Activité en vulnérabilité, impacts et adaptation PACC 26. Rapport final présenté à Ouranos et aux différents acteurs du milieu

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1 Intégration de l impact des changements climatiques (CC) dans la détermination des crues maximales probables (CMP) afin d appuyer les usagers dans l évaluation de la sécurité des barrages Activité en vulnérabilité, impacts et adaptation PACC 26 Rapport final présenté à Ouranos et aux différents acteurs du milieu Alain N. Rousseau, ing., Ph.D. 1 Patrick Gagnon, Ph.D. 1 Stéphane Savary, ing. Jr., M.Sc. 1 Daphné Freudiger 1 Iris Klein 1 Centre Eau Terre et Environnement Institut national de la recherche scientifique (INRS-ETE) 490, rue de la Couronne Québec (QC) G1K 9A9 30 Septembre Institut National de la Recherche Scientifique, Centre Eau-Terre et Environnement Les résultats et opinions présentés dans cette publication sont entièrement la responsabilité des auteurs et n engagent pas Ouranos ni ses membres.

2 3 Table des matières 1. Introduction Contexte / objectifs Cadre théorique / compte-rendu de la revue de la littérature Méthodologie / données Résultats Analyse et discussion Conclusion et recommandations Références Annexes

3 4 1 Introduction 2 Le gouvernement du Québec a adopté en 2000 une loi sur la sécurité des barrages. Cette loi a pour objet d accroître la sécurité des barrages qui y sont soumis et, conséquemment, de protéger les personnes et les biens contre les risques associés à la présence de ces ouvrages [Loi sur la sécurité des barrages, Chapitre S , 2000,c.9,a.1]. La Loi prévoit un régime applicable à tous les barrages d au moins 1 mètre de hauteur et un régime spécifique applicable aux ouvrages à forte contenance. Les barrages qui sont considérés à forte contenance sont ceux qui répondent aux critères suivants : 1. Barrages d au moins 1 mètres de hauteur et ayant un volume de retenue égal ou supérieur à m³ ; 2. Barrages d une hauteur de 2.5 mètres ou plus et ayant un volume d eau retenue supérieur à m³ ; 3. Barrages dont la hauteur est égale ou supérieure à 7.5 mètres quelle que soit leur retenue. Selon le ministère de l Environnement, il y au Québec quelques barrages à forte contenance. Ces ouvrages sont soumis à des modalités concernant les autorisations, la classification des barrages, les normes de sécurité dans la conception des ouvrages, l évaluation de la sécurité, le plan de gestion des eaux retenues, les activités de surveillance, le registre du barrage et le plan de mesures d urgence. Plusieurs de ces activités dépendent de l évaluation des crues extrêmes qui peuvent affecter le barrage, en particulier la crue maximale probable (CMP). 2 Cette section reprend certains éléments du rapport du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004].

4 5 1.1 Loi sur la sécurité des barrages La Loi introduit l obligation pour les exploitants de barrages à forte contenance de réaliser périodiquement des études de réévaluation de la sécurité de chacun des barrages. Elle donne aussi au gouvernement le pouvoir d établir des règlements établissant des normes de sécurité pour ces barrages. Il existe ainsi un règlement fixant la capacité d évacuation des ouvrages et permettant de garantir le passage des crues extrême de façon sécuritaire. Le tableau suivant présente les crues de sécurité en fonction du niveau de conséquences en cas de rupture de barrage. Tableau 1.1 Crue de sécurité Conséquence en cas de rupture du barrage Crue de sécurité Minimales ou faibles 100 ans Moyennes ou importantes ans Très importantes ans ou ½ CMP Considérables CMP Plusieurs barrages existants n ont pas été conçus pour résister à des évènements extrêmes ou ne sont plus dans un état sécuritaire, notamment parce qu ils sont désuets ou qu ils ont été mal entretenus. L étude de réévaluation déterminera les diverses options possibles pour que l exploitant rende son ouvrage sécuritaire. On remarquera que l ampleur des conséquences en cas de rupture n est pas nécessairement liée à la taille des ouvrages. Un petit ouvrage situé à l amont d une grande agglomération pourra avoir des conséquences plus importantes qu un ouvrage situé loin de toute habitation. Chaque propriétaire est donc tenu de définir la crue de sécurité correspondant à son barrage ; or les coûts reliés à l estimation de cette crue de sécurité peuvent être très élevés, particulièrement si cette crue correspond à la crue maximale probable (CMP). Les études de CMP sont complexes et nécessitent des moyens techniques et financiers qui ne sont pas toujours facilement accessibles ou abordables pour les exploitants et les propriétaires de barrages.

5 6 1.2 Méthodes de calcul des crues extrêmes L estimation de la CMP fait généralement référence à l utilisation de la modélisation hydrologique par opposition aux autres crues extrêmes (1 : 100 ans à 1 : ans) qui sont plutôt normalement évaluées par des méthodes statistiques. 1.3 Conditions hydrométéorologique conduisant aux CMP Les crues les plus importantes au Québec se produisent normalement soit au printemps, lors de la fonte du couvert de neige, soit en été ou en automne, en présence de fortes précipitations. Plus précisément, le volume des apports en eau lié à la CMP de printemps découle de l accumulation de la neige au sol au début de la période de fonte combinée à une forte pluie. Il existe deux scénarios distincts pour cette CMP [CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004]: Scénario 1 : Scénario 2 : précipitation maximale probable de printemps (PMP) combinée à la fonte d un couvert de neige de récurrence de 100 ans (E100) ; pluie printanière de récurrence de 100 ans (P100) combinée à la fonte d un couvert de neige correspondant à l enneigement maximal probable (EMP). Par conséquent, au total, cinq calculs de précipitations et d enneigement doivent menés afin d évaluer les deux scénarios printaniers de la CMP ainsi que la CMP d été-automne : 1. Estimation de la pluie maximale probable d été-automne (PMP-EA) ; 2. Estimation de la pluie maximale probable printanière (PMP-P) ; 3. Estimation de la pluie printanière de récurrence 100 ans (P100-printemps) ; 4. Estimation de l enneigement maximal probable (EMP) ; 5. Estimation du couvert de neige de récurrence de 100 ans (E100).

6 7 Ces cinq variables sont estimées en deux volets. Premièrement, la méthode a été développée sur les quatre et sept tuiles recouvrant les bassins versants du lac Kénogami et de la rivière Yamaska respectivement. Conséquemment à ce projet, des efforts seront mis en place afin d adapter et de simplifier la méthode pour permettre son utilisation sur l ensemble des tuiles du sud du Québec. Les sections suivantes présentent la méthode de calcul et ultérieurement les résultats obtenus pour les évènements décrits précédemment et ce appliqué aux différentes simulations de scénarios de changement climatique (CC). Par la suite, les résultats obtenus sont utilisés afin d estimer les valeurs de CMP pour différents horizons future sur les bassins à l étude soit le bassin versant du réservoir Kénogami (3 392,9 km²) et celui du réservoir Choinière (131,8 km²). À noter que le bassin versant du réservoir Choinière représente un sous-bassin de la rivière Yamaska. Également la superficie de ce sous-bassin est représentée globalement à l aide d une seule tuile du MRCC. À titre de rappel une tuile présente une résolution de 45km x 45km soit 2025 km².

7 8 2 Contexte / objectifs 2.1 Objectifs de l activité L activité de travail proposée avait deux objectifs principaux : (i) (ii) intégrer l impact des CC dans le calcul des CMP en utilisant des approches déterministes basées sur l analyse des sorties du modèle régional canadien du climat (MRCC) [Music et Caya, 2007 ; Caya et Laprise, 1999] et l utilisation des modèles hydrologiques HYDROTEL [Fortin et al., 2001 ; Turcotte et al., 2003 ; 2004 ; 2007] et SSARR [U.S. Army Corps of Engineers, 1992]; formuler des recommandations pour le calcul des CMP en tenant compte des besoins des usagers et ce malgré les incertitudes liées à la modélisation climatique. Les objectifs portaient donc autant sur des aspects de génie hydrologique (i.e., le développement d un cadre d évaluation des CMP dans un contexte de CC) que des aspects humains découlant du transfert des nouvelles connaissances (i.e., le cadre d évaluation du calcul des CMP). 2.2 Contexte Dans le cadre général de cette étude, nous avons examiné, pour deux bassins versants pilotes, l impact des CC sur les conditions hydrométéorologiques d une période de référence (ex. : ) conduisant aux CMP. Aussi, dans une perspective d horizons futures nous avons discernés les évènements maximisés (PMP, EMP, TMP) et non maximisés (ex. : récurrence de 100 ans) projetés par le MRCC permettant le calcul de CMP. La modélisation hydrologique a été utilisée pour examiner l impact des CC sur la CMP de la période de référence et des horizons futures. Ainsi, pour les bassins versants à l étude, on sera en mesure de communiquer si les CMP actuelles sont toujours d actualités ou pas, ou encore de

8 9 discerner des tendances relatives futures et si possible de se prononcer sur la vulnérabilité des évacuateurs de crues des barrages dans un contexte de CC et ce pour des horizons futures Évaluer l impact des CC sur le calcul des CMP Les étapes proposée pour atteindre les objectifs de ce projet repose sur : (i) la mise en place d un forum d usagers et de rencontres pour discuter de l avancement du projet ; (ii) l implantation d HYDROTEL et SSARR sur les bassins pilotes ; (iii) (iv) (v) (vi) (vii) l identification des événements maximisés (PMP, EMP) et non-maximisés connues (ex. : enneigement de récurrence de 100 ans, E100 ; pluie de récurrence de 100 ans, P100) [CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004] des bassins pour la période de référence (ex. : ) et des périodes futures (ex : ) ; la validation du MRCC à reproduire les conditions météorologiques de la période de référence ; la comparaison des CMP connues avec celles simulées par HYDROTEL et SSARR alimentés avec les données météorologiques simulées par le MRCC (période de référence et projection du climat futur, horizon 2040, 2080) ; l intégration des incertitudes liées à la modélisation climatique dans l évaluation des CMP, c est-à-dire l interprétation et la dissémination des résultats de l étape précédente ; et la rédaction d un rapport final.

9 Bassins versants à l étude L étude a porté sur des barrages à forte contenance de bassins versants pris en charge actuellement par le CEHQ, en l occurrence les bassins versants : (i) du lac Kénogami au Saguenay (superficie de ha ; superficie drainée de 3 392,9 km²) ; capacité d emmagasinement de 385 M m 3 au niveau maximal d exploitation ; trois barrages (Portagedes-Roches, Pibrac-Est, Pibrac-Ouest) et neuf digues et (ii) de la rivière Yamaska Nord, barrage Choinière, superficie de 456,4 ha, capacité de 84 Mm 3, superficie drainée de 131,8 km²) en Montérégie. Selon le CEHQ, la dernière évaluation de la sécurité du barrage Choinière a eu lieu en 2004 et la prochaine évaluation est prévue pour 2014 ; alors que celles des barrages du lac Kénogami ont été réalisées en 2006 (prochaine évaluation prévue pour 2016) alors que des travaux de rehaussement et de modernisation des évacuateurs sont actuellement en cours Utilisation du MRCC La notion d analyse de conditions passées sous-tend l évaluation de la performance du MRCC 3 à produire en moyenne les conditions météorologiques en climat actuel (i.e., la période de référence ) et ce, afin de pouvoir utiliser ces paramètres de design pour produire des CMP à l aide du modèle hydrologique distribuée et ce en faisant appel aux séquences météorologiques passées et future disponibles pour les bassins à l étude. L identification des conditions hydrométéorologiques conduisant aux CMP peut être réalisée à l aide : (i) de modèles générateurs de tempêtes incluant le MRCC, (ii) d une maximisation des conditions historiques, ou (iii) d une estimation générale basée sur des cartes d isohyètes. Sous un climat tempéré, les plus fortes crues se produisent soit au printemps, lors de la fonte du couvert nival ; ou soit en été, ou en automne, à la suite de fortes précipitations. Au Québec, la CMP du printemps peut provenir de deux scénarios de maximisation de l accumulation de la neige au sol au début de la période de fonte et d une forte pluie [CEHQ et 3 À spécifier en temps opportun : version du MRCC et nom opérationnel de la simulation (ex. acw), référence(s), domaine régional et résolution horizontale, période de simulation, données pilote (i.e. réanalyses ou MCG - version, membre, et scénario de GES+A (projection future)).

10 11 SNC-LAVALIN, 2004] : (i) PMP du printemps combinée à la fonte d un couvert de neige de récurrence de 100 ans (E100), et (ii) fonte d un couvert de neige correspondant à une EMP combinée à une pluie de récurrence de 100 ans (P100). On ajoute également à ces scénarios, une séquence de températures journalières (ex. : cinq jours) qui permet une fonte sur une courte période coïncidant avec l occurrence de la PMP ou de la P100. Dans un contexte de CC, cette identification faisait référence à l analyse de projections de climat futur. Dans cette étude, on a sondé les données générées par le MRCC afin de cibler des évènements extrêmes. Pour ce projet, la méthode de travail développée est en partie basée sur les travaux de Beauchamp et Leconte [2009] qui ont étudié conjointement la précipitation, la température et l humidité spécifique maximale simulées par le MRCC et observées aux stations sur des périodes de 12 heures. En ce qui a trait à l identification de l EMP, on a adapté la méthode de Beauchamp et Leconte [2009] au contexte particulier de l accumulation de la neige au sol qui s étale sur une période de plusieurs mois. Cette approche s inspirait également de la méthode qui est recommandée au Québec (ex. : sélection, maximisation et addition des tempêtes de neige observées au cours des années les plus neigeuses) par le CEHQ et SNC-LAVALIN [2004]. Ceci a représenté certes une contribution novatrice de ce projet. Des analyses de fréquence des tempêtes de pluie printanières et de couverts de neige seront utilisées pour obtenir respectivement la P100 et l E100. Cette analyse sera faite selon l approche recommandée par le CEHQ et SNC-LAVALIN [2004]. Il est à noter que l étude de conditions passées permettait d établir le niveau de confiance dans les sorties du MRCC en climat actuel et en projection de climat future. Cette notion d analyse d évènements passés sous-tendait également l estimation où la comparaison avec les CMP existantes à l aide du modèle hydrologique distribué faisant appel aux séquences météorologiques historiques du MRCC disponibles pour les bassins versants à l étude. De plus, la génération des paramètres de design de CMP, c est-à-dire les événements maximisés (EM) et non maximisés (ENM) tel que les PMP, TMP, EMP, P100 et E100, à partir de plusieurs membres (pilotés par différents membres d un MCG) du MRCC pour un horizon

11 12 futur (ex. : 2040, 2080) permettait de tenir compte de la variabilité naturelle du climat mais pas des incertitudes liées à la représentation physique du système réel adopté par le modèle Calcul des CMP Le calcul de la CMP s est faite à l aide des modèles hydrologiques HYDROTEL et SSARR à partir de combinaisons de conditions initiales (ex. : occupation du territoire, et pourcentage de saturation des sols en été ou en automne) et hydrométéorologiques (ex. : PMP, P100, EMP, E100 selon les tempêtes, et les températures) inspirée de la méthode de calcul des CMP établie par le CEHQ et SNC-LAVALIN [2004]. Les CMP estimées avec HYDROTEL étaient également comparées avec celles simulées par le modèle conceptuel SSARR Étudier la gestion de l incertitude de la modélisation climatique du point de vue de l usager À cette étape, on a rencontré les personnes responsables des évaluations périodiques de la sécurité des barrages existants ainsi que du dimensionnement de nouveaux barrages afin de bien comprendre leurs démarches actuelles : (i) d estimation des conditions hydrométéorologiques conduisant aux CMP et aux calculs de ces dernières [CEHQ et SNC- LAVALIN, 2004] ; et (ii) d intégration de l incertitude de la modélisation climatique. Dans le cadre de réunions de travail on les a tenus au courant de l avancement des activités et ce afin de leur communiquer si les CMP actuelles étaient toujours d actualités ou pas dans un contexte de CC et ce pour un horizon futur de temps donné (ex. : 2040, 2080). Il est également clair que les forums d usagers ont permis à notre équipe de se familiariser avec plusieurs concepts de design de barrages. On pense ici par exemple à l application d une revanche par rapport au niveau atteint à un ouvrage en CS et ce, pour tenir compte des différentes incertitudes hydrologiques, hydrauliques et relatives à la gestion des crues. La détermination d une revanche est une exigence de la loi et du règlement sur la sécurité des barrages et doit être considérée par les propriétaires d ouvrages à forte contenance dans l évaluation de l élévation de la crête des barrages susceptibles à l érosion et dont la CS

12 13 minimale exigée est inférieure à la CMP. En outre, au CEHQ 4, la revanche est fréquemment appliquée à des ouvrages pour lesquels ce n est pas requis en vertu de la loi et du règlement. C est donc ce type d information qui devrait être utilisé par les usagers pour évaluer la vulnérabilité des évacuateurs de crues des barrages en fonction des changements relatifs des CMP (ex. : Est-ce que la hauteur de la revanche actuelle d un barrage serait capable de contenir le changement relatif simulé?) Émettre des recommandations selon les usagers (administrateurs des lois et propriétaires de barrages) Une des retombées concrètes d adaptation de ce projet a sans aucun doute été la mise en place d un forum d usagers (responsables de la loi sur la sécurité des barrages, propriétaires de barrages, responsables de la sécurité civile) afin d assurer un transfert efficace du cadre d évaluation des CMP. Les rencontres de ce forum ont eu pour objet d échanger sur l adaptation au besoin de la méthode du calcul des CMP dans un contexte d incertitudes engendrées par la modélisation climatique, et ce en fonction des besoins des usagers et pour assurer un niveau de protection suffisant pour bien absorber toutes les conditions hydroclimatiques susceptibles de survenir pendant la vie utile des ouvrages. À noter que ce forum d usagers a également servi au transfert technologique des résultats du projet sur «l Adaptation de la sécurité des ouvrages et de la détermination des plaines inondables en utilisant des crues de faible récurrence» de la professeure Anne-Catherine Favre de l INPG. 4 Communication personnelle avec Andrée Bilodeau, Direction des barrages publics, CEHQ.

13 14 3 Cadre théorique / compte-rendu de la revue de la littérature Le calcul des CMP est fondamental pour l évaluation de la sécurité des barrages [ex. : Mays, 2005 ; Chow et al., 1988] dont les ruptures ont des conséquences «considérables» au sens de la loi et du règlement sur la Sécurité des barrages du Québec [Éditeur officiel du Québec, 2009b]. L utilisation d une demi-cmp est aussi, au sens même de cette loi et de ce règlement, possible pour le dimensionnement des appareils d évacuation des barrages dont le niveau de conséquence de la rupture est «très important». En effet, il est nécessaire de s assurer que les évaluations périodiques de la sécurité des barrages existants et le dimensionnement de nouveaux barrages offrent des niveaux de protection suffisants sous toutes les conditions climatiques susceptibles de survenir pendant la vie utile de ces ouvrages. En ce sens l impact des changements climatique sur les précipitations maximales probables et les enneigements maximaux probables et conséquemment sur les CMP pourrait nécessiter une révision des crues de sécurité servant au dimensionnement tout comme un ajustement de l évaluation de la sécurité des barrages existants. Du point de vue du dimensionnement d un évacuateur, il faut déterminer un intervalle de valeurs possibles que peuvent prendre la crue, la variable d intérêt. Par la suite il faut choisir une valeur de design qui sera optimisée selon le coût de construction et la sécurité de l ouvrage. La limite supérieure de la crue n étant ni infinie, ni connue, il faut l estimer sur la base de la meilleure information disponible. Cette limite, communément appelée valeur limite estimée (VLE), se définie comme étant la valeur maximale probable découlant d un événement hydrologique à un endroit donné (un bassin versant). Comme il n est pas toujours économiquement possible de construire des structures capables de résister aux VLE, ces dernières doivent être ajustées selon le jugement et l expérience des ingénieurs-concepteurs [Mays, 2005]. Tel qu illustré à la figure 3.1, des critères généraux pour le design des ouvrages existent et correspondent à un certain pourcentage de la CMP, la VLE. Selon les risques associés aux bris, les ouvrages peuvent être classés comme étant : (i) mineurs (aucune perte de vie associé à des dommages correspondant au coût de remplacement ou réparation l ouvrage), (ii) intermédiaires (quelques pertes de vie associés à des dommages correspondant à la capacité de payer du propriétaire) ou (iii) majeurs (pertes de vie considérables associées à des dommages substantiels). Pour les barrages, le critère de

14 15 design qui s applique au dimensionnement des évacuateurs peut varier entre 50 et 100% de la VLE. Au Québec, à titre d exemple, le règlement d application de la loi sur la sécurité des barrages stipule que tout barrage à forte contenance 5 doit être conçu pour résister à une «crue de sécurité (CS)» minimale, dont la récurrence est fixée selon le niveau de ses conséquences de rupture [Éditeur officiel du Québec, 2009b ; CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004] : (i) «minimal» ou «faible» : CS = 1 : 100 ans; (ii) «moyen» et «important» : CS = 1 : 1000 ans; (iii) «très important» : CS = 1 : ans ou ½ CMP; et (iv) «considérable» : CS = CMP. L élément majeur dans l évaluation des CMP est le choix de précipitations maximales probables (PMP) et de conditions initiales maximales probables (ex. : occupation du territoire, pourcentage de saturation des sols, températures de l air, équivalent en eau du couvert nival). Ainsi, une PMP correspond à une hauteur de précipitation, alors que sa distribution dans le temps et l espace doit être définie afin de permettre l estimation d une tempête maximale probable (TMP 6 ). Pour une région et une période de l année donnée, les PMP et TMP (origine, direction et superficie de tempêtes) ainsi que l équivalent en eau de l enneigement maximal probable (EMP) doivent être physiquement acceptables. Au Québec, la PMP est traditionnellement basée sur la maximisation de chacune des tempêtes observées sur une période donnée. Cette maximisation est effectuée en estimant la quantité d eau précipitable [Peixoto et Oort, 1992] maximale qu il pourrait y avoir au même endroit et durant la même période de l année [CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004]. Les tempêtes maximisées sont ensuite ajustées et transposées spatialement pour identifier la PMP [OMM, 1986]. Dans un contexte de design hydrologique, le trio PMP, TMP et EMP pourrait être utilisé comme données d entrées ou conditions initiales à un modèle hydrologique distribué afin de déterminer la CMP, mais en pratique on ne combine pas deux événements maximisés ensemble [Newton, 1983]. Cela dit, la pratique courante est telle que les CMP ont 5 Barrage d une hauteur, h 1 m dont la capacité de retenue, CR > m 3 ; barrage d une h 2,5 m dont la CR > m 3 ; et barrage d une h 7,5 m, sans égard à la CR [Éditeur officiel du Québec, 2009a] 6 Selon l Organisation Météorologique Mondiale [OMM, 1986]. Une PMP correspond à «La hauteur maximale de précipitation pour une durée météorologiquement possible sur une superficie et pour type de tempête donnés à un endroit particulier et à une période particulière de l année sans aucune provision pour les tendances climatiques à long terme (future).»

15 16 probablement été estimées en utilisant une combinaison d un événement maximisé avec un autre événement non-maximisé (ex. : récurrence de 100 ans) avec la méthode de l hydrogramme unitaire [Chow et al., 1988] ou encore à l aide d un modèle hydrologique conceptuel [Debs et al., 1999 ; CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004]. Sous de nouvelles conditions climatiques caractérisées par une modification des régimes de précipitation et d enneigement [e.g., IPCC, 2007 ; Bourque et Simonet, 2008], il y aurait vraisemblablement des incidences sur l intensité et la fréquence des crues [Bates et al., 2008]. Ainsi, les CMP basées sur des chroniques historiques pourraient devenir obsolètes et le cas échéant, nécessiter des mises à jour afin d inclure l impact des CC dans l évaluation de la vulnérabilité des évacuateurs de crues. Dans un contexte de planification stratégique, il devient donc impératif de considérer l impact des CC dans le processus d évaluation de la sécurité des barrages et d inclure dans ce processus les personnes responsables des évaluations périodiques de la sécurité des barrages existants et futurs. Dans une étude sur l impact des CC sur la réponse hydrologique d un bassin versant, [Quilbé et al. 2008a] présentent un inventaire des méthodes existantes pour intégrer les sorties des modèles climatiques globaux (MCG) dans les modèles hydrologiques, celles-ci incluent : (i) la méthode des deltas, (ii) la mise à l échelle statistique, (iii) la mise à l échelle dynamique, et (iv) les autres méthodes (ex. : réseaux neuronaux). Outre la première qui utilise directement les sorties météorologiques des MCG pour calculer des différences entre les moyennes mensuelles présentes et futures, on retient que les méthodes (ii) et (iii) reposent respectivement sur des modèles statistiques et des modèles régionaux du climat (MRC) pour transposer les sorties des MCG à diverses sous-échelles spatiales. Sur la base des performances hydrométéorologiques du modèle régional canadien du climat (MRCC) [ex. : Music et al., 2009 ; Gagnon et al., 2009 ; Konan et al., 2010 ; Music et Caya, 2007], il devient de plus en plus pertinent d examiner l impact des CC à l aide de ce MRC et d en utiliser les sorties pour alimenter un modèle hydrologique distribué tel qu HYDROTEL [Fortin et al., 2001 ; Turcotte et al., 2003 ; 2004 ; 2007] pour le calcul des CMP. Ce dernier modèle est d ailleurs à la base du système de prévision hydrologique du CEHQ qui, à notre connaissance, est le seul système opérationnel de gestion des barrages basé sur une modélisation hydrologique distribuée [Turcotte et al., 2004]. À noter que les CMP actuellement disponibles au Québec ont été calculées avec le modèle global SSARR [U.S. Army Corps of Engineers, 1992 ; CEHQ et SNC-LAVALLIN, 2004] et que dans le cadre de cette étude il sera possible de les comparer

16 17 avec celles simulées avec HYDROTEL. Également, il sera possible d utiliser à nouveau le modèle SSARR afin de calculés des CMP sur les bassins à l étude. À noter que les valeurs des différentes échelles (Figure 3.1) sont présentées pour des fins d illustration seulement et ne correspondent pas nécessairement entre elles. 100 Valeur limite estimée (VLE) Pourcentage de la VLE Période de retour (années) Ouvrages mineurs Ouvrages intermédiaires Ouvrages majeurs 10 Figure 3.1 Échelles de design hydrologique d ouvrages selon un pourcentage de la VLE ou une période de retour (Figure adaptée de Mays [2005] et Chow et al. [1988]).

17 18 4 Méthodologie / données 4.1 Guide méthodologique Cette section présente les grandes lignes conduisant au calcul de la CMP et reprend les concepts présentés dans le rapport du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004]. Dans un premier temps les conditions hydrométéorologiques, conduisant à la crue maximale probable, doivent être estimées pour un bassin versant. Par la suite, la modélisation hydrologique du bassin permet de simuler les scénarios de CMP et d obtenir les hydrogrammes correspondants Rassemblement des données Conditions hydrométéorologiques Il peut être bon de rappeler les six conditions hydrométéorologiques qui doivent être déterminées afin d estimer de calculer la CMP. 1. PMP d été-automne ; 2. PMP de printemps ; 3. P100 ; 4. EMP ; 5. E100 ; 6. Scénario critique des températures.

18 Station hydrométrique ou site de calcul de la CMP Dans le contexte de l étude actuelle les données hydrométriques sont celles des apports aux réservoirs Kénogami et Choinière reconstitués par le CEHQ. Les efforts de calages des modèles reposent donc sur la bonne représentation de ces apports par les modèles retenus soient SSARR et HYDROTEL Station climatologique Les données requises pour les modèles sont les suivantes : 1. Les données de précipitations journalières 2. Les données de températures journalières (moyenne pour le modèle SSARR, minimale et maximale pour le modèle HYDROTEL) Dans le contexte actuel, les données météorologiques calculées aux points de la grille météorologique du CEHQ seront utilisées dans le modèle HYDROTEL et ce sont les sorties du modèle HYDROTEL qui permettront de calculer la moyenne de ces données sur l ensemble du bassin, qui seront utilisées comme station unique fictive dans le modèle SSARR Choix du modèle hydrologique Tel que mentionné, les modèles hydrologiques retenus sont les modèles HYDROTEL et SSARR Calage des modèles Le calage d un modèle hydrologique pour un bassin versant consiste à ajuster les paramètres et fonctions qui le gouvernent de manière à reconstituer un hydrogramme similaire à celui

19 20 observé. Pour s assurer de la validité de ces ajustements, le calage est mené sur une période d au moins cinq années successives. Pour le Québec, une année de calage débute à l automne et se termine au début de l automne de l année suivante afin de s assurer que toutes les précipitations de neige soient enregistrées rendant ainsi disponible le volume nécessaire à la crue printanière Qualité du calage L impact d un ajustement sur l hydrogramme simulé peut être apprécié visuellement. Le critère visuel consiste à comparer pour chaque année la forme de l hydrogramme de la crue simulée avec la forme de l hydrogramme de crue observée. Cependant, la maximisation de critères numériques permet l appréciation objective d un bon calage du modèle hydrologique. Par exemple le critère de Nash permet d évaluer la qualité de l hydrogramme simulé à partir des écarts entre les valeurs journalières simulées et observées. Avec un ajustement parfait, ce critère est égal à 1. Normalement une valeur entre 0.70 et 0.80 peut être considérée acceptable pour un calage d un bassin versant non régularisé. Lorsque les apports naturels du bassin doivent être reconstitués à partir d enregistrements à la sortie d un grand lac ou d un réservoir, comme il est le cas présentement, la valeur de ce critère peut être inférieure à Validation du calage Lorsque le calage du bassin versent est terminée et jugée satisfaisant selon les critères d évaluation, une validation est réalisée. Par rapport au calage, la validation consiste en une simulation portant sur une période différente mais avec les mêmes valeurs de paramètres et les mêmes critères de qualité pour vérifier la qualité de la validation. Les résultats devraient confirmer la qualité du calage. Si toutefois certains critères de qualité donnaient des résultats moins satisfaisants, le calage devrait être révisé.

20 Préparation du modèle pour le calcul des CMP Pour la simulation d un scénario de crue ou plus spécifiquement d une CMP, les paramètres calés et validés précédemment demeurent normalement les mêmes. Seuls les changements suivants sont effectués : Pour le modèle HYDROTEL, la localisation des «stations météorologiques» concordent avec les centres de tuiles du MRCC couvrant le bassin. Pour le modèle SSARR, une seule station est utilisée et celles-ci prend en compte les sorties du modèle HYDROTEL calculées sur l ensemble du bassin par la méthode des polygones de Thiessen; Les données de pluies comprennent des données moyennes sur l ensemble de la période de simulation ainsi que les données estimées précédemment (PMP d étéautomne, PMP de printemps ou P100 de printemps) ; Les données de températures comprennent des valeurs moyennes pour l ensemble de la période ainsi que le scénario critique des températures dans le cas de la CMP printanière, ou des températures supérieures à 0 C pour la CMP d été-automne (afin d éviter que les précipitations tombent sous forment de neige) ; Pour le modèle HYDROTEL les paramètres de variations des précipitations en fonction de l altitude doivent être ramenés à 0 afin d éviter de surestimer les précipitations sur le bassin ; Dans le cas d un scénario de CMP printanière, l enneigement (EMP ou E100) est imposé comme valeur de correction en date de fin d hiver pour le modèle HYDROTEL ou encore comme valeur initiale au début de la simulation qui commence à la date de fin d hiver pour le modèle SSARR ; Pour le modèle SSARR, les conditions initiales sont imposées, tel que le débit dans chacune des couches d écoulement, le taux de ruissellement, l indice d humidité des sols, ou toute autre condition initiale nécessaire à la modélisation. Afin d assurer la comparaison avec le modèle HYDROTEL, les débits initiaux des couches de sol du

21 22 modèle SSARR s accordent avec les débits simulés par le modèle HYDROTEL pour cette date. Dans le contexte de l étude actuelle, un pas de temps de 24 heure a été préconisé afin de faciliter l utilisation des modèles et de minimiser la variabilité du MRCC sur un pas de temps inférieur. Par conséquent, l amplitude des pointes de crues peut être quelque peu inférieure aux valeurs obtenues pour un pas de temps inférieur (ex : 6 heures ou horaire), par contre, ce pas de temps (24 heures) est jugé suffisant pour percevoir des variations à long terme sur les CMP dans un contexte de changements climatiques Calcul de la CMP d été-automne Les conditions de CMP d été-automne les plus sévères surviennent lorsque la PMP se produit au moment où le sol est saturé en eau, ce qui occasionne un ruissellement de surface maximal. Afin d assurer ce ruissellement maximale, la PMP d été-automne peut être précédée d une autre précipitation de forte intensité correspondant à la demi-pmp. Pour le Québec, 6 jours séparent en moyenne les pointes d évènements pluvieux intenses [CEHQ et SNC- LAVALIN 2004]. Pour le modèle SSARR une première tempête, d une grandeur correspondant à une demi-pmp, est donc placée six jours avant l application de la PMP afin de saturer le sol. Par contre, cette manipulation n est pas nécessaire dans le cas du modèle HYDROTEL puisqu une version du modèle adapté au projet a été développée afin de saturer le sol au moment précis de la PMP. Période de simulation Pour le modèle SSARR, la simulation de la CMP d été-automne est effectuée sur une période d environ 30 jours. Le début de la simulation a été fixé au 1 er septembre, et l évènement de pluie (PMP) débute le 9 septembre. La demi-pmp débute donc 6 jours avant, soit le 3 septembre. Pour le modèle HYDROTEL, la simulation débute le 1 er octobre de l année précédant l évènement de pluie et le sol se trouve saturé en eau par le modèle le 9 septembre, date de la PMP. Ces dates sont essentiellement choisies par simplicité, le 9 septembre correspondant au jour 9 du mois.

22 23 Pluie d été-automne Les données de pluies utilisées sont les demi-pmp (uniquement pour le modèle SSARR) et la PMP d été-automne du scénario de changements climatiques analysés. Pour le modèle HYDROTEL les valeurs de précipitations pendant la période de simulation précédent l avènement de la PMP correspondent aux valeurs moyennes journalières calculées pour l ensemble du bassin à partir de l ensemble des données de précipitations disponibles aux points de la grille météorologique du CEHQ. Température de l air Lors de la crue automnale, la température de l air n a pas d influence sur la CMP du moment où celle-ci est supérieure au point de congélation. De même que pour les précipitations, les modèles HYDROTEL et SSARR utilisent des valeurs de températures correspondant aux valeurs moyennes journalières calculées pour l ensemble du bassin à partir de l ensemble des données de précipitations disponibles aux points de la grille météorologique du CEHQ Calcul de la CMP de printemps Deux scénarios de crues maximales probables printanières ont été considérés : 1. Dans le premier cas, la fonte de l enneigement maximal probable de neige (EMP) a été jumelée à une précipitation printanière de récurrence de 100 ans (P100) ; 2. Le deuxième scénario consiste à combiner l enneigement centennal (E100) avec la PMP de printemps. À noter que la fonte du couvert de neige au sol doit être contrôlée de manière à synchroniser le débit de fonte maximal avec la précipitation de pluie. Période de simulation

23 24 Pour le modèle SSARR la simulation de la CMP printanière débute à la date de fin d hiver spécifique au bassin et se termine à la fin juillet. Pour le modèle HYDROTEL, la simulation débute le 1 er octobre deux années précédant la simulation de la CMP Pour le modèle HYDROTEL, la simulation débute le 1er octobre deux années précédant l a simulation de la CMP afin de certifier la présence et la stabilité du niveau d eau dans les lacs et rivières du réseau hydrographique. De plus, le modèle HYDROTEL permet de mettre à jour l épaisseur du couvert de neige ainsi que son équivalent en eau à la date de fin d hiver et ce conformément au scénario de changement climatique visé. Neige Pour le modèle SSARR, l EMP ou l E100 doit être ajouté dans le fichier des conditions initiales en tant qu équivalent en eau du couvert nival. La totalité du couvert de neige doit être disponible au début en date de fin d hiver ou au début de la période de maturation. Pour le modèle HYDROTEL, l EMP ou l E100 est ajouté comme valeur de mise à jour de la neige en date de fin d hiver. Pluie de printemps La P100 ou la PMP se produit au cours de la période de dépression de 5 jours du scénario critique des températures et est centrée à l intérieur de cette période. La pointe de la pluie coïncide avec la pointe de température lors du passage de la dépression. Température de l air Selon le modèle utilisé et le scénario en cours, le scénario critique de températures est ajusté afin de faire coïncider la pointe de la crue de fonte du couvert avec l évènement pluvieux, tout en s assurant que la séquence finale est réaliste et compatible avec les conditions produisant le scénario de fonte voulu. Ces ajustements comprennent au besoin le raccourcissement de la période de maturation ou même celle de fonte combiné à l ajustement à la baisse des températures conséquemment. Ultimement, les scénarios critiques de températures, qui sont fonction des scénarios de CMP et du modèle, doivent être valides pour l ensemble des simulations du MRCC. De nombreux tests ont été menés afin de déterminer des scénarios

24 25 spécifiques (adaptation du scénario de référence) aux modèles HYDROTEL et SSARR ainsi qu aux scénarios conduisant aux CMP (EMP+P100) et (E100+PMP). Validation des résultats Dans le cas présent la validation des résultats est directement liée aux tests précédents qui visaient à s assurer du synchronisme de la pointe induite par la fonte du couvert de neige (EMP ou E100) avec celle liée à l évènement de pluie. Ainsi les apports doivent se superposé de façon à maximiser le scénario de CMP.

25 Données et brève description des bassins versants à l étude L étude a porté sur des barrages à forte contenance des bassins versants pris en charge actuellement par le CEHQ, en l occurrence les bassins versants : (i) du lac ou réservoir Kénogami au Saguenay et (ii) de la rivière Yamaska Nord, barrage Choinière Données météorologiques Pour les deux bassins à l étude, les données météorologiques nécessaires à la réalisation de simulations comprennent les mesures de précipitations journalières sous forme de pluie et de neige ainsi que les mesures des températures. Les données utilisées dans cette étude provenaient de deux sources distinctes : 1. Pour le calage des modèles, les données historiques ont été obtenues auprès du CEHQ. Ces données sont calculées par le CEHQ et localisées pour les besoin d HYDROTEL au centre de tuiles d une grille couvrant l ensemble du Québec. 2. Pour le calcul des CMP, les données météorologiques liées aux scénarios de changements climatiques ont été obtenues auprès d OURANOS et sont aussi localisées pour les besoins d HYDROTEL au centre des tuiles de la grille du MRCC Description : Bassin versant du réservoir Kénogami Le bassin versant du réservoir Kénogami couvre une superficie drainée de 3 392,9 km². Celuici comprend trois barrages (tableau 4.2 source : répertoire des barrages du CEHQ) et neuf digues de retenue. Le réservoir présente une superficie de ha, avec une capacité d emmagasinement d au plus 706 Mm³ au niveau maximal d exploitation.

26 27 Aussi, globalement l élévation du terrain varie entre 157 m et 1114 m. Pour les besoins de la modélisation hydrologique le SIG PHYSITEL permet d estimer sommairement la courbe hypsométrique requise par le modèle SSARR. Tableau 4.1 Courbe hypsométrique du bassin versant du réservoir Kénogami Superficie Élévation 0% 157 m 7.5% 263 m 14.7% 360 m 29.0% 457 m 41.7% 553 m 54.4% 650 m 68.0% 747 m 88.9% 844 m 98.0% 940 m 100% 1114 m Selon le CEHQ, la dernière évaluation de la sécurité des barrages du réservoir Kénogami a été réalisé en 2008 (prochaine évaluation prévue pour 2018) alors que des travaux de rehaussement et de modernisation des évacuateurs sont actuellement en cours. Tableau 4.2 Caractéristiques des barrages du réservoir Kénogami Caractéristiques Portage-des-Roches Pibrac-Est Pibrac-Ouest Catégorie administrative Forte contenance Forte contenance Forte contenance Type d utilisation Hydroélectricité Hydroélectricité Hydroélectricité Hauteur du barrage 15,2 m 13,7 m 12,8 m Hauteur de la retenue 13,6 m 12,2 m 11,3 m Type de barrage Béton-Gravité Béton-Gravité Béton-Gravité Classe B B B Superficie du bassin versant 3 392,9 km² 3 392,9 km² 3 392,9 km² Année de construction Capacité de retenue m³ m³ m³ Capacité maximum d évacuation 250 m³/s - - Longueur de l ouvrage 449,6 m 173 m 143,1 m Type de terrain de fondation Roc Roc Roc Niveau de conséquence Très important Considérable Considérable Superficie du réservoir ha ha ha Année d évaluation de la sécurité 2008 ; Prévue ; Prévue ; Prévue 2018

27 28 Climat Sur le bassin, les données météorologiques sont traditionnellement enregistrées par les stations Portage-Des-Roches et Mont-Apica. En moyenne, la station Mont-Apica reçoit annuellement 1352 mm de précipitations, dont 439 cm de neige, alors qu à Portage-des- Roches, il tombe 976 mm de précipitations, dont 288 cm sous forme de neige. Ainsi, un important gradient entre la partie nord et la partie sud du bassin se dessine, avec un maximum de précipitations totales sur la partie sud. Ces différences s expliquent par le relief. En effet, la présence de montagnes augmente l intensité des précipitations sur les flancs ascendants [CEHQ 2008]. Hydrologie Un réseau de drainage dense, une pente forte et une couverture végétale favorisant le ruissellement de surface confèrent à ce bassin un caractère torrentiel, c est-à-dire qu une grande proportion (de 60% à 90%) des pluies tombées rejoint le lac Kénogami par ruissellement [CEHQ 2008]. Données hydrométriques Les débits utilisés pour le calage des modèles HYDROTEL et SSARR ont été obtenues auprès du CEHQ. Les débits utilisés représentent les apports totaux journaliers au réservoir Kénogami. Ces apports ont été reconstitués par le CEHQ selon une méthode de laminage inverse des débits mesurés en aval des ouvrages et en utilisant la courbe d emmagasinement du réservoir, ainsi que les données de niveaux d eau au réservoir Kénogami Bassin versant de la Yamaska-Nord Le bassin versant de la rivière Yamaska-Nord en Montérégie comprend un ouvrage bétonné aménagé à la sortie du lac Waterloo et d une digue de retenue et d un barrage sur le réservoir Choinière. À l ouvrage Waterloo, le bassin versant couvre une superficie d environ 30,5 km² et à Choinière, la superficie du bassin est de 131,8 km². Plus précisément, le réservoir Choinière

28 29 présente une superficie de 456,4 ha avec une capacité d emmagasinement d environ 84 Mm³ au niveau maximal d exploitation. Aussi, globalement l élévation du terrain varie entre 123 m et 483 m. Pour les besoins de la modélisation hydrologique, le SIG PHYSITEL permet d estimer sommairement la courbe hypsométrique requise par le modèle SSARR. Tableau 4.3 Courbe hypsométrique du bassin versant du réservoir Choinière Superficie Élévation 0 % 123 m 0.4 % 133 m 17.0 % 183 m 22.0 % 193 m 28.0 % 203 m 54.0 % 223 m 62.0 % 233 m 94.0 % 283 m 98.0 % 313 m 100 % 483 m Toujours selon le CEHQ, la dernière évaluation de la sécurité des barrages sur la Yamaska- Nord a eu lieu en 2004 et la prochaine évaluation est prévue pour 2014.

29 30 Tableau 4.4 Caractéristiques des barrages de la Yamaska-Nord Caractéristiques Choinière Waterloo Catégorie administrative Forte contenance Forte contenance Type d utilisation Régularisation Récréatif et villégiature Hauteur du barrage 21,6 m 5,5 m Hauteur de la retenue 18,3 m 3 m Type de barrage Béton-Gravité Béton-Gravité Classe B D Superficie du bassin versant 131,8 km² 30,5 km² Année de construction Capacité de retenue m³ m³ Capacité maximum d évacuation - - Longueur de l ouvrage 1052,6 m 14,8 m Type de terrain de fondation Roc traité Roc Niveau de conséquence Considérable Important Superficie du réservoir 456,4 ha 150 ha Année d évaluation de la sécurité 2004 ; Prévue ; Prévue 2014 Climat Le bassin versant de la rivière Yamaska-Nord reçoit annuellement en moyenne 1207 mm de précipitation : 923 mm en pluie et l équivalent de 284 mm d eau sous forme de neige. Les plus fortes précipitations tombent en été, alors que les périodes de faibles précipitations se produisent en hiver et au début du printemps. L évapotranspiration moyenne est approximativement de 550 mm alors que l évaporation des eux lacustres de la région est d environ 650 mm [CEHQ et SNC-LAVALIN 2001]. Hydrologie La rivière Yamaska-Nord a un régime d écoulement pluvio-nival. La crue printanière s étale de mars à mai. Généralement les crues estivales et automnales sont plus faibles que les crues printanières et elles sont suivies d un étiage hivernal très marqué. Données hydrométriques Les débits utilisés pour le calage des modèles HYDROTEL et SSARR ont été obtenues auprès du CEHQ. Les débits utilisés représentent les apports totaux journaliers au réservoir Choinière. Ces apports ont été reconstitués par le CEHQ selon une méthode de laminage

30 31 inverse des débits mesurés à l exutoire du réservoir et en utilisant la courbe d emmagasinement du réservoir, ainsi que les données de niveau d eau au réservoir Choinière.

31 Données, scénarios et validation du MRCC Les simulations utilisées dans ce projet ont toutes été générées par la version du MRCC [Caya and Laprise, 1999; de Elía and Côté, 2010; Paquin, 2010] sur un domaine centré sur le Québec et formé par 111 x 87 tuiles ayant une résolution horizontale d environ 45 km (exactement 45 km à 60 N). Le modèle fournit les données atmosphériques sur 18 niveaux de pression; les données des 16 couches les plus près de la surface (de 30 à 1050 hpa) sont utilisées dans ce projet. Afin de tenir compte de l incertitude liée à la modélisation climatique, quatre simulations ont été utilisées : aft, afx, agr et aha. Ces simulations diffèrent uniquement par le pilote, soit la source de données fournissant les conditions aux frontières du domaine. La simulation aft est pilotée par les réanalyses d observations ERA-40 produites par l European Center for Medium-Range Weather Forecasts [ECMWF ; Uppala et al., 2005]. Les réanalyses d observations sont en fait des observations de l atmosphère provenant de différentes sources assimilées sur une grille régulière par un modèle atmosphérique. Les données ERA-40 ont une résolution horizontale de 2,5. La simulation aft couvre la période de janvier 1961 à juillet 2002 et est considérée comme la simulation de référence dans le cadre du projet. Les trois autres simulations sont pilotées par des MCG et couvrent la période Les simulations afx et agr ont été pilotées respectivement par les membres 4 et 5 de la troisième génération du modèle couplé climatique global [MCGC3 ; Flato et Boer, 2001 ; Scinocca et al., 2008] produits par le Centre canadien de la modélisation et de l analyse climatique [CCMAC]. La résolution horizontale du MCGC3 est de 3,75. Les membres 4 et 5 du MCGC3 sont générés à partir du même modèle ; seules leurs conditions initiales diffèrent. La simulation aha est pilotée par le membre 1 du modèle couplé climatique global allemand ECHAM5 [Junglaus et al., 2006]. La grille d ECHAM5 a une résolution horizontale d environ 1,87. Pour les trois simulations en climat futur, le scénario d émissions de gaz à effet de serre A2 est retenu [Nakicenovic et al., 2000]. Le tableau 4.5 résume les informations descriptives des simulations du MRCC mentionnées précédemment.

32 33 Tableau 4.5 Description des simulations du MRCC Simulation aft afx agr aha Version du MRCC Domaine Québec Pilote ERA-40 MCCG3 #4 MCCG3 #5 MCCG5 #1 Période Validation des variables météorologiques produites par les simulations du MRCC à l échelle des bassins versants La qualité d une prédiction en climat futur produite à partir de modèles de climat dépend de la capacité de ces derniers à reproduire adéquatement le climat. Le climat futur étant inconnu, la validation d une simulation d un modèle climatique passe par la comparaison des valeurs simulées en passé récent avec des observations mesurées sur la région d intérêt. Dans le cas de la prédiction de la CMP, il est particulièrement important que les événements plus intenses de précipitation soient bien reproduits. Cependant, il est difficile de valider les extrêmes de précipitation simulés par un modèle de climat avec des observations puisque les deux sources de données n ont pas la même résolution spatiale. Par exemple, dans une région homogène et sur une longue période, la hauteur de précipitation maximale journalière observée à un pluviomètre devrait être plus grande que la hauteur maximale journalière observée sur une surface de 2000 km 2 (i.e. environ la superficie d une tuile du MRCC). C est pourquoi il est d usage de valider un modèle climatique sur des échelles temporelles plus longues que l échelle journalière (e.g. saisonnière) et sur des surfaces communes [Gagnon et al., 2009 ; Konan et al., 2009] Comparaisons à l échelle saisonnière Les tableaux 13.2 à 13.4 présentent respectivement les moyennes saisonnières observées et simulées par afx, agr et aha sur les bassins du lac Kénogami ( ) et de la rivière Yamaska ( ) pour les variables températures minimale et maximale et précipitation

33 34 totale. Les observations proviennent respectivement de 5 et 7 stations météorologiques situées sur ou à proximité des bassins du lac Kénogami et de la rivière Yamaska. On obtient une seule valeur observée par bassin par pas de temps en calculant une moyenne pondérée des valeurs aux stations à partir des polygones de Thiessen [Dingman, 2002]. Similairement, on estime une seule valeur par simulation par bassin par pas de temps en calculant une moyenne pondérée à partir de la proportion du bassin recouverte par chacune des tuiles du MRCC. Les trois variables et les périodes analysées ont été choisies selon la disponibilité des données. Les températures maximale et minimale ont un impact sur les eaux précipitables disponible et maximisée, qui ont un impact direct sur l estimation de la PMP et de l EMP. Pour une comparaison plus juste, les valeurs de température simulées et observées sont ramenées au niveau moyen de la mer en corrigeant selon le gradient thermique de l adiabatique humide. La variable précipitation totale est la somme de la précipitation tombée, sans distinction de la pluie ou de la neige. Les comparaisons sont faites sur le bassin de la rivière Yamaska en entier et non sur la partie en amont du barrage Choinière. La superficie de la zone en amont du barrage Choinière est trop petite par rapport à la taille d une tuile du MRCC pour pouvoir faire une comparaison adéquate. Tableau 4.6 Moyennes saisonnières observées et simulées par afx, agr et aha sur les bassins du lac Kénogami ( ) et de la rivière Yamaska ( ) pour la variable température minimale ( C). afx agr aha Saison Bassin OBS SIM Biais SIM Biais SIM Biais Hiver Kénogami -16,5-18,1-1,6-18,7-2,2-17,0-0,5 Yamaska -12,8-15,2-2,4-15,4-2,6-14,7-1,9 Printemps Kénogami -2,7-5,8-3,1-5,3-2,6-4,4-1,7 Yamaska 0,5-2,2-2,7-1,9-2,4-1,8-2,3 Été Kénogami 11,9 9,5-2,4 9,5-2,3 10,9-1,0 Yamaska 13,9 11,5-2,5 11,6-2,4 12,6-1,3 Automne Kénogami 2,3 0,0-2,3-0,4-2,7-0,3-2,7 Yamaska 3,6 2,5-1,1 2,1-1,5 2,0-1,6 Annuel Kénogami -1,2-3,5-2,4-3,6-2,5-2,7-1,5 Yamaska 1,4-0,8-2,2-0,9-2,2-0,4-1,8 La température minimale sur les deux bassins est sous-estimée sur l ensemble des saisons pour toutes les simulations étudiées. Les biais les plus importants se produisent pour les simulations afx et agr.

34 35 Tableau 4.7 Moyennes saisonnières observées et simulées par afx, agr et aha sur les bassins du lac Kénogami ( ) et de la rivière Yamaska ( ) pour la variable température maximale ( C). afx agr aha Saison Bassin OBS SIM Biais SIM Biais SIM Biais Hiver Kénogami -3,7-5,8-2,2-6,2-2,5-5,6-2,0 Yamaska -3,1-2,6 0,6-2,5 0,6-2,8 0,4 Printemps Kénogami 10,3 10,0-0,3 10,5 0,2 10,9 0,6 Yamaska 11,0 11,9 0,9 12,2 1,3 12,0 1,0 Été Kénogami 24,5 21,8-2,6 22,0-2,4 22,6-1,9 Yamaska 25,0 25,2 0,2 25,2 0,1 25,3 0,2 Automne Kénogami 11,6 10,0-1,6 9,8-1,9 9,4-2,2 Yamaska 12,7 12,4-0,3 12,0-0,7 11,6-1,1 Annuel Kénogami 10,8 9,1-1,7 9,1-1,7 9,4-1,4 Yamaska 11,5 11,8 0,3 11,8 0,3 11,6 0,1 Les biais sur la température maximale sur le bassin du lac Kénogami sont comparables à ceux sur la température minimale, sauf au printemps, où les trois simulations sont très peu biaisées. La température maximale est très peu biaisée sur le bassin de la rivière Yamaska.

35 36 Tableau 4.8 Moyennes saisonnières observées et simulées par afx, agr et aha sur les bassins du lac Kénogami ( ) et de la rivière Yamaska ( ) pour la variable précipitation totale (mm/jour). Saison Bassin OBS SIM Hiver Kénogami 2,42 1,79 Yamaska 2,93 2,94 Printemps Kénogami 2,57 2,78 Yamaska 2,95 3,68 Été Kénogami 3,97 4,51 Yamaska 3,72 4,78 Automne Kénogami 3,57 3,19 Yamaska 3,40 3,64 Annuel Kénogami 3,13 3,08 Yamaska 3,25 3,77 afx agr aha Biais Biais Biais SIM SIM (%) (%) (%) -0,63-0,67-0,19 1,75 2,23 (-26) (-28) (-8) 0,01-0,51-0,20 2,42 2,73 (0,3) (-17) (-7) 0,21 0,00 0,18 2,57 2,76 (8) (0) (7) 0,73 0,59 0,83 3,54 3,78 (25) (20) (28) 0,54 0,29 0,31 4,26 4,28 (14) (7) (8) 1,06 1,73 1,62 5,45 5,34 (28) (47) (44) -0,38-0,56-0,27 3,02 3,30 (-11) (-16) (-8) 0,24-0,20 0,32 3,20 3,73 (7) (-6) (9) -0,05-0,23 0,01 2,90 3,14 (-2) (-7) (0,3) 0,52 0,41 0,66 3,66 3,91 (16) (13) (20) La précipitation est légèrement biaisée positivement en été et au printemps et légèrement biaisée négativement en hiver et à l automne, pour un biais annuel presque nul sur le bassin du lac Kénogami. Les biais sont plus importants sur le bassin de la rivière Yamaska, surtout en été, où les précipitations totales semblent biaisées positivement Comparaisons à l échelle journalière Même si les différentes échelles spatiales rendent difficile la comparaison entre les données journalières observées et simulées, les données journalières sont plus aptes à expliquer les différences entre les PMP, EMP, P100 et E100 simulées et de référence que les données mensuelles. Les distributions des valeurs journalières sont présentées sur les deux bassins sur les quatre saisons pour les températures minimale (figures 4.1 et 4.2) et maximale (figures

36 et 4.4) et pour la précipitation totale (figure 4.5 et 4.6). Pour la précipitation totale, l échelle logarithmique est utilisée en ordonnée afin de mieux voir les plus grandes hauteurs de précipitation (figures 4.5 et 4.6). Aux figure 4.1 à 4.6, le nombre d événements correspond au nombre de jours de la période étudiée. Figure 4.1 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable température minimale sur le bassin du lac Kénogami ( ).

37 38 Figure 4.2 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable température minimale sur le bassin de la rivière Yamaska ( ). Les figures 4.1 et 4.2 illustrent le biais négatif de la plupart des simulations par le léger décalage entre les distributions observées et simulées; ces dernières étant généralement légèrement vers la gauche. Il est intéressant de noter que pour les deux bassins, il y a une pointe observée près de 0 C, surtout visible au printemps, qui n est pas reproduite par les simulations.

38 39 Figure 4.3 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable température maximale sur le bassin du lac Kénogami ( ).

39 40 Figure 4.4 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable température maximale sur le bassin de la rivière Yamaska ( ). Les figures 4.3 et 4.4 permettent aussi d illustrer les biais négatifs (simulations décalées vers la gauche) et positifs (simulations décalées vers la droite) selon le cas pour la température maximale sur les deux bassins. Les valeurs extrêmes en été sont surestimées, surtout pour le bassin de la rivière Yamaska (figure 4.4 en bas à gauche), ce qui pourrait suggérer que l eau précipitable maximisée est surestimée pour cette saison, qui est responsable de plusieurs PMP d été-automne. Il faudrait cependant des données d humidité observées fiables pour confirmer cette hypothèse.

40 41 Figure 4.5 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable précipitation totale sur le bassin du lac Kénogami ( ). Figure 4.6 Distribution des valeurs observées et simulées pour la variable précipitation totale sur le bassin de la rivière Yamaska ( ).

41 42 Les figures 4.5 et 4.6 permettent de voir les valeurs extrêmes de précipitation observées et simulées, qui influent sur l estimation des PMP, EMP, P100 et E100. Il est intéressant de constater que pour la saison la plus biaisée, soit l été sur le bassin de la rivière Yamaska, le biais provient surtout des événements journaliers faibles à modérément forts (< 20 mm) alors que les précipitations extrêmes ne sont pas ou très peu biaisées (figure 4.6 en bas à gauche). Étant donné les différences d échelles spatiales, il faut être prudent sur les conclusions à tirer par rapport à ce fait. Il se peut que le biais positif de la précipitation estivale provienne des événements faibles à modérément forts et que les événements extrêmes, plus importants dans le contexte de l étude, ne soient pas ou très peu biaisés. Cependant, il est aussi possible que les simulations surestiment la quantité d humidité dans l air pour les événements extrêmes (ce qui aurait pour effet de surestimer les extrêmes; figure 4.4 en bas à gauche), mais comme les tuiles du MRCC ne sont pas capables de capter des valeurs extrêmes localisées (ce qui a pour effet de sous-estimer les extrêmes), les deux effets s annulent et les pluies extrêmes sont ainsi très peu biaisées. Encore une fois, des données d humidité observées permettraient de valider cette dernière hypothèse.

42 Mise en place de la modélisation hydrologique Préparation des données à l aide du SIG PHYSITEL PHYSITEL [Rousseau et al., 2011 ; Royer et al., 2006 ; Turcotte et al., 2001] est un SIG (système d information géographique) développé afin de déterminer la structure d écoulement d un bassin versant en support à la modélisation hydrologique à l aide du modèle HYDROTEL [Fortin et al., 2001a,b ; Turcotte et al., 2003]. Pour permettre la détermination de la structure d écoulement, PHYSITEL nécessite en entrée : un modèle numérique d altitude (MNA) et une représentation vectorielle du réseau hydrographique. Également, tel que requis par le modèle HYDROTEL, les données spatiales d occupation et du type de sols doivent être intégrées au SIG PHYSITEL afin de compléter la caractérisation physiographique de chaque UHRH (unité hydrologique relativement homogène). Ces UHRH découlent de la segmentation d un bassin en unités hydrologiques (i.e., sous-bassins) sur lesquels sont simulés les divers processus d écoulement de l eau au sol Bassin versant du réservoir Kénogami Dans le cadre de l intégration du bassin versant du réservoir Kénogami, nous avons eu recours à un MNA de 25 m de résolution. Le MNA a été créé à partir des feuillets d altitudes disponibles gratuitement en ligne, sur le site du gouvernement canadien, Géobase [ Cette résolution assure une représentation suffisamment détaillée du bassin versant décrivant la variabilité spatiale de la topographie du bassin et du réseau hydrographique. Les données matricielles du MNA agissent comme base d information dans la détermination de la pente et des orientations d écoulement liées aux UHRH. La figure 4.7 présente le MNA du bassin versant du réservoir Kénogami (représenté ici par les limites du bassin versant).

43 44 Figure 4.7 MNA du bassin versant du réservoir Kénogami Les représentations détaillées du réseau hydrographique et de la structure d écoulement du bassin versant permettent de raffiner l identification des lacs, réservoirs et petites étendues d eau ne pouvant être repérés par la simple analyse du MNA. Aussi, la détermination des UHRH peut être influencée par la complexité du réseau hydrographique et son degré de ramification. Par conséquent, le réseau de cours d eau du bassin versant du réservoir Kénogami peut être représenté ou reproduit par un nombre variable de tronçons qui restreignent ou accentuent la définition des UHRH. La figure 4.8 présente le réseau hydrographique vectoriel à l intérieur des limites du bassin versant du réservoir Kénogami. Ce réseau a été obtenu gratuitement sur le site de Géobase (

44 45 Figure 4.8 Réseau hydrographique du bassin versant du réservoir Kénogami L étape suivante requise par PHYSITEL est la détermination d altitudes modifiées sous le réseau hydrographique et sur les berges des cours d eau. Ce processus permet de simplifier la structure d écoulement et le drainage de l eau de la partie terrestre jusqu au cours d eau. En se basant sur le MNA, PHYSITEL effectue, par la suite le calcul de la pente de chaque pixel composant la matrice du MNA. À noter que les pentes sont définies selon les couples voisins d altitudes nord-sud et est-ouest. Les altitudes modifiées ainsi que la pente sont prises en compte dans la détermination des orientations d écoulement à l aide de l algorithme D8-LTD [Orlandini et al., 2003]. Il a été démontré que cet algorithme est supérieur à d autres algorithmes en termes de temps de calcul et de représentation physique des directions ou patrons d écoulement [Rousseau et al., 2005]. Cette performance est notamment liée au calcul d une matrice d accumulation qui permet l influence de l écoulement des pixels en aval à partir de l écoulement des pixels en amont. La figure 4.9 présente les directions d écoulement sur l ensemble du MNA et au

45 46 barrage Portages-des-Roches défini dans le projet comme exutoire du bassin comme le logiciel ne permet pas de définir plus d un exutoire. (a) (b) Figure 4.9 Carte des orientations d écoulement (a) et pixel voisin de l exutoire (tuile mauve) (b) défini pour le bassin versant du réservoir Kénogami Suite à la détermination de l exutoire du bassin versant, PHYSITEL procède à l identification de l ensemble des pixels voisins s écoulant vers l exutoire, et suivant un processus d écoulement par voisinage, regroupe l ensemble des pixels formant le bassin versant. Les limites résultantes peuvent être modifiées par l édition des directions d écoulement afin d assurer la superposition adéquate de l occupation et du type de sol sur la région couverte par le bassin versant. Ce processus itératif prévient l absence de données d occupation et du type de sol à l intérieur des limites du bassin versant. Suite au processus d identification de la structure de drainage du bassin versant, l étape suivante consiste à régénérer le réseau hydrographique en accord avec la règle que chaque pixel, drainant une superficie amont regroupant plus d un pixel, fait partie du réseau hydrographique. Le niveau de détail et l arborescence du réseau hydrographique nouvellement régénéré découle du seuil de pixel amont drainé fixé par l usager. Cette étape est cruciale dans la détermination subséquente des UHRH. En effet, une faible valeur seuil

46 47 résulte en un réseau hydrographique détaillé associé à une distribution complexe d UHRH. En revanche, une valeur seuil élevée résulte en un réseau hydrographique et une distribution d UHRH simplifiés. L application actuelle présente un réseau hydrographique détaillé en accord avec le réseau de cours d eau intégré. Conséquemment, le niveau de détail et l arborescence du réseau hydrographique régénéré supporte un nombre relativement élevé d UHRH sur le bassin versant du réservoir Kénogami. Il est à noter que la régénération du réseau hydrographique vise l obtention d un nombre raisonnable d UHRH permettant de restreindre le temps de calcul lors des simulations et ce tout en préservant de façon satisfaisante le niveau de détail des cours d eau initialement intégrés. Le réseau nouvellement régénéré permet la segmentation du bassin versant en UHRH. Ces UHRH décrivent la segmentation du bassin versant du réservoir Kénogami en surface d écoulement vers un tronçon du réseau hydrographique régénéré. Ainsi, chaque UHRH est associé à un tronçon unique. La figure 4.10 illustre la segmentation du bassin versant du réservoir Kénogami en 752 UHRH d une superficie moyenne de 450 ha. Cette discrétisation assure une représentation satisfaisante du bassin versant et permettra d effectuer des simulations hydrologiques dans un délai raisonnable.

47 48 Figure 4.10 Segmentation en UHRH du bassin versant du réservoir Kénogami Afin de compléter l intégration du bassin versant du réservoir Kénogami au SIG PHYSITEL, l occupation et le type sol doivent être définis pour l ensemble du bassin. La définition de l occupation du sol découle de la cartographie canadienne de l occupation terrestre disponible gratuitement sur le site du Ministère de Ressources Naturelles du Canada ( Cette cartographie est disponible pour l ensemble du Canada pour l année 2000 et a été développée dans le contexte d un projet sur l observation de la Terre pour le développement durable des forêts (OTDD). Suite à l obtention de la classification de l occupation du sol sur le bassin du réservoir Kénogami, certaines classes présentes sur la mosaïque Canadienne ont été regroupées en classes plus générales afin de faciliter le calage ultérieur du modèle HYDROTEL. La figure 4.11 présente la classification résultante de l occupation du sol sur le bassin du réservoir Kénogami pour l année Le tableau 4.9 décrit les pourcentages occupés par chacune des classes sur le bassin.

48 49 Figure 4.11 Carte d occupation du sol sur le bassin versant du réservoir Kénogami Tableau 4.9 Pourcentage de couverture des classes d occupation sur le bassin versant du réservoir Kénogami Classes d occupation du sol Superficie (%) Urbain 0.02% Agricole 0.08% Eau 5.06% Milieu humide 0.28% Sol nu 1.26% Friche 5.89% Feuillus 9.12% Conifères 34.77% Mixtes 43.50% Le tableau 4.9 démontre clairement que ce bassin versant à l étude est couvert principalement par le milieu forestier (Feuillus, Conifères, Mixtes) à 87%. La portion restante de la superficie totale, environ 13%, est occupée par les autres classes comme les zones en friches et l eau.

49 50 Le SIG PHYSITEL nécessite également l intégration des types de sol pour chaque UHRH. En ce sens, l INRS-ETE a, dans un premier temps, eu recours aux cartes de pédo-paysages canadiens afin de créer une première couche d information portant sur les types de sol. Ces cartes sont disponibles gratuitement sur le site d Agriculture et Agro-alimentaire Canada. Comme l indique la figure 4.12, le pédo-paysage général du bassin versant du réservoir Kénogami présente deux classes dominantes de type de sol, soit des loam-sableux sur la majeure partie du bassin et des loam-argileux sur le réservoir en soit ( Il faut également noter que dans la version actuelle du modèle HYDROTEL, les propriétés hydrodynamiques des types de sol sont considérées constantes sur les différents horizons verticaux des sols. Des valeurs par défaut, basées sur les tables de Rawls et Brakensiek [1989], sont disponibles et peuvent être attribuées aux caractéristiques des sols selon les textures de ces derniers (pourcentages sable, limon, argile); par contre, l usager peut attribuer des valeurs plus appropriées. Dans le cas présent, les types de sol sur le bassin du réservoir Kénogami ont été déterminés en associant les types de sol des cartes de pédo-paysages avec les classes de types de sol présents dans la table de Rawls et Brakensiek [1989] déjà intégrées dans le SIG PHYSITEL (Figure 4.12). Par la suite, le SIG PHYSITEL procède au calcul des propriétés hydrodynamiques des sols pour chacun des UHRH constituant le bassin versant. Ces propriétés sont déterminées en fonction des sols dominants sur chaque UHRH. Ainsi, les propriétés hydrodynamiques attribuées aux différents types de sol présents dans la table de Rawls et Brakensiek sont appliquées aux UHRH en fonction du sol dominant observé sur celles-ci.

50 51 Figure 4.12 Carte des types de sol sur le bassin versant du réservoir Kénogami L intégration du bassin versant au SIG PHYSITEL est complétée par l ajout au besoin des stations météorologiques et hydrométriques. Ces stations sont décrites selon leurs noms et emplacements géographiques sur le bassin. En ce sens, PHYSITEL permet l ajout et l affichage des différentes stations météorologiques et hydrométriques, qui sont reprises par le modèle HYDROTEL Bassin versant de la rivière Yamaska-Nord Dans le cadre de l intégration du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord, nous avons bénéficié des travaux d intégration du bassin complet de la rivière Yamaska lors d un projet antérieur sur les pesticides mené à l INRS (Projet NEASI, Rousseau et al. 2008). Les étapes d intégration sont identiques à celles présentées précédemment pour le bassin versant du réservoir Kénogami. Le MNA utilisé pour modéliser le bassin versant de la rivière Yamaska- Nord présente une résolution de 50 m. Celui-ci a été créé également à partir des feuillets

51 52 d altitudes disponibles gratuitement en ligne, sur le site du gouvernement canadien, Géobase ( La figure 4.13 présente le MNA du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord (représenté ici par les limites du bassin versant). Figure 4.13 MNA du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord La figure 4.14 présente le réseau hydrographique vectoriel à l intérieur des limites du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord avec pour exutoire la sortie du barrage Choinière. Ce réseau a été obtenu gratuitement sur le site de Géobase ( Il est assez facile de noter la présence des étendues d eau situées en amont des ouvrages Choinière et Waterloo.

52 53 Figure 4.14 Réseau hydrographique du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord La figure 4.15 présente les directions d écoulement sur l ensemble du MNA et au barrage Choinière défini dans le projet comme exutoire du bassin.

53 54 (a) (b) Figure 4.15 Carte des orientations d écoulement (a) et pixel voisin de l exutoire (tuile mauve) (b) défini pour le bassin versant de la rivière Yamaska-Nord La figure 4.16 illustre la segmentation du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord en 63 UHRH d une superficie moyenne de 875 ha. Cette discrétisation assure une représentation satisfaisante bassin versant et permettra d effectuer des simulations hydrologiques dans un délai raisonnable.

54 55 Figure 4.16 Segmentation en UHRH du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord Afin de compléter l intégration du bassin versant du réservoir Kénogami au SIG PHYSITEL, l occupation et le type sol doivent être définis pour l ensemble du bassin. Pour le bassin versant de la Yamaska-Nord, la carte des occupations du sol a été créée en combinant l information du traitement d images classifiées LANDSAT-7 produites en 2004 pour le sud du Québec avec l information provenant de la base de données de cultures généralisées (BDCG) de la Financière agricole du Québec pour l année La figure 4.17 illustre la carte d occupation du sol qui a été utilisée.

55 Figure 4.17 Carte d occupation du sol sur le bassin versant de la rivière Yamaska-Nord 56

56 57 Tableau 4.10 Pourcentage de couverture des classes d occupation sur le bassin versant de la rivière Yamaska-Nord Classes d occupation du sol Superficie (%) Canola 0.00% Céréales 0.21% Maïs 1.07% Cultures indéfinies 1.89% Eau 4.83% Foin 13.73% Forêts feuillus 57.25% Forêts résineux 12.04% Friches 0.04% Maraicher 0.00% Milieux humides 0.91% Petits fruits 0.00% Sol nu 1.11% Soya 0.00% Urbain et routes 5.27% Cultures annuelles indéfinies 1.64% Cultures mixtes 0.02% Le tableau 4.10 démontre clairement que ce bassin versant à l étude est dominé par les milieux forestier (Feuillus, Conifères, Mixtes) et agricole. Globalement, le bassin du de la Yamaska-Nord est couvert à près de 70% par le milieu forestier et par plus 18% par le milieu agricole. La portion restante de la superficie totale, environ 12%, est occupée par les autres classes comme superficie en eau et les zones urbaines et routières. En ce qui a trait à la carte des types de sol, celle-ci a été construite à partir des feuillets pédologiques et de la base de données fournie par l Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA). Également, les types de sol sur le bassin de la rivière Yamaska-Nord ont été associés avec les classes de types de sols présentes dans la table de Rawls et Brakensiek (1989) déjà intégrées dans le SIG PHYSITEL. Compte tenu des données utilisées la figure 4.18 démontre que les types de sols sont quelque peu plus diversifiés sur ce bassin versant en comparaison avec le bassin du réservoir Kénogami.

57 58 Figure 4.18 Carte des types de sol sur le bassin versant de la Yamaska-Nord L intégration du bassin versant au SIG PHYSITEL est complétée par l ajout des stations météorologiques et hydrométriques au besoin. Finalement, PHYSITEL permet l exportation et la création des fichiers d entrée du modèle HYDROTEL Intégration des bassins versants aux modèles HYDROTEL et SSARR Tel que mentionné, dans la présente étude, la modélisation hydrologique est effectuée à l aide des modèle HYDROTEL et SSARR. Ces modèles sont utilisés afin de procéder au calage de l écoulement de l eau sur les bassins du réservoir Kénogami et de la rivière Yamaska-Nord HYDROTEL Suite à l application du SIG PHYSITEL, le bassin versant visé a été intégré au modèle HYDROTEL. Ce dernier constitue un modèle hydrologique distribué compatible avec la

58 59 télédétection et supporté par PHYSITEL. Les calculs effectués par le modèle sont faits sur un ensemble d éléments de calcul répartis à l intérieur d un bassin versant, les UHRH. Ainsi l approche distribuée permet de mieux prendre en compte la variabilité spatiale des caractéristiques physiographiques du bassin à l étude (topographie, occupation du sol, types de sol, ) et systèmes météorologiques qui l affectent. Sur le plan temporel, HYDROTEL est un modèle qui fonctionne en continu, par opposition à un modèle par évènement. Enfin, les divers processus hydrologiques intervenant sur un bassin versant entre les chutes de pluie ou de neige et les débits en rivière sont considérés dans HYDROTEL par un regroupement de sous-modèles. L ensemble des fichiers d entrée du modèle peuvent être générés à l aide de PHYSITEL. En complément, HYDROTEL nécessite l ajout de fichiers portant sur les données météorologiques et hydrométriques enregistrées aux stations associées au bassin versant. À ces fichiers s ajoutent deux fichiers supplémentaires portant sur l évolution annuelle de la profondeur racinaire et de l indice foliaire des cultures et forêts Bassin versant du réservoir Kénogami La figure 4.19 présente l intégration du bassin versant du réservoir Kénogami au modèle HYDROTEL. À noter que les petits libellés (H et M) représentent les stations de jaugeage (H) et les stations météorologiques (M) fictives et dérivées de la grille météorologique du CEHQ.

59 60 Figure 4.19 Intégration du bassin versant du réservoir Kénogami au modèle HYDROTEL Les simulations hydrologiques effectuées sur un pas de temps journalier sont dans un premier temps supportées par des données météorologiques disponibles sur 48 points de grille. Ces données qui couvrent la période de ont été calculées par le CEHQ et nous ont été transmises pour les besoins du projet. En complément, diverses stations de mesures de débits en rivière peuvent être localisées sur le réseau hydrographique du bassin. Celles-ci permettent essentiellement la comparaison de débits simulés et mesurés afin d évaluer la performance du modèle sur le bassin versant du réservoir Kénogami. Lors des travaux de calage du modèle HYDROTEL, les débits relatifs aux apports reconstitués au réservoir ont été plus spécifiquement ciblés puisqu ils représentent l objet propre de l étude. Tel que mentionné précédemment, ces apports ont été calculés par le CEHQ sur une base journalière et nous ont été transmis par la suite. Afin de reproduire les apports au réservoir celui-ci a été représenté dans HYDROTEL comme un lac sans laminage avec un seul exutoire (localisé au barrage Portages-des-Roches). Cette représentation a pour impact de favoriser la modélisation des crues puisque l eau entrant

60 61 dans le réservoir est directement acheminer vers sa sortie. Les débits simulés à l exutoire du réservoir représentent donc, dans ce contexte de modélisation les apports au réservoir Bassin versant de la rivière Yamaska-Nord La figure 4.20 présente l intégration du bassin versant de la rivière Yamaska-Nord au modèle HYDROTEL. À noter que les petits libellés (H et M) représentent les stations de jaugeage (H) et les stations météorologiques (M) fictives et dérivées de la grille météorologique du CEHQ. Figure 4.20 Intégration du bassin versant de la Yamaska-Nord au modèle HYDROTEL Les simulations hydrologiques effectuées sur un pas de temps journalier sont, pour ce bassin, supportées par des données météorologiques disponibles sur 12 points de grilles. Ces données qui couvrent la période de ont été calculées par le CEHQ et nous été transmises pour les besoins du projet.

61 62 En complément, deux stations de mesures de débits sont présentes à l exutoire des barrages Choinière et Waterloo. Ces dernières ne sont toutefois pas prises en compte dans la comparaison des débits puisqu elles sont directement influencées par les règles de gestion mises en place aux barrages. Lors des travaux de calage du modèle HYDROTEL, les débits relatifs aux apports reconstitués au réservoir Choinière ont été plus ciblés. À nouveau ces apports ont été reconstitués par le CEHQ sur une base journalière et nous ont été transmis par la suite. Afin de reproduire les apports au réservoir celui-ci a été représenté dans HYDROTEL comme un lac sans laminage avec un seul exutoire (localisé au barrage Choinière). De même le Lac Waterloo a été représenté dans HYDROTEL comme un lac sans laminage. Ces deux représentations ont pour impact de favoriser la modélisation des crues puisque l eau entrant dans ces étendus d eau est directement acheminée vers sa sortie. Les débits simulés à l exutoire représentent donc, dans ce contexte, les apports au réservoir. Le fait de ne pas prendre en compte l impact des barrages et ouvrages lors de la simulation hydrologique suggèrent une représentation à caractère extrême des évènements de fortes crues puisque l eau ne peut être emmagasinée. Le modèle se positionne donc préalablement dans un contexte où les réservoirs sont déjà à capacité maximale ce qui aura pour effet de favoriser la simulation de CMP. Il est aussi à noter que lors de l évaluation des CMP, les données météorologiques ont été assignées aux points de grille du MRCC qui diffèrent de ceux de la grille du CEHQ Éléments généraux de la modélisation hydrologique à l aide d HYDROTEL Les simulations hydrologiques à l aide du modèle HYDROTEL sont basées sur une approche en cascade facilitant la modification des différents paramètres affectant les sous-modèles hydrologiques ou encore l ajout de sous-modèles supplémentaires. Actuellement, HYDROTEL divise la simulation des processus hydrologiques en six sous-modèles. Pour chacun des processus hydrologiques, HYDROTEL offre le choix entre un ou plusieurs algorithmes (Tableau 4.11). La disponibilité de ces divers algorithmes permet de sélectionner le sousmodèle le plus performant possible sur un bassin versant compte tenu de la disponibilité des données d entrée. Au tableau 4.11 les algorithmes de simulations des processus

62 63 hydrologiques mis en évidence (caractères en gras) sont ceux utilisés lors des simulations hydrologiques. Tableau 4.11 Processus simulés et algorithmes disponibles pour les simulations hydrologiques Processus hydrologiques Algorithmes disponibles 1. Interpolation des données météorologiques: 1.1 Polygones de Thiessen 1.2 Moyenne pondérée aux 3 stations les plus proches 2. Évolution du couvert nival: 2.1 Approche mixte (degrés-jour) et bilan énergétique 3. Évapotranspiration potentielle 3.1 Thornthwaite 3.2 Linacre 3.3 Penman-Monteith 3.4 Priestley-Taylor 3.5 Hydro-Québec 4. Bilan d eau vertical 4.1 Bilan vertical en trois couches (BV3C) 4.2 CEQUEAU 5. Écoulement sur la partie terrestre du bassin 5.1 Onde cinématique 6. Écoulement par le réseau hydrographique 6.1 Onde cinématique 6.2 Onde diffusante Il peut être pertinent de faire le lien entre les processus hydrologiques, les UHRH et les tronçons du réseau hydrographique. L écoulement sur la partie terrestre du bassin est simulé par la production initiale d un hydrogramme géomorphologique spécifique (HGM) à chaque UHRH et généré par l écoulement de pixel en pixel sur une UHRH d une lame d eau de référence. Il est important de noter que les flux entre les algorithmes qui simulent les cinq premiers processus hydrologiques sont réalisés au niveau des UHRH. Ainsi, le sous-modèle qui effectue le calcul de l écoulement sur la partie terrestre du bassin reçoit à chaque pas de temps et au niveau de l UHRH une lame d eau qu il distribue dans le temps en fonction de l hydrogramme géomorphologique précédemment estimé à partir de la structure spécifique d écoulement interne à l UHRH. Finalement, l écoulement par le réseau hydrographique est simulé sur les tronçons du réseau. Les entrées de chaque tronçon proviennent alors du tronçon amont et des apports latéraux des UHRH connexes. À des fins de comparaison avec le modèle SSARR les bassins versants à l étude ont été représentés dans leurs ensembles, sans regroupement d UHRH. De plus, l objectif visé est la

63 64 production de CMP au niveau des réservoirs Kénogami et Choinière ; ce qui ne requiert pas nécessairement d attribuer des valeurs individuelles pour certaines paramètres physiographiques ou météorologiques à chaque UHRH ou regroupement d UHRH. En ce sens, il demeure acceptable de fournir des valeurs identiques à ces paramètres à une plus grande échelle soit celle du bassin versant dans le cas présent. À titre indicatif, les paramètres du bassin qui doivent être ajustés au cours de l étape de calage du modèle HYDROTEL sont essentiellement les suivants : 1. Paramètres météorologiques : évapotranspiration, gradient vertical de température et des précipitations, température de passage de la pluie en neige, seuil de température de fonte, etc ; 2. Paramètres hydrologiques : limites inférieures des trois couches des trois horizons de sols, coefficient de récession de la couche profonde, coefficient d extinction, taux de fonte de la neige, coefficients de rugosité de Manning, lame de référence pour l hydrogramme géomorphologique, etc SSARR Le modèle SSARR est un modèle mathématique hydrologique de type déterministe qui permet de : 1. Simuler les débits à l exutoire d un bassin à partir des données de précipitation, de température et du couvert de neige. L accumulation et la fonte de la neige sont simulés par le programme en soit ; 2. Laminer les débits à travers les cours d eau et dans les lacs ; 3. Simuler la régularisation du débit par les réservoirs. Les plus récentes versions de SSARR proposent deux choix de modèles pour la simulation de l évolution du couvert de neige

64 65 1. Le «depletion curve watershed model» 2. Le «snowband watershed model» Ce dernier, plus récent, permet de simuler l accumulation et la fonte de la neige sur une base continue ; il a été retenu pour illustrer la simulation des débits dans la présente étude. À noter que l intégration des bassins versants à l étude au modèle SSARR a été faite avec la collaboration de Mme. Nathalie Thiémonge d HYDRO-QUÉBEC / OURANOS. Dans un premier temps, la courbe hypsométrique doit être évaluée pour les besoins du modèle SSARR. Cette courbe, estimée à l aide du SIG PHYSITEL permet essentiellement de calculer certains paramètres en fonction de l élévation dans le processus de la modélisation pluie-ruissellement. Cette courbe met en relation les altitudes et les surfaces dans un bassin, sous forme de fréquence de superficies inférieures à une altitude donnée. Pour le calage du modèle SSARR, les caractéristiques (superficie et courbe hypsométrique) doivent aussi être connues pour le bassin versant à l étude. Dans le cadre de l étude actuelle, les bassins à l étude ont été intégrés de façon globale et simplifiés en ce sens que les lacs et réservoir ne sont pas représentés de façon spécifique. Il est raisonnable d affirmer que cette restriction ne limite pas le calcul de crues maximales probables puisque de tels évènements se produisent dans des conditions ou le laminage et la gestion des réservoirs est plus limitée. Aussi, les résultats visent plutôt les apports au réservoir et non leur gestion lors de tels évènements. Comme le modèle n offre pas d interface illustrant l intégration d un bassin. Celle-ci réfère plutôt à l édition de divers fichiers texte plus ou moins complexes. L édition de ces fichiers repose sur l intégration des paramètres spécifiques au bassin visé. À titre indicatif, les paramètres du bassin qui doivent être ajustés au cours de l étape de calage du modèle SSARR sont essentiellement les suivants :

65 66 1. Paramètres météorologiques : évapotranspiration, interception, pondération des stations météorologiques, température de gel, seuil de fonte, gradient vertical de température, etc ; 2. Paramètres hydrologiques : indice d humidité du sol (SMI, soil moisture index), composante de l écoulement (nombre phases d écoulement et temps de stockage), indice d infiltration du débit souterrain (BII, base flow infiltration index), pourcentage du ruissellement affecté à l écoulement souterrain (BFP, base flow percent), taux de partage de l écoulement de surface (RS) et de l écoulement hypodermique (RSS), taux de fonte de la neige, caractéristiques de propagation (temps de parcours et laminage de l écoulement), etc.

66 Pluies maximales probables L Organisation météorologique mondiale [OMM, 1986] définit conceptuellement la PMP comme étant «la hauteur maximale de la lame d eau qui peut météorologiquement s accumuler en un temps donné, dans une zone de perturbations d une superficie déterminée, en un endroit particulier et à une certaine époque de l année, sans qu il soit tenu compte des tendances climatiques à long terme.» En pratique, l OMM [1986] suggère d estimer la PMP en maximisant chaque événement pluvieux observé et de retenir la plus grande valeur. Un événement est maximisé en multipliant la précipitation observée par un ratio de maximisation. Bien que selon sa définition conceptuelle, la PMP ne devrait pas dépendre des tendances climatiques à long terme, ce n est pas nécessairement le cas en pratique; l estimation de la PMP étant faite à partir des données disponibles. Dans un contexte de CC, rien ne garantit que la précipitation et les variables nécessaires à l estimation de la PMP se comporteront de la même manière dans le futur. Il est donc important de tenir compte du possible effet des CC lors de l estimation de la PMP. La méthode d estimation de la PMP utilisée est basée en partie sur la méthode développée par Beauchamp [2010] à partir des données du MRCC. Plusieurs éléments de la méthode présentée dans CEHQ et SNC-LAVALIN [2004] sont repris, mais adaptés pour tenir compte de l impact des CC. À noter que les PMP sont calculées pour des durées de 24 et 72 heures. Sur une tuile donnée, posons pδt t = la hauteur de pluie accumulée dans un intervalle de temps Δt (24 ou 72 heures) débutant au temps t. La pluie maximisée de cet événement, notée max p t, est donnée par : Δt où Δt max p t p t r t (4.1) Δt Δt Δt r t est le ratio de maximisation pour cet événement défini par l équation suivante : r Δt t max w Δt t (4.2) w t Δt

67 68 où wδt t et w max Δt t sont respectivement l eau précipitable disponible pour cet événement, soit la hauteur de pluie qui tomberait si toute l humidité dans la colonne d air précipitait, et l eau précipitable maximale, soit une valeur maximale probable d eau précipitable qu il pourrait y avoir sur cette tuile à ce moment de l année. L estimation de wδt t requiert la connaissance de la quantité d humidité dans l atmosphère durant ou juste avant l événement. Pour un événement pluvieux observé, cette variable peut-être estimé à partir de ballonssondes ou de mesures du point de rosée, en espérant être le plus près possible du centre de la tempête. Pour un événement pluvieux simulé par le MRCC, l eau précipitable instantanée winst t sur une tuile est calculable directement à partir des valeurs d humidité spécifique générées à tous les niveaux de pression du modèle. Comme dans Beauchamp [2010], l eau précipitable disponible pour un événement est estimée en retenant la plus grande valeur d eau précipitable instantanée générée par le MRCC pendant l évènement ou dans les 18 heures qui le précèdent : wδt t max winst i. (4.3) i t 18 hrs, t Δt Dans le rapport du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004], l eau précipitable maximisée max w Δt t est estimée en calculant, à partir d une distribution statistique appropriée, l eau précipitable de temps de retour 100 ans pour cette période de l année. Dans le présent travail, une approche similaire a été adoptée, avec comme différence majeure que les distributions statistiques testées ont été ajustées pour tenir compte d une possible non-stationnarité causée par les CC. Pour chaque tuile, chaque mois et chaque simulation, les valeurs maximales annuelles d eau précipitable disponible sont calculées et six distributions statistiques (normale, lognormale, Gamma, exponentielle, Gumbel et GEV pour generalized extreme values) sont ajustées. Cependant, avant d ajuster une distribution statistique non-stationnaire aux valeurs maximales de l eau précipitable disponible, le comportement non-stationnaire de cette variable est analysé. Le test Mann-Kendall [Lehmann, 1998] est alors effectué pour chacune des séries mensuelles et chaque simulation. Les résultats du test ont clairement démontré la nonstationnarité de l eau précipitable maximale. Les séries de chaque tuile d intérêt, pour chaque

68 69 mois, provenant des trois (3) simulations, montrent exclusivement de la non-stationnarité, et ce pour des valeurs de p = 5% et p = 1%. Ce test préliminaire justifie de considérer la nonstationnarité attribuable aux changements climatiques dans la méthodologie. Pour chaque distribution, quatre types de non-stationnarité sont testés. Le type 0 correspond à la distribution stationnaire, c est-à-dire la distribution classique sans que la non-stationnarité soit tenue compte. Pour le type 1, l espérance pour les distributions normale, lognormale, Gamma et exponentielle ou le paramètre de localisation pour les distributions Gumbel et GEV contient un terme supplémentaire exprimant une dépendance linéaire en fonction de l année. Pour le type 2, l espérance et l écart-type (respectivement les paramètres de localisation et d échelle) pour les distributions normale, lognormale et Gamma (respectivement pour les distributions Gumbel et GEV) contiennent chacun un terme supplémentaire exprimant une dépendance linéaire en fonction de l année. Pour le type 3, seulement applicable pour la distribution GEV, les paramètres de localisation, d échelle et de forme contiennent chacun un terme supplémentaire exprimant une dépendance linéaire en fonction de l année. Pour chaque tuile, chaque mois et chaque simulation, la meilleure distribution est choisie selon le Bayesian information criterion [BIC, Schwartz, 1978]. Tous les événements de 24 et 72 heures sont maximisés selon l équation (4.1). La PMP d une durée donnée pour une période d intérêt (dans le cas présent, , et ) est la plus grande valeur de précipitation maximisée. La distinction entre les événements du printemps et de l été-automne se fait selon le stock de neige au sol : l événement sera considéré au printemps s il y a au moins 10 mm d équivalent en eau du couvert nival au début de l événement ; sinon, l événement est considéré en été-automne. Considérant que les fenêtres temporelles définissant les saisons peuvent changer dans un contexte de CC, cette approche basée sur le stock de neige a été préférée à l approche classique, qui détermine les deux saisons en fonction du jour julien [CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004]. La méthode est d abord appliquée sur les tuiles recouvrant les bassins du lac Kénogami et de la rivière Yamaska à partir des quatre simulations du MRCC utilisées. Dans ce cas, une distribution et un type de non-stationnarité différents pour w max Δt t sont retenus pour chaque

69 70 mois, chaque bassin et chaque simulation. La même procédure pourra être éventuellement reprise sur l ensemble des tuiles du sud du Québec, en n utilisant, si c est raisonnable de le faire, qu une seule distribution et un seul type de non-stationnarité communs pour tous les mois, toutes les tuiles et toutes les simulations.

70 Pluie printanière d une récurrence de 100 ans (P100) La P100 est la hauteur d un événement de pluie se produisant au printemps qui ne sera dépassée en moyenne qu une fois à tous les 100 ans. À chaque année sur chaque tuile et chaque simulation, les hauteurs de pluie maximales sur 24 et 72 heures survenues au printemps sont retenues. Comme pour la PMP, un événement est considéré au printemps si le stock de neige initial est supérieur ou égal à 10 mm d équivalent en eau au sol. Comme pour l eau précipitable maximisée (section 4.5), une analyse fréquentielle non-stationnaire est effectuée sur les valeurs maximales annuelles de la pluie printanière afin de déterminer la P100. Les mêmes six distributions et quatre types de non-stationnarité que pour la PMP sont testés (section 4.5). La meilleure distribution est choisie selon le critère BIC [Schwartz, 1978]. Les P100 de 24 et 72 heures sont dans un premier temps estimées sur les tuiles recouvrant les bassins du lac Kénogami et de la rivière Yamaska. Pour une simulation donnée, une seule distribution et un seul type de non-stationnarité sont retenus par bassin. Si une distribution non-stationnaire est retenue (type 1, 2 ou 3 ; voir section 4.5), la P100 variera d une année à l autre. Dans ce cas, la P100 pour une période d intérêt (dans le cas présent, , ou ) est donnée par la plus grande valeur de P100 estimée. Ultimement la P100 pourra aussi être estimée sur l ensemble des tuiles du sud du Québec. La possibilité de ne retenir qu une distribution et un type de non-stationnarité communs à toutes les tuiles du sud du Québec et à toutes les simulations utilisées pourra aussi être éventuellement analysée.

71 Enneigement maximal probable (EMP) Les événements neigeux peuvent être maximisés de la même façon que les événements pluvieux. La différence est qu avec la neige, on ne s intéresse pas à l impact immédiat d une tempête sur le débit comme c est le cas pour la pluie. On s intéresse plutôt à l accumulation de neige provenant de l ensemble des événements neigeux au cours d un hiver. C est cette accumulation qui est à maximiser. L accumulation de neige maximisée pour un hiver donné est calculée à partir de la somme de tous les événements neigeux, certains étant maximisés, d autres non. CEHQ et SNC- LAVALIN [2004] ont proposé de ne maximiser que les événements les plus intenses et les plus efficaces. L efficacité d une averse est définie comme étant la proportion de la vapeur d eau disponible dans la colonne d air qui a précipitée. L efficacité peut être approximée à partir des données d humidité du MRCC, disponibles en plusieurs couches. Il n est cependant pas possible d obtenir une valeur exacte de l efficacité puisque les données d humidité sont des taux instantanés disponibles seulement aux six heures. Néanmoins, les approximations de l efficacité effectuées sur quelques tuiles du MRCC ont pu montrer que généralement, les événements les plus intenses étaient aussi les plus efficaces. Ainsi, il a été décidé de ne maximiser que les accumulations de neige sur 72 heures supérieures ou égales à 5 mm d équivalent en eau. Pour un événement neigeux à maximiser donné, les mêmes équations que pour la PMP (section 6) peuvent être utilisées avec pδt t (équation (4.1)) étant maintenant la hauteur de neige, et non de pluie, accumulée dans un intervalle de temps Δt débutant au temps t. Comme la variable d intérêt est la somme des accumulations sur tout l hiver, l intervalle de temps Δt est moins important que pour la PMP. Il a été choisi de maximiser chaque accumulation de 72 heures indépendamment (Δt = 72 heures). L eau précipitable disponible wδt t est toujours définie par l équation (4.3), sauf qu elle est multipliée par la proportion de la précipitation qui est tombée sous forme de neige durant l intervalle de 72 heures afin de ne pas inclure la portion d eau précipitable produisant la fraction pluie. À noter que la méthode s applique aux pas de temps qui incluent à la fois neige et pluie. L eau précipitable maximisée

72 73 w max Δt t est évaluée de la même façon que pour la PMP, soit en estimant l eau précipitable de temps de retour 100 ans à partir d une analyse fréquentielle non-stationnaire à chaque tuile, pour chaque mois et pour chaque simulation, à partir des valeurs maximales annuelles de wδt t. Les mêmes six distributions et quatre types de non-stationnarité que pour la PMP sont testés (section 6). Lorsqu il y a absence de précipitation neigeuse pour un mois donné, la valeur maximale de wδt t est supposée égale à 1 mm afin de permettre une analyse complète et systématique à l aide de séries de données d égales longueurs. La meilleure distribution est choisie selon le critère BIC [Schwartz, 1978]. Pour un hiver donné, l accumulation de neige maximisée est égale à la somme des précipitations neigeuses maximisées (accumulation sur 72 heures supérieure ou égale à 5 mm d équivalent en eau) et non-maximisées (accumulation sur 72 heures inférieure à 5 mm d équivalent en eau). Pour une tuile et une simulation données, l EMP pour une période d intérêt (dans le cas présent, , ou ) est la plus grande accumulation hivernale maximisée. Comme pour la PMP, la méthode est d abord appliquée sur les tuiles recouvrant les bassins du lac Kénogami et de la rivière Yamaska. Une distribution et un type de non-stationnarité différents pour w max Δt t sont retenus pour chaque mois, chaque bassin et chaque simulation. Seuls les mois de novembre à avril pour la rivière Yamaska et de novembre à mai pour le lac Kénogami sont retenus. Ensuite, il sera possible éventuellement d estimer l EMP sur l ensemble des tuiles du sud du Québec, en n utilisant, si c est raisonnable de le faire, qu une seule distribution et un seul type de non-stationnarité communs pour tous les mois, toutes les tuiles et toutes les simulations.

73 Enneigement d une récurrence de 100 ans (E100) L E100 est la hauteur de l enneigement annuel qui ne devrait être dépassée en moyenne qu une fois à tous les 100 ans. L enneigement annuel peut être calculé selon deux approches avec les sorties du MRCC : (i) En retenant la valeur maximale annuelle de l équivalent en eau du stock de neige au sol (variable sno du MRCC) ; (ii) En additionnant toutes les précipitations neigeuses survenues durant un hiver. L approche (i) est en principe ce qui représente le mieux le stock de neige du printemps, puisqu elle tient compte des pertes de neige liées à l évaporation et au ruissellement qui ont pu survenir durant l hiver. L approche (ii) est utilisée afin d assurer une certaine continuité avec la méthode d estimation de l EMP, qui est basée sur la somme de toutes les accumulations neigeuses survenues durant un hiver, certaines étant maximisées (section 8). L approche (ii) mènera à de plus grandes valeurs de l E100 que l approche (i). Peu importe l approche utilisée, une valeur d enneigement est retenue par année par tuile pour chaque simulation. L E100 est estimée à partir d une analyse fréquentielle nonstationnaire sur les valeurs d enneigement annuel. Les mêmes six distributions et quatre types de non-stationnarité que pour la PMP sont testés (section 6). La meilleure distribution est choisie selon le critère BIC [Schwartz, 1978]. Les valeurs de l E100 sont estimées sur chaque tuile recouvrant les bassins du lac Kénogami et de la rivière Yamaska. Pour chaque simulation, une distribution et un type de nonstationnarité communs sont retenus pour toutes les tuiles d un bassin. Si une distribution nonstationnaire est retenue (type 1, 2 ou 3 ; voir section 4.5), l E100 variera d une année à l autre. Dans ce cas, l E100 pour une période d intérêt (dans le cas présent, , ou ) est donnée par la plus grande valeur d E100 estimée. L E100 pourra être ultimement être estimée sur l ensemble des tuiles du sud du Québec. La possibilité de ne retenir qu une distribution et un type de non-stationnarité communs à toutes les tuiles du sud du Québec et à toutes les simulations utilisées sera aussi éventuellement analysée.

74 Scénario critique des températures À noter que cette section reprend certains éléments décrits dans le rapport du CEHQ et SNC- LAVALIN [2004]. La séquence de températures journalière lors de la fonte de la neige a une importance primordiale sur la CMP printanière. Cette séquence doit comporter divers phénomènes climatologiques qui sont susceptibles de conduire au débit de pointe le plus élevé. Pour atteindre le débit de pointe, il est préférable que le couvert de neige fonde sur une période relativement courte et que la pointe de crue liée à cette fonte soit accentuée par un évènement de pluie d importance (PMP, P100). Il est donc nécessaire de déterminer une séquence de températures critiques susceptibles d être observées durant la période de fonte tout en respectant les conditions synoptiques pouvant se produire au moment de la CMP. Dans le cadre de notre étude, la séquence de températures journalière de référence conduisant à la CMP est celle décrite dans le rapport du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004]. Cette séquence a été utilisée comme base de référence pour l ensemble des travaux simulations des CMP. Ce scénario comporte diverses étapes qui peuvent être clairement identifiées et qu il convient de rappeler Étapes du scénario critique de température Le scénario de température de référence a été établi à partir de données quotidiennes de températures (minimum, maximum, et moyenne) enregistré en divers endroits du Québec. Afin d obtenir un scénario permettant de générer un débit de pointe maximisé, le couvert de neige doit fondre sur une courte période et la crue occasionnée par cette fonte doit être amplifiée par l arrivée d un évènement de pluie comme la PMP ou la P100 printanière. Ce scénario critique des températures a été développé selon les recommandations de l OMM [1969] ; il consiste en une suite d étapes de nature différente présentée au tableau suivant et qui sont décrites dans les sections subséquentes.

75 76 Tableau 4.12 Étapes du scénario critique des températures Étapes Période Hiver froid du 1 er mars à la date de fin d hiver Maturation du couvert de neige ± 10 jours Fonte max. 8 jours Période de dépression (pluie) 5 jours Fin de l hiver froid Les températures entre le 1 er mars et la date de fin d hiver doivent représenter les températures d un hiver froid, afin de minimiser les pertes de couvert de neige par la fonte. Une analyse statistique des dates de fin d hiver observées au Québec (déterminées par cumul de degrés-jours) en fonction de la latitude montre qu entre 45 et 55 degrés de latitude, la date de fin d hiver augmente de 5 jours par degré de latitude en allant vers le nord. Au 45 e parallèle (frontière Québec Etats-Unis), un hiver tardif finit aux alentours du 2 avril, tandis qu au 55 e parallèle (nord de la Baie James) il finit vers le 22 mai [CEHQ et SNC-LAVALIN, 2004] Période de maturation de la neige La fin de l hiver est suivie par une période de maturation du couvert, caractérisée par des températures autour du point de congélation. Cette période dure environ 10 jours mais peut être écourtée au besoin lors de l optimisation de la séquence de température Période de fonte La période de fonte se caractérise par une hausse importante des températures jusqu à l atteinte d une pointe, puis par une chute de température associée à la dépression précédant l évènement de pluie. La hausse importante des températures moyennes entraîne une fonte

76 77 rapide du couvert de neige avant le début de la pluie. La séquence de la hausse des températures a été établie à partir des courbes enveloppe des températures moyennes journalières enregistrées à diverses stations au Québec [CEHQ et SNC-LAVALIN 2004] Période de dépression La durée de la période de dépression est de 5 jours. Cette durée correspond à la durée moyenne des fortes dépressions associées à des tempêtes printanières. Lors de ces tempêtes, la température augmente jusqu au 3 e jour, puis redescend jusqu au 5 e jour. La pointe de pluie correspond à la pointe de température (3 e jour), qui est déterminée en fonction du point de rosée maximal du mois en cours. La séquence de températures durant la période de dépression doit refléter le plus fidèlement possible le comportement de la température moyenne à l approche et au passage d une dépression forte. L événement pluvieux composant la crue de printemps (PMP ou P100 printanière) est donc centré sur la période associée au passage de la dépression et se produit les jours 2, 3 et 4 de cette période (pour un évènement de 72 heures) Modification du scénario de température Le scénario de température développé est dit modifiable. Lors des simulations de crue maximale probable, ce scénario devra être changé afin de produire une fonte printanière maximale. Pour faire fondre le couvert de neige au sol (EMP ou E100), il est possible de : 1. Devancer ou retarder la date de fin d hiver ; 2. Allonger ou raccourcir la période de maturation du couvert de neige ; 3. Raccourcir la période de fonte du couvert de neige. Il n est pas recommandé, d un point de vue météorologique, d allonger la période de fonte puisque cette dernière est associée à un anticyclone, donc à une période sans pluie.

77 78 Si la période de fonte ou la période de dépression doit être modifiée quant à ses dates, les températures de ces deux périodes doivent être modifiées en conséquence. Il est important de toujours respecter la succession de ces deux périodes. Par exemple, si la période de fonte est raccourcie de deux jours, la période de pluie doit aussi être devancée de deux jours, et vice-versa. Si la période de fonte est devancée (ou reculée), les températures quotidiennes doivent être diminuées (ou augmentées) en conséquence. Si la période de pluie est devancée (ou reculée), les températures quotidiennes moyennes durant cette période doivent être diminuées (ou augmentées) à raison de 0,5 C par semaine. De plus, il est important de respecter les écarts entre la température moyenne et la température maximale (et minimale) de façon à respecter le passage de la dépression. Il est aussi recommandé d utiliser les mêmes écarts que ceux de la période de pluie du scénario original. Dans ce cas, il faut déplacer la période de fonte du même nombre de jours que la période de pluie, ou la raccourcir [CEHQ et SNC-LAVALIN 2004] Élaboration du scénario critique de températures Dans le rapport du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004], des scénarios critiques de températures ont été élaborés pour des stations situées au nord, au centre et au sud du Québec. Une séquence enveloppe des séquences critiques de températures a ensuite été créée. Cette séquence de températures est conservatrice. Elle peut être modifiée à la baisse, à l exception de la période associée à la dépression qui ne doit pas être modifiée quant à ses températures et à sa durée. Si lors de la simulation, le couvert de neige fond avant l arrivée de l événement de pluie, les températures durant la période de fonte pourront être diminuées en conséquence, en diminuant par exemple la température de 2 C au cours des premiers jours de la période de fonte. Par contre, si le couvert de neige n arrive pas à fondre au complet après la pointe de la pluie (après le 3 e jour de la période de dépression), les températures ne pourront être augmentées

78 79 artificiellement car on considère, qu il ne s agirait pas là d un scénario réaliste. Quelques jours autour des températures saisonnières, soit environ 7 C, pourraient cependant être ajoutés entre la période de maturation et la période de fonte, au besoin, en décalant du même nombre de jours les périodes suivantes (périodes de fonte et de dépression, puis journées printanières subséquentes). Le scénario critique de températures, déterminé dans l étude du CEHQ et SNC-LAVALIN [2004], est présenté au tableau 4.13 et illustré à la figure Détermination du scénario critique de températures La date de fin d hiver pour le bassin est déterminée selon la formule suivante : Date de fin d hiver = 2 avril + (latitude du bassin - 45 ) * 5 jours/degré Une fois la date de fin d hiver déterminée, la séquence de température au tableau 4.13 pourra être déplacée dans le temps de façon à ce que la date de fin d'hiver coïncide avec le jour 0 de la séquence.

79 80 Tableau 4.13 Scénario critique de températures Jou r T min. ( C) T max. ( C) T moy. ( C) Jour T min. ( C) T max. ( C) T moy. ( C) Jour T min. ( C) T max. ( C) T moy. ( C) Fin de l hiver Maturation Fonte Pluie Dépression

80 Maturation Fonte Température ( C) Scénario critique de températures moyennes journalières Températures moyennes Hiver froid Dépression (Pluie) Températures normales Jour par rapport à la date de fin d'hiver Figure 4.21 Scénario critique de températures moyennes journalières Généralisation du scénario critique de températures Cette séquence de température est dite conservatrice. Elle peut être modifiée mais il demeure que ce scénario est dit transposable et peut s appliquer n importe où au Québec, et ce, en modifiant simplement la date de fin d hiver.

81 82 5 Résultats 5.1 Calage des modèles hydrologique Travaux de calage du modèle HYDROTEL sur le bassin versant du réservoir Kénogami Dans le cadre de l application du modèle HYDROTEL sur le bassin versant du réservoir Kénogami (figure 5.1), le calage vise essentiellement à vérifier la performance du modèle à simuler les apports reconstitués au réservoir. Dans un contexte de CMP, le calage du modèle doit mettre aussi l accent sur la représentation des apports lors d évènements d importances. De plus, une détérioration de la performance du modèle induite par un manque de synchronisme entre les crues observées et simulées n altère pas nécessairement la capacité du modèle à répondre aux fortes précipitations ou aux épisodes de fonte rapide occasionnant d importants apports. L exercice de calage du modèle HYDROTEL tend donc à représenter les épisodes de crues, sans chercher à obtenir un synchronisme parfait. Tel qu il a été mentionné, le calage du modèle HYDROTEL est effectué sur un pas de temps journalier sur la base des données météorologiques journalières disponibles aux points de grille du CEHQ. Plus spécifiquement, le calage du modèle HYDROTEL est guidé par les travaux de Fortin et al. [2001], Turcotte et al. [2003] et Lavigne [2007]. Dans le cadre de l étude actuelle, l INRS-ETE a procédé au calage et à la validation du modèle HYDROTEL pour la période de 1979 à 2009.

82 83 Figure 5.1 Représentation du réservoir Kénogami à l aide d HYDROTEL Le calage et la validation du modèle HYDROTEL sont basés sur la comparaison des apports simulés et reconstitués au réservoir Kénogami. L obtention des apports au réservoir Kénogami nécessite de représenter, dans HYDROTEL, le réservoir comme un lac sans laminage avec un seul exutoire situé au barrage Portages-des-Roches. Les résultats actuels découlent de l optimisation manuelle des paramètres de calage du modèle. Compte tenu du contexte de l étude, l objectif du processus de calage et de validation des modèles ne vise pas la représentation parfaite et synchrone des apports reconstitués, mais plutôt la représentation satisfaisante de l ensemble des apports au réservoir et plus spécifiquement des évènements de crues importantes. À l échelle du bassin versant, la période de calage fait référence aux années hydrologiques , alors que la période de validation fait référence aux années hydrologiques Le choix de la période de calage est influencé par l évènement de la crue du Saguenay de 1 été Également la performance globale du modèle HYDROTEL a été résumée pour l ensemble des années hydrologiques comprises entre 1979 et La figure 5.2 présente des exemples de résultats de calage des apports au réservoir Kénogami (années hydrologiques 1994 à 1999) alors que le tableau 5.1 présente la performance du modèle HYDROTEL, basée sur le critère de Nash-Sutcliffe (NS), pour l ensemble de la période de calage. Ce critère de performance est couramment utilisé pour

83 Débits (m 3 /s) 84 vérifier la performance d un modèle hydrologique à simuler les débits. Les valeurs obtenues pour ce critère s étendent de - à 1. Une valeur de 1 correspond à une représentation exacte des débits mesurés ou apports. Essentiellement, plus la valeur du critère s approche de 1, plus le modèle est performant. Comparaison des apports reconstitués et simulés (HYDROTEL) pour le réservoir Kénogami (01 Octobre Septembre 1999) Reconstitués Simulés Date Figure 5.2 Exemple de comparaison des apports reconstitués et simulés pour le calage du modèle HYDROTEL au réservoir Kénogami (années hydrologiques 1994 à 1999) (pas de temps journalier) La figure 5.2 présente une correspondance relativement bonne entre les apports reconstitués et simulés sur un pas de temps journaliers au réservoir Kénogami. Au cours des cinq années hydrologiques, la plupart des évènements de crues sont représentés. Il est à noter que les écarts majeurs entre les apports simulés et reconstitués surviennent essentiellement lors de crues printanières ou encore lors d évènements de pluies en période automnale et estivale et ce de façon plus marqué lors des deux dernières années de simulation. L absence de telles crues peut être liée à l inexistence de données de précipitations météorologiques ou encore à

84 85 l occurrence d évènements pluvieux locaux non détectés aux points de grille du CEHQ. À noter que la crue extrême du mois de juillet 1996 est très bien représentée par le modèle ce qui encourage l utilisation d un modèle distribuer comme HYDROTEL dans le calcul ultérieur de CMP. Dans le même sens les crues printanières sont essentiellement bien représentées. Tableau 5.1 Performance du modèle HYDROTEL sur le réservoir Kénogami pour la période de calage ( ) Période de calage (Années hydrologiques / 1er octobre au 30 septembre) Total NS En somme, la figure 5.2 et le tableau 5.1 tendent à démontrer que le calage offre des résultats satisfaisants et relativement constants alors que l année hydrologique est moins bien représentée. Bien que l ensemble des années ne soit pas illustrée, certaines variations annuelles ont été notées. Celles-ci sont généralement attribuées à la synchronisation des pointes de crues, à l incertitude liée aux mesures hivernales de débits et/ou aux événements météorologiques non détectés. La figure 5.3 présente des exemples de résultats de validation des apports au réservoir Kénogami (années hydrologiques 2004 à 2009) alors que le tableau 5.2 présente la performance du modèle HYDROTEL, basée sur le critère de Nash-Sutcliffe (NS), pour l ensemble de la période de validation.

85 Débits (m 3 /s) 86 Comparaison des apports reconstitués et simulés (HYDROTEL) pour le réservoir Kénogami (01 Octobre Septembre 2009) Reconstitués Simulés Date Figure 5.3 Exemple de comparaison des apports reconstitués et simulés pour la validation du modèle HYDROTEL au réservoir Kénogami (années hydrologiques 2004 à 2009) (pas de temps journalier) La figure 5.3 présente aussi une correspondance relativement bonne entre les apports simulés et reconstitués pour le réservoir Kénogami et ce, en comparaison avec la période de calage. Par contre, les pointes de crues associées à des évènements pluvieux sont sousestimées de même que les pointes de crues printanières pour certaines années hydrologiques. Ces dernières tendances du modèle soulignent particulièrement l incertitude liée à la simulation de la fonte printanière et du couvert nival. Tableau 5.2 Performance du modèle HYDROTEL sur le réservoir Kénogami pour la période de validation ( ) Période de validation (Années hydrologiques / 1er octobre au 30 septembre) Total NS

86 87 Ainsi la figure 5.3 ainsi que le tableau 5.2 contribue à illustrer que la période de validation du modèle HYDROTEL présente des résultats similaires à ceux de la période de calage. À nouveau, la présence de variations annuelles peut être attribuée à la synchronisation des pointes de crues et aux événements météorologiques non détectés. Finalement, le tableau 5.3 présente des performances satisfaisantes, à long terme, du modèle HYDROTEL, pour l ensemble de la période Néanmoins, le modèle sous-estime certains évènements de crues au réservoir Kénogami. Cette sous-estimation peut être liée à certaines incertitudes liées aux mesures de débits en présence de couvert de glace qui peuvent influencer le calcul des apports, ou encore aux incertitudes liées aux données météorologiques d entrée distribuées aux points de grille. Néanmoins, il est raisonnable d affirmer que l exercice de calage, sur pas de temps journaliers, à l échelle du bassin versant du réservoir Kénogami est satisfaisant en regard des objectifs visant l obtention de CMP. Tableau 5.3 Performance à long terme du modèle HYDROTEL sur le réservoir Kénogami ( ) Critère de Performance Résultats Coefficient de détermination (R 2 ) 0.70 Critère de Nash-Sutcliffe 0.73 Lame d eau annuelle mesurée (mm) 723 Lame d eau annuelle simulée (mm) 641 Les résultats de performance globale du modèle HYDROTEL peuvent être appuyés par une représentation graphique des courbes de fréquences cumulées (figure 5.4) des apports simulés et reconstitués pour l ensemble des années hydrologiques.

87 Fréquence Relative Cumulée (%) 88 Comparaison des fréquences relatives cumulées des apports journaliers au réservoir Kénogami ( ) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Reconstitués Simulés Débits (m 3 /s) Figure 5.4 Courbes de fréquences cumulées des apports reconstitués et simulés (HYDROTEL) au réservoir Kénogami pour l ensemble des années hydrologiques ( ) En complément, la figure 5.4 démontre une très bonne correspondance entre la distribution des apports reconstitués et simulés au réservoir Kénogami pour l ensemble des années hydrologiques. Bien que le modèle présente certaines lacunes dans la représentation synchrone des débits, celles-ci n entrave en rien la capacité du modèle à couvrir l ensemble des valeurs d apports et notamment les évènements de crues. Ainsi le calage du modèle HYDROTEL est jugé satisfaisant pour le calcul ultérieur des CMP Travaux de calage du modèle SSARR sur le bassin versant du réservoir Kénogami L exercice de calage du modèle SSARR sur le bassin versant du réservoir Kénogami est similaire à celui présenté pour le modèle HYDROTEL. Il y a tout de même lieu de reprendre certains éléments qui différencient les deux applications.

88 89 1. Le modèle SSARR n est pas un modèle distribué mais propose plutôt une représentation d ensemble d un bassin versant. 2. Les stations météorologiques ne sont pas distinctement localiser sur le bassin. Par conséquent, les données météorologiques qui supportent la modélisation sont produites dans le cas présent par le modèle HYDROTEL sous la forme d une série unique calculée pour l ensemble du bassin. 3. Le modèle produit des débits simulés à l exutoire du bassin qui pourront être comparés aux apports reconstitués au réservoir Kénogami. 4. L application demeure très simple et ne comporte pas une représentation proprement dite des lacs et réservoirs. À nouveau, la période de calage fait référence aux années hydrologiques , alors que la période de validation fait référence aux années hydrologiques La figure 5.5 présente des exemples de résultats de calage des apports au réservoir Kénogami (années hydrologiques 1995 à 1999) alors que le tableau 5.4 présente la performance du modèle SSARR, basée sur le critère de Nash-Sutcliffe (NS), pour l ensemble de la période de calage.

89 Débits (m 3 /s) 90 Comparaison des apports reconstitués et simulés (SSARR) pour le réservoir Kénogami (01 Octobre Septembre 1999) Reconstitués Simulés Date Figure 5.5 Exemple de comparaison des apports reconstitués et simulés pour le calage du modèle SSARR au réservoir Kénogami (années hydrologiques 1994 à 1999) (pas de temps journalier) La figure 5.5 présente une correspondance relativement bonne, jusqu à un certain point, entre les apports reconstitués et simulés sur un pas de temps journaliers au réservoir Kénogami. Au cours des cinq années hydrologiques, la plupart des évènements de crues sont représentés. À nouveau, les écarts majeurs entre les apports simulés et reconstitués surviennent essentiellement lors de crues printanières ou encore lors d évènements de pluies en périodes automnale et estivale et ce de façon plus marqué lors des deux dernières années de simulation. L absence de telles crues peut être liée aux données de précipitations, utilisées en entrée, calculées par HYDROTEL sous la forme d une série unique pour l ensemble du bassin. Aussi la représentation globale du bassin par le modèle SSARR peut constituer une limite. Par contre, le modèle SSARR sous-estime grandement la crue extrêmes du mois de juillet 1996 ce qui indique que le modèle présente une réponse moins précise face aux évènements extrêmes. Des efforts importants de calage ont été mené afin d améliorer la

90 91 capacité du modèle à représenter cet évènement précis. Par contre ces efforts n ont pas donnés les résultats escomptés. Néanmoins les crues printanières sont essentiellement bien représentées. Tableau 5.4 Performance du modèle SSARR sur le réservoir Kénogami pour la période de calage ( ) Période de calage (Années hydrologiques / 1er octobre au 30 septembre) Total NS En somme, la figure 5.5 et le tableau 5.4 tendent à démontrer que le calage offre des résultats satisfaisants et relativement constants notamment en regard du synchronisme et de l amplitude bien que la crue du Saguenay soit sous-estimée. À noter que les variations interannuelles sont moins importantes que pour le modèle HYDROTEL La figure 5.6 présente des exemples de résultats de validation des apports au réservoir Kénogami (années hydrologiques 2004 à 2009) alors que le tableau 5.5 présente la performance du modèle SSARR, basée sur le critère de Nash-Sutcliffe (NS), pour l ensemble de la période de calage.

91 Débits (m 3 /s) 92 Comparaison des apports reconstitués et simulés (SSARR) pour le réservoir Kénogami (01 Octobre Septembre 2009) Reconstitués Simulés Date Figure 5.6 Exemple de comparaison des apports reconstitués et simulés pour la validation du modèle SSARR au réservoir Kénogami (années hydrologiques 2004 à 2009) (pas de temps journalier) La figure 5.6 présente aussi une correspondance relativement bonne entre les apports simulés et reconstitués pour le réservoir Kénogami et ce, en comparaison avec la période de calage. Par contre, les pointes de crues associées à des évènements pluvieux sont quelques peu sous-estimées de même que la répartition des crues lors de la période printanière pour certaines années hydrologiques. Ces tendances du modèle soulignent particulièrement l incertitude liée à la simulation de la fonte printanière du couvert nival. Tableau 5.5 Performance du modèle SSARR sur le réservoir Kénogami pour la période de validation ( ) Période de validation (Années hydrologiques / 1er octobre au 30 septembre) Total NS

92 93 La figure 5.6 ainsi que le tableau 5.5 démontrent que la validation du modèle SSARR présente des résultats similaires à la période de calage mais moins bons pour deux années hydrologique précises ( et ). Cette baisse de performance lors de ces deux années est grandement liée à une moins bonne représentation des apports reconstitués lors de la période de fonte printanière. À titre de mention la performance du modèle HYDROTEL pour ces deux années hydrologiques est supérieures (NS 0.62 et 0.56 pour les années ( ) et ( ) respectivement). Finalement, le tableau 5.6 présente des performances satisfaisantes, à long terme, du modèle SSARR, pour l ensemble de la période Comme mentionné le modèle sous-estime certains évènements de crues au réservoir Kénogami notamment la crue du Saguenay de juillet Ainsi l application actuelle de modèle SSARR offre une réponse non optimale aux évènements de pluies extrêmes et ce malgré le meilleur calage que nous ayons obtenu. Néanmoins, il est raisonnable d affirmer que l exercice de calage, sur pas de temps journaliers, à l échelle du bassin versant du réservoir Kénogami demeure satisfaisant plus précisément à l égard du calcul de CMP en période de fonte. En effet le modèle tend vers une fonte assez rapide du couvert de neige ce qui est plutôt favorable aux scénarios de CMP printanière. Tableau 5.6 Performance à long terme du modèle SSARR sur le réservoir Kénogami ( ) Critère de Performance Résultats Coefficient de détermination (R 2 ) 0.73 Critère de Nash-Sutcliffe 0.73 Lame d eau annuelle mesurée (mm) 723 Lame d eau annuelle simulée (mm) 719 Les résultats peuvent être aussi appuyés par une représentation graphique des courbes de fréquences cumulées (figure 14.4) des apports reconstitués et simulés pour l ensemble des années hydrologiques.

93 Fréquence Relative Cumulée (%) 94 Comparaison des fréquences relatives cumulées des apports journaliers au réservoir Kénogami ( ) 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Reconstitués Simulés Débits (m 3 /s) Figure 5.7 Courbes de fréquences cumulées des apports reconstitués et simulés (SSARR) au réservoir Kénogami pour l ensemble des années hydrologiques ( ) En complément, la figure 5.7 démontre une bonne correspondance entre la distribution des apports reconstitués et simulés au réservoir Kénogami pour l ensemble des années hydrologiques. À nouveau, ces figures démontre certaines faiblesse du modèle dans la représentation de crues extrêmes et ce malgré les efforts apportés au calage. Il peut donc être envisagé que le modèle produira une réponse moindre pour des précipitations d importance lors de la période d été-automne. Par contre, le modèle tend vers une fonte rapide du couvert de neige ce qui encourage sont utilisation dans le calcul de CMP pour la période printanière. L usage de ce modèle demeure grandement pertinent dans l évaluation de la variation des CMP pour divers horizons futurs en accord avec les scénarios de changement climatique. En ce sens, le modèle permettra assurément une analyse relative des tendances quant aux variations sur les CMP simulées.

94 Travaux de calage du modèle HYDROTEL sur le bassin versant de la Yamaska- Nord La procédure de calage du modèle HYDROTEL sur le bassin versant de la rivière Yamaska- Nord (bassin versant du réservoir Choinière, figure 5.8) est très semblable à celle décrite pour le réservoir Kénogami. Par contre, la présence d un ouvrage à la sortie du Lac Waterloo peut complexifier quelque peu la procédure. Ainsi, dans un premier temps les soutirages mesurés à la sortie du barrage Waterloo ont été appliqués comme intrants au tronçon situé en aval de l ouvrage et ce afin de minimiser l impact de cet ouvrage sur les résultats. Également un deuxième calage, en prévision du calcul des CMP, représente le Lac Waterloo comme un lac sans laminage puisque les mesures de soutirage deviennent caduques pour des évènements extrêmes actuels ou futurs. Le calage du modèle HYDROTEL est effectué sur un pas de temps journalier sur la base des données météorologiques journalières disponibles aux points de grille du CEHQ. Dans le cadre de l étude actuelle, l INRS-ETE a procédé au calage et à la validation du modèle HYDROTEL pour la période de 1989 à Cette période est plus limitée dans un premier temps en raison de la disponibilité des mesures de soutirages en aval du barrage Waterloo. Figure 5.8 Représentation du réservoir Choinière à l aide d HYDROTEL