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Utilité des modèles mathématiques de qualité en rivière: cas d'application du modèle d'oxygène dissous Qual-2 à la rivière Yamaska-Nord.

Boudreault, Paul (1986). Utilité des modèles mathématiques de qualité en rivière: cas d'application du modèle d'oxygène dissous Qual-2 à la rivière Yamaska-Nord. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 208 p.

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Résumé

Cette étude s'insère dans le cadre de travaux visant à définir une problématique d'assainissement des eaux à l'échelle de bassin hydrographique, notamment pour la rivière Yamaska au Québec. Dans le contexte d'intervention en rivière, les aspects relatifs à la pollution organique constituent des éléments décisionnels majeurs. En ce sens, le caractère endémique et la nature de l'expression des impacts environnementaux associés à ce type de pollution ont donné lieu à l'élaboration de modèles de qualité de l'eau qui simulent les conditions d'oxygène dissous résultant de l'introduction de charges organiques en rivière. Ces modèles basés sur la description des relations de cause à effet représentent des outils de gestion intéressants de par l'opportunité qu'il s offrent à quantifier des processus complexes. L'objectif principal de la présente étude est d'investiguer les aptitudes d'un tel modèle à rationaliser les décisions d'intervention d'assainissement relatives aux impacts de la pollution organique en milieu québécois. Une analyse comparative des caractéristiques de transférabilité des principaux modèles déterministes existants a mené à la sélection du modèle de simulation de la qualité de l'eau nommé QUAL-2. Ce dernier représente mathématiquement les effets des principaux processus bio-physico-chimiques pouvant influencer le contenu en oxygène dissous d'une rivière. Ce sont: la demande biochimique en oxygène (DBO), la nitrification, la photosyntnèse, la réaération atmosphérique et enfin la demande benthique. Disponible sur support informatique, il bénéficie d'une documentation détaillée facilitant son utilisation. Le principe de discrétisation employé constituant la dimension physique du système rivière permet de représenter un réseau hydrographique complexe avec ses tributaires et ses sources de rejet ponctuel ou diffus. Comme dans la plupart des cas d’application de modèles d’oxygène dissous en rivière, QUAL-2 assume une variation spatiale des concentrations dans l'axe longitudi nal seulement pour des conditions d’écoulement en régime permanent-varié et des réactions bio-physico-chimiques à l'équilibre. Compte tenu des conditions réelles de mélange en milieu naturel, l’hypothèse simplificatrice de "mélange complet instantané" confère au modèle certaines limites d'application associées à l'étendue des zones de mélange. Bien qu’ayant une influence négligeable sur le résultat final, le calcul automatique du coefficient de dispersion longitudinale dans un système Eulérien tel que représenté par QUAL-2 constitue une erreur conceptuelle. Bien que reflétant un niveau élevé d'empirisme, les représentations mathématiques des processus bio-physico-chimiques simulés par QUAL-2 correspondent à l'état actuel des connaissances. Pour l'application du modèle au tronçon de la rivière Yamaska-Nord en aval de la municipalité de Granby, la procédure de calibration a mis en évidence l’inadéquation des données de base historiques quant aux besoins de la modélisation. La cueillette in situ d'informations essentielles nous permet tout au moins d'illustrer plus adéquatement diverses possibilités du modèle. L'absence d'une validation de l'algorithme de calcul définit lors de la calibration confère évidemment une portée restreinte à la signification des simulations. On a pu tout de même constater la grande influence de la nitrification sur ce cours d'eau et l'importance de considérer ce processus dans l'établissement d'une politique d'intervention d'assainissement des eaux plutôt que de centrer cette dernière uniquement sur l'enlèvement de la DBO comme c'est généralement le cas. QUAL-2 est muni de facilités très pratiques pour réaliser une analyse de sensibilité sur la majorité des paramètres et coefficients du modèle. En plus d'une sensibilité élevée du modèle aux paramètres hydrauliques (vitesse, profondeur), on a observé une sensibilité significative du modèle à la variation des valeurs des paramètres de cinétique des réactions bio- physico-chimiques simulées. Ceci attribue directement à l'utilisateur une large part des responsabilités quant aux performances de prédiction du modèle et rappelle l'importance des étapes de calibration et validation pour l'utilisation du modèle à des fins prédictives. La forme détaillée du fichier d'entrée des données, jointe à la structure modulaire des arrangements possibles de combinaison des principaux processus pouvant être simulés par QUAL-2, permettent d'effectuer rapidement et à faible coût des scénarios de simulation diversifiés. Cette grande versatilité du modèle QUAL-2 en fait un outil puissant de rationalisation à des fins cognitives ou de gestion à condition de toujours s'assurer du respect des hypothèses de base du modèle et de sa conformité au système réel.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Villeneuve, Jean-Pierre
Mots-clés libres: modèles mathématiques; qualité; rivière; oxygène dissous; QUAL-2; environnement; variables environnementales; transport; rivière Yamaska
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 18 juin 2013 18:00
Dernière modification: 11 nov. 2015 18:51
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1407

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