Étude de la variabilité spatio-temporelle des apports d'eau douce dans la baie James

Costanzo, Rémi (2023). Étude de la variabilité spatio-temporelle des apports d'eau douce dans la baie James. Mémoire. Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER), 190 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Le débit des rivières de la baie James a été affecté non seulement par les changements climatiques, mais aussi par les dérivations de bassins versants qui ont augmentées artificiellement le débit de la Grande Rivière à des fins de production hydro-électrique. Le but de cette recherche est de décrire la variabilité spatio-temporelle du débit annuel de ruissellement à la baie James en utilisant les données de modélisation de ERA5 de 1951 à 2020. La somme des débits annuels de précipitations et d'évaporation a permis de modéliser le débit de ruissellement par année hydrologique (octobre à septembre). La validation du modèle avec les données de stations hydrométriques présentes dans la zone d'étude a démontré qu'une calibration préalable était nécessaire. Les données calibrées ont été comparées aux valeurs des stations et ne montrent pas de différences significatives (test de rangs signés de Wilcoxon; p = 0.769). Le débit des rivières et les précipitations nettes sur le bassin versant de la baie James ont augmenté significativement de 0.88 km3/an2 (soit 0.25 % par an) entre 1951 et 2020. Toutefois, cette hausse est principalement causée par la dérivation de la partie amont de la rivière Caniapiscau. En l'absence des dérivations, la hausse n'aurait été que de 0.27 km3/an2 (valeur non significative). Sur cette période, aussi bien les précipitations que l'évaporation ont augmenté de manière significative. Le ruissellement, les précipitations et l'évaporation ont diminué à la baie James entre 1951 et 1976 et ont ensuite augmenté rapidement de 1976 à 2020. Le débit annuel des rivières du nord-est de la baie James a augmenté suite aux dérivations successivement de 69.38 km3/an (moyenne pour 1951-1978) à 116.28 km3/an (moyenne pour 1985-2009) après les dérivations des rivières Caniapiscau, Grande rivière de la Baleine et Eastmain, puis à 145.12 km3/an (moyenne pour 2010-2020) après la dérivation de la rivière Rupert. Entre 1951 et 2020, la baie James a reçu, en moyenne, 133.9 km3/an d'eau douce de sa rive ouest et 180.0 km3/an (excluant l'effet des dérivations) ou 192.3 km3/an (incluant les dérivations) de sa rive est. Cette étude présente une nouvelle façon d'estimer les débits annuels de ruissellement permettant une meilleure vue globale du cycle de l'eau douce de la baie James à long terme, ce qui permettra d'affiner nos connaissances océanographiques de cette région. -- Mot(s) clé(s) en français : Mots clés : baie James, débit annuel, rivières, dérivation de rivière, ERA5, évaporation, précipitations, modélisation, eau douce, hydrologie. --
ABSTRACT : Discharge of the James Bay rivers has not only been affected by climate change, but also by watershed diversions, which increased artificially the flow of the Grande Rivière for hydroelectric production purposes. The goal of this research is to describe the spatiotemporal variability of the annual river discharge into James Bay using ERA5 modeling data from 1951 to 2020. The sum of annual precipitation and evaporation has allowed to model runoff for each hydrological year (October to September). The model validation with observation from hydrometric stations located in the study area demonstrated that a data calibration was necessary. Calibrated data were compared to hydrometric station values and showed no significant differences (Wilcoxon signed rank test; p = 0.769). River discharge and net precipitation on the James Bay watershed increased significantly by 0.88 km3/yr2 (i.e., 0.25% per yr) between 1951 and 2020. However, this increase is mainly caused by the diversion of the upstream part of the Caniapiscau River. In the absence of diversions, the increase would have been only 0.27 km3/yr2 (non-significant value). Over this period, both evaporation and precipitation increased significantly. Runoff, evaporation and precipitation decreased in James Bay between 1951 and 1976 and then increased rapidly from 1976 to 2020. The annual river discharge in northeast James Bay increased following diversions successively from 69.38 km3/yr (average for 1951-1978) to 116.28 km3/yr (average for 1985-2009 after the diversions of the Caniapiscau, Grande rivière de la Baleine and Eastmain), then to 145.12 km3/yr (average for 2010-2020 after diversion of the Rupert River). Between 1951 and 2020, James Bay received, on average, 133.9 km3/yr of fresh water from its western shore and 180.0 km3/yr (excluding the effect of diversions) or 192.3 km3 (including diversions) from its eastern shore. This study presents a new way of estimating annual runoff flows, allowing a better global view of the James Bay freshwater cycle in the long term, which will help refine our oceanographic knowledge of this region. -- Mot(s) clé(s) en anglais : Keywords: James Bay, annual flow, rivers, river diversion, ERA5, evaporation, precipitation, modeling, fresh water, hydrology.

Type de document :	Thèse ou mémoire de l'UQAR (Mémoire)
Directeur(trice) de mémoire/thèse :	Neumeier, Urs
Co-directeur(s) ou co-directrice(s) de mémoire/thèse :	Gosselin, Michel
Information complémentaire :	Mémoire présenté dans le cadre du programme de maîtrise en océanographie en vue de l'obtention du grade de maître ès sciences.
Mots-clés :	Baie-James (Québec); Eau douce; Apports; Variabilité; Bassins hydrographiques; Écoulement (Hydrologie); Écoulement de base (Hydrologie); Cours d'eau; Ruissellement; Débit; Dérivation (Travaux publics); Hydrologie; Modèles mathématiques.
Départements et unités départementales :	Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par :	DIUQAR UQAR
Date de dépôt :	10 nov. 2023 14:17
Dernière modification :	10 nov. 2023 14:17
URI :	https://semaphore.uqar.ca/id/eprint/2622

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