Portrait des ressources en eaux souterraines et de leurs liens avec les eaux de surface du bassin versant de la rivière Saint-Charles : étude réalisée dans le cadre de l’analyse de la vulnérabilité des sources d’eau potable de la Ville de Québec

La présente étude avait pour but de développer des outils d’analyse de la vulnérabilité de la source d’eau potable principale de la Ville de Québec dans la rivière Saint-Charles afin d’optimiser la gestion de la ressource et d’assurer sa protection à long terme. Plusieurs enjeux relevant de la qualité et de la quantité d’eau y ont été identifiés, dont une ponction très élevée du volume d’eau par rapport au débit de la rivière. Les modifications du bilan hydrologique dû aux changements climatiques et à l’urbanisation rapide du territoire constituent des inquiétudes sérieuses, en plus de la multiplication des sources potentielles de contamination en surface pouvant affecter la qualité de l’eau. Les liens entre les eaux souterraines et les eaux de surface ont été investigués et ont révélé que la grande majorité de l’eau prélevée dans la rivière a circulé dans le milieu souterrain. Ainsi, la disponibilité et la qualité de l’eau à la source dépendent directement des apports en eaux souterraines aux eaux de surface. De plus, comme ces apports varient dans le temps, dû à la variabilité naturelle climatique intra et interannuelle, mais aussi en fonction des changements climatiques et d’occupation du sol sur le plus long terme, le caractère transitoire de la vulnérabilité de la source a aussi été évalué. La méthodologie repose en grande partie sur la modélisation numérique hydrologique, intégrant les dynamiques d’écoulement souterrain et de surface, mais aussi sur une caractérisation avancée de la géochimie naturelle et isotopique des ressources en eau. De nombreux travaux de terrain sont venus bonifier la compilation des informations existantes sur le territoire et ont contribué à assurer une haute précision des interprétations. L’aquifère de roc fracturé, composé principalement de migmatite, granite et gneiss, couvre l’ensemble du bassin versant de la prise d’eau potable. Des sédiments de sable et gravier superposent parfois le socle rocheux et constituent, pour 16 % du territoire, des aquifères de dépôts meubles d’intérêt régional. Le stock d’eau contenu dans les aquifères est estimé à plus de 20 fois le stock d’eau en surface et sa fluctuation annuelle dépasse parfois le volume d’eau total présent en surface. L’eau souterraine s’écoule depuis les crêtes topographiques formant les limites du bassin versant, où la piézométrie est la plus élevée, vers les plaines alluviales où elle fait résurgence dans le réseau hydrographique. Une profondeur moyenne de 12 m de la nappe a été estimée pour l’ensemble du bassin versant. Le bilan hydrologique indique que l’évapotranspiration moyenne du bassin versant est de 491 mm/an, ce qui correspond à 35 % des précipitations totales annuelles moyennes de 1 385 mm/an. Le ruissellement moyen est de 392 mm/an, représentant 28 % des précipitations, alors que la recharge moyenne est de 502 mm/an, soit 36 % des précipitations. L’emmagasinement moyen entre 2018 et 2022 de 10 mm/an constitue la balance de 1 % des précipitations. Selon différentes méthodes d’estimation, les eaux souterraines contribuent entre 52 et 74 % au débit annuel de la rivière Saint-Charles à la prise d’eau. L’urbanisation du territoire jusqu’à aujourd’hui a contribué à diminuer significativement la recharge des eaux souterraines, mais le développement du territoire anticipé dans le futur pourrait ne pas avoir autant d’impact. Le bilan hydrologique annuel ne devrait pas subir de changement important dû aux changements climatiques d’ici 2100, contrairement aux changements saisonniers qui pourraient subir un impact majeur, tel qu’une diminution de la recharge en période estivale, accompagnée d’étiages plus sévères qu’aujourd’hui. La qualité de l’eau souterraine contenue dans les aquifères est généralement bonne, bien que l’on observe parfois des problématiques naturelles liées à la nature des matériaux géologiques, tels que des concentrations élevées en manganèse, fer et fluorures pouvant dépasser les normes et recommandations pour l’eau potable. Des problématiques d’origine anthropique dues aux installations septiques et l’épandage des sels de voirie concernent les nitrates-nitrites, les chlorures et le sodium. Les temps de parcours de l’eau souterraine calculés par le modèle numérique hydrologique révèlent que l’eau contenue dans le bassin versant est relativement jeune, de 17 ans et moi pour la moitié du territoire. Plus elle est éloignée du réseau hydrographique, plus elle est âgée, pouvant atteindre plusieurs centaines d’années. La combinaison des temps de parcours de l’eau souterraine aux résultats de l’indice DRASTIC permet d’évaluer la vulnérabilité de la qualité de la source d’eau potable. Pour le quart de la superficie du territoire, un contaminant déversé en surface serait susceptible d’atteindre la nappe et, suite à son parcours souterrain, d’affecter la prise d’eau dans la rivière Saint-Charles à court ou moyen terme (en moins de 5 et 20 ans, respectivement). Les secteurs où le contaminant peut s’infiltrer très facilement jusqu’à la nappe (très vulnérable) et atteindre le réseau hydrographique à court terme correspondent à la vallée de la rivière Nelson à Val-Bélair, le long du boulevard Valcartier, au sud de Stoneham dans les vallées aval de la rivière des Hurons et de la décharge du lac Durand, dans la vallée de la rivière Jaune à Lac-Beauport, et dans le secteur amont de Saint-Adolphe. Ces secteurs, représentant 10 % du territoire, devraient donc être protégés en priorité. En ce qui concerne la disponibilité de l’eau, les zones de recharge préférentielles, où la recharge dépasse 500 mm/an, pourraient servir à identifier les secteurs à protéger. Jusqu’à 80 % de la recharge du bassin versant s’effectue dans ces zones qui couvrent environ 40 % du territoire.

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