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Analyse du bilan hydrologique d’une tourbière ombrotrophe située dans le bassin versant de la rivière Romaine, Côte-Nord, Québec.

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Riahi, Khawla (2021). Analyse du bilan hydrologique d’une tourbière ombrotrophe située dans le bassin versant de la rivière Romaine, Côte-Nord, Québec. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 83 p.

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Résumé

Les tourbières sont relativement abondantes sur le territoire du Québec. Elles constituent l'un des principaux écosystèmes contribuant à la séquestration du carbone. La construction de quatre réservoirs hydroélectriques sur le bassin versant de la rivière Romaine, situé en Côte-Nord, a ennoyé différents écosystèmes, dont 12,5 % sont des tourbières. En juin 2018, une tourbière ombrotrophe a été instrumentée afin d’effectuer des études approfondies sur le cycle du carbone et évaluer l’impact de l’ennoiement des tourbières dans les réservoirs. Des dispositifs expérimentaux ont été mis en place pour étudier la dynamique hydrologique de la tourbière et quantifier les valeurs de précipitations (P), de ruissellement (Q), d'évapotranspiration (ET) et de variations de niveaux de nappe phréatique (∆h) contribuant aux estimations des flux de carbone Deux méthodes ont été utilisées pour estimer le coefficient d’emmagasinement (Sy) parmi les horizons tourbeux : une méthode de drainage pratiquée sur un sous-échantillon de la tourbière et une méthode de calcul basée sur les fluctuations du niveau de la nappe. Les analyses de laboratoire effectuées avec le réservoir donnent des valeurs de Sy variant de 0,9 à 0,1 et la méthode de calcul de fluctuations de nappe des valeurs de 0,87 à 0,1. Les deux méthodes ont donné des valeurs élevées dans les 5-10 premiers centimètres des horizons tourbeux mais qui diminuent considérablement au-delà de ces profondeurs Aussi des valeurs de Sy plus élevées ont été obtenues dans les horizons tourbeux associés aux dépressions comparativement aux buttes et aux platières. Ces résultats confirment l’existence d’une relation non linéaire entre le niveau de la nappe et le coefficient d’emmagasinement. Ce dernier est plus élevé quand le niveau hydrostatique fluctue dans la zone active de la colonne tourbeuse où le degré d’humification est moins important et la circulation de l’eau est plus rapide. Le calcul de l’évapotranspiration potentielle (ETP) avec trois méthodes semi-empiriques a montré que durant les mois les plus chauds, l’équation de Penman-Monteith donne les taux d’ETP les plus élevés et Thornthwaite les plus faibles. Les bilans hydrologiques calculés à des pas de temps mensuels et saisonniers montrent que l’évapotranspiration est le phénomène responsable de la baisse du niveau hydrostatique et constitue la perte majeure d'eau dans le bilan, ce qui est attendu pour une tourbière ombrotrophe. Les variations des propriétés hydrodynamiques selon les différentes couches de la tourbière et des microtopographies, l’effet de l’évapotranspiration et l’état initial de la nappe sont tous des facteurs qui influencent le stockage et le rend difficile à estimer. L’examen des évènements pluvieux a montré qu’un stockage important est uniquement possible après le premier évènement pluvieux arrivant à la suite d’une période de sécheresse. Le potentiel du ruissellement est influencé par le stockage qui à son tour dépend de l’état initial de la nappe. Finalement, la combinaison du module Neige « CemaNeige » avec le modèle hydrologique « PHIM » a servi à modéliser la fonte printanière. Malgré les courtes périodes utilisées pour le calage et la validation du modèle, PHIM a montré son efficacité dans la conceptualisation de la dynamique d’écoulement au sein de la tourbière.

Abstract

Peatlands are relatively abundant on the Quebec territory. They are one of the main types of ecosystems contributing to carbon sequestration. The construction of four hydroelectrical reservoirs on the Romaine River watershed located on the North Shore caused the flooding of various ecosystems, 12.5 % of which are peatlands. In June 2018, an ombrotrophic peatland was instrumented for specific studies on the carbon cycle and the impact of peatland flooding in reservoirs. Instruments have been installed to study the hydrological dynamics and quantify: precipitation (P), runoff (Q), evapotranspiration (ET) and water table fluctuations (∆h) in order to contribute to the estimation of the carbon budget. Two methods were used to estimate the specific yield (Sy) in the peat horizons: gravitational drainage method performed on a sample of peat and a rain to rise ratio method based on water table fluctuations. Laboratory analyses produced values of Sy ranging from 0.9 to 0.1 while values 0.87 to 0.1 were obtained with the water table fluctuation method. Both methods led to high Sy values in the first 5-10 centimeters of the peat, which rapidly decreased beyond these depths. Also, higher Sy values were obtained in peat horizons associated with the depressions compared to the hummocks and lawns. These results confirm the existence of a non-linear relationship between the water table levels and the storage coefficient. The Sy value is higher when the hydrostatic level fluctuates in the active zone of the peat column where humification is less pronounced and the water circulation more rapid. Calculation of ETP with three semi-empirical methods showed that during the warm months, the Penman-Monteith equation yields the highest rates of ETP and Thornthwaite the lowest. Monthly and seasonal water budgets show that evapotranspiration is responsible for the major loss of water in a bog. The variations of hydrodynamic properties of different peat layers and microtopographies, the effect of evapotranspiration and the initial state of the water table are all factors influencing storage and making it difficult to estimate. The examination of rainy events showed that a significant storage is only possible after the first rainy event following a period of drought. The potential for runoff is influenced by storage, which in turn depends on the initial state of the water table. Finally, the combination of the “CemaNeige” Snow module with the “PHIM” hydrological model was used to model the spring melt. Despite the short periods used for the model calibration and validation, PHIM has shown its effectiveness in conceptualizing the flow dynamics within the peatland.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: St-Hilaire, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: Garneau, Michelle; Bourgault, Marc-André
Mots-clés libres: tourbière; bilan hydrologique; coefficient d’emmagasinement; stockage; évapotranspiration potentielle; modélisation; peatland; hydrological budget; specific yield; storage; potentiel evapotranspiration; modelling
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 15 oct. 2021 18:21
Dernière modification: 15 oct. 2021 18:21
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/12054

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