niger River but conversely has cut the gross water requirement of the irrigated area by half because of the improvement of water conveyance efficiency as the cropped surface area is increasing. The monitoring of a sample of irrigation canals supplying rice fields show that the soil type of the fields is the main explanatory factor of the variability of their water intake (mean value 15 000 m3/ha). During dry season the irrigation efficiency at irrigation and plot levels is higher than during rainy season although it remains weak (65%); it improves during the cropping period from 20 à 85% as rice transplanting is implemented. Water losses conveyed by the drainage network are commonly low during dry season. At irrigation canal/plot scale, the weak irrigation efficiency is mainly caused by an over irrigation of the field before transplanting. In case of an irrigation canal supplying rice fields, these water losses provide around 25% of the amount water (200 mm), which percolates towards the groundwater table. Improved irrigation practices should reduce the ground water recharge due to rice cropping during dry season. Irrigation performances of market gardening are much weaker: the mean volume of water supplied per hectare at tertiary canal intake (14 500 m3/ha). This value is not statistically dissimilar to the rice one although rice water requirement is twice as high. The monitoring data (Kala inférieur) of the regional ground water level between 1995 and 2006 confirm the connection between the surface water table and the alluvial/continental one. It also demonstrate significant relationships between the increase of the water table volume, the surface area cropped during dry and rainy season and, the groundwater level under the irrigated area in spite of it decreases outside the irrigated area. These observations have allowed to develop groundwater modeling based on water balance likely to predict the volume of the alluvial/continental water table in proportion to the combined effect of the surface area cropped during dry and rainy season. The outputs of the simulation show that dry season irrigation supplies only 25% of the increase of the regional groundwater table volume between 2001 and 2006; the major part of it has to be ascribed to the rainy season cropping. The increased volume of the regional groundwater table and its connection with the surface one decrease the natural drainability of the cropped areas mostly during the dry season. It causes the low fluctuation of the phreatic level and results in a quasi continuous water logging of the plot soil, which restrains agricultural potentialities and increases the risk of soil alkalinization. Considering the approach based on a simplified water balance of the water table and representativeness assumptions, the identified explanatory physical processes and trends require to be corroborated. It assumes to carry on new periodic surveys of the phreatic level, and improve the monitoring device, to refine characterization of aquifer properties. These supplementary data would permit to develop a comprehensive groundwater modeling likely to not only identify management modes to prevent the agricultural constraints and environmental risks caused by the water table rise but also to use the groundwater stored as an opportunity for the further development of dry season cropping.
Ces 10 dernières années ont été marquée à l'Office du Niger par une augmentation spectaculaire des superficies aménagées et cultivées en contre-saison qui ont engendré un accroissement de la demande en eau en période d'étiage du fleuve. Du fait des caractéristiques structurelles du réseau et de pratiques de gestion peu performantes induisant des pertes substantielles d'eau par infiltration, la nappe phréatique est aujourd'hui quasi sub-affleurante avec toutes ses conséquences néfastes sur les facteurs de productions. L'objectif de ce travail est de mieux comprendre et de quantifier les dynamiques engendrées par les cultures de contre-saison, auxquelles il est communément reproché d'être surconsommatrices de la ressource en eau et de favoriser des conditions favorables à la dégradation de sols par alcalinisation. Traduit en termes scientifiques, l'objectif est de développer un modèle permettant d'évaluer l'impact des modes de gestion des cultures de contre-saison sur les performances de l'irrigation et sur la dynamique de la nappe phréatique. La démarche a consisté à collecter et analyser les données secondaires disponibles, mettre en place un dispositif d'enquête et de suivis de terrain sur la base desquels a été développée une modélisation des performances de l'irrigation et de la dynamique d'évolution des caractéristiques la nappe phréatique. L'analyse des données secondaires descriptives de l'évolution des systèmes de culture de contre saison à l'Office du Niger montre un accroissement notoire des superficies cultivées en contre-saison induisant une disparition du schéma de mise en valeur initialement prévu lors de la conception des aménagements. La recherche d'amélioration de leur autosuffisance alimentaire et de leurs revenus, sont les principaux déterminants de cette évolution des pratiques. Les données secondaires descriptives de la gestion de l'eau montrent que si cette dynamique a eu pour conséquence une augmentation importante du taux de prélèvement des eaux du fleuve Niger, elle a induit une réduction de moitié des vii apports par hectare cultivés en contre saison sous l'effet d'une amélioration de l'efficience de transport qui structurellement tend à s'améliorer en fonction de l'accroissement des superficies irriguées. Les résultats des études de terrain montrent qu'à l'échelle d'un arroseur cultivé en riz, le type de sol est le principal facteur explicatif de la variabilité des apports d'eau (en moyenne 15 000 m3/ha). L'efficience moyenne de l'irrigation de l'arroseur à la parcelle, bien que meilleure qu'en hivernage, reste faible (65%) ; elle croit au cours du cycle de 20 à 85% avec le taux de repiquage. Si les pertes dans le réseau de drainage restent généralement faibles (12%), les épandages systématiques d'eau sur les surfaces non encore repiquées en début de campagne sont la principale cause explicative de la valeur de l'efficience de l'irrigation et représentent de l'ordre 25% de la lame d'eau contribuant à la recharge de la nappe phréatique par hectare rizicultivé (200 mm). Leur réduction par une meilleure maîtrise de l'irrigation diminuerait d'autant contribution de la riziculture de contre-saison au soutien de la nappe. La situation du maraîchage est beaucoup plus critique : les apports par hectares en tête de partiteur (14 500 m3/ha) ne sont pas statistiquement différents de ceux du riz alors que les besoins en eau sont deux fois plus faibles. L'analyse des données du suivi de la nappe entre 1995 et 2006 à l'échelle du Kala inférieur confirme la continuité entre nappe de surface, alluviale et continentale et montre que le niveau moyen piézométrique de la nappe à l'aplomb des périmètres du Kala inférieur, augmentation de son volume et sommes des surfaces cultivées en saison des pluies et saison sèche sont significativement corrélés malgré la décroissance graduelle du niveau piézométrique de la nappe à mesure qu'on s'éloigne des périmètres. Ces constatations ont permis de modéliser, sur la base d'un bilan en eau, l'impact combiné des cultures de contre-saison et d'hivernage sur la dynamique de la nappe phréatique. Cette modélisation tend à montrer que les cultures de contre saison n'expliqueraient que de l'ordre de 25% de l'augmentation du volume de la nappe entre 2001 et 2006; le reste est à attribuer à l'irrigation des cultures d'hivernage. Cette remontée de la nappe et la continuité entre nappe de surface et nappe régionale confirmée tendent à diminuer la drainabilité naturelle des zones cultivées particulièrement en contre saison et contribuent à expliquer le faible battement de la nappe dans ces zones entrainant un engorgement pratiquement continu des sols qui contraint les conditions d'exploitation et augmente les risques d'apparition de phénomène d'alcalinisation. Compte tenu des approches utilisées basées sur des bilans d'eau et des hypothèses de représentativité supposées, les processus biophysiques des tendances que cette étude a permis d'identifier, mériteraient d'être confirmés. La poursuite de campagnes périodiques de suivi de la nappe, une caractérisation de ses propriétés hydrodynamiques ainsi que le développement de la modélisation hydrogéologique de son fonctionnement devraient être envisagés face aux enjeux qu'elle représente en termes de contraintes à la mise en valeur agricole et de risques environnementaux mais aussi de possible exploitation des ressources en eau souterraines pour la double culture.
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