Amélioration de la prévision hydrologique des apports en eau dans le bassin versant du Saint-Laurent

La prévision hydrologique permet de prévoir le niveau d’eau et le débit des cours d’eau quelques jours à l’avance. C’est un outil très utile pour assurer la sécurité du public puisqu’elle permet, par exemple, de savoir lorsqu’une rivière est prête à sortir de son lit et d’avertir la population riveraine afin qu’elle puisse prendre les actions nécessaires.

Dans leur souci d’améliorer la prévision hydrologique pour le Saint-Laurent et ses tributaires, Environnement et Changement climatique Canada (ECCC) et le Ministère du Développement durable, de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques du Québec (MDDELCC) doivent relever le défi d’harmoniser les modèles de prévision hydrologique et les outils informatiques qu’ils utilisent, afin de pouvoir partager leurs données météorologiques et hydrologiques. Le Plan d’action Saint-Laurent (PASL) offre cette passerelle vers une meilleure collaboration.

Le but de ce projet est donc d’améliorer les outils disponibles pour la réalisation de la prévision hydrologique dans le bassin versant du Saint-Laurent en mettant à profit les acquis des deux équipes. Pour ce faire, une méthodologie commune pour l’assimilation des données sera développée, des outils de modélisation hydrologique communs seront évalués et des approches de prévision basées sur ces avancées seront testées sur des bassins versants tributaires du Saint-Laurent.

Les outils développés pourront être intégrés par ECCC et le MDDELCC dans leurs activités de prévision en fonction de leurs mandats opérationnels respectifs.  Ce faisant, il sera possible d’améliorer la prise de décision en temps réel pour le Saint-Laurent et ses tributaires puisque nous serons mieux outillés pour prévoir leur comportement et intervenir rapidement.

Figure 1 : Le bassin versant du système hydrographique du Saint-Laurent; modélisation faite par le Programme de prévision numérique environnemental

 

Mise en valeur des données météorologiques du bassin versant du Saint-Laurent

La mesure de la neige est importante pour la prévision hydrologique qui consiste à prédire le niveau d’eau et le débit des cours d’eau. En effet, la quantité de neige à un endroit précis est difficile à prévoir et elle influence grandement l’écoulement des cours d’eau. Il existe à l’heure actuelle plusieurs outils de mesure de la neige, mais ceux-ci produisent des données différentes pour un même site ce qui occasionne des incertitudes sur les mesures. Conscients de cette problématique, ECCC et le MDDELCC souhaitent accroître le partage des données liées à la neige entre les deux gouvernements et collaborer afin de réduire ces incertitudes.

Ce projet, en partenariat avec l’Université Laval, vise donc à développer une technique commune de mesure et de localisation de la neige pour le bassin versant du Saint-Laurent. Une base de données commune pour recueillir les observations récentes et  une procédure optimale de localisation de la neige seront développées. Ce projet rendra ainsi possibles l’adoption de meilleures pratiques et l’amélioration des outils, contribuant du même coup à améliorer la prévision de la quantité de neige prévue à un endroit donné. 

Photo : Amandine Pierre @ Université Laval

 

La forêt Montmorency reçoit annuellement plus de 600 mm de précipitations solides (neige, grêle, grésil) ce qui en fait un lieu privilégié pour la recherche scientifique. Cette forêt gérée par l’Université Laval contient plusieurs appareils récoltant des données hydrométéorologiques, c’est-à-dire des données météorologiques en lien avec le cycle hydrologique, et pas moins de 13 appareils dédiés à la neige. C’est grâce à ses qualités physiques naturelles et son historique de mesure hydrométéorologique que le site de la forêt Montmorency a été choisi afin d’accueillir la station météorologique expérimentale. Des appareils de mesure sophistiqués y ont été installés tels qu’un Double Fence Intercomparison Reference ou DFIR (ECCC) et un précipitomètre à écran Nipher (MDDELCC).

 

 

Photo : Amandine Pierre @ Université Laval

Description : L'appareil Double Fence Intercomparaison Reference (DFIR) à la station météorologique expérimentale de la forêt Montmorency permet une mesure non biaisée des précipitations solides.  28 avril 2016, 63 cm de neige.  

 

Modélisation de l'hydrologie et de l'hydraulique du bassin versant de la rivière Richelieu

Les inondations du Richelieu en 2011 furent l’une des pires catastrophes naturelles que le Québec ait connues. La prévision des débits et des niveaux d’eau est un outil essentiel pour prévoir et se préparer à ce type de menace. La Commission mixte internationale a d’ailleurs déterminé qu’un modèle prévisionnel était nécessaire pour le bassin versant de la rivière Richelieu. Mais la géographie et les enjeux complexes qui touchent ce bassin posent des défis importants pour la modélisation hydrologique et hydraulique. On y trouve en effet un lac majeur (le lac Champlain), un secteur montagneux et forestier en amont et un secteur agricole à faible pente en aval. La rivière Richelieu est également un tributaire important du fleuve Saint-Laurent. On a donc choisi ce bassin pour réaliser une étude pilote combinant hydrologie et hydraulique.

Plus précisément, ce projet vise à combiner les données observées, les prévisions et les modèles existants en hydrologie (débits) et en hydraulique (profondeur, vitesse d’écoulement et surfaces inondées),  pour créer et alimenter un modèle couplant hydrologie et hydraulique, qui offrira un portrait plus complet du bassin versant. Ce modèle permettra d’améliorer la prévision des débits du Lac Champlain et de la rivière Richelieu, et contribuera ainsi à mieux prévoir et se préparer à des changements importants.

La différence entre hydraulique et hydrologie
L’hydrologie est une science de la terre qui étudie le cycle de l’eau et qui s’intéresse donc aux relations entre l’atmosphère et la surface terrestre. L’hydraulique se concentre quant à elle sur la circulation des liquides et donc, de l’eau. Elle fait partie des sciences physiques.  En pratique, on associe les outils d’analyse en hydrologie à l’estimation des débits en eau et ceux de l’hydraulique à l’estimation des profondeurs d’eau, des vitesses d’écoulement et des surfaces inondées.

        

Évaluation des impacts des changements climatiques sur les niveaux d'eau et les débits du Saint-Laurent

Selon les modèles climatiques régionaux, on prévoit des changements aux précipitations et températures du bassin hydrologique du Saint-Laurent d’ici 2050 et 2100, par rapport aux données enregistrées entre 1961 et 1990. On anticipe des variations des niveaux d’eau, ce qui pourrait apporter son lot d’inconvénients aux communautés riveraines et aux usagers du Saint-Laurent. Ce projet vise donc à évaluer les impacts des changements climatiques sur les niveaux d’eau et les débits du fleuve afin de pouvoir mieux s’y adapter.

La première partie de cette étude consiste à utiliser les résultats des modèles climatiques pour alimenter des modèles hydrologiques sur ce bassin, et ainsi prédire l’écoulement du lac Ontario et des rivières qui alimentent le Saint-Laurent. On utilisera ensuite ces prévisions d’écoulements pour alimenter un modèle hydraulique du Saint-Laurent, qui permettra d’obtenir les niveaux d’eau et les débits futurs.

Les simulations des niveaux d’eau fourniront des informations précieuses pour anticiper les changements du Saint-Laurent. Elles permettront d’analyser les risques potentiels pour la population et l’environnement et de mettre en place des mesures d’adaptation afin de s’y préparer.