Pr6vision des tempkratures de l'eau en riviltres a I'aide d'un modltle conceptuel : le cas de la riviltre Moisie

GUY MORIN

lnstit~rt national de la recherche scienti'qrle - Eau, 2800, rrre Einstein, burearl 105, Qrrkbec, QC GIX 4N8, Ccrnada

TONINO-JOSEPH NZAKIMUENA Hydro-Qrle'bec, 1010, rue Sainte-Catherine est, 3' ttage, Montre'nl, QC H2L 2G3, Canada

ET

WANDA SOCHANSKI lnstitut national de la recherche scientijique - Earr, 2800, rue Einstein, bureau 105, Que'bec, QC GIX 4N8, Canada

R e p le 4 mars 1993 Revision acceptCe le 30 juin, 1993

Pour amCnager la centrale SM 3 sur la rivibre Sainte-Marguerite, Hydro-QuCbec projette de dCtourner les rivibres aux PCkans et Carheil qui sont deux tributaires de la rivibre Moisie, une des principales rivibres saumon du QuCbec. En plus d'entrainer des changements dans le rkgime hydrologique, ce dktournement peut modifier certains parambtres physiques importants pour la qualit6 de l'habitat et pour le mCtabolisme du saumon, telle la tempkrature de l'eau. L'objectif de la prCsente Ctude est de simuler, pour une longue pCriode, les debits et les tempCratures de l'eau en rivibres pour des conditions naturelles et amCnagCes en vue d'analyser l'influence de ce dktournement et de la resti- tution des dCbits rCservCs. Le modble hydrologique CEQUEAU couplC h un modble de temperature de l'eau en rivibres est utilisC pour 1'Ctude.

Le modble de tempkrature de l'eau en rivibres est opCrationne1 pour la pCriode sans couvert de glace, utilise le bilan CnergCtique et permet le calcul de la tempirature de l'eau sur chaque ClCment du bassin versant. Le bilan CnergCtique considbre la radiation, la convection, 1'Cvaporation et les sources d'knergie advective des apports provenant des Ccoulements de surface, retard& et souterrains. Les estimations des Cchanges atmosphCriques sont basCes sur les Cqua- tions qu'on retrouve dans la littkrature. Les volumes provenant des diffkrents Ccoulements sont calculCs par le modble hydrologique. Les donnCes mCtCorologiques utilisCes par le modkle de tempkrature sont les temperatures journalibres de l'air et les moyennes mensuelles du rayonnement solaire, de la vitesse du vent, de la pression de vapeur et de la nCbulositC.

La calibration du modkle hydrologique a permis d'obtenir une bonne prCcision des dCbits simulCs par rapport aux dCbits observCs. Le modble de tempkrature a CtC calibrC et vCrifiC en utilisant les tempCratures mesurCes sur le cours d'eau principal a diffkrents sites. Le modble reproduit bien la diminution, de I'aval vers I'amont, de la tem- perature de I'eau en rivibres, tel qu'observC pour les tempCratures mesurCes; il a CtC utilisC pour simuler, h dif- fkrents points sur le bassin versant nature1 et amCnagC, la tempkrature de l'eau pour la periode 1961-1989. Les resultats montrent que le dktournement de I'eau d'un sous-bassin a pour effet d'augmenter 1Cgbrement la tempCra- ture de l'eau de la rivibre Moisie et que cette augmentation s'attenue en allant vers I'aval de la rivikre.

Mots cles : tempkrature, impact, dktournement, hydrologie, modble, Moisie, QuCbec.

Hydro-Quebec is projecting to increase the hydroelectric production capacity of the St. Marguerite River by diversion of the tributaries PCkans and Carheil rivers of the Moisie River, the most productive salmon river of the whole Quebec. Along with substantial changes in hydrological regimes, this hydroelectric development is most likely to affect some physical environment factors such as the water temperature, which is of prime importance for the biotope and, in particular, for the salmon productivity. The objective of the present study is to simulate, over a long period of time, the river water temperatures under natural conditions as compare to those after the impoundment, to assess the consequences of the tributary diversion. We used the hydrological CEQUEAU model cou- pled with a temperature model.

The temperature model developed is applicable to the ice-free period and calculates daily water temperatures in rivers by computing an energy budget to each element of the watershed. The energy budget considers the short- wave solar radiation, long-wave radiation, evaporation, and convection in the air as well as the advective heat of various inflows from surface runoff, interflow, and groundwaters. The estimation of the atmospheric thermal exchanges is based on the equations usually found in literature. The volumes of the various inflows are given by the hydrological model. The temperature model uses daily data for air temperature and monthly data for solar radiation, cloudiness, wind speed, and vapour pressure.

The model has been applied to the Moisie River (QuCbec), using the measured values for the calibration. Both observed and calculated values show good agreement. The model was also used to simulate, over the whole water- shed, the water temperatures for the 1961-1989 period and after the diversion. The results show that the tributary diversion contributed to increase the water temperature of the Moisie River and that this increase is gradually atten- uated as we progress downstream.

Key words: temperature, impacts, model, Moisie, QuCbec, diversion, hydrology.

Can. J. Civ. Eng. 21, 63-75 (1994)

NOTA : Les commentaires sur le contenu de cet article doivent Ctre envoyCs au directeur scientifique de la revue avant le 30 juin 1994 (voir l'adresse au verso du plat supCrieur). Primed in Canada 1 Irnnrin,: :lu C;innda

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Introduction L'utilisation de rnodkles hydrologiques dkterrninistes cou-

plCs B des rnodkles de la qualit6 de l'eau offrent de norn- breux avantages pour Cvaluer les changernents des pararnktres de la qualit6 de l'eau en rivikres, suite a l'arn&agernent des bassins versants. Cette approche perrnet, entre autres, d'estirner les variations des pararnktres de la qualit6 avant que l'arnenagernent ait lieu et-de vCrifier d i f f~rents modes h e " gestion pour rninirniser les impacts sur les pararnktres de la qualit6 de l'eau.

Dans 1'Ctude des arnCnagernents hydro-Clectriques de la rivikre Sainte-Marguerite situee sur la basse CBte-Nord du Saint-Laurent, Hydro-QuCbec projette de detourner deux tributaires de la rivikre Moisie, une des principales rivikres B saurnon du Quebec (fig. 1). En plus d'entrainer des change- ments dans le regime hydrologique, ce dktournement peut modifier certains pararnktres physiques importants pour la qualit6 de l'habitat et pour le mitabblisrne du saurnin, telle la ternpkrature de l'eau. L'objectif de 1'Ctude est de sirnuler, pour une longue pCriode, les debits et les temperatures de l 'eau en rivikres-pour des conditions naturelles et arnC- nagCes, afin d'Cvaluer les rCpercussions des amknagernents prCvus et la gestion des debits rCservCs qui doivent Etre restituis h la rivikre Moisie pour la prkservation du saurnon et des activitCs de peche.

Le rCgirne therrnique actuel de la rivikre Moisie n'est connu que partiellernent et son Cvolution spatiale n'a jamais CtC relevCe systCrnatiquement avant 19887 Les donnCes de temperatures de l 'eau disponibles actuellernent, bien que limitCes, peuvent Etre utilisees pour la calibration d'un rnodkle de type dkterministe, d a i s le but de reconstituer, pour une longue pCriode, le rCgirne thermique de la rivikre dans des conditions naturelles et arnenagCes. Pour cette Ctude, nous utiliserons le rnodkle CEQUEAU quantite- qualite (Morin et al. 1983; Morin et Sochanski 1990) qui perrnet de tenir cornpte des modifications physiques du bassin versant et de sirnuler les temperatures de l 'eau B n'irnporte quel point de la rivikre.

Le modhle hydrologique CEQUEAU Le rnodkle hydrologique CEQUEAU dCveloppC B l'lnstitut

national de la recherche scientifique - Eau (Morin et al. 1981; Morin et Couillard 1990) est un rnodkle conceptuel B bilan qui prend en cornpte les caractCristiques physiques du bassin versant par le dCcoupage de celui-ci en ClCments appelCs << carreaux >>. La dimension de chaque carreau dCpend de la superficie du bassin versant etudiC, de sa topographie et du nornbre de stations mCtCorologiques disponibles. Pour chaque carreau, les caractCristiques physiographiques (alti- tude, pourcentages de for& de lac et de rnarais) nCcessaires pour effectuer le bilan hydrologique sont CvaluCes. Un deu- xikrne dCcoupage de chaque carreau est ensuite nCcessaire pour reproduire le cheminernent de l'eau dans le rCseau hydrographique. A cette fin, nous subdivisons chaque carreau en << carreaux partiels >> B l'aide des lignes de partage des eaux des sous-bassins. La seule caracteristique physique like au carreau partiel est sa superficie exprirnCe en pour- centage du carreau et la direction de 1'Ccoulement.

En plus des donnCes physiographiques dCcrivant le bassin, le modkle requiert, pour les simulations, les donnCes jour- naliitres des prCcipitations liquides et solides ainsi que les ternpkratures maximales et minirnales de l'air sur chacun des carreaux. Ces donnkes n'Ctant disponibles qu'B un nombre

limit6 de stations, le rnodkle perrnet diffCrentes options d'interpolation : la rkgression, la ponderation en fonction des deux ou trois stat ions voisines ou l e polygone d e Thiessen.

Le modele CEQUEAU cornporte deux parties principales visant B dkcrire le rnieux possible la production et le cherni- nernent de l'eau vers l'exutoire du bassin versant. La prernikre partie, soit la << fonction de production >>, concerne l'ecoule- rnent vertical de l'eau et a pour but d'effectuer, sur chaque carreau, l e bilan d e l ' eau dans le sol , les lacs et les rnartcages. Elle reprCsente de rnanikre simple rnais realiste les diffkrents processus que suivra l'eau atrnosphkrique entre le moment oh elle atteint le sol et celui oh elle rejoint la rivikre. Ces processus sont schCrnatisCs dans le rnodkle CEQUEAU par la representation du sol sous forrne de rCser- voirs cornrnuniquant entre eux. Les diffkrents transferts de rnasse sont estirnCs par des relations rnathCrnatiques dont les pararnktres sont dCterrninCs lors de la calibration du rnodkle.

L'origine de l'alirnentation en eau atrnospherique du bassin versant est la pluie ou la fonte de neige. Les equations de base du calcul de la fonte potentielle de neige sont tirCes du rapport Runoff from snowrnelt du corps d'ingknieurs de 1'armCe arnkricaine (Corps of Engineers U.S. Army 1960) et utilisent une rnethode simple de degrCs-jour. Pour estirner la fonte rCelle, le rnodkle effectue le bilan des stocks de neige sur chaque carreau sCparC en deux parties : une partie forEt et une partie decouverte. Le modkle tient compte Cgale- rnent de deux phCnornknes qui retardent la disponibilitk de l'eau de fonte, soit le rechauffernent et le rnDrissernent du stock de neige.

L'Cvapotranspiration potentielle journalikre est calculCe h partir de la forrnule de Thornwaite rnodifiee pour tenir compte de la duree potentielle d'ensoleillernent en fonction de la latitude et du jour de l'annee. L'Cvapotranspiration rCelle au-dessus de la partie terrestre est calculke sur chaque carreau en fonction de la disponibilitk de l'eau dans le sol. L'Cvapotranspiration se fait B taux potentiel si la disponi- bilitC de l'eau dans le sol dCpasse un certain seuil, dans le cas contraire, l'evapotranspiration dirninue 1inCairernent en fonc- tion de la baisse des rCserves d'eau dans le sol.

La seconde partie, qu'on appelle << fonction de transfert D, concerne I'Ccoulement dans le reseau de drainage et a pour but d'effectuer, sur chaque carreau partiel, le transfert de l'eau en rivikre et de tenir cornpte, s'il y a lieu, des lacs et des ouvrages de rCgularisation. Le transfert en rivikre est estimC en utilisant un coefficient qui reprCsente le volume d'eau qui s'ecoule d'un carreau B un autre pour un pas de temps donnC. Ce coefficient tient cornpte de la capacitC d'ainortir la crue par emrnagasinernent dans le cours d'eau et est calcult, pour chaque carreau partiel, en tenant compte de la superficie de la rivikre et des lacs, si ceux-ci sont situCs sur le rCseau hydrographique, et de la superficie du bassin versant en amont.

La discrCtisation spatiale du bassin versant, le calcul de la production sur chaque carreau et le cherninernent de l'eau d'un carreau partiel B l'autre perrnettent d'estirner les debits B n'irnporte quel point du rCseau hydrographique, de suivre llCvolution spatio-ternporelle des phknornknes, de prCvoir l'effet de modifications physiques du bassin versant et de prendre en cornpte les amknagernents rCels ou prCvus.

Durant la dernikre dCcennie, plusieurs applications ont CtC faites sur des rivikres du Quebec, de la France et de 1'AlgCrie.

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FIG. I. Plan de localisation (Hydro-Quebec 1990).

Celles-ci concernaient des bassins versants variant de 5 j. 100 modkles hydrologiques parrainke par l 'organisation 000 km' avec des carreaux variant de 0 ,25 j. 900 km'. mCtCorologique mondiale (1986), le modkle CEQUEAU a CtC RCcemment, dans le cadre de l 'inter-comparaison des l'un des 11 modkles test& sur six rivikres de six pays diffkrents.

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rayonnement solaire sur une surface horizontale (MJ m-'). La quantitC nette d'Cnergie CchangCe par rayonnement

infrarouge est reprCsentCe par une equation inspirCe d e Raphael (1962), oij T, est la valeur calculCe 21 la fin du jour prtcCdent et Ci , le coefficient incluant la correction reliCe a I'CmissivitC d e l 'eau, laquelle vaut 0,970. Nous avons alors

oij Qi est la quantitC nette dlCnergie CchangCe par rayon- nement infrarouge (MJ); Ci, le coefficient empirique proche de 1'unitC; a, la constante de Stefan-Boltzmann pour un pas de temps journalier (4,9 X MJ mp' K-3 ; T,, la tem- pCrature moyenne quotidienne de l'air (K); T,, la tempkrature d e l'eau (K); et p, llCmissivitC atmosphCrique, estimCe comme suit (Rinaldi et al. 1979) :

ou p est la moyenne mensuelle de pression de vapeur (mm Hg) et n , la n6bulositC moyenne rnensuelle.

La perte dlCnergie par Cvaporation est calculCe en reliant le volume d'eau CvaporCe ii 1'Cnergie latente perdue. La lame d 'eau CvaporCe (1 , ) es t e s t i m t e par le modkle hydrologique i l'aide de 1'Cquation de Thornthwaite (Gray et al. 1972) dans laquelle la tempkrature de l 'air est le paramktre principal. Ainsi,

oh Q, est la quantitC dlCnergie perdue par Cvaporation (MJ); C,, le coefficient empirique proche de I'unitC; l,, la lame quotidienne d'eau CvaporCe (m); H, la chaleur latente d'Cva- poration (2480 MJ m-9).

La quantitC d'inergie Cchangee par convection est fonction de (T, - T,) et de la vitesse du vent :

ou Q, est la quantitC d'Cnergie CchangCe par convection (MJ); C,, le coefficient empirique proche de I'unitC; et W, la moyenne mensuelle de vitesse du vent 2 environ 10 m du sol (km h-I).

En plus des Cchanges i la surface de l'eau, le modble de temperature calcule les apports advectifs associts au ruis- sellement, 1'Ccoulement hypodermique et a 1'Ccoulement de base. La temperature des eaux de ruissellement est supposte tgale a celle de l'air avec une limite infkrieure fixCe ii 0°C. Toutefois, le modkle distingue la pCriode de fonte de neige. Pendant cette pCriode, la temperature de ruissellement croit d'un minimum de 0°C jusqu'a la valeur de la tempkrature de l'air, 2 mesure que le stock de neige dCcroit. La tempCra- ture de 1'Ccoulement hypodermique est estimCe en faisant la rnoyenne entre la tempCrature-du ruissellement superfi- ciel et la tempCrature de l ' tcoulement d e base. La tem- pCrature de 1'Ccoulement de base est CvaluCe 2i partir des donnCes rCgionales disponibles. Elle peut Ctre prise comme une constante ou &tre variable selon une sinusoi'de annuelle.

Une fois complCtC, sur chaque carreau partiel, le bilan local des Cchanges d'Cnergie 2 la surface de I'eau et des apports advectifs, les transferts d'inergie entre les carreaux partiels sont calculCs. La quantitC d'Cnergie transfkrte est fonction du volume d'eau CcoulC et de la temperature de l'eau sur le carreau partiel d'origine.

Le bilan CnergCtique global n'est pas effectuC pendant la pCriode oh la rivikre peut Ctre couverte d e glace. Cette pCriode est dCfinie empiriquement j. l'aide d'un parambtre du modkle qui est fonction du stock de neige au sol.

Application au bassin versant de la rivikre Moisie La rivikre Moisie situCe sur la basse CBte-Nord du Saint-

Laurent a un bassin versant d'une superficie de 19 248 krn" orient6 nord-sud qui s'Ctend sur une longueur de 320 krn et qui a une largeur moyenne d'environ 70 km. La figure 2 montre le bassin versant et sa discrktisation en carreaux de 20 km sur 20 km. La partie ombragCe d'une superficie de 2556 km', montre les sous-bassins des rivibres aux Ptkans e t Carheil qui seront dCtournCs vers la rivikre Sainte- Marguerite pour I'amCnagement de la centrale SM 3.

Calage et validatiotz du modble CEQUEAU Pour les simulations, nous avons utilisC les donnCes

mCtCorologiques de la station de sept-iles, situCe au sud du bassin versant, et la station de Wabush, situCe au nord du bassin versant. L'ajusternent des parambtres du modkle hydrologique a CtC fait en utilisant les debits observCs aux sta- tions 072301 et 072302. Le tableau I montre les rCsultats des simulations des dtbits du bassin versant naturel pour la pCriode de calibration et de vtrification aux deux sta- tions hydromCtriques. Le tableau rnontre les lames d'eau observCes et calculCes aux deux stations hydromCtriques et les coefficients de corrClation et les critkres d e Nash cal- culCs annuellement a l'aide des dCbits journaliers observCs et sirnulCs. Le critbre de Nash est estimC i l'aide de 1'Cqua- tion suivante :

[7] Nash = 1 - ';is x (Q,, - Q,)'

oij QOi reprCsente les dCbits journaliers observCs; Q,,, les dCbits journaliers calculCs; et Q,, le dCbit observC moyen annuel.

Le critkre de Nash varie de - m a + 1,O. La simulation est parfaite lorsque ce critkre est Cgal h + 1.

L'analyse du tableau 1 rnontre que le modkle hydrologique, tel qu'ajustC, permet de bien reproduire les dtbits d e la rivibre Moisie et d e ses tributaires, a partir des donnCes mCtCorologiques des stations de sept-fles et Wabush. Les pararnktres du modkle CEQUEAU ajustCs pour le bassin versant naturel de la rivikre Moisie peuvent Ctre utilisks pour estimer les dCbits 21 n'importe quel point du bassin, avant et aprks derivation des rivikres aux PCkans et Carheil, en modifiant adkquatement les banques de donnCes phy- siographiques et de drainage, tel que schCmatis6 par les flkches h la figure 2.

Calage et validation du mod2le de tenzpe'rature de l 'enu Le modkle thermique (Morin et al. 1983, 1987) couplC

au modble hydrologique CEQUEAU permet de calculer les tempkratures de l'eau en rivikre a n'irnporte quel point d'un bassin versant, en utilisant la meme schCmatisation du bassin que le modkle CEQUEAU, et ses estimations des com- posantes hydrologiques.

Les paramktres du modkle thermique sont ajustes par essai et erreur en comparant les donnCes mesurtes et calculCes de tempCrature de l'eau en rivikres.

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FIG. 2. SchCmatisation du bassin versant de la rivibre Moisie.

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TABLEAU 1. Critbre numCrique annuel pour la pCriode de calibration et de ~Crification

Station 072301 Station 072302

Lame Lame Critbre - Critbre -

ObservCe CalculCe ObservCe CalculCe AnnCe Nash Corr (mm) (mm) Nash Corr (mm) (mm)

1966 0,87 0,94 880,95 833,52 0,84 0,94 878,46 751,06 1967 nd nd nd nd 0,77 0,88 709,OO 679,84 1968 0,77 0,94 739,28 750,31 0,84 0,93 697,5 1 654,98 1969 0,85 0,97 830,50 972,64 0,90 0,97 816,67 893,45 1970 0,93 0,96 830,38 804.16 0,90 0,96 682,12 729,08 1971 0,94 0,97 733,04 687,94 0,94 0,97 700,19 669,81 1972 0,90 0,96 791,14 848,06 0,75 0,92 636,35 777,41 1973 0,92 0,96 730,72 750,28 0,91 0,96 665,91 695,28 1974 0,94 0,97 692,88 730,14 0,92 0,97 546,77 638,83 1975 0,96 0,98 680,45 662,72 0,88 0,97 595,52 615,lO 1976" 0,92 0,84 846,03 802,30 0,71 0,89 677,46 756,07 1977" 0,90 0,96 760,82 742,16 0,94 0,98 766,65 767,39 1978" 0,90 0,96 731,73 659,76 0,84 0,92 690,36 676,79 1979" 0,86 0,93 896,55 866,29 0,94 0,97 846,37 816,52 1980'$ 0,91 0,96 670,22 694,97 0,90 0,95 591,95 625,41 1981:;' 0,94 0,97 81 1,79 806,74 0,93 0,97 674,33 707,85 1 9 8 2 ' V 0 , 9 0 0,96 660,90 717.88 nd nd nd nd 1983" 0,92 0,96 843,72 828,Ol nd nd nd nd 1984" 0,92 0,98 662,36 753,02 nd nd nd nd 1985" 0,91 0,96 561,83 591,54 nd nd nd nd 1986 0,90 0,96 589,38 600,85 nd nd nd nd 1987 0,62 0,83 613,78 598,56 nd nd nd nd 1988 0,81 0,92 615,52 627,28 nd nd nd nd 1989 0,79 0,89 508,92 565,18 nd nd nd nd

NOTA: nd, donnees hydrometriques observees non disponibles. "Penode utiliste pour I'optimisation des parametres. Seules les donntes de la station 072301 ont CtC

utilisies.

TABLEAU 2. Stations fictives pour le calcul des temperatures de l'eau en rivibre pour les rivikres Moisie et aux PCkans

Bassin versant (k 2)"'

NumCro Nom Nature1 AmCnagC positioni

Moisie i l'embouchure Moisie au club de pCche Moisie j. la station 072301 Moisie en aval de la rivibre Nipissis Moisie en aval de la rivibre Ouapetec Moisie i la station TM010006 Moisie en aval de la rivibre Caopacho Moisie en aval de la rivibre Taoti Moisie en aval de la rivibre aux PCkans Aux PCkans i la station 072302

NOTA : c.P., carreau partiel. *Bassins versants i la sortie du carreau partiel. '~osi t ion indiquee h la figure 2 par I , j et les codes

Les donnCes de tempkrature de l'eau utilisCes pour la cali- bration et la vkrification du modkle thermique proviennent de trois sources : le Club de p&che au saumon de la rivikre Moisie Inc., le ministkre de 1'Environnement du QuCbec et Hydro-Quebec. Les emplacements des stations de mesure sur le bassin versant de la rivikre Moisie sont montrCs aux figures 1 et 2. Les donnCes disponibles de chaque source sont :

Cl~ ib Saumon Moisie Inc. - Dix-huit annCes (1973-1990)

de donnCes journalikres sur une pCriode d'environ deux mois, 1" juin au 31 juillet, mesurCes sur la rivikre Moisie prks du chalet principal du Club Saumon Moisie Inc., situC prks de l'estuaire; station no 2 (i = 17, j = 11) 2 la figure 2.

MinistPre de 1'Environnement du QuPbec - Trois cent quatre-vingt-quinze mesures sur la rivikre Moisie, au pont de la route 138, prises i intervalles irrkguliers entre 1974 et 1989; station no 1 (i = 17, j = 10) i la figure 2.

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Vice-pre'sidence Environnernent dlHydro-Que'bec - Les mesures de temperatures de l'eau a trois thermographes installes par Hydro-Quebec sur les rivibres Moisie et aux Pekans. Les temperatures ont CtC enregistrees de juillet 1989, B la prise du couvert de glace, 2 l'automne 1989; stations no' 3, 4 et 5 ( i = 17, 16 et 14, respectivement, et j = 11, 15 et 21, respectivement) a la figure 2.

Le tableau 2 donne la liste des stations reelles et fictives utilisees pour la presentation des resultats

Les premiers ajustements des parametres ont ete faits en utilisant les tempkratures de l'eau mesurtes au Club Saumon Moisie Inc. et au pont de la route 138 pour la periode 1973 a 1980. Les mesures a ces deux stations, bien que trbs prbs l 'une de l'autre, prCsentent des differences appreciables, m&me pour les jours ou les mesures sont concomitantes. L'analyse sommaire des donnees montre que les tempera- tures mesurees au pont de le route 138 sont trbs variables et presentent quelques fois des valeurs non realistes par rapport aux valeurs mesurees aux stations no" et 3 situCes tout prbs. Compte tenu des doutes sur la reprksentativiti des temperatures de l 'eau mesurkes au pont de la route 138, I'ajustement des parametres a kt6 fait en donnant priorit6 aux mesures du Club Saumon Moisie Inc. L'ajustement final des parambtres a CtC fait en utilisant les mesures des trois thermographes, installes par le service hydraulique dlHydro- Quebec, pour l'annee 1989.

Re'sultnts des siinulations du re'girne thermiq~ie Compte tenu du peu d'observations de temperatures de

l'eau disponibles chaque annCe, aucun critere numCrique n'a CtC calcule parce que l'erreur sur l'estimation des critbres serait beaucoup trop importante. Les resultats de l'ajuste- ment du modble thermique sont prCsentCs graphiquement. La figure 3 montre les temperatures de l'eau journalieres calculees et observees prbs du chalet principal du Club Saumon Moisie Inc. et au pont de la route 138, pour les annees 1973 a 1989. Ces graphiques montrent qu'en gCneral, les temperatures calculees de l'eau sont comparables aux tempkratures observees par le Club Saumon Moisie Inc., et nous ne decelons pas d'erreur systCmatique. Par contre, les tempkratures observCes au pont de la route 138 par le minis- tbre de 1'Environnement du Quebec sont en gCnCral plus ClevCes que celles calcultes par le modele. Comme nous l'avons vu prkcedemment, ces donnees mesurCes au pont de la route 138 ne nous semblent pas representatives, et l'ajustement des parambtres a ete fait en donnant priorit6 aux donnkes du Club Saumon Moisie Inc. Les mesures au pont de la route 138 sont montrees a la figure 3 a titre indi- catif seulement.

La figure 4 montre, pour l'annee 1989, les temperatures journalieres de l'eau mesurees 2 l'aide des thermographes d'Hydro-Quebec et calculees aux stations TMOI0005 et TMOI0006 sur la rivibre Moisie et TPEK0007 sur la rivibre aux PCkans. Les mesures effectuees au pont de la route 138 par le ministbre de I'Environnernent du Quebec sont Cgale- ment montrees. Les temperatures calculees reproduisent bien les valeurs mesurees la station TMOI0005 (fig. 4n). De plus, on observe que les valeurs mesurees au pont de la route 138 sont systematiquement plus ClevCes que les valeurs mesurees 5 la station TMOI0005. La surCvaluation est sem- blable B celle observee entre les mesures du Club Saumon Moisie Inc. et les mesures au pont de la route 138 et confirme la non-representativitk des mesures au pont de la route 138.

La figure 4b montre les temperatures journalibres de l'eau

- Obseiwe Hydro Ouebec (iM010005) ...... Calculee ..A. O b r e k e . Emronnement O d k j -- O b s e k e Club Saumon Moisle Inc .

- - I UAI I JUlN I JUIL I °.obi I SEPT I OCT i NOV

FIG. 4. TempCratures de l'eau calculCes et mesurCes par thermographe aux stations TMOI0005 et TMOI0006 sur la rivikre Moisie et TPEK0007 sur la rivikre aux PCkans pour l'annCe 1989.

calculees et mesurees i la station TMOI0006 sur la rivibre Moisie. Les valeurs mesurees sont bien reproduites par le modble, sauf pour la periode du milieu d'aoQt i la fin de septembre. Compte tenu des resultats aux stations TM010005 et TPEK0007 pour la m&me pCriode et de l'observation d'un dCcalage B peu prbs constant entre les temperatures cal- culkes et celles mesurees pour cette periode, nous croyons qu'il y a une erreur << d'echelle >> et qu'il est necessaire de revoir les enregistrements pour cette periode.

La figure 4c montre les temperatures journalieres de l'eau calculCes et mesurees a la station TPEK0007 sur la rivibre

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FIG. 5. TernpCratures rnoyennes de l'eau du bassin versant naturel de la rivibre Moisie calculCes 2 partir (a) des stations 072301 (c.p. no 3, trait continu) et TMOI0006 (c.p. no 46, tiretC) sur la rivikre Moisie et ( b ) de la station 072302 (c.p. no 96, tiretC) sur la rivibre aux PCkans cornparCe au c.p. 3 de la rivibre Moisie. PCriode 1961 h 1989.

23 4 Rlvldre Molsle, slallon 072301 1 - Rlvldre Mo~sie, en aval de la rlwdre aux Pbkans j -

- Rwdre aux Pbkans, slaaon 072302

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FIG. 6. TernpCratures rntdianes de l'eau du bassin versant naturel de la rivibre Moisie calculCes h la station 072301 (c.p. no 3) et en aval de la riviere aux PCkans (c.p. no 92), sur la rivibre Moisie, et sur la rivikre aux PCkans, station 072302 (c.p. no 96). PCriode 1961 1989.

FIG. 7. Temperatures journalibres rnaxirnales, rninirnales et rnCdianes calculCes pour le bassin versant naturel de la rivibre Moisie aux c.p. nu" (a) et 96 (b). PCriode 1961 h 1989.

aux PCkans. Les valeurs calculCes montrent une plus grande variation que les valeurs mesurCes, mais reproduisent quand m&me l'allure gCnhale des tempkratures observCes. La plus grande variation des temperatures calculCes s'explique par le fait que le bassin versant est petit, ce qui implique que la quantitC d'eau dans la rivikre est faible et qu'une legere erreur sur l'estimation du volume d'eau ou sur les donnCes mCtCorologiques, telles la radiation solaire, entraine une plus grande variation des tempCratures calculCes que celles sur les temperatures observCes.

L'analyse des tempkratures de l'eau mesurCes aux trois thermographes a fait ressortir une variation spatiale des tem-

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FIG. 8. Comparaison des tempkratures journalikres maximales, minimales et mCdianes calculCes aux c.p. nos 96 (a), 59 ( B ) , 26 (c) et 3 (d) pour le bassin versant naturel (trait continu) et amCnagC (tiretC; dCrivation partielle des rivikres aux PCkans et Carheil) de la rivikre Moisie. PCriode 1961 h 1989.

pCratures de l'eau sur le bassin versant : celles-ci sont plus froides en amont. Cette caractCristique est bien reproduite par le modkle thermique, comme on le voit a la figure 5. Cette figure montre les temperatures moyennes de l'eau calculCes, pour la ptriode de 1961 a 1989, 2 trois sites sur le bassin ver- sant. Les sites utilisCs sont : rivikre Moisie, stations 072301 (carreau partiel (c.p.) no 3; i = 17, j = 11) et TMOI0006 (c.p. no 46; i = 16, j = 15), et rivikre aux PCkans, station 072302 (c.p. no 96; i = 14, j = 21). La figure 6 montre les tempkratures mCdianes calculCes pour le bassin versant naturel la station 072301 (c.p. no 3), rivikre Moisie, a la sta- tion 072302 (c.p. no 96), rivikre aux PCkans, et au c.p. no 92

de la rivikre Moisie en aval de la rivikre aux PCkans (i = 15, j = 21).

L'ensemble des rCsultats montre que les valeurs des paramktres retenues pour le modkle thermique permettent de reproduire les tempkratures ii n'importe quel point sur le bassin versant et que le modkle peut etre utilisC pour gCnCrer de longues series pour le bassin versant naturel ou aprks dkrivation.

Siinidation du re'girne thertnique p o u r le bassin versant nature1 et amCizagC

Les donnCes mCtCorologiques etant disponibles de 196 1

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0,o 0,2 0,4 0,6 ole 1 ,O O,O 0,2 0,4 0,6 0 , ~ 1 ,o Frequence au de passement Frequence au depassement

FIG. 9. Courbes des tempkratures journalibres classCes aux c.p. nos 96 ( a ) , 59 (b), 26 (c) et 3 (d) pour le bassin versant naturel (trait continu) et amCnagC (tiretC). PCriode 1961 B 1989, du 1'' mai au 30 novembre.

B 1989 aux stations de sept-iles et Wabush, on peut utiliser le modkle calibrC pour simuler une longue sCrie de tem- pCratures de l'eau en rivikre B diffkrents points du bassin versant. Les points utilisCs sont donnCs au tableau 2. Les simulations des tempkratures de l'eau ont CtC faites pour la rivikre Moisie et ses principaux tributaires (i) pour le bassin versant naturel (conditions naturelles) et (ii) aprks dCrivation partielle des rivikres aux PCkans et Carheil.

Analyse des resultats L'analyse des rCsultats des 29 ans de simulation rCvkle

des fluctuations importantes des tempkratures de l'eau pour des pCriodes relativement courtes, non seulement B la pkriode de rkchauffement au printemps ou de refroidissement I'automne, mais Cgalement en pCriode d'CtC. Par exemple, si on Ctudie les tempkratures de l'eau calculCes pour le bassin versant naturel, on observe des variations de 6,0 et 4,3"C, respectivement, aux stations 072302 et 072301, pour une pCriode de sept jours 2 la fin du mois de juin en 1967. En

juillet de la m&me annCe, on observe respectivement, aux m&mes stations, des variations de 5,8 et 5,3"C sur une pCriode de neuf jours. Les graphiques de toutes les simu- lations montrent des variations importantes B toutes les annCes et , en gCnCral, les Ccarts sont plus importants en amont du bassin versant, ce qui est normal puisque les quan- tit& d'eau disponibles en rivikre sont plus faibles.

L'analyse, pour une journCe donnCe, des tempkratures de l'eau en rivikre, pour des annCes differentes, montre Cgale- ment beaucoup de variation. Ces variations sont montrCes B la figure 7, B deux sites, pour le bassin versant naturel, le premier B l'aval du bassin (c.p. no 3) et le second B l'amont du bassin (c.p. no 96).

La comparaison du regime thermique a diffkrents points du bassin versant naturel de la rivikre Moisie, et aprks dttourne- ment des rivikres aux PCkans et Carheil, peut &tre faite B I'aide de la figure 8 oh I'on voit les tempkratures journalikres de l'eau, maximales, minimales et mtdianes pour le bassin versant naturel et aprks dCrivation pour quatre sites. L'analyse

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des rCsultats sur la rivikre aux PCkans, la station 072302 (fig. 8a, c.p. no 96), montre que les temperatures maxi- males, minimales et mCdianes sont plus ClevCes aprks dktournement, mais non d'une fagon constante durant I'annCe. On voit par exemple que les ternpkratures de l'eau en rivike pour le bassin versant amCnagC sont plus ClevCes au dCbut du mois de juin et B la fin du mois d 'ao0t. Les Ccarts sont faibles au dtbut et les Ccarts maximums sont observCs pour les mois de juillet et d'aoQt. Pour les mois de septembre, on observe peu ou pas d'Ccart et les tempkratures de l'eau calculees pour le bassin versant amenage peuvent m&me Etre plus froides que celles du bassin versant naturel. Les tempkratures de l'eau B la station 072302, aprks dtrivation, sont donc plus chaudes de 1 B 2°C durant les mois d'CtC.

A la figure 8, on voit que la modification du regime ther- mique de la rivikre Moisie par la dCrivation des bassins des rivikres aux PCkans et Carheil diminue de l 'amont vers l'aval.

L'estimation globale des changements apportCs au regime thermique de la rivikre Moisie, suite au dktournement partiel des rivikres aux PCkans et Carheil, pour differentes valeurs des temptratures de l'eau, peut Etre faite en Ctudiant les courbes de temperatures classCes. La figure 9 montre les courbes de temptratures classCes pour quatre sites situCs sur la rivikre Moisie ou aux PCkans. L'analyse de la figure 9 nous montre que le dktournement partiel des rivikres aux PCkans et Carheil n'a pas d'influence importante sur les tempkratures de l'eau dans la partie aval de la rivikre Moisie. En amont du bassin versant, on observe, pour le c.p. no 96 situC sur la rivikre aux PCkans (fig. 9a et 9b), que les tem- peratures de l'eau sont plus ClevCes aprks I'amCnagement, sauf pour les tres basses tempkratures (<2"C).

Bien que le modkle thermique de la rivikre Moisie donne une erreur d'estimation des tempkratures de l'eau calculCes par rapport aux temptratures mesurCes, les rCsultats sont plus prCcis lorsqu'on calcule les diffkrences de temperature avant et apres le dktournement, car tous les paramktres d'ajustement et les donnCes mCtCorologiques demeurent con- stants sauf le dCbit de la rivikre Moisie, lequel se trouve diminuC.

Conclusion L'analyse des tempkratures de l'eau observCes et simultes

montre que le modkle de tempkrature de l 'eau coup16 au modkle hydrologique CEQUEAU reproduit bien les tem- pCratures de l'eau mesurtes et peut Etre utilise pour repro- duire les tempkratures de l'eau a n'importe quel point du bassin versant. Si on analyse les temperatures de l'eau cal- culCes et mesurCes pour I'annCe 1989 aux trois thermo- graphes (fig. 4), on voit que la variation du rCgime ther- mique observCe entre le nord et le sud du bassin versant est bien reproduite par le modkle. La variation de la tem- pCrature de l'eau entre le nord et le sud du bassin versant s'explique en partie par la variation des temperatures de l'air. Ainsi, pour les mois d'Cte, on observe que la tem- pCrature de l'air B Wabush est de 2 3°C plus froide qu'B sept-iles.

Les donnCes mCtCorologiques Ctant disponibles, nous avons pu calculer les temperatures de l'eau B plusieurs endroits

sur les rivikres du bassin versant naturel et amCnagC pour la ~Cr iode 1961 a 1989.

L'analyse des diffkrences entre les tempkratures calculCes pour le bassin versant naturel et amCnage a diffkrents points du bassin versant permet de voir qu'elles diminuent trks rapidement de l'amont h l'aval du bassin versant. Les dif- fkrences de tempkrature de l'eau de la rivikre Moisie, causCes par le dktournement d e la riviere aux PCkans, sont trks faibles en comparaison des variations naturelles.

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