Comprendre les bassins hydrographiques

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Qu'est-ce qu'un bassin hydrographique?

Un bassin hydrographique est l'étendue de territoire drainée par les eaux des rivières et des lacs, qui à leur tour convergent vers un exutoire commun. Les nappes d'eau souterraine s'écoulent dans le bassin hydrographique, bien que les limites puissent ne pas coïncider exactement avec les eaux de surface. De plus petites zones d'écoulement qui alimentent les sous-bassins hydrographiques peuvent être nommées bassins-versants ou bassins d'écoulement. Les bassins hydrographiques peuvent se déverser dans des bassins fluviaux pouvant englober des étendues plus vastes.

Les bassins hydrographiques connus sont séparés les uns des autres par des lignes de crête, aussi appelées lignes de partage des eaux. Ces dernières sont conçues pour délimiter le bassin hydrographique.

Les bassins hydrographiques sont des réseaux imbriqués, les plus petits s'emboîtant dans les plus grands. Les cours d'eau qui forment le bassin hydrographique peuvent être organisés selon un cadre de classement. Par exemple, les cours d'eau supérieurs, situés à l'altitude la plus haute du bassin hydrographique, sont les cours d'eau de premier ordre.

Lorsque deux cours d'eau de premier ordre se rejoignent, ils forment un cours d'eau de deuxième ordre. Lorsque deux cours d'eau de deuxième ordre se rejoignent, ils forment un cours d'eau de troisième ordre. Un cours d'eau rejoint par un autre cours d'eau de classement inférieur conserve son rang. Par exemple, un cours d'eau de troisième ordre rejoint par un cours d'eau de premier ou de deuxième ordre demeure un cours d'eau de troisième ordre.

Il y a un lien étroit entre les tracés du réseau hydrographique d'un bassin et les sédiments ou le substratum rocheux qui s'y trouvent. Les caractéristiques structurelles telles que les failles et les fissures peuvent aussi influer sur les modes d'écoulement.

Chaque bassin hydrographique est unique. Les caractéristiques comprennent, entre autres, l'étendue totale du bassin hydrographique, sa forme, la disposition des pentes, le relief global ou le changement d'altitude, la forme du tracé de son réseau hydrographique, le type et la disposition de la couverture végétale, la nature du sol, la géologie et les modes d'occupation du sol.

Pour bien comprendre les interactions de ces diverses caractéristiques, il est nécessaire d'avoir accès aux données climatiques, aux renseignements concernant les pratiques agricoles, aux données hydrologiques et environnementales, aux photos aériennes, et aux cartes topographiques et géologiques.

D'autres renseignements peuvent être utiles, telles que les cartes des sols, les données concernant les ressources hydrologiques et la qualité de l'eau, les données sur le zonage et l'utilisation des sols, les données et cartes forestières, les cartes de la végétation, les données sur les droits d'utilisation de l'eau et sur l'évacuation des eaux usées, et les données sur les habitats terrestres et aquatiques.

Les bassins hydrographiques font l'objet d'une gestion continue. Il est nécessaire d'élaborer une approche pluridisciplinaire, d'utiliser des principes scientifiques solides et de prendre des mesures soigneusement planifiées afin d'atteindre des objectifs physiques précis.

L'objectif est d'améliorer et de protéger la qualité de notre eau et la santé environnementale, et ce pour chaque bassin hydrographique. Nous savons qu'améliorer la gestion des sols en amont permet souvent d'optimiser la qualité et la disponibilité de l'eau en aval. Il existe de nombreuses pratiques de gestion bénéfiques (PGB) conçues pour réduire les répercussions anthropiques provenant de sites en amont puisque les effets produits sur les bassins hydrographiques peuvent compromettre leur fonctionnement, leurs ressources et leur utilisation actuellement et à l'avenir.

Les frontières physiques des bassins hydrographiques coïncident rarement avec les frontières politiques, les planifications administratives ou les unités de gestion; par conséquent, gérer les bassins hydrographiques consiste avant tout à préserver l'équilibre des intérêts divergents et à résoudre les conflits entre les utilisateurs se trouvant en amont de la ressource et ceux se trouvant en aval. Des conflits peuvent survenir lorsque les utilisateurs en amont semblent assumer les coûts tandis que les utilisateurs en aval récoltent les bénéfices.

Délimiter le bassin versant

Les limites physiques des bassins versants peuvent être cartographiées et analysées. La délimitation d'un bassin versant en termes de superficie est utile pour déterminer les utilisations des terres à l'intérieur de ses limites, calculer les volumes de ruissellement et les charges de contamination, et identifier les multiples administrations gouvernementales, les entreprises et les personnes qui ont un intérêt dans la santé environnementale.

Modèles altimétriques numériques

Un modèle altimétrique numérique est une représentation tridimensionnelle d'une surface topographique. Il peut être particulièrement utile pour déterminer les directions de l'écoulement dans un bassin hydrographique.

Hydrologie du bassin versant

Tout système dynamique est caractérisé par des apports, des sorties et des processus de rétention. L'hydrologie des bassins versants est définie par divers processus : les précipitations, l'interception, le stockage en surface, l'évapotranspiration, l'infiltration, le ruissellement, l'écoulement retardé et l'écoulement souterrain.

Description de l'image ci-dessus

Les feuilles ont des flèches pointant vers le haut pour montrer la transpiration de la plante. Il y a aussi des flèches venant du sol pointant vers le haut pour montrer l'évaporation par le sol

Les précipitations tombent sous forme de pluie ou de neige. Une partie est interceptée par la végétation et n'atteint jamais le sol. Une autre partie s'écoule à la surface du sol et aboutit éventuellement dans les lacs et les étangs. Enfin, une partie s'infiltre dans le sol, est absorbée par les racines des plantes et est restituée dans l'atmosphère au cours de la transpiration.

L'évapotranspiration est le résultat combiné de deux phénomènes : l'évaporation de l'eau du sol et la transpiration des plantes. L'écoulement retardé est l'écoulement latéral de l'eau dans la zone non saturée du sol au-dessus de la nappe aquifère. La nappe aquifère est la couche supérieure de la zone saturée de laquelle l'eau souterraine, contenue dans des pores ou des fractures, peut être extraite.

L'évaporation des eaux de surface conjuguée à l'évapotranspiration complète le cycle de l'eau. Il est important de préciser que l'eau souterraine contribue de façon significative au débit de base des cours d'eau et des lacs.

Le bilan hydrologique est l'état d'équilibre entre les apports à un bassin versant et les sorties. Il peut s'exprimer par P = R + E, plus ou moins les variations du volume d'eau stocké, où P correspond aux précipitations, R, au ruissellement, et E, à l'évapotranspiration.

La superficie et la taille du bassin versant ainsi que l'ordre des cours d'eau sont des facteurs qui influent sur le ruissellement. Parmi les autres facteurs, il faut mentionner la topographie, les formations géologiques et les types de sols qui, à leur tour, influent sur les caractéristiques de l'infiltration et le potentiel d'érosion. Il faut aussi tenir compte des types de cultures, des pratiques agricoles, des zones d'habitation, des ouvrages érigés dans l'eau, des barrages et des modifications hydrologiques.

En plus du type de sol, de sa porosité, de sa perméabilité et de son degré de compactage, d'autres facteurs influent sur la capacité d'infiltration : la topographie, la déclivité, l'intensité et la durée des précipitations, la teneur en eau du sol au fil des ans, les formations géologiques, la température, l'abondance du couvert végétal, le type de végétation et les pratiques d'utilisation des terres.

Des données topographiques et une description des matériaux du lit fluvial sont au nombre des observations et des mesures sur le terrain dont on a besoin pour déterminer avec précision les caractéristiques hydrologiques d'un bassin versant. Le terrain est-il accidenté ou plat? Le lit du cours d'eau est il constitué de limon ou de galets? Y a-t-il des formes d'érosion ou de dépôt comme des berges érodées ou des barres de méandre? Y a-t-il des prises d'eau qui captent l'eau ou des émissaires qui déversent des eaux usées dans le cours d'eau? Les berges sont-elles stables ou présentent-elle des signes d'érosion excessive? Le cours d'eau est-il étroit et profond, ou large et peu profond? La pente du lit fluvial est-elle prononcée, comme un cours d'eau de montagne, ou peu prononcée, comme un cours d'eau qui serpente doucement dans la plaine d'inondation?

Les mesures du débit doivent s'appuyer sur des observations faites sur le terrain :

• La surface de la section mouillée, qui est le produit de la largeur du cours d'eau et de sa hauteur.
• Le périmètre mouillé, qui est la largeur du lit submergé à marée haute.
• Le rayon hydraulique, qui est le quotient de la surface de la section mouillée et du périmètre mouillé – plus le rayon hydraulique est grand, plus le volume d'eau et de sédiments transporté sur le lit est important.
• La hauteur d'eau, qui est le niveau de l'eau dans le chenal, varie dans le temps. Par exemple, l'eau a-t-elle atteint la hauteur de crue?
• La vitesse d'écoulement, qui est la vitesse à laquelle l'eau s'écoule dans le chenal, s'exprime habituellement en pieds par seconde ou en mètres par seconde.
• Le débit du cours d'eau, qui est le volume d'eau qui s'écoule dans le chenal, s'exprime habituellement en pieds cubes par seconde (pi³/s) ou en mètres cubes par seconde (m³/s).

Le jaugeage permet de calculer le débit ou le volume d'eau qui traverse une section transversale d'un cours d'eau par unité de temps à un endroit donné. Il nécessite un certain nombre d'observations ou de mesures sur le terrain.

Les données sur l'écoulement fluvial comprennent des données sur le niveau ou la hauteur d'eau, sur le débit, sur le volume d'écoulement et sur la qualité de l'eau. Une série chronologique, qui permettra d'avoir une meilleure idée de l'écoulement fluvial, est un ensemble de mesures prises à intervalles réguliers. Elle peut être continue ou fondée sur des événements en périodes de crue ou d'étiage.

Le régime d'écoulement dépend de la continuité de l'écoulement et de facteurs climatiques. Il y a trois types de cours d'eau : les cours d'eau pérennes, qui ne cessent jamais de couler, les cours d'eau intermittents, qui coulent une partie de l'année seulement, et les cours d'eau éphémères, qui ne coulent qu'après des précipitations.

Eau de surface et eau souterraine

Nous faisons habituellement une distinction entre l'eau souterraine et l'eau de surface. La composition chimique de l'eau souterraine est souvent plus facile à prévoir, car elle ne change pas aussi rapidement dans le temps et dans l'espace. En général, l'eau de surface contient moins de matières dissoutes, car les précipitations qui en sont un élément constitutif important ne sont pas assez longtemps en contact avec les minéraux pour être fortement chargées en minéraux dissous.

L'eau souterraine est habituellement plus alcaline que l'eau de surface. La dureté de celle ci peut varier selon sa source, tandis que l'eau souterraine est douce ou dure, selon son âge. L'eau de surface est d'ordinaire plus riche en nutriants, sauf dans les zones à substrat rocheux, comme les régions montagneuses et le bouclier canadien. De plus, elle renferme généralement une plus grande concentration d'organismes, car sa teneur en nutriants est plus élevée et les rayons du soleil stimulent la production primaire qui est à la base du réseau trophique.

Eau de surface	Eau souterraine
Faible taux de Matières Dissoutes Totales (MDT)	Taux élevé de MDT
Moins alcaline	Plus alcaline
Douce - dure	Douce ou dure
Faible – riche en nutriments	Faible en nutriments
Faible – riche en composés organiques	Faible en composés organiques

Systèmes d'eau souterraine

Les aquifères qui alimentent les eaux de surface sont parfois qualifiés de locaux ou de régionaux. Les aquifères locaux sont généralement peu profonds et leur eau provient surtout des hautes terres qui ceinturent le réseau d'eau de surface. Les aquifères régionaux sont généralement plus profonds et beaucoup plus étendus que les aquifères locaux; de plus, la source de leur recharge est beaucoup plus diversifiée.

Description de l'image ci-dessus

Section transversale illustrant que l'eau souterraine locale est l'eau qui coule près de la surface du sol et l'eau souterraine régionale est l'eau qui coule plus profondément sous terre.

Les eaux de surface

Les eaux de surface se divisent en milieux lotiques et en milieux lentiques.

Les milieux lotiques désignent les eaux courantes. Ils sont fortement influencés par le mouvement de l'eau qui s'écoule en grande partie dans une seule direction. Ces systèmes très dynamiques changent constamment sous l'effet de l'érosion et de la sédimentation. Ils s'adaptent aux fortes variations du niveau de l'eau et renferment généralement des concentrations élevées d'oxygène dissous.

Les milieux lentiques désignent les eaux stagnantes. La lumière et le vent sont les principaux processus physiques qui influent sur leur composition chimique et leur biologie. Il s'agit principalement de milieux sédimentaires.

Variations spatiales et temporelles

Les caractéristiques d'un plan d'eau peuvent varier considérablement selon les secteurs et diverses profondeurs. De plus, on peut s'attendre à ce que ces caractéristiques varient au cours d'une année et même d'une seule journée.