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Characterization of hydrological processes of a glaciarized watershed catchment in Canadian St. Elias Mountains using natural tracers

Bouchard, Émilie (2016). Characterization of hydrological processes of a glaciarized watershed catchment in Canadian St. Elias Mountains using natural tracers. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Changes in the hydrological processes of alpine glacierized watersheds have been observed in most regions of the world. These have an important impact on water resources and can affect downstream ecosystems and populations. Subarctic catchments such as those found in southern Yukon (Canada) are particularly sensitive to climate related hydrological changes. To further understand the ongoing evolution of subarctic hydrological systems, we applied natural tracers based investigations in the Saint-Elias mountain range of the Yukon. Our study site consisted of a small watershed, named B for logistical reasons, of the upper Duke watershed. B watershed contains three small glaciers numbered B1 to B3 from largest to smallest.

The main goal was to identify water sources using hydrochemical signatures and their relative contributions to outflows in the catchment as well as using the method to identify sources contributing during the diurnal cycle.

During the summer of 2015, extensive sampling of watershed B resulted on a spatial analysis of all three glaciers and a temporal analysis on the entire watershed. Samples were analyzed for organic carbon, major ions and heavy stable water isotopes (δ18O and δ2H). The resulting dataset was then processed using statistical methods and the hydrochemical basin characterization method (HBCM) for a qualitative and quantitative analysis. In this study, end-members were separated using pH, electrical conductivity, potassium, magnesium and sulfate concentrations.

Results show that on the sampling period, watershed outflows consisted mainly of glacier meltwater with a non-negligible contribution of other water sources such as ice-cored moraines. B1 glacier was found contributing 59.43% at low temperature and radiation and 69.06% during a high temperature and radiation day, while inversely B2 and B3 combined contribution were 35.66% and 29.89% during those days. The use of HBCM on samples collected over the diurnal cycle was an experimental approach; it showed positive results separating glacial and non-glacial sources.

The HBCM proved to be successful in the B valley, and therefore present a high possibility of success for the hydrochemical characterization of the entire upper Duke watershed.

Résumé traduit

Dans plusieurs régions du monde, des changements dans les processus hydrologiques des bassins versant glaciaires alpins ont été noté; ceux-ci ont un impact important sur les ressources en eau et peuvent affecter les écosystèmes et les populations en aval. Les bassins subarctiques tels que ceux trouvés dans le sud du Yukon (Canada) sont particulièrement sensibles aux changements hydrologiques liés au climat. Pour mieux comprendre l’évolution et l’impact de ces changements sur les systèmes hydrologiques subarctiques, nous avons porté enquête dans la chaîne de montagne Saint-Elias au Yukon en utilisant les traceurs hydrochimiques naturels pour interpréter les contributions glaciaires. Notre site d’étude est un petit bassin versant qui se verse dans la partie supérieure du bassin versant Duke, la vallée ainsi surnommée B contient trois glaciers numérotés de B1 à B3 du plus grand au plus petit.

L’objectifs principal était d’identifier les sources d’eau en utilisant les signatures hydrochimiques distinctes de chacune, ainsi que déterminer leurs contributions relatives au volume total à l’exutoire du bassin. La méthode a aussi été utilisée pour identifier les contributions relatives au cours du cycle diurne.

Durant l’été 2015, un échantillonnage centralisé sur le bassin B a donné lieu une analyse spatiale pour les trois glaciers et une analyse temporelle du bassin entier. Les échantillons ont été analysés pour le carbone organique, les ions principaux et les isotopes stables lourds de l’eau (δ18O and δ2H). L’ensemble de données a été soumis à des méthodes statistiques et au modèle de mélange du hydrochemical basin characterization method (HBCM) pour les analyses qualitative et quantitative. Les contributeurs ont été séparés à l’aide du pH, la conductivité électrique et les concentrations de potassium, magnésium et sulfate.

Les résultats montrent que durant la période d’échantillonnage la majorité du volume d’eau provient des eaux de fonte avec une quantité négligeable des sources souterraines telles que les moraines. Le glacier B1 contribue la majorité du volume total (59,43% - 69,06%) dépendamment des conditions externes telles que la température et la radiation solaire. L’utilisation de HBCM sur l’échantillonnage du cycle diurne a montré des résultats positifs en séparation glaciaire, mais la méthode reste expérimentale, par contre son succès dans le bassin B démontre une forte possibilité de réussite pour la caractérisation du bassin Duke entier.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of the requirements for a master's degree with thesis in environmental engineering". Bibliographie : pages 105-116.
Mots-clés libres: Hydrologie des bassins hydrographiques. Bassins de montagne Saint-Elias, Monts. Bassins de montagne Yukon. Glaciers Écoulement. Cours d'eau Chimie. Eau Chimie. Traceurs (Chimie) Isotopes stables. Modèles hydrologiques. Cycle hydrologique. Hydrologie des bassins hydrographiques Facteurs climatiques. hydrochimie, traceurs naturels, bassin versant, modèles de mélange
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Baraër, Michel
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de l'environnement
Date de dépôt: 23 janv. 2017 21:11
Dernière modification: 23 janv. 2017 21:11
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1801

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