Hausse de la pente du chenal Baisse de la stabilité des chenaux Hausse de la taille des sédiments 2012-11-29 Pascale Biron Implique une compréhension de la dynamique des cours d eau hydro-géomorphologie 1. Quelques concepts d hydro-géomorphologie en lien avec les interventions humaines dans les cours d eau 2. Hydro-géomorphologie, connectivité et habitats 3. L espace de liberté en pratique http://www.calsalmon.org Apport en sédiments (débit solide) débit Puissance ( stream power ) Gestion des cours d eau au Québec Bassins-versant: processus de transfert non seulement du débit liquide, mais aussi du débit solide. Notion de stockage temporaire importante pour le débit solide Artificiel: ex: barrages Naturel: ex: bancs d accumulation Modèle d équilibre pour l aggradation (dépôt) et la dégradation (érosion) des chenaux. À partir d une figure du USA Bureau of Reclamation basée sur l équation de Lane (1955). Blum et Tornquist (2000). Source: Malavoi et al. (2011), d après Sear (1996) Un cours d eau dont, sur une période de plusieurs années, la pente est délicatement ajustée pour procurer, avec le débit disponible et les caractéristiques du chenal, juste la vitesse nécessaire au transport du flux des sédiments du bassin-versant Mackin (1948) Baisse de la stabilité du chenal Hausse de l apport en sédiments Stabilité immobilité! DONC: Les méandres sont une forme stable de cours d eau lorsque les pentes sont faibles et les sédiments sont Figure fins 11.8 (milieu The relationship agricole) between channel morphology, gradient, and sediment characteristics (Church 1992). From Trenhaile (2010) Church (2006) 1
Linéarisation Bandes riveraines restreintes (souvent déficientes) Si On augmente la pente (élimination des méandres) Beaucoup d interventions qui ont des impacts sur la qualité des habitats et la connectivité Linéarisation Stabilisation de berges Barrages Dragage (entretien des cours d eau agricoles) incision verticale ou régression de fond Source: River Geomorphology Videos, Little River Research & Design Tendance naturelle des cours d eau à suivre un parcours sinueux bancs d accumulation Écoulement secondaire dans les méandres expliquent leur tendance à éroder la berge externe et à créer des bancs d accumulation sur la berge interne (migration latérale) érosion des berges seuils et mouilles Migration latérale création de méandres Écoulement en spirale (hélicoïdal) Méandres au Wisconsin. Photo: Copyright Louis Maher; Earth Science World Image Bank Knighton (1998) Source: Easterbrook (1999) 2
Enrochement très dominant au Québec Bioscience, Juin 2008, vol. 58, no. 6, p. 519-529 Ruisseau Bonhomme Morency, Bas St-Laurent Fragmentation longitudinale Tendance lourde: élimination des barrages Source: Hart et al. (2002) Source: http://en.wikipedia.org/wiki/file:namoi-river-sand-bank.jpg http://www.nfl.dfo-mpo.gc.ca/f0005524 Restauration de la connectivité longitudinale pour l habitat de saumon (rivière Elwha, Washington) 15 septembre 2011 15 mars 2012 17 octobre 2012 Fragmentation longitudinale Destruction du barrage Elwha (32 m de hauteur) http://www.video-monitoring.com/construction/olympic/elwhadam.htm Destruction du barrage Glines (64 m de hauteur) http://www.video-monitoring.com/construction/olympic/glinesdam.htm 112 km reconnectés pour le saumon Structure de contrôle ( low-drop grade-control structure ) typique sur le Hotophia Creek, Mississippi. Source: Simon et Darby (2002) Structures de contrôle au site G3 du Turkey Creek (Iowa) (pente 4:1). De 2002 à 2004, aucun poisson n a passé la structure. Source: Litvan et al. (2008) 3
Travaux de nettoyage du cours d eau Branche 52 de la rivière Schibouette à Saint-Liboire Travaux de nettoyage du cours d eau des Allongés à Saint-Pie Pas de plaine d inondation (absence de connectivité latérale) Chenal trapézoïdal surcreusé pour ne pas déborder même lors des crues 30,000 km de cours d eau linéarisés + 10,000 km de fossés devenus cours d eau agricoles Coûts d entretien : 15,000$ à 22,000$/km Fréquence: 10-15 ans Entretien de cours d eau en Montérégie seulement: 280 km/an dans les deux dernières années (5.6 millions$/an, remboursé aux agriculteurs à hauteur de 70 à 85% par le MAPAQ) Bernard et al. (2007) Stream Restoration Design National Engineering Handbook Un chenal à 2 niveaux fraîchement construit en Ohio (Crommer Ditch) (Powell, 2006) Plus dispendieux à construire (33,000$/km) que les trapèzes simples, mais moins de besoin de maintenance (aux 30 ans plutôt qu aux 10 ans) Bénéfices écologiques (qualité de l eau et de l habitat, connectivité latérale) Restaurer les processus plutôt que les formes Bioscience, vol. 60, no. 3, p. 209-222, 2010 + milieux humides (espace d intégrité) http://riverrestoration.wikispaces.com http://guiers.siaga.pagesperso-orange.fr/le-guiers/lit-min-maj.htm 4
Connectivité latérale souvent déficiente (digues, surcreusement des chenaux, routes et voies ferrées) Un exemple de restauration pour recréer la connectivité latérale de la rivière Calapooia (Oregon) http://www.hendersondesign-build.com Voies ferrées et routes limitent souvent la connectivité latérale, comme ici en Californie (gauche) et en Oregon (droite). Blanton et Marcus (2009) Bas niveau Niveau plein-bord Crue http://files.dnr.state.mn.us/assistance/backyard/healthyri vers/course/200/203_100.htm Nos résultats indiquent que la morphologie des rivières jouent un rôle fonctionnel aussi fondamental que le débit pour maintenir de bonnes Débits conditions contrôlés d habitat riverain Stabilisation Tracy-Smith de et al. berges (2012) Tracy-Smith, E; Galat, DL; Jacobson, RB (2012) Effects of flow dynamics on the aquatic-terrestrial transition zone (attz) of lower missouri river sandbars with implications for selected biota. River Research and Applications, 28 (7):793-813 Dynamique du niveau de la nappe phréatique dans le Polder Altenheim (Rhin) et augmentation de la rainette verte (Hyla arborea) depuis la reconnexion de la plaine inondable qui permet des crues écologiques. Menke et Nijland (2010) Flood Risk Management and River Restoration Kondolf 2011 Déterminer l espace de liberté pour 3 cours d eau du Québec : de la Roche, Yamaska Sud-Est et Matane L amplitude des méandres Le taux de migration (magnitude) Le potentiel d avulsion (recoupements) Faible amplitude / Forte magnitude Forte amplitude / Faible magnitude Rivière Yamaska Sud-Est Rivière Matane Rivière de la Roche Yamaska Sud-Est 5
EXEMPLE DE LA CARTOGRAPHIE DE L INONDABILITÉ (À PARTIR DU LIDAR) jets de rive courants de recirculation talus d érosion Yamaska Sud-Est chenaux de débordement méandres abandonnés en comblement La ZIF (Zone d Inondation Fréquente): Définition: Zones incluses dans la plaine inondable dont la morphologie est entretenue ou suggestive d écoulements compétents. Plaine inondable jets de rive ZIF courants de recirculation talus d érosion cône alluvial Rivière Veyle (nord de Lyon, France) Photo: Hervé Piégay chenaux de débordement méandres abandonnés en comblement Espace de liberté au Vermont Vermont Agency of Natural Resources Budget de 3 milliards aux Pays-Bas Qualité de l eau Habitat faunique Coûts associés aux crues Activités récréatives ($$) Esprit communautaire 6
Biodiversité Commissariat Général au Développement Durable (2011) Évaluation économique des services rendus par les milieux humides 1850 2009 2011 Politique de rachat de terre : 53 ha (1999-2003); 13 ha additionnels pour la restauration (2006-2011) Millions d euros par an Rivière Drava, Obergottesfeld (Autriche) Une gestion des rivières basée sur l espace de liberté permet une meilleure connectivité longitudinale, latérale et verticale, ce qui accroît la qualité des habitats aquatiques et terrestres. Laisser plus d espace aux cours d eau engendre évidemment des coûts, mais les bénéfices à moyen et long termes sont presque assurément plus grands, surtout lorsque l on tient compte des services écologiques. Thomas Buffin-Bélanger, Claude-André Cloutier, Sylvio Demers, Taylor Olsen (UQAR) Guénolé Choné (Concordia) Marie Larocque, Marie-Audray Ouellet, Michael Needelman (UQAM) Bernard, J, Fripp, J.F., Robinson, K.R. (2007) Chapitre 10 : Two-Stage Channel Design. Dans: Stream Restoration Design, National Engineering Handbook Part 654. United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, Washington DC. Blanton, P. et Marcus, W.A. (2009) Railroads, roads and lateral disconnection in the river landscapes of the continental United States. Geomorphology, 112, 212-227. Blum, M.D. et Tornquist, T.E. (2000) Fluvial response to climate and sea-level change: a review and look forward, Sedimentology, 47, 2 48. Church (2006) Bed material transport and the morphology of alluvial river channels. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 34: 325-354 Easterbrook, D.J. (1999) Surface Processes and Landforms. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 2ème édition. Knighton, D. (1998) Fluvial Forms and Processes. Arnold, New York Kondolf, G.M. (2011) Setting goals in river restoration: When and where can the river heal itself? Dans: Stream Restoration in Dynamic Fluvial Systems: Scientific Approaches, Analyses, and Tools, Simon, A., Bennett, S.J. et Castro, J.M. (Eds). Geophysical Monograph Series, Vol. 194, AGU, Washington, D.C., 29-43. Litvan, M.A., Pierce, C.L., Stewart, T.W. et Larson, C.J. (2008) Fish Passage in a Western Iowa Stream Modified by Grade Control Structures. North American Journal of Fisheries Management, 28, 5, 1384-1397 Mackin, J.H. (1948) The concept of the graded stream. Geological Society of America Bulletin, 59, 463-511 Malavoi, J.R., Garnier, C.C., Landon, N., Recking, A., Baran, P. (2011) Éléments de connaissance pour la gestion du transport solide en rivières. Onema, 216 pages. Powell, G.E. (2006) Examination, application, and evaluation of geomorphic principles and resulting water quality in Midwest agricultural streams and rivers. Thèse de doctorat, Ohio State University. Simon, A. et Darby, S.E. (2002) Effectiveness of grade-control structures in reducing erosion along incised river channels: the case of Hotophia Creek, Mississippi, Geomorphology 42, 229-224. 7