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Évaluation des concentrations des sédiments en suspension en aval de deux bassins de sédimentation situés dans deux tourbières exploitées au Nouveau-Brunswick.

Es Salhi, Mohammed Aziz (2011). Évaluation des concentrations des sédiments en suspension en aval de deux bassins de sédimentation situés dans deux tourbières exploitées au Nouveau-Brunswick. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de l'eau, 190 p.

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Résumé

La récolte de la tourbe est une industrie en pleine croissance au Canada. Elle est également pratiquée dans plusieurs pays nordiques entre autre pour répondre à la demande dans le domaine de l’horticulture. Toutefois, la récolte de tourbe peut avoir des effets négatifs sur le milieu environnant tels qu’une charge sédimentaire accrue associée à l'eau de drainage provenant des tourbières exploitées qui se déverse dans les cours d’eau et les rivières en aval de la zone récoltée. L'objectif du présent projet est de mener une étude comparative sur l'efficacité des différentes méthodes d'atténuation de la charge sédimentaire produite par les tourbières exploitées et de tester une approche visant à améliorer l'efficacité des bassins de sédimentation. Deux différentes tourbières (Hardwood et Rogersville) au Nouveau-Brunswick, Canada, ont été étudiées, toutes deux exploitées par Premier Horticulture. Un premier objectif spécifique du présent projet était de déterminer si une corrélation existait entre le débit et la concentration de sédiments en suspension (CSS) et entre les précipitations et les CSS pour les deux tourbières. Les autres objectifs consistaient à déterminer si la charge sédimentaire et l'efficacité du bassin de sédimentation était influencée par les activités d'exploitation ou d’entretien. En outre, un bassin de sédimentation a été modifié durant la présente étude et des épis ont été installés afin de vérifier si l’ajout d’une telle structure pouvait améliorer l'efficacité du bassin de sédimentation. Enfin, les données sur les types et la taille des sédiments déposés dans la rivière en aval des bassins de sédimentation ainsi que la teneur en matière organique de ces sédiments ont été recueillies et analysées. La tourbière Hardwood a un bassin de sédimentation dont la dimension est en accord avec les lignes directrices du Nouveau-Brunswick. Trois stations de suivi ont été installées dans la rivière Portage, qui reçoit les eaux de drainage, pendant la période sans glace en 2007 et 2008. La station 1 était située à 2km en aval de la tourbière exploitée, tandis que la station 2 était située à 10 m en aval de la confluence de la rivière East Branch Portage et d’un chenal (dépression) formé par les eaux de drainage de la tourbière exploitée. La station C3 est située à environ 600 m en amont de la station C2 et de toutes les activités opérationnelles durant cette présente étude. Les données ont été recueillies sur ces sites du 11 mai au 9 novembre 2007 et du 28 mai au 1er octobre 2008. La tourbière de Rogersville, un site actif avec un réseau de drainage à grande échelle, possède un bassin de sédimentation de taille qui ne correspond pas aux lignes directrices du Nouveau-Brunswick. Le bassin est situé à environ 78 m en aval de la zone de récolte de tourbe. Sa longueur, de 170 m ainsi que la profondeur de 0.5 m ne correspondent pas aux normes recommandées au Nouveau-Brunswick. Le suivi des sédiments à Rogersville, qui a eu lieu du 27 juin au 25 novembre en 2008 et du 7 mai au 9 décembre en 2009, a été l'une des premières études à mesurer les CSS simultanément à l’entrée et à la sortie du bassin de sédimentation. Les CSS ont été mesurées également dans le cours d’eau récepteur, à 1,16 km en aval du bassin de sédimentation. Des épis ont été installés dans le bassin de sédimentation à la mi-octobre en 2008 pour déterminer si ces structures pouvaient améliorer l'efficacité du bassin en ralentissant l’écoulement. Ces épis sont restés en place pendant le reste de 2008 et tout au long de la période d'étude en 2009 et n'ont jamais été enlevés. Pour le suivi de la sédimentation en aval des bassins, cinq sites ont été équipés de quatre trappes à sédiments chacun pour la tourbière Hardwood et ce durant les deux années de suivi. Quatre sites, avec 3 trappes à sédiments chacun, ont été mis en place pour la tourbière de Rogersville durant la période d’étude. À la tourbière Hardwood, un site de suivi de la sédimentation a été placé dans une zone tampon qui est entre le bassin de sédimentation et la rivière. Dans les deux tourbières, il a été constaté que les CSS n'étaient ni significativement corrélées avec la précipitation, ni avec les débits. Cependant, des séries chronologiques des CSS, débits et des précipitations ont montré que certains niveaux élevés des CSS ont été causés par des événements importants des débits et/ou précipitations. À la tourbière de Rogersville, il a été conclu que les mesures négatives de l’efficacité du bassin de sédimentation ont été associées à de fortes précipitations, mais seulement une très faible corrélation existait entre les précipitations et l'efficacité du bassin. Les activités de nettoyage du bassin de sédimentation ont eu une influence assez importante sur les niveaux des CSS, mais l’entretien des bassins n'a pas été suffisant pour assurer l’efficacité optimale du bassin de sédimentation. Dans les deux tourbières, la norme néo-brunswickoise des CSS de 25mg/L a été dépassée à chaque station et à chaque année. À la tourbière Hardwood, la station la plus affectée a été la station 2, située immédiatement en aval de la tourbière. La norme y a été dépassée 47% du temps en 2007 et 52% du temps en 2008. À Rogersville, les plus faibles taux de dépassements de la norme ont été trouvés à la station 1 avec un taux de dépassement de 64% du temps en 2008 et 62% du temps en 2009. À Rogersville, il n’a pas été possible de conclure que les épis ont contribué à améliorer l'efficacité du bassin de sédimentation. Une fois installés, les épis n'ont jamais été nettoyés. Une meilleure efficacité du bassin aurait pu éventuellement avoir été enregistrée si les épis avaient été correctement entretenus. Le faible volume du bassin de sédimentation et le fait qu’il ne corresponde pas aux lignes directrices du Nouveau-Brunswick ont également été des facteurs contribuant à la faible performance des épis. Le sable était le type de sédiment dominant déposé en aval des tourbières exploitée (Hardwood et Rogersville) durant les deux années, avec des quantités croissantes trouvées dans les sites les plus en aval. En outre, le pourcentage du contenu organique pour les sédiments inférieurs à 2 mm a été plus élevé que le pourcentage du contenu organique pour les sédiments supérieurs à 2 mm dans les deux tourbières pendant les deux années. À la tourbière Hardwood, le contenu organique était plus important dans les sédiments déposés dans le site 5 que sur les sites moins affectés de 1 à 4. Le contenu organique pour le site 5, pour les sédiments de tailles inférieures à 2 mm en 2007, a été significativement différent de celui des autres sites. À Rogersville, le contenu organique des sédiments inférieurs à 2 mm en 2008 a diminué progressivement de l’amont vers l’aval (sites 4 à 1), mais aucune différence significative n'a été trouvée entre les sites. En 2009, le site 2 a eu la plus haute valeur pour le contenu organique des sédiments inférieurs à 2 mm et le site 1 a le contenu organique le moins élevé.

Abstract

Peat harvesting is a growing industry in Canada. Peat harvesting is also carried out in several Nordic countries to meet the demand for horticultural grade peat moss. However, harvesting has some undesirable side effects such as drainage water containing peat sediment that flows into streams and rivers downstream of the harvested area. These sediments have been shown to negatively affect the natural environment. The aim of the project is to conduct a comparative study of the effectiveness of different methods of attenuation of sediment load produced by harvested peat bogs, with a special emphasis on the effectiveness of sedimentation ponds. Two different peat bogs, both operated by Premier Horticulture, in New Brunswick, Canada were studied for the current project; the Hardwood and Rogersville peat bogs. One objective of the study was to investigate if a relationship existed between discharge and suspended sediment concentration (SSC) and between rainfall and SSC on the East Branch Portage River and at the Rogersville peat bog. Other objectives were to determine if relationships existed between the efficiency of the sedimentation pond and harvesting activities or maintenance. In addition, one pond was modified during the study and baffles were added to verify if such structures would increase pond efficiency. Finally, data about the type and size of sediment deposited in the rivers downstream of the sedimentation ponds as well as the organic content of those deposits were gathered and analyzed. The Hardwood peatland has a sedimentation pond which meets the New Brunswick design guidelines. Three stations were monitored during the ice-free period of 2007 and 2008. Stations 1 and 2 were located respectively 2 km and 200 m downstream of the harvested peatland and Station 3 was located approximately 600 m upstream of all operational activities. Data were gathered at these sites from May 11th to November 9th in 2007 and from May 28th to October 1st in 2008. The Rogersville peatland, a well established and active harvested site with extensive drainage, had a sedimentation pond size that did not correspond to New Brunswick standards. The pond is located approximately 78 m downstream of the peat production area. Its length of 170 m was much higher than the recommended standard. This study, which took place from June 27th to November 25th in 2008 and from May 7th to December 9th in 2009, was one of the first to measure SSC at both the inflow and outflow of the sedimentation pond. SSC was also measured at Station 1 at a point approximately 1.16 km downstream of the sedimentation pond. At the Rogersville bog, baffles were installed in mid-October 2008 in the sedimentation pond to determine if they would improve the efficiency of the pond. These baffles remained in place for the remainder of 2008 and throughout the study period in 2009 and were never removed. Five sites with four sediment traps each were established at Hardwood in both years and four sites with three sediment traps each were set up at Rogersville in both years. At each peat bog, site 1 was located the furthest downstream of the sedimentation pond with each subsequent site moving further upstream. At Portage, site 5 was located in the buffer zone between the sedimentation pond and river, in an area close to harvesting activities. In both study areas, it was found that SSC levels were neither significantly correlated with precipitation nor discharge, although time series of SSC, discharge and rainfall suggested that some of the high SSC events were triggered by high discharge and/or precipitation. At Rogersville, it was found that negative pond efficiency measurements were triggered by heavy rainfall, but only a very weak correlation existed between rain and pond efficiency. Pond cleaning activities, however, had an important influence on SSC levels but cleaning on its own was not enough to ensure optimal sedimentation pond efficiency. Although pond cleaning did eventually decrease SSC levels at both the Rogersville and Hardwood settling ponds, pond maintenance can induce an increase in SSC for a period of up to one month. At both Rogersville and Hardwood, the New Brunswick SSC maximum threshold of 25mg/L was exceeded at each station in each year. At Hardwood, the most impacted station was Station 2, which exceeded the threshold 47% of the time in 2007 and 52% of the time in 2008. At Rogersville, lower exceedances were found at Station 1 with the threshold being exceeded 64% of the time in 2008 and 62% of the time in 2009. At Rogersville, no conclusive evidence was obtained indicating that the baffles helped to improve the efficiency of the pond. Once installed, the baffles were never cleaned. Better pond efficiency may possibly have been recorded, had the baffles been properly maintained. Small pond volume and the fact that the sedimentation pond did not conform to the New Brunswick guidelines were also likely factors in poor basin performance. Sand was the dominant sediment type deposited downstream of the harvested peat bogs (Hardwood and Rogersville) in both years with increasing quantities found further downstream. As well, the percentage organic matter < 2 mm was higher than the percentage organic content > 2 mm at both bogs in both years. At Hardwood, more organic content was found in the deposited sediment at site 5 than at the less impacted sites 1 through 4. Organic content at site 5, for grain sizes < 2 mm in 2007 was found to be significantly different then sites downstream of the harvested area. At Rogersville, in 2008, organic content < 2mm was found in diminishing quantities from site 4 to 1 but no significant differences were noted between sites. In 2009, for organic content < 2 mm, site 2 had the highest organic content and site 1 had the least. The two sites were found to be significantly different from each other.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: St-Hilaire, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: Clément, Marie
Mots-clés libres: sédiment; tourbière; eau; drainage; hydrométéorologie; Nouveau-Brunswick
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 03 oct. 2013 15:37
Dernière modification: 17 nov. 2015 21:17
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/1513

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