Un barrage d'eaux souterraines est une structure qui ralentit ou arrête l'écoulement des eaux souterraines peu profondes, le plus souvent dans les lits des rivières saisonnières, augmentant la disponibilité des eaux souterraines peu profondes en amont de la structure. La technologie n'est pas adaptée aux phases aiguës ou de stabilisation des situations d'urgence et est davantage adaptée à l'atténuation à long terme de la sécheresse.

Il existe deux principaux types de barrages d'eaux souterraines, chacun adapté aux différentes conditions initiales du site. Les barrages de stockage de sable (dans la figure ci-dessus à gauche) sont construits dans des lits de rivières où le volume de sable, ou d'autres matériaux perméables dans un lit de rivière existant, n'est pas encore assez profond pour stocker des quantités importantes d'eau. La majeure partie de la structure est donc construite (par étapes) au-dessus du lit de la rivière d'origine. Chaque fois qu'une étape est construite, le sable qui est emporté en aval lors des crues éclair se dépose ensuite derrière le mur, ce qui crée un nouveau niveau de lit de rivière plus élevé en amont qui retient l'eau. Ces barrages sont généralement construits sur une couche rocheuse, mais peuvent également être établis avec précaution sur une couche d'argile imperméable. Les barrages souterrains (dans la figure ci-dessus à droite) sont construits dans les lits des rivières où le volume de sable est déjà suffisant pour stocker l'eau. Après une inondation, l'eau derrière le barrage s'infiltre, augmentant le stockage. Ils peuvent être construits sur une couche rocheuse ou argileuse imperméable.

Considérations sur la conception

Un barrage d'eaux souterraines est une technologie qui n'est pas adaptée partout, et nécessite une implantation soignée. Les barrages doivent être situés là où la rivière a une vitesse suffisante pour transporter des grains de sable moyens/grossiers tout en minimisant les dépôts de limon. En pratique, cela signifie un site avec une pente comprise entre 0,13 % et 4 %, ce qui maintiendra probablement la largeur du barrage à moins de 25 mètres, réduisant ainsi les matériaux et la main-d'œuvre. L'emplacement exact ne doit pas être proche d'un coude de rivière ou là où d'anciens lits de rivière pourraient exister latéralement et à travers desquels les eaux souterraines peuvent s'échapper. Une étude détaillée du site est nécessaire pour s'assurer que les pertes d'eau ne se produisent pas par des fractures lors de la construction sur la roche ou par des sédiments plus profonds sous la couche imperméable. Les berges doivent être suffisamment hautes pour empêcher l'eau de contourner l'ouvrage (c'est-à-dire hauteur du barrage + crue + 10 %). L'implantation du barrage là où le lit de la rivière est plus étroit et où la roche ou l'argile du sous-sol est moins profonde assurera une construction moins chère et plus rapide.

Une conception et une construction soignées sont également importantes, en particulier pour les barrages de stockage de sable. Pour les deux types de barrages, l'érosion doit être évitée sur les bords du barrage. Pour les barrages souterrains, il s'agit de caler le barrage sur la berge, tandis que pour les barrages de stockage de sable, cela requiert la construction de murs en aile. Une bonne technique de construction est de commencer par les murs en aile et de travailler vers le centre, car si les murs en aile sont construits en dernier, l'enthousiasme de la communauté peut diminuer considérablement. La longueur des murs en aile varie selon les caractéristiques de la berge. Pour les barrages de stockage de sable, d'autres problèmes de conception cruciaux doivent être pris en compte. Par exemple, la hauteur du mur de barrage à construire avant chaque crue ne doit pas dépasser le taux d'accumulation de sable grossier/moyen pendant cette crue. La hauteur varie selon l'emplacement et doit être ajustée après la première inondation, même si elle dépasse rarement 50 cm. Si cela n'est pas fait, il se produira une formation de bassin et un envasement, entraînant un rendement spécifique plus faible et une capillarité plus élevée, ce qui à son tour réduira le taux d'extraction des puits et augmentera la perte par évaporation. L'évacuateur de crues doit également être conçu pour s'adapter au débit de pointe de la rivière et variera donc selon le site. Une conception incorrecte entraînera une érosion autour des murs en aile. Troisièmement, là où il n'y a pas de barre rocheuse immédiatement en aval du barrage, l'érosion peut être évitée en plaçant de grosses pierres au point en dessous du déversoir où les eaux de crue tomberont. Celles-ci doivent être suffisamment larges pour résister au débit de la rivière. L'eau peut être prélevée par des trous creusés dans le lit de la rivière (sujets à la contamination), par des puits dans le lit de la rivière (voir I.7 ) ou par des puits dans les berges. Certaines conceptions de barrages de stockage de sable montrent un tuyau acheminant l'eau par gravité à travers le mur du barrage, mais celles-ci peuvent être problématiques en raison de prises d'eau bloquées, de robinets cassés et de la possibilité d'un mur de barrage affaibli.

Matériaux

Les barrages souterrains peuvent être en maçonnerie de pierre ou même en argile, tandis que les barrages de stockage de sable sont généralement construits en maçonnerie de pierre. Les barrages souterrains en argile sont susceptibles d'être endommagés, mais peuvent être fonctionnels si le sommet du barrage se trouve à 0,3 mètre sous le lit de sable d'origine et si du béton est utilisé aux points critiques (fondation, plâtre en amont, sommet du barrage).

Applicabilité

Les barrages d'eaux souterraines sont généralement adaptés aux zones arides avec des taux d'évaporation élevés et des précipitations intenses. Ces zones ont tendance à coïncider avec les zones pastorales sujettes à la sécheresse, où la disponibilité en eau ne correspond pas toujours bien à la disponibilité des pâturages. Les barrages de stockage de sable conviennent aux lits de rivière avec une quantité insuffisante de sable comme milieu de stockage, tandis que les barrages souterrains conviennent lorsqu'il y a suffisamment de sable, mais que l'eau souterraine ne reste pas assez longtemps (si l'eau reste, la filtration des berges I.6 devrait suffire). La construction de barrages d'eaux souterraines peut prendre beaucoup de temps, en particulier pour les barrages de stockage de sable, ils ne doivent donc pas être envisagés pour les phases aiguës ou de stabilisation d'une situation d’urgence.

Fonctionnement et entretien

Si les barrages sont correctement construits, très peu de fonctionnement et d'entretien continus sont nécessaires. Les barrages de sable doivent être inspectés pour déceler les dommages potentiels après les inondations, puis réparés. La construction de barrages par étapes sur une période de plusieurs années peut également être plus bénéfique pour le fonctionnement des comités de barrage puisque les communautés sont continuellement impliquées. Les barrages souterrains en argile doivent être vérifiés après les premières inondations pour s'assurer qu'aucun dommage n'a eu lieu. Si une pompe est utilisée pour le prélèvement, un entretien approprié de la pompe est nécessaire.

Santé et sécurité

Lorsque l'excavation dépasse deux mètres pour les barrages souterrains, un coffrage de tranchée doit être utilisé avec des mesures de sécurité de construction appropriées. La qualité de l'eau doit être contrôlée. Si de nombreux troupeaux d'animaux accèdent à la rivière en amont, les nitrates de l'urine pourraient devenir un problème, tout comme la contamination par les excréments d'animaux. Dans les sables volcaniques, le fluorure peut s'accumuler dans les parties plus profondes d'un réservoir de sable.

Coûts

La structure initiale du barrage peut être coûteuse et varie d'un projet à l'autre en fonction des conditions du site, du volume d'excavation, du type de structure et de la main-d'œuvre. Les barrages de stockage de sable peuvent être plus chers que les barrages souterrains. Les coûts varient de 3 500 à 30 000 USD. Le coût du mètre cube d'eau stockée est cependant faible.

Considérations sociales et environnementales

Généralement, le principe des barrages d'eaux souterraines est facilement compris par les utilisateurs, car il s'appuie sur ce qu'ils savent déjà à propos de l'eau contenue dans le sable. Lorsque des barrages sont prévus pour aider les pasteurs, des discussions approfondies sur les emplacements en relation avec les droits de pâturage et de broutage des différents groupes seront nécessaires pendant la phase de planification. L'eau disponible dans les barrages d'eau souterraine est étroitement liée aux précipitations saisonnières, et ils peuvent jouer un rôle clé dans les activités d'adaptation au changement climatique et d'atténuation de la sécheresse, car ils fournissent un stockage accru et/ou peuvent aider à contrôler les niveaux de la nappe phréatique grâce à la gestion de la recharge des aquifères.