Caractérisations hydrologique, topographique et géomorphologique d'un bassin versant incluant une tourbière minérotrophe fortement aqualysée, Baie-de-James, Québec.

Les tourbières minérotrophes occupent près de 20% de la superficie jamésienne (moyen- \nNord québécois), territoire où les grands aménagements hydrauliques fournissent près de 50% des \nbesoins en électricité de la province. Bien que peu documentée dans la littérature, l'hydrologie de \nces écosystèmes est complexe et mérite des études plus approfondies. Selon des observations \nrécentes, plusieurs tourbières minérotrophes subiraient un phénomène d'aqualyse, consistant en \nun accroissement et une coalescence de leurs mares au détriment des lanières qui s'affaissent et \nse dégradent. Une meilleure compréhension de leur comportement hydrologique est nécessaire et \nce, afin de modifier les modèles de prévision servant à prédire les apports en eau aux réservoirs \nhydroélectriques. Une amélioration des connaissances afférentes aux caractéristiques \nphysiographiques de ces tourbières et une évaluation de leurs principaux mécanismes de gains et \nde pertes d'eau sont indispensables afin de modéliser de manière adéquate les écoulements de ces \nécosystèmes. Ce mémoire s'intéresse à un petit bassin versant de 12,5 ha, situé dans le nord- \nboréal québécois à proximité du barrage Laforge-1 d'Hydro-Québec, incluant une tourbière \nminérotrophe fortement aqualysée. \nLes principaux objectifs des travaux présentés dans ce document consistent à: (1) \ncaractériser les variabilités topographique et morphologique du bassin versant et de le représenter \nen trois dimensions par la cartographie; (2) étant donné la rareté relative de mesures \nhydrologiques dans les tourbières, mesurer l'évapotranspiration réelle (ETR) sur un sol tourbeux \nà l'aide d'un lysimètre et (3) calculer les bilans hydrologiques du bassin versant pour la saison \nestivale 2009 à différents pas de temps. \nDes relevés topographiques à l'aide d'un GPS RTK (Global Positioning System - Real \nTime Kinematic), d'une tige métallique graduée ainsi que d'un Géoradar ont été réalisés sur le \nsite entre mars et octobre 2009. Différents instruments ont également été installés, afin de récolter \nles données nécessaires au calcul des précipitations, du ruissellement de surface, de la variation \ndu . niveau de nappe phréatique, de la variation de stockage en eau ainsi que des \névapotranspirations réelle et potentielle. \nUne interpolation géostatistique de la surface du site par krigeage ordinaire ainsi que de \nl'épaisseur de tourbe obtenue par (1) les sondages avec la tige métallique graduée ainsi que par \n(2) les relevés Géoradar, ont permis de mettre en évidence la pente et la topographie du site à \nl'étude. Une analyse comparative a montré les avantages et limites de ces deux méthodes de \nmesure de la profondeur de tourbe. Le modèle numérique de terrain (MNT), réalisé avec le \nlogiciel ArcGIS v.9.2 à partir de l'ensemble des données récoltées par les méthodes d'arpentage, \nmontre une pente relativement élevée pour ce type d'écosystème (1,77%). Cette caractéristique \njumelée à l'observation conceptuelle, permet de suggérer un mouvement d'eau amont-aval au \ntravers les lanières. En effet, il s'établit, lors d'une importante précipitation, un écoulement sub- \nsuperficiel limité par la conductivité hydraulique à saturation du matériel composant les lanières. \nCe dernier, causé par le gradient hydraulique entre les mares amont et aval, alimente \npartiellement la plus grande mare (près de l'exutoire). \nUn lysimètre, basé sur les mesures de niveau d'eau dans le milieu ambiant et dans un bloc \nde tourbe isolé, a été installé sur la tourbière du bassin-versant à l'étude. La sensibilité de \ncertaines composantes du système à l'humidité nuisant à son bon fonctionnement, de nouveaux \ncapteurs plus robustes ont été utilisés durant la seconde année. Après reconfiguration du système, \nle nouveau lysimètre fut installé durant deux semaines à l'été 2010 sur une tourbière ombrotrophe \nde 10,9 ha à Pont-Rouge (sud du Québec). Les résultats étant concluants, une réinstallation de \nl'appareil sur le site d'étude à la Baie-de-James serait envisageable dans l'avenir. \nDes bilans hydrologiques ont été calculés à des pas de temps saisonnier, mensuel et \nquotidien à partir des données de précipitation provenant de la station météorologique (P), de \nniveaux de nappe phréatique obtenus à partir des puits équipés d'une jauge à pression \nhydrostatique (ΔWL), de ruissellements de surface mesurés par les puits jumelés aux canaux \ntrapézoïdaux situés à l'exutoire du site (Q) ainsi que d'évapotranspiration potentielle (ETP) \ncalculée par différentes équations semi-empiriques (Penman-Monteith, Priestley-Taylor et \nThornthwaite). Les résultats obtenus par la formule de Penman-Monteith différaient \nsignificativement des deux autres équations. Le bilan hydrologique a donc été recalculé avec \ncette formule. La matrice tourbeuse absorbant beaucoup d'eau, le puits jumelé à une jauge à \npression hydrostatique n'expliquait qu'en partie la variation de stockage en eau dans la tourbe \n(Δs/ Δt). En effet, cette jauge ne mesure que l'eau gravitaire, faisant fi de la variation de l'eau \ndans la frange capillaire (zone de battement de la nappe) et dans la zone non-saturée. Les résultats \nmontrent que les niveaux mesurés .dans les puits expliquent 32 et 36% de la variation de stockage \nen eau dans la colonne de tourbe (selon l'équation d'ETP choisie). La quantification du terme \nΔs/ Δt s'avère ainsi un élément limitant au calcul du bilan hydrologique dans ce type de milieu. Le \nstockage en eau ainsi que le niveau de nappe phréatique augmentent suite à une forte \nprécipitation. Ce rehaussement de la nappe influence directement le taux d'évapotranspiration. Ce \ndernier est élevé en juillet (ETP=66%) par rapport au ruissellement de surface et plus faible vers \nla fin septembre (ETP=25%). \nLes résultats présentés dans ce mémoire apportent une contribution originale au domaine \nde l'hydrologie et contribuent à la compréhension des petits bassins versants dominés par des \nécosystèmes tourbeux minérotrophes du nord-boréal québécois. Minerotrophic fens occupy nearly 20% of Northern Boreal Quebec, an area where \nhydroelectric dams supply about 50% of the province's needs in electricity. Although this subject \nis poorly documented in the literature, it is also well known that the hydrology of these \necosystems is complex and warrants further studies. According to recent observations, several \nminerotrophic peatlands have undergone structural changes due to the aqualysis phenomenon, \nwhich consists of a growth and coalescence of their ponds to the detriment of vegetation strips \nthat collapse and degrade. A better understanding of their hydrological behavior is required to \nadapt the forecasting hydrological models used to predict inflows to hydroelectric reservoirs. \nThus, there is a need to characterize the physiographic features and the individual terms of the \nhydrological budget to improve the estimation of runoff from these ecosystems. This Master's \nthesis focuses on a small catchment area of 12.5 ha, located in Northeastern Boreal Quebec near \nthe Laforge-1 Hydro-Quebec dam, which inc1udes a highly aqualysed minerotrophic fen. \nThe main objectives are: (1) to characterize the topographic and morphological variability \nof the aforementioned small catchment and to represent the ecosystem with a 3D mapping; (2) to \nmeasure the actual evapotranspiration (AET) of a peat soil using a lysimeter (given the relative \nscarcity of hydrological measurements in peatlands); and (3) to calculate water budgets at \ndifferent time steps for the summer of 2009. \nTopographic surveys using GPS RTK (Global Positioning System - Real rime \nKinematic), a graduated meter stick and a Georadar (GPR or Ground Penetrating Radar) were \nmade on the studied site between March and October 2009. AIso, various instruments were \ninstalled to collect the necessary data to calculate precipitation (P), surface runoff (Q), \ngroundwater level variation (ΔWL), water storage changes (Δs/Δt), and actual and potential \nevapotranspirations (AET and PET). \nGeostatistical interpolation of the site surface by ordinary kriging and peat thicknesses \nobtained by (1) graduated meter stick surveys and (2) Georadar surveys, helped to highlight the \nslope and topography of the site. A comparative analysis showed the advantages and limitations \nof these two peat depth measuring methods. The Digital Elevation Model (DEM), made with \nArcGIS v.9.2 from all data collected by the surveying methods, showed a relatively large slope \nfor this type of ecosystem (1.77%). This feature combined with onsite observations, suggested a \nsurface water movement through the strips, along this slope. Indeed, during significant rainfalls, \nsubsurface flow occurs, which is limited by the saturated hydraulic conductivity of the porous \nmaterial comprising the strips. This flow, caused by hydraulic gradient between upstream and \ndownstream ponds, fed in part the larger pond near the outlet. \nA lysimeter, using differential water level measurements between the surrounding \nenvironment and an isolated peat block (instead of weighing part of the soil column) was \ninstalled on the studied peatland. The sensitivity to humidity of some system components \naffected the functioning. New robust sensors were then used. After reconfiguring the system, the \nnew lysimeter recorded data during two weeks of summer 2010 on a 1O.9-ha bog of in Pont- \nRouge (Southem Quebec). The results were conc

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.