Spatial estimation of irrigation over the semi-arid plain of Tensift/Marrakech using remote sensing data
Observation spatiale de l'irrigation d'agrosystèmes semi-arides et Gestion durable de la ressource en eau en plaine de Marrakech.
Résumé
In this study, we aim at monitoring the water balance over the semi-arid plain of Tensift/Marrakech, a 3000 km² intensively cropped area in center of Morocco. This requires firstly to map the land use, secondly to monitor the vegetation dynamics, and thirdly to evaluate evapotranspiration, which is the key-variable of water balance in semi-arid plains. In this context, we investigate the potential offered by Terra-MODIS satellite, which provide a costless daily global coverage of the Earth. We use a six-year archive of 16-day composite NDVI images from 2000-2001 to 2005-2006 agricultural seasons. However, the use of medium (250 m) spatial resolution data makes difficult to directly monitor land surfaces. Indeed, each pixel (mixed pixel) generally includes different types of surface, and consequently its spectral response results from the contribution of each land classes. In a first phase, the land use and the vegetation dynamics are retrieved using linear unmixing model applied on NDVI time series. Identification of end-members, i.e. the specific NDVI time course of individual land classes, is based on the assumption that pure pixels can be identified directly from MODIS NDVI images. The approach is set up to map the land use fractions of the three classes that are the most important for agricultural water management in the study area (non cultivated areas, orchards, annual crops). In a second phase, the information on land use and vegetation dynamics is used to estimate evapotranspiration. The method is adapted from the FAO-56 algorithm, which computes crop water needs from a reference evapotranspiration (ETo) and cultural crops coefficients (Kc). ETo is calculated by applying spatial interpolation of the meteorological data available in the study area. The crop coefficients, which vary according to the crop type, phenological stage and soil water content, are retrieved for each land classes according to their NDVI time courses using various scenarii of irrigation. The spatio-temporal patterns of evapotranspiration maps are analysed to regional driving variables (climate and water availability). The evaluations of the results are done based on: (1) experimental data collected over some test site of SudMed project; (2) high spatial resolution maps derived from FORMOSAT-2 satellite and (3) water availability from the regional public office. This study may offer perspectives for a better estimate of the quantity of ground water used for agriculture.
La plaine semi-aride du Tensift au centre du Maroc est une région confrontée à des difficultés croissantes en terme de gestion de l'eau (pluviométrie faible et irrégulière, croissance des besoins sous l'effet de la démographie galopante et l'extension des zones irriguées). Dans ce contexte et dans le cadre du projet SudMed, l'objectif de la thèse est de décrire, dans l'espace (à la résolution kilométrique) et sur de longues périodes temporelles (la décennie), le fonctionnement hydrique des agro-systèmes irrigués de la plaine du Tensift (~3000 km²). La méthodologie développée repose sur le contrôle de modèles agro-météorologiques par des données satellites issues de capteurs optique à large champ (données MODIS de 2000 à 2006). Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'occupation du sol, connaissance préalable à la quantification des besoins en eau des cultures. Etant donné la résolution spatiale de MODIS (250 m), nous avons eu recours à des méthodes de désagrégation, qui ont permis d'identifier et de cartographier les trois principales classes d'occupation du sol: zones non irriguées, cultures annuelles, plantations arborées. Dans une deuxième partie, nous avons utilisé cette information pour spatialiser un modèle de bilan hydrique, en étudiant tout particulièrement les termes d'évapotranspiration et d'irrigation. L'évaluation du modèle est effectuée par comparaison: (1) aux données collectées sur les parcelles d'expérimentation du projet SudMed; (2) à des cartes établies à l'aide d'images à haute résolution spatiale et temporelleFORMOSAT-2 et (3) aux volumes d'eau des barrages distribués par l'office agricole régional. Cette étude ouvre des perspectives pour l'estimation des volumes d'eau d'irrigation transitant par les différents réseaux d'irrigation, et en particulier ceux prélevés dans la nappe phréatique du Tensift.
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