Cartographie et suivi du contenu en eau de la neige à l’aide de mesures géoradar dronoporté récurrentes

Valence, Eole (2022). Cartographie et suivi du contenu en eau de la neige à l’aide de mesures géoradar dronoporté récurrentes. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le couvert neigeux saisonnier joue un rôle hydrologique important dans les régions nordiques et alpines. En modifiant le parcours et la vitesse des écoulements, les propriétés internes du manteau neigeux dictent la répartition de l’eau de fonte entre les cours d’eaux et les eaux sous-terraines. Ce phénomène est d’autant plus remarquable durant les évènements de pluie sur neige : en modifiant la vitesse d’écoulement de l’eau, le couvert neigeux modifie la quantité d’eau se déversant à l’exutoire d’un système, favorisant ainsi le risque d’inondations et d’embâcles.

Les récentes observations et modélisations prédisent une augmentation du nombre d’évènements de pluie sur neige dans de nombreuses régions froides à travers le globe. Ces événements provoquent une augmentation de l’intensité et du nombre d’embâcles et d’inondations hivernales. Afin de mieux prévoir les conséquences hydrologiques de l’augmentation des phénomènes de pluie sur neige, il est nécessaire de mieux comprendre les processus et les paramètres qui influencent la libération de l’eau liquide retenue dans le pack de neige. Basé sur les mesures effectuées durant l’hiver 2020-2021 au bassin versant expérimental de Sainte-Marthe, l’objectif de cette étude est de développer une approche multiméthode permettant de mesurer les propriétés internes du pack de neige.

Les mesures fournies par la station météorologique du bassin versant expérimental de Sainte- Marthe ont permis d’identifier la période d’ablation de l’hiver, ainsi que les évènements de pluie sur neige, et enfin, de valider les observations fournies par les autres méthodes de mesures. De plus, l’utilisation de photogrammétrie par drone a permis de déterminer les hauteurs de neige sur toute la surface d’étude sur une base hebdomadaire. Combiné aux mesures géoradar (GPR) réalisées chaque semaine à l’aide de drone, ces mesures ont permis de faire un suivi de l’humidité du couvert neigeux. Chacune des prises de mesures durant la période d’ablation du couvert neigeux a permis de créer des cartes d’humidité du pack de neige de la station principale du bassin versant. Pour compléter ces mesures hebdomadaires, la disposition d’appareils mesurant la réflectométrie temporelle (TDR) a permis d’interpréter les mouvements d’eau intra-pack. L’évolution des conditions du pack de neige constatée à l’aide des mesures dronoportées peut être interprété grâce aux suivis TDR réalisés en plusieurs points durant cette même période. Finalement, des mesures manuelles ont été effectuées pour valider les différentes mesures et interprétations permises par les autres méthodes.

L’hiver 2020-2021 a montré l’intérêt et le potentiel de cette approche multiméthode. L’utilisation de GPR dronoporté a permis de montrer l’évolution des propriétés hydrologiques du pack de neige durant la saison d’hiver. De plus, l’ajout du suivi de l’humidité du pack de neige à l’aide de TDR semble parfaitement complémentaire aux observations fournies par drones.

Titre traduit

Capturing the spatiotemporal variability of snowpack hydrological characteristics using a UAV based GPR

Résumé traduit

Seasonal snow cover plays an important role in northern and alpine hydrology. By modifying the flow path and velocity, the internal properties of the snowpack dictate the distribution of melt water among water courses and groundwater. This phenomenon is even more remarkable during rain-on-snow events: by modifying the flow velocity of the water, the snowpack modifies the quantity of water discharging at the outlet of a system, increasing risk of flooding and ice jams.

Recent observations and modelling predict more rain-on-snow events in many cold regions around the world for the future years. This could lead to an increase in the intensity and amount of ice jams and winter floods. A better understanding of processes and internal parameters influencing snowpack release of water is needed to predict the hydrological consequences of rain-on-snow increase. Based on winter 2020-2021 observations at the Sainte-Marthe experimental watershed, this study aims to develop a multi-method approach to measure the internal properties of the snowpack.

Sainte-Marthe experimental watershed automatic weather station allows the identification of 2020-2021 winter ablation period, as well as identification of rain-on-snow events and validation of snow properties measurements. In addition, the snow depth over the studied area was determined on a weekly basis with drone-based photogrammetry. During the ablation period, maps of snow liquid water content were created with the combination between snow depth data and drone-based ground-penetrating radar (GPR) survey. The snowpack internal properties evolution between drones’ measurement was monitored with time domain reflectometry (TDR), and finally, the snowpack properties evolution was validated during manual measurements each week.

The winter of 2020-2021 demonstrated the value and potential of this multi-method approach. The snowpack hydrological properties evolution was evaluated with drone-based GPR measurement over the 2020-2021 ablation period. In addition, the combination between GPR observation and TDR measurement has shown to be adapted to monitor the snowpack moisture winterlong.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire par article présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 53-58).
Mots-clés libres:	manteau neigeux, hydrologie, GPR, TDR, drones
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Baraër, Michel
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	23 juin 2022 13:20
Dernière modification:	23 juin 2022 13:20
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2975

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