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Caractérisation environnementale et hydrogéologique de l'écoulement à la base des forces canadiennes (BFC) Shilo, Manitoba, Canada.

Gauthier, Catherine (2005). Caractérisation environnementale et hydrogéologique de l'écoulement à la base des forces canadiennes (BFC) Shilo, Manitoba, Canada. Mémoire. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Maîtrise en sciences de la terre, 204 p.

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Résumé

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L'aquifère du delta de l'Assiniboine (ADA), un important aquifère situé dans le sud-ouest du Manitoba, sert de source d'approvisionnement pour l'irrigation et pour combler les besoins domestiques de la Base des Forces Canadiennes (BFC) Shilo et des villages environnants. Des troupes canadiennes et allemandes se sont entraînées de façon intensive à Shilo au cours des dernières décennies. À la suite du départ des troupes allemandes, Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) à Valcartier a entrepris un projet de recherche en collaboration avec l'INRS-ÉTÉ afin d'évaluer l'impact des activités d'entraînement militaire sur l'environnement. D'une épaisseur moyenne de 18 m, l'aquifère de sable de l'Assiniboine est de type non-confmé et est donc vulnérable aux sources potentielles de contamination. Il repose sur des unités d'argile silteuse et de till. L'eau souterraine s'écoule de façon générale vers la rivière Assiniboine (sud) mais également vers le ruisseau Épinette (nord). Trois zones d'entraînement ont été examinées: les champs de tir de petit calibre (~0,4 km²), le champ de tir de grenades (~0,0025 km², or 2500 m²) et les champs de bataille (~8 km²). Les• objectifs du projet étaient de décrire le contexte géologique et hydrogéologique, d'identifier les sources potentielles de contamination des sols et de l'eau souterraine et d'évaluer l'impact potentiel de ces dernières sur l'aquifère à l'aide d'un modèle numérique. Une campagne de caractérisation a été réalisée sur une période de 3 ans (2000-2002) au cours de laquelle des analyses de métaux, de matériaux énergétiques, de thorium-232 et autres contaminants potentiels ont été réalisées dans les sols et dans l'eau souterraine de la BFC Shilo. Le 232Th est un isotope radioactif présent dans le système de guidage de certains missiles MILAN utilisés à la BFC Shilo. Des études géologiques et hydrogéologiques ont également été réalisées par l'INRS-ÉTÉ, la Commission géologique du Canada (CGC-Québec) et Construction pour la défense Canada (CDC): forage de puits profonds, installation de 78 puits d'observation, essais de perméabilité, mesures d'écoulement à l'aide d'un tachymètre, mesures de niveau d'eau, etc. Les concentrations mesurées de métaux, de matériaux énergétiques et de 232Th ont été comparées avec le bruit de fond plus 2 fois l'écart-type (BF+2ET) et avec les recommandations du Conseil canadien des ministres de l'environnement (CCME); lorsque disponibles. • Des concentrations de métaux lourds, notamment As, Cu, Cd, Ni, Pb et U, excédant les recommandations du CCME pour usage agricole et/ou BF+2ET ont été mesurées principalement dans les champs de tir de petit calibre et de tir de grenade. Les concentrations de Cu et Pb dans les champs de tir de petit calibre et celles de zinc dans le champ de tir de grenade excédaient même les recommandations du CCME pour usage industriel. Les concentrations de métaux dans l'eau souterraines se sont toutefois avérées inférieures aux recommandations du CCME pour l'eau potable, sauf pour le fer et le manganèse qui sont naturellement présents en concentration élevée dans l'aquifère. • Des matériaux énergétiques tels que le HMX et le RDX ont été détectés en faible concentration (<5 ppb) dans les sols du champ de tir de grenade et ceux de certains champs de bataille (<1 ppb), mais pas dans l'eau souterraine. • Les concentrations de 232Th mesurées dans les sols de la BFC Shilo étaient équivalentes aux concentrations naturelles de fond. Les concentrations mesurées dans l'eau souterraine étaient en revanche plus élevées que le bruit de fond mais se situaient toujours en deça des recommandations du CCME pour l'eau potable (24.5 ppb). La distribution des concentrations de 232Th dans l'eau souterraine suggère une contribution anthropogénique (missiles MILAN) aux concentrations mesurées sur la base, bien que quelques concentrations élevées dans la section nord de la base ne puissent être expliquées. Les données disponibles ne permettent pas d'établir une relation claire entre les concentrations de Th232 dans l'eau souterraine et les activités d'entraînement militaire. Les missiles MILAN ne sont plus utilisés à la BFC Shilo. Un modèle numérique d'écoulement de l'eau souterraine par éléments finis couvrant le territoire de la BFC Shilo a été développé avec le logiciel Feflow afin de définir la dynamique de l'écoulement de cette section de l'aquifère. La recharge calée a été établie 58 mm/an alors que les estimés initiaux variaient entre 22 et 68 mm/an. Trois zones de conductivité hydraulique distincte ont été définies dans le modèle calé (3 x 10-4 m/s, 3,5 X 10-4 m/s et 7 x 10-5 m/s), soit des valeurs généralement plus élevées que la conductivité hydraulique moyenne estimée à partir de tests de perméabilités et d'analyses granulométriques (1 x 10-4 m/s). Le calage du modèle s'est révélé adéquat mis à part une conductivité hydraulique inférieure à la valeur attendue dans la section est du modèle et des vitesses d'écoulement de l'eau souterraine inférieures à celles mesurées avec le tachymètre (100 to 300 m/an avec le tachymètre comparativement à 25 to 100 m/an dans le modèle calé). Les résultats obtenus avec le tachymètre doivent toutefois être considérés avec prudence. La zone de captage des puits d'approvisionnement de la BFC Shilo a été définie; elle recoupe une partie des champs de tir de petit calibre En conclusion, bien qu'aucun problème environnemental majeur n'ait été identifié, la campagne de caractérisation a révélé l'existence de problèmes localisés de contmaination des sols par les métaux. Des mesures préventives ont été identifiées et présentées aux autorités de la base, incluant l'évitement de toute activité susceptible de modifier le pH du sol dans les champs d'entraînement contaminés afro de prévenir la lixiviation de métaux vers l'aquifère, la surveillance de la qualité de l'eau souterraine et l'identification d'un périmètre de protection pour assurer une gestion adéquate des activités qui pourraient potentiellement affecter la qualité de l'eau des puits d'approvisionnement de la base. Cette étude fait partie d'un programme de recherche élargi sur l'impact potentiel des activités d'entraînement militaire sur des bases des forces canadiennes.

Abstract

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The Assiniboine Delta Aquifer (ADA), a major regional aquifer in southwestem Manitoba, supplies water for irrigation and for the domestic needs of Canadian Forces Base (CFB) Shilo and surrounding communities. Canadian and German troops trained intensively at CFB Shilo over the past decades and following the departure of the later, Defense Research and Development Canada (DRDC) in Valcartier undertook a research project in collaboration with INRS to assess the impacts of military training on the environment. With an average thickness of 18 m, the ADA sand aquifer is unconfined and thus vulnerable to potential sources of contamination. It is underlain by silty clay and till layers. Groundwater drains in the most part towards the Assiniboine river (south) but also towards Epinette Creek (north). Three training areas were investigated: the rifle ranges (~0,4 km²), the grenade range (~0,0025 km², or 2500 m²) and battleruns (~8 km²). The objectives were to describe the geological and hydrogeological context, to identify potential sources of contamination of soils and groundwater and to assess their potential impact on the aquifer using a numerical model. A characterization campaign was conducted over a three year period (2000-2002) and involved the analysis of metals, energetic materials, thorium-232 and other potential contaminants in the soils and groundwater of CFB Shilo. 232Th is a radioactive isotope found in the guiding system of some MILAN missiles fired at CFB Shilo. Geological and hydrogeological investigations were conducted by INRS-ETE, the Geological Survey of Canada (GSC-Quebec) and Defence Construction Canada (DCC): deep borehole drilling, installation of 78 observation wells, slug tests, flowmeter survey and water level measurements, etc. Measured concentrations of metals, energetic materials and 232h were compared against background concentrations plus 2 times the standard deviation (BG+2STD) and Canadian Council of Ministers of the Environment (CCME) guidelines, when available. • Heavy metals, including As, Cu, Cd, Ni, Pb and U, were detected in concentrations exceeding CCME guidelines for agricultural use and/or BG+2STD mostly in rifle and grenade ranges. Cu and Pb in rifle ranges and Zn in the grenade range were even exceeding CCME guidelines for industrial use. Metals concentrations in groundwater however were below CCME Drinking Water Quality Guidelines, except for high, naturally occurring iron and manganese concentrations. • Energetic materials such as HMX and RDX were detected in low concentrations (< 5 ppb) in the soils of grenade ranges and in sorne battleruns (<1 ppb), but not in groundwater. • 232th concentrations in CFB Shilo, soils were equivalent to natural background concentrations. Concentrations in groundwater were higher than background levels but always below the CCME guideline for drinking water (24.5 ppb). 232Th distribution pattern suggests an anthropogenic contribution (MILAN missile) although some high 232Th concentrations in the northen section of the base could not be explained. Available data are thus insufficient to establish a clear relationship between Th232 concentrations in groundwater and military training activities. MILAN missiles are no longer in use at CFB Shilo. A groundwater numerical, finite element flow model for the area covered by CFB Shilo was developed with Feflow to define the flow dynamics in this section of the aquifer. Calibrated recharge was 58 mm/y compared to initial estimates varying from 22 to 68 mm/y. Three zones of different hydraulic conductivities were defined in the calibrated model: 3 x 10-4 m/s, 3,5 X 10-4 m/s and 7 x 10-5 m/s, generally higher than the average hydraulic conductivity estimated from slug tests and grain-size analysis (1 x 10-4 m/s). The calibration was adequate except for hydraulic conductivities lower than expected in the eastern section of the model and groundwater velocities lower than those measured using a flowmeter (100 to 300 m/y with the flowmeter compared to 25 to 100 m/y in the calibrated model). Flowmeter measurements should however be considered with caution. The capture area of the CFB Shilo supply weIl was defined and found to overlap with some of the rifle ranges. In summary, although no major environmental concerns were identified, the characterization campaign revealed localized problems of metal contamination in soils. Preventive measures were identified and shared with base authorities, including the avoidance of any activities that could change soil pH in contaminated areas, in order to prevent leakage towards the aquifer, groundwater quality monitoring and the delineation of a wellhead protection area (WHPA) to manage activities that could potentially threaten groundwater quality of base supply wells. This study is part of a wider research program on the potential environmental impact of training activities on Canadian Forces bases.

Type de document: Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Lefebvre, René
Co-directeurs de mémoire/thèse: Martel, Richard
Informations complémentaires: Résumé avec symboles
Mots-clés libres: hydrogéologie; environnement; écoulement; géologie; sol; eau souterraine; aquifère; contamination; base militaire
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 22 juin 2012 15:19
Dernière modification: 18 nov. 2015 20:01
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/407

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