Annexe 3

ENVIRONNEMENT ALBERTA
PÊCHES ET OCÉANS CANADA
CADRE DE GESTION DE L’EAU : 
NORME DE DÉBIT MINIMAL ET SYSTÈME DE
GESTION DE L’EAU DU COURS INFÉRIEUR
DE LA RIVIÈRE ATHABASCA

ANNEXE 3 Méthodologie utilisée pour le cadre de gestion de l'eau

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Le cadre de gestion de l'eau

Le but du cadre de gestion est de protéger l'écosystème aquatique du cours inférieur de la rivière Athabasca tout en permettant le développement. Pour l'Alberta, le maintien d'écosystèmes aquatiques durables et sains est consacré dans l'Environmental Protection and Enhancement Act (EPEA) et l'Alberta Water Act. La politique de Pêches et Océans Canada vise à ce qu'il n'y ait aucune perte nette de l'habitat de poisson dans le cadre des projets.

Le cadre est composé de deux éléments  :

1. Une recommandation de NDM conçue pour protéger l'écosystème aquatique.
2. Un système de gestion de l'eau permettant des retraits d'eau inférieurs à la recommandation de NDM tout en établissant des seuils qui, lorsqu'ils sont atteints, déclenchent des réactions de gestion. Ce système ouvre également la voie à la surveillance et à la recherche futures et offre un processus d'élaboration d'un système de gestion adaptive fondé sur cette information.

Détermination de la recommandation de NDM

Une NDM exhaustive tient compte des impacts des retraits et des évacuations d'eau futurs sur la qualité de l'eau, sur l'habitat du poisson, sur la géomorphologie de la rivière et sur la végétation riveraine. La NDM vise à offrir une orientation pour l'avenir immédiat et elle est basée sur l'historique des débits. Il faudra réévaluer les valeurs-seuils du système de gestion de l'eau si l'historique actuel des débits n'est plus représentatif des débits futurs. Le tableau A1 illustre les composantes et les études pertinentes sur lesquelles la NDM se fonde.

Étant donné le niveau peu élevé des retraits d'eau prévus au total, les impacts se feront sentir surtout dans des conditions d'écoulement faible et, par conséquent, ne constitueront une menace importante que pour la qualité de l'eau et les éléments biologiques (pêches) de l'écosystème. Même si certains travaux ont été effectués sur la géomorphologie de la rivière et la végétation riveraine, cela ne suffit pas pour formuler des recommandations de NDM. Il est admis que, étant donné les niveaux prévus, les retraits d'eau par l'industrie de l'exploitation des sables bitumineux n'auront probablement aucun impact sur la géomorphologie de la rivière et la végétation riveraine. Selon la modélisation actuelle de la qualité de l'eau, il est prévu que, même dans des conditions de sécheresse extrême (des débits aussi faibles que 50 m³/s ont été modélisés, alors que le débit minimum enregistré entre 1957 et 2004 est de 75 m³/s), la qualité de l'eau risque très peu d'être un facteur limitant, et ce, pour les raisons suivantes  :

1. L'apport d'eau (évacuation) provenant des zones de récupération et du stockage sur place de l'eau touchée par le traitement ne deviendra pas un facteur important, tant que l'essentiel des retraits n'aura pas cessé.
2. La qualité des apports d'eau futurs respectera les lignes directrices en matière de protection de la vie aquatique.

Ainsi, à ce jour, la NDM se fonde sur les résultats de l'étude de l'habitat des poissons dans les segments 2 à 5 lors de la période d'eau libre et les segments 4 et 5 lors de la période où la surface est gelée. Les exigences concernant la végétation riveraine ont été prises en considération dans l'établissement du seuil de précaution (SP) durant la crue nivale sur la base de la recommandation de débit minimal pour les zones riveraines du bassin de la rivière Saskatchewan Sud (BRSS). Il est prévu que la CEMA poursuivra ses travaux et examinera toutes les composantes et tous les segments du cours inférieur de la rivière Athabasca.

Tableau A1. Études servant de base à la détermination de la NDM.

Biologie (habitat du poisson)

Il n'existe pas de méthode pour déterminer directement l'impact de la réduction d'eau disponible sur l'écosystème aquatique du cours inférieur de la rivière Athabasca et, à notre connaissance, de telles méthodes sont rarement mentionnées dans la documentation scientifique internationale. Comme dans la plupart des études sur la NDM, le modèle de la zone d'habitat du poisson versus les relations avec les débits a été utilisé pour le cours inférieur de la rivière Athabasca. Bien que l'utilisation de l'habitat du poisson constitue la meilleure pratique à l'heure actuelle, à l'avenir, l'élaboration de la NDM devrait inclure  :

• D'autres indicateurs de l'écosystème, comme la végétation riveraine ou les invertébrés benthiques si ces composantes sont considérées comme étant sensibles aux variations de débit.
• La modélisation de l'habitat du poisson n'a pris en considération que la profondeur et la vélocité. D'autres caractéristiques importantes de l'habitat du poisson comme le substrat, particulièrement au moment du frai, doivent être examinées.
• La modélisation sous les glaces en hiver qu'ont élaboré la CEMA et ses partenaires pour le cours inférieur de la rivière Athabasca est une première dans les études de la NDM. Il existe un intérêt pour le raffinement des modèles afin de simuler de façon plus réaliste les conditions sous les glaces et de formation des glaces.

Il existe, au sein de la CEMA, un groupe de travail technique sur la norme de débit minimal (GTTNDM) qui travaille sur les exigences en matière de surveillance et les besoins de recherche futurs. Ce travail sera un élément essentiel à l'adaptation à la phase 2 de la NDM.

Régime d'écoulement naturel

La documentation scientifique généralement reconnue sur la norme de débit minimal indique que le régime d'écoulement naturel est le meilleur moyen de protéger l'écosystème aquatique (Poff et al. 1997). La préservation des cycles saisonniers est importante puisque la rivière et l'écosystème qu'elle soutient sont un produit des forces énergétiques dégagées au cours des variations naturelles de débit. L'évolution biologique des poissons et des autres espèces aquatiques a fait en sorte qu'ils se sont adaptés aux variations du débit à des moments précis de l'année. Par exemple, des débits élevés sont nécessaires au printemps pour les espèces de poissons qui fraient à cette période de l'année, alors que d'autres espèces de poissons qui fraient en automne s'en tirent mieux dans les conditions typiques des faibles débits automnaux.

La préservation des fluctuations annuelles est importante pour maintenir la diversité des espèces de l'écosystème aquatique. Certaines espèces survivent mieux aux années de sécheresse alors que d'autres survivent mieux aux années de précipitations abondantes. Pour maintenir l'équilibre des proportions naturelles de ces espèces, les fluctuations d'année en année doivent être préservées.

Le régime d'écoulement naturel est reproduit au moyen d'une approche de retraits exprimés en pourcentages. Tant que le pourcentage de retrait ne sera pas trop élevé, la NDM reproduira les cycles hydrographiques naturels, avec des périodes de crues et de décrues aux bons moments de l'année.

Par ailleurs, il est reconnu que l'impact possible du retrait d'eau est au plus élevé lorsque les débits sont bas. Le pourcentage de retrait permissible est ainsi réduit lorsque les débits sont faibles afin de respecter cette sensibilité accrue de l'écosystème. Ce pourcentage s'établit à l'aide du débit de base de l'écosystème (DBE) ou d'un seuil de précaution (SP). Le DBE est le débit sous lequel il est recommandé de ne pas faire de retraits d'eau. Il est basé sur l'hypothèse que l'écosystème aquatique est plus sensible aux retraits d'eau lorsque les débits sont bas.

Paramètres de l'habitat

Pour évaluer les risques pour l'habitat du poisson, une série de paramètres de l'habitat ont été élaborés en Alberta afin d'aider à définir la NDM réglementaire. La méthode consiste à comparer les changements de condition dans la qualité de la superficie pondérée d'habitat (aire pondérée utile - APU) à l'aide de l'historique du débit naturel comparé au scénario proposé de retrait d'eau. Pour définir la NDM, le maximum  :

1. du débit correspondant à un indice de dépassement d'habitat de 80 % (débit HDA80), ou
2. de Q90 (pour protéger la végétation riveraine suivant la recommandation pour le BRSS)

a été utilisé comme seuil de précaution (SP) pour chaque semaine de l'année. La NDM a été établie au pourcentage le plus élevé de réduction du débit n'excédant aucun des paramètres en prenant pour acquis que le retrait d'eau n'excède pas le SP. Cette approche et ces paramètres ont été élaborés pour le BRSS. L'approche a été adoptée généralement en Alberta où on s'y réfère comme étant la méthode du BRSS. Les paramètres de cette méthode sont les suivants  :

• Perte moyenne – Une réduction de 10 % de la moyenne de l'habitat naturel pour le cycle biologique des poissons le plus sensible pour toute la période de simulation. Ce paramètre requiert que les débits élevés soient exclus pour la période de simulation (la période de simulation va de 1957 à 2004 pour le cours inférieur de la rivière Athabasca). Ce paramètre sert à examiner les incidences globales ou chroniques du retrait d'eau.
• Perte hebdomadaire maximale – Une réduction de 15 % de la moyenne de l'habitat naturel pour n'importe quelle semaine de l'année. Ce paramètre est calculé à partir du changement moyen dans le modèle d'habitat simulé pour chaque semaine de toutes les années (historique des débits du cours inférieur de la rivière Athabasca pour les semaines 1, 2, 3, etc., de 1957 à 2004). Il s'agit d'une vérification permettant de déterminer si le retrait d'eau a une incidence exagérée selon les saisons ou les semaines.
• Perte maximale de débit instantané – Une réduction de 25 % de l'habitat naturel à n'importe quelle semaine de n'importe quelle année. Ce paramètre sert à évaluer indépendamment chaque semaine de la période couverte par l'historique afin de trouver d'éventuels goulots d'étranglement de l'habitat. Chaque semaine de chaque année du modèle de simulation des retraits d'eau est comparée avec les débits naturels pour la semaine correspondante (par ex., semaine 43, 1964). Ce paramètre constitue également une vérification des goulots d'étranglement de l'habitat ou des incidences aiguës des retraits d'eau sur l'habitat.

La raison pour laquelle les débits élevés sont exclus est que le modèle ne simule pas correctement l'habitat du poisson lorsque les débits sont très élevés. L'ensemble de l'habitat du poisson atteint une certaine valeur maximale, qui diminue si les débits continuent d'augmenter. Par exemple, la laquaiche aux yeux d'or adulte dans le segment 5 atteint le sommet de la courbe à 1500 m³/s. Une réduction du débit de 2000 m³/s à 1800 m³/s entraîne mathématiquement un gain dans l'habitat utile. Le modèle est limité par les méthodes de sondage et, lorsque les débits sont élevés, les marges de la rivière n'offrent pas une simulation réaliste de la vélocité et de la profondeur. De plus, le modèle ne tient pas compte de l'influence modératrice de la végétation de la plaine inondable sur l'habitat du poisson lorsque les débits sont élevés.

Dans le cas de la rivière Athabasca, la méthode d'exclusion des débits élevés diffère légèrement par rapport à l'approche adoptée pour le BRSS. Tous les débits plus élevés que le maximum de la courbe débit/habitat pour chaque stade biologique ont été exclus de la période de l'historique. L'approche adoptée pour le BRSS, quant à elle, exclut tous les débits (élevés et bas) au cours des semaines où la médiane dépasse le maximum de la courbe débit/habitat.

À la différence de l'approche adoptée pour le BRSS, le cadre de gestion de la Phase 1 permet des retraits d'eau lorsque l'indice de dépassement se situe dans la fourchette de 80 % à 100 %. Ainsi, il est important de déterminer quelles seront les incidences sur l'habitat pour ces périodes plus sensibles. Les trois paramètres du BRSS ont été appliqués pour la fourchette de 80 à 100 % de l'indice de dépassement relatif à l'habitat. Cependant, les épisodes de débits élevés n'ont pas été exclus de la période couverte par l'historique dans le calcul de la perte moyenne de 80 à 100 %. Le tableau 2, dans le corps principal du Cadre de gestion, présente les résultats du calcul des paramètres relatifs à l'habitat dans l'ensemble et pour la fourchette de 80 à 100 % de l'indice de dépassement.

L'opinion générale se dégageant de travaux internationaux préconise des réductions de 10 à 20 % du débit lorsque l'indice de dépassement de débit se situe entre 80 % et 90 %, comme base pour l'évaluation des changements vers des conditions de risque élevé (p. ex., Brizaga et Arlington 2001, Tharme et King 1998, Clipperton et al. 2003). Les mêmes études indiquent aussi qu'il y a un débit minimal sous lequel il ne faut pas faire de retrait d'eau, un peu comme le concept EBF énoncé dans l'approche adoptée pour le BRSS. Une fois de plus, chacune de ces études suggère qu'un indice de dépassement de 80 % à 95 % relatif au débit entraîne une gamme d'incidences allant de mesurables mais recouvrables à graves et insoutenables.

AENV, l'ASRD (Alberta Sustainable Resource Development) et le MPO ont examiné conjointement les données sur la simulation de l'habitat et les contributions internationales à la détermination de la NDM, et ont effectué une évaluation additionnelle du seuil et des comparaisons statistiques de la perte d'habitat. Ces tests ont indiqué que le risque d'impacts sur les écosystèmes aquatiques commence à augmenter lorsque le débit atteint l'indice de dépassement relatif à l'habitat de 80 % (débit HDA80).

Résumé des valeurs-seuils de la NDM – Phase 1

Les résultats de la simulation de l'habitat indiquent qu'un retrait de 15 % est permissible jusqu'à ce que le débit soit abaissé jusqu'aux valeurs correspondant au seuil de précaution (SP). Le seuil de précaution est défini comme suit  : la valeur du débit correspondant à un indice de dépassement d'habitat de 80 % (HDA80) ou à un indice de dépassement de débit de 90 % (Q90), selon la plus élevée des deux valeurs. L'indice de dépassement de débit de 90 % a été adopté à partir de la recommandation pour le bassin de la rivière Saskatchewan Sud, comme minimum requis pour maintenir la végétation riveraine. Le HDA80 a été calculé pour chaque semaine et pour chaque espèce ainsi que pour chaque stade biologique pour lequel une courbe de qualité de l'habitat était disponible. La valeur la plus élevée, représentant l'espèce ou le stade biologique le plus sensible, a été choisie pour chaque semaine. Pour le segment 4, le meunier rouge adulte est l'espèce la plus sensible; c'est donc cette espèce qui définit le HDA80 pour la plupart des semaines, sauf au cours des dernières semaines de l'été où cet indice est défini par la laquaiche aux yeux d'or à l'état adulte.

Il existe un seuil de débit critique inférieur à celui du SP connu sous l'appellation de seuil de durabilité éventuelle (SDE). Le SDE a été défini comme étant l'indice de dépassement de débit de 95 %. La figure A1 illustre un exemple de zones de gestion des débits en relation avec les débits typiques du cours inférieur de la rivière Athabasca.

Figure A1 : NDM pour le cours inférieur de la rivière Athabasca indiquant les débits pour l'année moyenne (1958-2004)

Note : L'intention de cette figure est d'illustrer graphiquement les valeurs présentées dans le tableau 2 du corps principal du Cadre de gestion. Dans la zone verte, un maximum de 15 % de débit instantané serait disponible pour le retrait d'eau au lieu de la différence entre le débit instantané et la démarcation entre les zones verte et jaune (le SP).

Le seuil de précaution – zone jaune

La zone jaune est la zone où les impacts peuvent commencer à se faire sentir, à condition que les restrictions de la zone verte aient été respectées. On croit que les incidences du retrait d'eau, s'il y a retrait, dans cette zone seraient de courte durée. Lorsque les débits se situent dans la zone jaune, le maximum de retraits cumulatifs ne devrait pas excéder 10 % du débit instantané de la rivière. Puisqu'il est difficile de mettre en œuvre des restrictions sur le débit instantané, la méthode a été modifiée pour utiliser 10 % de la limite entre la zone verte et la zone jaune et de la limite entre la zone jaune et la zone rouge. La différence entre cette approche et l'approche basée sur le débit instantané durant les semaines d'hiver est dans la marge d'erreur d'arrondissement. La réduction de 10 % est conforme à la documentation scientifique internationale indiquant les effets prévus lorsque les propriétés hydrauliques sont modifiées de plus de 10 % à un indice de dépassement de débit se situant entre 80 et 90 % (Brizga et Arthington 2001). La réduction de 10 % est restreinte davantage par le maximum des limites de retrait d'eau. Les retraits cumulatifs maximums sont limités à 15 m³/s en hiver, lorsque la surface est gelée, et à 5 % du débit HDA80 ou 34 m³/s, selon le chiffre le plus bas, lors du frai, et à 34 m³/s pendant le reste de la période d'eau libre.

Les semaines d'hiver sont les semaines 1 à 15 (du 1er janvier au début d'avril) et les semaines 44 à 52 (de la fin octobre à janvier), le frai a lieu pendant les semaines 16 à 24 (d'avril au début juin), et le reste des semaines d'eau libre (été) sont les semaines 25 à 43.

Figure A2

Seuil de durabilité éventuelle – zone rouge

Le terme « seuil de durabilité éventuelle » (SDE) correspond à la démarcation entre les zones jaune et rouge, seuil qui est défini comme étant l'indice de dépassement de débit de 95 %. Il s'agit de la zone où les impacts du retrait d'eau peuvent être importants et à long terme, selon la durée et la fréquence des retraits d'eau. En conséquence, les retraits d'eau doivent être gérés avec précaution dans cette zone. Deux analyses ont été utilisées pour déterminer le total du retrait d'eau cumulatif permis dans la zone rouge  :

1. Une approche d'intervalle de confiance pour déterminer les limites du changement significatif pour s'assurer que les conditions de faible débit critiques existantes ne s'aggravent pas de façon significative.
2. Une évaluation du changement de fréquence et de durée des conditions rouge et jaune pour s'assurer que la durée d'exposition au débit faible n'augmente pas de façon significative.

Pour évaluer l'importance de l'augmentation de la gravité des conditions de faible débit, l'historique des débits hebdomadaires moyens a été utilisé afin d'établir des intervalles de confiance à 90 % (CI90) pour l'habitat disponible pour les espèces les plus sensibles en hiver (meunier rouge - LNSC). La fourchette de données sur l'habitat dans la zone CI90 a été reconvertie par rapport à la fourchette correspondante dans les données sur le débit. Les valeurs de débit se situaient toujours entre +/- 6,6 et 7,7 m³/s durant les semaines d'hiver 1 à 13 et jusqu'à 25 m³/s en incluant toutes les semaines d'hiver. Pour faciliter la mise en œuvre, l'intervalle de confiance unique du débit pour chaque semaine a été converti en un pourcentage du débit hebdomadaire médian. Ce pourcentage se situe entre 4 % et 8 %, sans inclure les variables les plus extrêmes au cours des semaines du printemps, et il se situe en moyenne à 5,23 % du débit hebdomadaire médian pendant toutes les semaines d'hiver, sauf les semaines 44 et 45. Les semaines 44 et 45 n'ont pu être incluses parce que les débits au cours de ces deux semaines sont au-delà (trop élevés) de l'amplitude des courbes de l'habitat en hiver qui sont utilisées pour prévoir la perte d'habitat. L'exclusion de ces deux semaines assure un cadre de gestion de l'eau permettant une meilleure protection puisque les variations extrêmes au cours de ces deux semaines feraient augmenter l'intervalle de confiance. Une limite de retrait d'eau respectant le SDE fixé à 5,2 % du débit hebdomadaire médian est considérée comme offrant un niveau satisfaisant de détectabilité statistique. Cette approche utilise efficacement l'importance statistique pour déterminer une approximation de l'importance biologique. En plus de la limite de retrait d'eau de 5,2 % du SDE, AENV et le MPO proposent une limite supérieure de 15 m³/s lorsque la rivière est couverte de glace, et de 5 % du débit HDA80 ou 34 m³/s, selon le débit le moins élevé au cours des périodes du frai et d'eau libre en été.

Pour valider cette approche, AENV et le MPO proposent d'apporter des changements dans la fréquence et la durée des conditions jaune et rouge selon des réductions graduelles du débit hebdomadaire médian de 1 à 15 m³/s. Une réduction de 5,2 % des débits hebdomadaires médians à un maximum de 15 m³/s entraîne une augmentation maximale de la fréquence et de la durée de la zone rouge inférieure à 15 %, ainsi qu'un déclin moyen de 4 % de l'habitat disponible pour les conditions jaune et rouge combinées.

Changement climatique

L'élaboration de la NDM et du système de gestion de l'eau est basée sur l'information disponible concernant l'historique des débits de la rivière Athabasca. Si le changement climatique devait provoquer des baisses générales de débit, les restrictions du cadre de gestion s'appliqueraient plus fréquemment. Si les débits devaient augmenter de façon générale, les restrictions sur les retraits d'eau s'appliqueraient moins fréquemment.