Bilan des nutriments et évaluation de scénaios d ... · cours sur les milieux humides avec la Ville de Québec (Blanchette, 2018) Approche méthodologique Bilan (N,P) et scénarios

Bilan des nutriments et évaluation de scénarios d’assainissement de leurs sourcessur la qualité de l’eau du lac Saint-Charles

ALAIN N. ROUSSEAU PH.D. ING.

Journée scientifique sur la protection des sources d'eauMercredi 9 mai 2018, dès 9 h

Édifice Andrée-P.-Boucher, 1130, route de l'Église, Québec

Partenaires technique et financier

ProblématiqueClasses d’actions à mettre en œuvre afin de contrôler la dégradation de la qualité de l’eau du lac et de la prise d’eau• Gestion des eaux sanitaires • Contrôle des éléments nutritifs et de leur transport

Bilan (N,P) et scénarios d’assainissement


ProblématiqueClasses d’actions à mettre en œuvre afin de contrôler la dégradation de la qualité de l’eau du lac et de la prise d’eau• Gestion des eaux sanitaires • Contrôle des éléments nutritifs et de leur transport

Hypothèses de recherche• ISA (installations septiques autonomes)

– Principales sources de nutriments (+ 2650 dans le bassin du lac; + 5000 dans le bassin de la prise d’eau Château d’Eau)

• UTEU des municipalités du Lac-Delage et de Stoneham– Principales sources de nutriments

• Contributions respectives des sources de nutriments– Variables dans le temps


Enjeux scientifiquesBesoin de départager les sources de nutriments, ainsi que les facteurs environnementaux (ex. : température et stabilité de la colonne d’eau) responsables de l’eutrophisation du lac


Enjeux scientifiquesBesoin de départager les sources de nutriments, ainsi que les facteurs environnementaux (ex. : température et stabilité de la colonne d’eau) responsables de l’eutrophisation du lac

Enjeux sociétaux• Contribution à la réflexion sur le besoin ou pas de

raccorder en totalité ou en partie les ISA afin de mettre en contexte les investissements majeurs associés

• Analyse de pistes de solutions basées sur d’autres scénarios envisageables tels que l’amélioration de l’efficacité des UTEU de Lac-Delage et de Stoneham


• Bilans des charges (produit du débit et des concentrations aux effluents des rejets ponctuels des UTEU et de ceux diffus - ISA & autres sources) de nutriments au lac St-Charles

∆𝑁 = 𝐴𝐻𝑢𝑟𝑜𝑛𝑠 + 𝐴𝑡𝑟𝑖𝑏 + 𝐴𝑣𝑒𝑟𝑠 ± 𝐴𝑠𝑒𝑑 +𝐴𝑎𝑡𝑚 −𝑆

𝑁 = 𝑁𝑏𝑖𝑜 +𝑁𝑑𝑖𝑠𝑠 +𝑁𝑝𝑎𝑟𝑡

Approche méthodologique


• Bilans des charges (produit du débit et des concentrations aux effluents des rejets ponctuels des UTEU et de ceux diffus - ISA & autres sources) de nutriments au lac St-Charles

∆𝑁 = 𝐴𝐻𝑢𝑟𝑜𝑛𝑠 + 𝐴𝑡𝑟𝑖𝑏 + 𝐴𝑣𝑒𝑟𝑠 ± 𝐴𝑠𝑒𝑑 +𝐴𝑎𝑡𝑚 −𝑆

𝑁 = 𝑁𝑏𝑖𝑜 +𝑁𝑑𝑖𝑠𝑠 +𝑁𝑝𝑎𝑟𝑡

𝐴𝑝𝑟𝑖𝑠𝑒 = 𝐴𝐽𝑎𝑢𝑛𝑒 + 𝐴𝑁𝑒𝑙𝑠𝑜𝑛 + 𝑆 + 𝐴𝑡𝑟𝑖𝑏 + 𝐴𝑣𝑒𝑟𝑠

• Charges en nutriments à la prise d’eau Château d’Eau



• Modélisation hydrologique distribuée– Apports/débits en eau au lac avec HYDROTEL

• Déjà en place dans le cadre d’un projet en cours sur les milieux humides avec la Ville de Québec (Blanchette, 2018)







Hydrometric station Period NSE1 KGE2

P-Bias3 (%)

RMSE4

(m3/s)

Performance (Moriasi et al.

2007)

St. Charles V5 1969-2016 0.73

0.79 (0.78)

8.07 (6.01)

0.08 Good

C6 2010-2015 0.77 0.77

(0.78) 4.09

(2.29) 0.23

Des Hurons V 2007-2016 0.70 0.81 -9.42 0.06 Good

C 2010-2015 0.67 0.79 -9.10 0.07

Nelson V 2006-2016 0.66 0.76 4.23 0.03 Good

C 2010-2015 0.65 0.72 5.18 0.04

Lorette C 2006-2009 0.74 0.73 -0.71 0.08 Good

Jaune V 1983-1994

0.65 (0.66)

0.76 (0.78)

-3.27

(-7.89) 0.07

Good

C 1990-1994 0.47 0.65 -4.41

(-8.28) 0.11

Du Berger V 1983-1995 0.52

0.62 (0.60)

20.37 (19.91)

0.04 Satisfactory

C 1990-1995 0.24

(0.22) 0.40

(0.38) 41.58

(40.27) 0.06

Rivière des Hurons: courbes saisonnières des débits classés pour la période de validation

Résultats de calage et de validation pour tous les sous-bassins de la rivière St-Charles



– Qualité de l’eau du lac en 2D (modèle CE-QUAL-2W) et 3D (modèle EFDC)

– Qualité de l’eau des cours d’eau (modèle QUAL2E de GIBSI)



• Stratégie de calage sur la rivière des Hurons– Sur les base de la caractérisation des effluents

de la STEU de Stoneham et des données de qualité de l’eau disponibles sur la rivière en aval de cette dernière et celles disponibles à l’entrée du lac • Utilisation d’une approche par scénarios

pour déterminer la contribution diffuse potentielle entre ces deux sites (i.e., en provenance des ISA)



• Stratégie de calage du lac St-Charles– Approche similaire (+ STEU du lac Delage)

pour déterminer les charges diffuses potentielles afin de reproduire les concentrations en P et N à la sortie du lac (ou autres sites et mouillages à l’intérieur du lac)

• Stratégie de calage à Château d’Eau– Sur la base des résultats précédents,

utilisation d’une approche similaire …



• Faisabilité de la stratégie de calage/validation– Possible grâce aux données

enregistrées dans la BD de l’APEL – Données de qualité de l’eau de

nouvelles campagnes de suivi (2016-17)– Petits tributaires du lac par Narrancic

et Laurion (INRS)*



* Printemps (mai, juin); automne (septembre, octobre) Échantillonnages aux deux semaines (deux échantillons par mois environ).

• Faisabilité de la stratégie de calage/validation– Possible grâce aux données

enregistrées dans la BD de l’APEL – Données de qualité de l’eau de

nouvelles campagnes de suivi (2016-17)– Petits tributaires du lac par Narrancic

et Laurion (INRS)*– Rivière et lac St-Charles incluant des

sites en surface et des mouillages par Fournier & Vincent (ULaval)



* Printemps (mai, juin); automne (septembre, octobre) Échantillonnages aux deux semaines (deux échantillons par mois environ).

• Simulations des apports en eau et de la température de l’eau du lac St-Charles en 2007• Températures observées de la colonne d’eau la plus profonde du lac (Bourget, 2011)

Bourget, 2011 – M.Sc. thesis

Résultats préliminaires – Amir Sadeghian PhD

Profils vertical et longitudinal de la température (2D) et distribution de la température de surface (3D)


• Bilans de nutriments (P et N) du lac Saint-Charles ainsi qu’à l’UTEP Château d’Eau (une contribution de l’INRS)

• Analyse de différents scénarios d’assainissement des sources de nutriments sur la qualité de l’eau du Lac

Livrables


• Identification de la contribution des différents tributaires et versants (secteurs adjacents au lac) à l’apport en nutriments au lac Saint-Charles

• Identification de pistes de solution pour améliorer la qualité d’eau du lac Saint-Charles par la simulation et l’analyse de différents scénarios d’assainissement tels que

– Hausse de la performance des UTEU– Raccordement à l’égout de secteurs sur ISA – Mise aux normes des ISA déficientes – Implantation de systèmes collectifs d'assainissement– …

Retombées


Échéancier


Année 1 Année 2

T1 T2 T3 T4 T1 T2 T3 T4

Données observées

Qualité de l'eau

Extraction des données de la BD de l'APEL

Usines de traitement

Documentation des caractéristiques des rejets

Intégration à la base de données de GIBSI

Modélisation de la qualité de l'eau

Rivière Des Hurons

Calage et validation

Bilan des nutriments

Lac Saint-Charles

Couplage avec les sorties d'HYDROTEL et GIBSI



Château d'Eau



Scénarios d'assainissement

Défnition avec les responsables

Simulation des scénarios

Analyse des résultats

Livrables

Rapport d'étape

Rapport finale

Réunion

JJA SON DJF MAM JJA SON DJF MAM


Le bassin de la St-Charles de l’amont vers l’aval puis de retour en amont

Contribution d’Eduardo Scarpari Spolidorio Jr



Documents

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