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Contribution à un cadre de modélisation hydrologique des milieux humides des Basses-terres du Saint-Laurent : fonctionnement, dynamique et impacts en contexte de changement climatique.

Fossey, Maxime (2016). Contribution à un cadre de modélisation hydrologique des milieux humides des Basses-terres du Saint-Laurent : fonctionnement, dynamique et impacts en contexte de changement climatique. Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en sciences de l'eau, 173 p.

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Résumé

Ces dernières décennies ont vu les milieux humides prendre une place prépondérante dans nos sociétés. Leur perception parfois extrême, évoluant de nuisible à indispensable, leur ont fait subir bon nombre de pressions (dégradation, conversion, usage), dépendamment de nos activités et de nos besoins (agriculture, industrie, urbanisation), aboutissant à une perte conséquente, sur ces cinquante dernières années, de près de moitié des surfaces occupées par ces milieux à travers le monde. Le large consensus autour de leur rôle significatif sur l’hydrologie (régulation des hauts et bas débits) est que les pertes résultent en des perturbations majeures de l’hydrologie à l’échelle du bassin versant. Ce constat a motivé le développement d’outils d’évaluation qualitative et quantitative de ces fonctions à travers notamment les modèles hydrologiques distribués à l’échelle du bassin versant. Ces modèles sont alors devenus un support essentiel pour la compréhension du fonctionnement et de la dynamique hydrologique des milieux humides. Plus encore, le contexte de changement climatique a fait de ces modèles des outils indispensables dans l’évaluation des conditions hydrologiques futures et des conséquences associées sur l’impact hydrologique des milieux humides. De ces évaluations dépendent la mise en place de programmes efficaces de restauration/conservation de ces milieux. Ce travail de recherche s’inscrit dans ce contexte avec un double objectif d’assurer les missions : (i) de recherche fondamentale, afin de mieux comprendre le fonctionnement et la dynamique hydrologique des milieux humides, et (ii) de recherche appliquée, évaluant l’impact des milieux humides sur l’hydrologie à l’échelle du bassin versant en tenant compte du besoin d’information spécifique des décideurs en charge de la gestion des milieux humides. Cette thèse aborde donc la problématique du rôle hydrologique des milieux humides sous ces deux aspects. D’une part, la mise en place d’un cadre de modélisation hydrologique des milieux humides, comprenant le développement et l’évaluation d’un outil opérationnel adapté à cette problématique (plateforme de modélisation PHYSITEL/HYDROTEL). Et d’autre part, l’application de ce cadre de modélisation à l’échelle du bassin versant dans les Basses-terres du Saint Laurent, Québec, Canada. Ce cadre de modélisation devient alors intégrateur de connaissances pour une meilleure compréhension de l’hydrologie des milieux humides, permettant ainsi d’évaluer des scénarios de gestion de ces milieux et d’anticiper des modifications de leur fonctionnement et de leur impact hydrologique dans un contexte de changement climatique. Les résultats de ces travaux permettent de mettre en évidence la valeur ajoutée à la plateforme de modélisation hydrologique PHYSITEL/HYDROTEL par l’intégration de modules spécifiques aux milieux humides isolés et riverains (Article I). De plus, outre l’amélioration sensible du modèle à représenter les caractéristiques de l’hydrogramme, le développement de ces modules dédiés aux milieux humides fournit un cadre de modélisation adapté à l’évaluation de l’impact spécifique des milieux humides isolés et riverains sur l’hydrologie à l’échelle du bassin versant. Ces impacts hydrologiques apparaissent plus fortement dépendants de leur localisation sur le bassin versant que de leurs caractéristiques intrinsèques. En d’autres termes, et conformément à l’approche hydrologique utilisée, un milieu humide localisé à un endroit donné du bassin versant ne semble pas avoir la même efficacité que le même milieu humide localisé à un autre endroit du bassin (Article II). Pouvant être perçus comme des structures paysagères « pivot », leur impact hydrologique à l’aval dépend, en effet, dans une certaine mesure, des écoulements provenant de l’amont et régissant leur dynamique hydrologique. Ces écoulements, largement conditionnés par les conditions climatiques et le paysage environnant, peuvent ainsi être variables dans le temps et dans l’espace. Dès lors, à des fins de programmes optimaux de conservation et/ou de restauration des milieux humides, considérer le contexte de changement climatique devient essentiel. Les modifications attendues dans les patrons de distributions des précipitations, notamment, pourraient perturber la dynamique hydrologique des milieux humides et affecter les services hydrologiques rendus par ces derniers voire atteindre leur intégrité à long terme (Article III). Ainsi, la perte ou la simple altération des services de régulation rendus par les milieux humides couplée au changement climatique, pourrait réduire l’impact des milieux humides et significativement affecter l’hydrologie à l’échelle du bassin versant (Article IV). Ce projet de recherche met finalement en évidence la nécessité d’une vision intégrative du milieu humide au sein de l’unité hydrologique fonctionnelle à laquelle il appartient, le bassin versant, à des fins ultimes de mise en place de plans d’adaptation efficaces face au changement climatique.

Abstract

Recent decades have seen wetlands take a significant place in our societies. Conflicting perception, evolving from harmful to vital landscapes, made them vulnerable to major pressures (degradation, conversion, use), depending on our activities and needs (agriculture, industry, urbanization), resulting in a worldwide substantial loss of nearly half of their land cover. Nowadays, a broad consensus about their significant role in hydrology (regulation of high and low flows) has emerged and it is now acknowledged that any loss of wetlands can result in disturbances at the watershed scale. This consensus has motivated the development of qualitative and quantitative hydrological assessment tools such as distributed watershed models. These models have become essential for advancing our understanding of the role and hydrological dynamics of wetlands. Moreover, under changing climate conditions, these models have become valuable tools in the assessment of future wetland conditions and related impacts on watershed hydrology. These assessments represent the first step towards the definition of effective and relevant restoration/conservation wetland programs. This research project contributes to the aforementioned context using two perspectives, that is two objectives: (i) from a fundamental research point of view, to better understand the functioning and the hydrological dynamics of wetlands, and (ii) from an applied research point of view, to assess the impact of wetlands on stream flows at the watershed scale with respect to the information required by decision makers responsible for wetland management. For both perspectives, the emphasis of the thesis is on further our understanding of the hydrological services provided by wetlands. To achieve these research objectives, a hydrological modelling framework of wetlands is developed and assessed using the PHYSITEL/HYDROTEL modelling platform. This modelling framework is applied on two watersheds of the St-Lawrence lowlands, Quebec, Canada. As a knowledge integrator, the platform leads to a better understanding of wetland hydrology, allowing for the assessment of their role at the watershed scale and the impact of disturbances such as climate change. Results highlight the added value of integrating specific isolated and riparian wetland modules to the PHYSITEL/HYDROTEL hydrological modelling platform (Article I). Besides improving the modelling platform to represent basic hydrograph characteristics, the development of dedicated wetland modules provides a relevant framework to assess the specific impact of isolated and riparian wetlands on watershed hydrology. These hydrological impacts seem to be more heavily dependent on wetland location within the watershed than their intrinsic characteristics (isolated or riparian). In other words, a wetland of a given location does not seem to be as effective as the same wetland located in another part of the watershed (Article II). Wetlands can be viewed as hydrological nodal structure; their downstream impact depends, to some extent, on upstream runoff which governs their dynamics and ensuing role in watershed hydrology. Wetland inflows, driven by climatic conditions and surrounding landscape, can, thus, vary in time and space. As such climate change needs to be accounted for in the development of conservation and/or restoration wetland programs. The expected changes in precipitation patterns could affect the hydrological dynamics of wetlands and associated hydrological services or threaten their long-term integrity (Article III). The loss or the mere degradation of their flow regulation services, combined with climate change, could reduce the impact of wetlands and significantly affect watershed hydrology (Article IV). This research ultimately highlights the need to view wetlands as integral parts of the watershed when assessing their hydrological services and their potential for mitigating the impact of climate change on watershed hydrology.

Type de document: Thèse
Directeur de mémoire/thèse: Rousseau, Alain N.
Mots-clés libres: modélisation hydrologique; milieux humides isolés; milieux humides riverains; services écosystémiques; changement climatique ; bassin versant ; gestion des milieux humides; hydrological modelling; isolated wetlands; riparian wetlands; ecosystem services; climate change; watershed scale; wetland management
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 07 déc. 2016 14:28
Dernière modification: 07 déc. 2016 14:28
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/4851

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