Dynamiques hydrologiques d’un petit bassin versant arctique, rivière Niaqunguk, Iqaluit, Nunavut

Abstract

Même si des avancées importantes ont été réalisées au cours des dernières années quant à la compréhension des dynamiques hydrologiques des environnements de pergélisol, un manque de connaissances limite toujours notre capacité à prédire précisément les impacts dynamiques hydrologiques des bassins versants Arctique. Ce mémoire se divise selon deux principales études effectuées respectivement à l’échelle d’une pente et à l’échelle du bassin versant de la rivière Niaqunguk, près d’Iqaluit, Nunavut, ont été réalisées. La première étude démontre que les dynamiques de drainage d’une pente sont intrinsèquement liées aux patrons de dégel de la couche active du pergélisol. Les connaissances développées à l’échelle de la pente ont été essentielles à la compréhension des dynamiques émergentes à l’échelle du bassin versant. Quatre périodes hydrologiques distinctes correspondant au début de la fonte des neiges, à la récession de la fonte, au débit de base et aux crues estivales ont été délimitées selon les caractéristiques physicochimiques de l’eau échantillonnée dans le bassin versant de la rivière Niaqunguk. Les principaux processus associés à ces périodes sont respectivement la contribution de la fonte des neiges, la distinction entre la contribution des neiges résiduelles et des lacs, les écoulements à travers la portion minérale de la couche active et les écoulements en surface à travers la microtopographie de la couche organique. Globalement, cette recherche propose des connaissances fondamentales qui sont essentielles à la compréhension des dynamiques hydrologiques en milieu de pergélisol. De plus, elle fournit des connaissances significatives pour une exploitation durable de la rivière comme source d’eau potable.

Despite recent advances in the hydrological knowledge of permafrost regions, precise predictions or modelling of hydrological dynamics in Arctic watersheds remains difficult. In this master thesis a combination of field measurements, chemistry and statistical analysis were conducted at the hillslope scale and at watershed scale within the Niaqunguk River catchment, to improve our understanding of the processes controlling the water delivery to rivers in permafrost landscape. The first study show that hillslope drainage dynamics were intrinsically linked to permafrost active layer thawing patterns. The microtopography of the surficial organic layer has a great influence on the distribution across the hillslope, by first enhancing the accumulation of water in surficial depressions, which in return enhance localized thaw and the accumulation of water in subsurface depressions. The second study conducted at the watershed scale allowed to delineated, based on the particularities of the water chemistry along the river network, four distinct periods, corresponding respectively to early snowmelt, snowmelt recession, baseflow and summer rainfall events. Since dominant hydrological processes within the watershed changed from one period to another, this period division is relevant the understand the behaviour of the river system. The primary processes associated with each of the four periods were: snowmelt contributions, the distinction between late lying snowpack melt and lake contributions, subsurface flows through mineral deposits and surface flows through the organic layer. Fundamental hydrological knowledge generated in this research will greatly help to improve our ability to predict the response of Arctic hydrological systems to climate changes, but is also indispensable for a sustainable management of a future exploitation of the Niaqunguk River as a potable water for the City of Iqaluit.