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Expertise hydrique et barrages

Débits d'étiage aux stations hydrométriques du Québec

  1. Introduction
  2. Description des données
  3. Traitement des données : analyse fréquentielle locale
  4. Cartographie
  5. Conclusion
  6. Référence citée

1. Introduction

La présente étude a pour objectif de calculer et de cartographier les débits d’étiage aux stations hydrométriques du Québec. Cette cartographie permet à l’utilisateur d’obtenir un tableau rapide des débits d’étiage connus sur le territoire québécois.

Trois valeurs différentes de débits d’étiage ont été calculées pour deux périodes, soit les périodes annuelle (du 1er janvier au 31 décembre) et estivale (du 1er juin au 31 octobre, eau libre). Ces trois valeurs sont les débits d’étiage de récurrence de deux ans et de dix ans calculés sur une plage de sept jours consécutifs (Q2,7 et Q10,7) et le débit d’étiage de récurrence de cinq ans calculé sur une plage de 30 jours consécutifs (Q5,30). Les unités sont exprimées en m³/s.

Pour chacune de ces trois valeurs, les débits spécifiques, c’est-à-dire le débit total divisé par la superficie du bassin versant à l’endroit de la station hydrométrique, ont été cartographiés. Les unités sont alors exprimées en l/s/km2.

La section « Débits d’étiage » du site Web comporte les cartes des débits spécifiques d’étiage aux stations hydrométriques du Québec ainsi qu’un tableau (format PDF, 134 ko) contenant les débits d’étiage évalués. Le tableau contient certaines informations pertinentes qui n’apparaissent pas sur les cartes, par exemple les périodes de données utilisées.

Ce document a pour but de présenter et de vulgariser les résultats des analyses qui ont mené à la détermination des débits d’étiage. Des informations supplémentaires concernant les détails techniques peuvent être obtenues en contactant le Centre d'expertise hydrique du Québec (CEHQ).

2. Description des données

Les débits d’étiage cartographiés proviennent d’une analyse d’hydrologie fréquentielle effectuée à des stations hydrométriques qui disposent de dix années ou plus d’enregistrements valides en régime d’écoulement naturel ou peu influencé. Pour la période annuelle, 148 stations hydrométriques ont été retenues, tandis que 149 stations ont été retenues pour la période estivale. Ces stations ont des bassins versants variant de 1 km² à 56 919 km², avec une médiane de 1 144 km² et une moyenne de 4 598 km².

Au fil du temps, de nouvelles stations hydrométriques sont ouvertes et d’autres sont fermées. Il arrive qu’une station soit fermée et remplacée par une nouvelle. Celle-ci peut se trouver au même endroit, plus en aval ou plus en amont sur la rivière. Il est alors possible de fusionner les données enregistrées à ces stations afin d’en obtenir une seule série. Une fusion peut aussi impliquer plusieurs stations hydrométriques.

Plusieurs débits d’étiage calculés proviennent de la fusion de deux ou trois stations hydrométriques. Ces stations fusionnées sont présentées dans le tableau (format PDF,  134 ko), par exemple, sous la forme 011204_01 (station de la rivière Nouvelle). Cela signifie que les statistiques ont été évaluées avec les données de la station 011201 fusionnées avec celles de la station 011204 (qui est la plus récente). Lorsque la superficie du bassin versant entre les stations fusionnées est significativement différente, on transpose toutes les données journalières des stations les plus anciennes au bassin versant de la station la plus récente avant de procéder à l’analyse statistique.

En général, seules les données enregistrées après 1970 ont été considérées dans les analyses statistiques afin de s’assurer que celles-ci ont été recueillies par des instruments automatiques et qu’elles sont de meilleure qualité. La période utilisée indiquée dans le tableau est la période maximale, c’est-à-dire que certaines années à l’intérieur de la période peuvent ne pas avoir été utilisées si plusieurs données étaient manquantes ou si elles n’avaient pas été validées par le personnel du CEHQ.

3. Traitement des données : Analyse fréquentielle locale

L’analyse fréquentielle locale vise à obtenir une estimation de différents quantiles de débits d’étiage pour les plages (le nombre de jours consécutifs) et les récurrences retenues dans le cadre de la présente cartographie (Q2,7, Q10,7 et Q5,30). Cette estimation est obtenue en ajustant des distributions statistiques aux séries de données appropriées.

Pour chaque station hydrométrique, deux séries de données doivent être produites, soit une série de débits calculés sur une plage de sept jours consécutifs et une autre calculée sur une plage de 30 jours consécutifs. Les minimums sont par la suite extraits de chacune des séries pour les périodes annuelle et estivale. Les distributions statistiques sont ajustées sur ces séries de minimums.

La validation des séries de débits minimums est effectuée à l’aide de tests statistiques, d’analyses graphiques, d’analyses comparatives, etc. Les données jugées invalides ne sont pas utilisées. Les tests statistiques de stationnarité (Kendall) et d’indépendance (Wald-Wolfowitz) sont appliqués à chaque série utilisée.

Il arrive que des stations hydrométriques soient déplacées, que leur section de contrôle évolue avec le temps ou que les instruments de collecte ou de mesure soient remplacés. Cela entraîne un changement des conditions de prise de données. Un tel changement peut entraîner la non-stationnarité ou la dépendance d’une série de données. L’ajustement d’une loi statistique sur de telles séries est inadéquat. Les stations dont la série de données est non stationnaire ou dépendante ne sont pas présentées.

Les séries non stationnaires ou dépendantes obtiennent un niveau de signification inférieur à 1 % au test statistique correspondant. Il existe aussi des séries non stationnaires ou dépendantes qui ont une statistique dont le niveau de signification varie de 1 % à 5 %. Leur non-stationnarité et leur dépendance sont plus faibles, et ces données doivent être utilisées avec discernement.

L’ajustement des fonctions de distribution est réalisé à l’aide du logiciel Hyfran (Bobée et al., 1999) conçu par l’Institut national de la recherche scientifique - Eau, Terre et Environnement (INRS-ETE). Le critère d’information bayésien est utilisé pour déterminer la distribution qui s’ajuste le mieux aux données étudiées. Par la suite, on examine les distributions choisies à l’aide de ce critère et on peut les modifier afin d’uniformiser les résultats des différents quantiles estimés. Par exemple, il peut arriver qu’un quantile pour la période de 30 jours soit inférieur au même quantile évalué sur la période de sept jours en raison d’un choix de loi différent. Cela n’est pas logique, et les lois peuvent alors être modifiées afin d’harmoniser les quantiles. Lorsque la loi est ajustée à la série étudiée, les quantiles voulus sont alors disponibles.

Par la suite, les quantiles de débits spécifiques d’étiage sont obtenus en divisant le débit d’étiage par la superficie du bassin versant à la station hydrométrique. Les intervalles de confiance ne sont pas présentés.

4. Cartographie

Deux séries de huit cartes ont été produites pour la cartographie des débits d’étiage. Il y a une série pour les débits spécifiques d’étiage annuels et une autre pour les débits spécifiques d’étiage estivaux. Les débits d’étiage totaux estimés aux stations hydrométriques sont présentés dans un tableau (format PDF, 134 ko).

Pour chacune des stations hydrométriques (représentées sur les cartes par un triangle rouge), le numéro de station, les trois quantiles sélectionnés (Q2,7, Q10,7 et Q5,30), ainsi que la superficie du bassin versant à la station sont inscrits dans une boîte d’information. Cette boîte prend la forme suivante :

Une couleur a été associée à chacune des informations afin de faciliter la lecture, mais celle-ci peut se faire facilement sur une reproduction en noir et blanc.

Une station hydrométrique peut se retrouver sur plusieurs cartes lorsque ces dernières se recoupent. La division du territoire a été faite sur la base des régions hydrographiques du territoire avec l’objectif de représenter le plus globalement possible l’information, tout en ayant une précision convenable.

5. Conclusion

L’objectif de cette étude était de calculer et de cartographier les débits d’étiage aux stations hydrométriques du Québec dans le but de permettre à l’utilisateur d’obtenir un tableau rapide des débits d’étiage connus sur le territoire québécois.

6. Référence citée

BOBÉE, Bernard, FORTIN, Vincent, PERREAULT, Luc et Hugues PERRON (1999). Hyfran 1.0 (logiciel hydrologique : Chaire en hydrologie statistique CRNSG/Hydro-Québec), INRS-Eau, Terre et Environnement, Université du Québec, Québec.

 

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