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Comparaison des méthodes d’estimation des débits environnementaux dans des contextes hydrologiques et climatiques actuels et futurs – cas du Québec méridional.

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Berthot, Laureline (2021). Comparaison des méthodes d’estimation des débits environnementaux dans des contextes hydrologiques et climatiques actuels et futurs – cas du Québec méridional. Thèse. Québec, Doctorat en sciences de l'eau, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 194 p.

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Résumé

Le ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques du Québec s’intéresse à la question des débits environnementaux pour adapter sa gestion actuelle de l’eau en période d’étiage, et tenir compte des effets des changements climatiques. Les études sur les débits environnementaux et la protection des écosystèmes lotiques sont scientifiquement et politiquement plus avancées dans les autres provinces du Canada, et à l’international, par rapport au Québec. La question ici est fondamentale : comment limiter les prélèvements d’eau dans les rivières du Québec méridional pour protéger les écosystèmes lotiques tout en répondant aux demandes en eau ? Il y a quatre catégories de méthodes permettant de calculer les débits environnementaux : hydrologique, hydraulique, modèle d’habitat et exhaustive. La première catégorie, regroupant des métriques hydrologiques, s’appuie sur deux types d’analyses statistiques : descriptive et fréquentielle univariée. L’analyse fréquentielle est privilégiée dans les rivières du Québec méridional, pour limiter les prélèvements d’eau au cas par cas à un maximum de 15% du 7Q2 (débit minimum d’une moyenne mobile de sept jours et une période de retour de deux ans) durant les périodes d’étiage. Cette méthode est appliquée en considérant l’effet cumulatif des prélèvements d’eau en amont du cours d’eau pour ne pas prélever plus que la valeur de débit associée au 7Q2, qui n’est donc pas un débit plancher. Les débits environnementaux étant des débits plancher à maintenir dans une rivière, cette thèse a les objectifs suivants : (1) Comparer différentes métriques hydrologiques pouvant être actuellement appliquée à un territoire de 730 000 km² pour protéger et maintenir les écosystèmes lotiques ; (2) Étudier la possibilité de combiner une méthode hydrologique avec une méthode hydraulique, le périmètre mouillé ; (3) Analyser les effets des changements climatiques en comparant les résultats des méthodes hydrologiques et hydraulique pour des contextes hydrologiques actuels et futurs, à l’aide de scénarios de changement climatique. Les résultats montrent que les métriques hydrologiques choisies pour calculer les débits environnementaux doivent être sélectionnées pour une échelle régionale et une temporalité saisonnière ciblant la période d’étiage souhaitée. Le périmètre mouillé s’est révélé être une méthode hydraulique appropriée comme indicateur de la disponibilité physique des habitats dans les rivières aux plus faibles modules, associées aux plus petits bassins versants étudiés. Enfin, tenir compte des effets du changement climatique implique d’avoir une gestion des débits d'étiage s'adaptant aux contextes hydrologiques variés.

Abstract

The Quebec Department of Environment and Fight Against Climate Change is addressing the issue of environmental flows to adapt its current water management during low-flow periods, and to take into account the effects of climate change. Studies on environmental flows and the protection of river ecosystem are more scientifically and policy advanced in other Canadian provinces, and internationally, than in Quebec. The question here is basic: how can water withdrawals from rivers in southern Quebec be limited to protect river ecosystem while meeting water demands? Four categories of methods exist for calculating environmental flows: hydrological, hydraulic, habitat simulation and holistic. The first category is based on hydrological metrics, which can be separated into two types of statistical analysis: descriptive and univariate frequency. Frequency analysis is currently favoured in the rivers of southern Quebec, in order to limit water withdrawals on a case-by-case basis to a maximum of 15% of the 7Q2 flow metric (minimum flow of a seven-day moving average and two-year return period) during low water periods. This hydrological method is applied by considering the cumulative effect of water withdrawals in the upstream part of the river, so as not to withdraw more than the flow value associated with 7Q2, which is therefore not a minimum flow to maintain in the river. Based on the fact that environmental flows are about flow thresholds to maintain in a river, this thesis has the following objectives, to: (1) compare different flow metrics that can be used currently as a hydrological method applied to a territory of 730,000 km² to protect and maintain river ecosystem; (2) study the possibility of combining a hydrological method with a hydraulic method, the wetted perimeter; and (3) analyse the effects of climate change by comparing the results of hydrological and hydraulic methods in a current and future hydrological contexts using climate change scenarios. Results showed that the hydrological metrics used to define environmental flows should be selected at a regional scale and a seasonnal time scale focused on the low flow period of interest. The wetted perimeter was found to be a good indicater of physical availability of habitats in the rivers with the lowest average flows, and associated with the smallest catchments studied. Finally, taking into account the effects of climate change implies that the management of low flows water must be able to be adjusted to the hydrological contexts as and when required.

Type de document: Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse: St-Hilaire, André
Co-directeurs de mémoire/thèse: El-Jabi, Nassir; Caissie, Daniel
Mots-clés libres: débits environnementaux; Québec méridional; échelle temporelle; échelle spatiale; régions hydrologiques; débits d’étiage; périmètre mouillé; protection des écosystèmes lotiques; politique de partage de l’eau; changements climatiques; analyse fréquentielle; environmental flows; southern Quebec; temporal scale; spatial scale; low flows; hydrological regions; wetted perimeter; river ecosystem protection; water sharing policy; climate change; frequency analysis
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 28 mars 2022 17:41
Dernière modification: 28 mars 2022 17:41
URI: https://espace.inrs.ca/id/eprint/12527

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