Effet de l’asynchronisme des crues sur l’ajustement des profils longitudinaux de tributaires du fleuve Moulouya, Maroc

Cet article examine l’effet des barrages sur le synchronisme des crues du fleuve Moulouya (Maroc) ainsi que les incidences sur l’ajustement morphologique de ses tributaires intermittents. Une analyse comparative des débits mensuels moyens enregistrés de part et d’autre des infrastructures de retenue montre une diminution du débit moyen de 52 % et une diminution des débits annuels maximaux de 33 %. Les fréquences des débits mensuels qui dépassent des seuils de 50, 75 et 100 m³•s-1 sont respectivement diminuées de 55, 47 et 22 %. L’interception des eaux nivèle les variations intermensuelles et conduit à une homogénéisation du régime des débits (le coefficient d’immodération des valeurs médianes passe de 8,99 à 1,23). L’analyse de la coïncidence temporelle des crues indique que l’activation du tronçon principal à l’aval des infrastructures est indépendante des apports perçus à l’amont. La description de profils longitudinaux de tributaires situés à l’aval des infrastructures révèle plusieurs singularités morphologiques, tels des profils convexes, ruptures de pentes et formes d’accumulation perchées sur la plaine alluviale. Trois modèles d’ajustements morphologiques (convexe, mixte et par inondation) sont proposés pour expliquer ces singularités et reposent sur la nature du synchronisme hydrologique entre le tronçon principal et ses affluents. Le modèle d’ajustement convexe est lié à un type d’activation hydrologique synchrone (tronçon principal et tributaire actif) et permet d’expliquer la présence de profils convexes. Le modèle d’ajustement mixte est associé à une activation hydrologique asynchrone (tributaire actif et tronçon principal inactif) et explique l’incision et le prolongement de tributaires ainsi que des formes d’accumulation perchées sur la plaine alluviale. Enfin, le modèle d’ajustement par inondation (tronçon principal actif et tributaire inactif) rend compte des indices de mauvaise intégration tels que les ruptures de pente. Il est suggéré que l’effet d’asynchronisme des crues induit par les barrages est le principal facteur qui détermine le type d’ajustement morphologique des tributaires dans les environnements semi-arides.This paper looks at the effect of dam impoundments on the flood synchronicity of the Moulouya River (Morocco) and its consequences on the morphological adjustments of its ephemeral tributaries. The comparative analysis of monthly discharges measured upstream and downstream of the dams shows a diminution of 52% of mean discharges and a diminution of 33% of annual maximum discharges. The frequencies of discharges reaching 50, 75 and 100 m³•s-1 values are respectively reduced by 55, 47 and 22%. Monthly variations are levelled and this leads to a homogeneous discharge regime (coefficient of immoderation for median values decreases from 8.99 to 1.23). Flood coincidence in time is assessed and shows that downstream discharges are independent of upstream discharges. The description of longitudinal profiles of tributaries downstream of the dams reveals morphological singularities such as convex profiles, perched accumulation forms on the alluvial plain and knickpoints. Three models of morphological adjustments (convex, mixed and by flooding) based on the synchronicity of floods between the main channel and its tributaries are proposed to explain these morphological observations. The convex adjustment model occurs when floods are synchronous and explains the observation of convex profiles. The mixed adjustment model occurs when tributaries are flooded and the main channel remains to its base level and explains morphological forms such as scouring of tributaries or perched accumulation forms on the alluvial plain. Finally, the model of adjustment by flooding occurs when the main channel is activated and the tributaries remain inactive and explains knickpoints and the lack of integration observed at the mouths of the tributaries. Asynchronous flooding induced by dam impoundments is proposed as the main factor affecting tributary adjustments in semi-arid environments

Géomorphologie et diversité végétale des marais du Cap Marteau et de l’Isle-Verte, estuaire du Saint-Laurent, Québec

Cet article traite de l’influence des caractéristiques géomorphologiques et sédimentologiques sur la diversité végétale de trois marais de l’estuaire maritime du Saint-Laurent soumis aux mêmes conditions marégraphiques, mais situés à des degrés contrastés d’exposition aux processus marins. Des inventaires biophysiques de plus de 1 500 quadrats de 1,5 m x 1,5 m et une cartographie morphosédimentologique ont été effectués dans ces marais. Les résultats indiquent que la diversité végétale des marais actuels est fortement influencée par la combinaison des types de substrat et de la topographie découlant de la morphosédimentologie quaternaire et récente. L’équilibre entre les processus d’érosion et de sédimentation, contrôlés en partie par le degré d’exposition des marais aux processus marins, joue également un rôle important sur la diversité végétale des marais. Celle-ci, exprimée par l’indice de Shannon et la richesse végétale, atteint des valeurs maximales sur le schorre supérieur. Comme cette partie du marais est particulièrement sensible aux changements pouvant survenir dans le régime sédimentaire, la diversité végétale constitue un indicateur de l’état d’équilibre hydrosédimentaire des marais.The objective of this paper is to examine the relationship between the plant diversity and the morphosedimentological characteristics of three tidal marshes of the Lower St. Lawrence estuary. These marshes are subject to similar tidal conditions, but are exposed to contrasted degrees of exposure to marine processes. Plant inventory and detailed mapping of 1 500 plots have been realised in the marshes. The analysis of the vegetation diversity and the geomorphological characteristics (topography, substratum) suggest that the plant diversity is strongly linked to the geodiversity. This is explained by the combination of the types of substratum and the topography which derive from the Quaternary and recent morphosedimentology. The processes of erosion and sedimentation, controlled by the degree of exposure, also play a role in the plant diversity of the marshes. It appears that the plant diversity (Shannon index and species richness) peaks within the upper marsh. Because this region is highly sensitive to changes in the sedimentary budget, our results suggest that the plant diversity is a good indicator of the hydrosedimentary state of the marsh

Gravel-bed river morphodynamics and large wood dynamics

International audienceThe gravel-bed rivers of the Gaspé Peninsula, Québec (Canada), a coastal drainage system of the St. Lawrence estuary, receive and transport vast quantities of large wood. The rapid rate of channel shifting caused by high-energy flows and noncohesive banks allows wood recruitment that in turn greatly influences the river morphodynamics. The delta of the Saint-Jean River has accumulated wood since 1960, leading to frequent avulsions over that time period. The wood raft in 2014 was more than 3-km long, which is unusual but natural. The jam configuration allows a unique opportunity to estimate a wood budget and to better understand the interactions between river morphodynamics and large wood flux at the basin scale. Airborne and ground photo/video images are used to evaluate channel changes, to determine the wood transport rates and the wood volume introduced by erosion and the wood deposited in the raft. Annual surveys were carried out from 2010 to 2013 to locate and describe more than 1000 jams and 2000 individual pieces of wood along the upstream 60 km long river section. Analysis of the morphodynamic trajectory of the river since 1960 (eroded floodplain, channel width, gravel-bar evolution, stream power…) combined with repeated field surveys allowed defining the morphological characteristics as well as the jam configuration that control wood mobility and deposit. The results indicate that the volumes of woods deposited along the 60 km section are 4 times higher in 2013 than in 2010. Increase in wood amount occurs mainly in upper alluvial sections whereas decrease is observed in the semi-alluvial sections. Wood transport rate and raft lengthening are only partly linked to peak flows so that some threshold conditions can control wood transfer within the basin. The four years analysis of the large woods dynamics in Saint-Jean river can assist river managers and develop management tools and strategies to deal with large wood in medium to large rivers and in rivers of cold areas

Implementation and validation of large wood analysis for wood budgeting in a semi-alluvial river

International audienceThe semi-alluvial rivers of the Gaspé Peninsula, Québec (Canada), recruit and transport vast quantities of large wood. The rapid rate of channel shifting due to high-energy flows and non-cohesive banks allows the recruitment of large quantities of wood that in turn greatly influence river dynamics. The delta of the Saint-Jean River has accumulated a flux of wood since 1960, creating frequent avulsions, and now has a wood raft of more than 3 km in length. The Raft of the Saint-Jean River on the Gaspé Peninsula, Québec, Canada is an exceptional amount of wood that is unusual but natural. The river has complex large-wood dynamics that promote the formation of large wood jams in the river delta. The jam configuration allows a unique opportunity to apply a wood budget at the scale of a long river corridor and to better understand dynamics of large wood in river. A wood budget includes the evaluation of wood volumes (i) produced by bank erosion (input), (ii) still in transit in the river corridor (deposited on bars or channel edges), and (iii) accumulated in the delta (output). The budget is based on an analysis of aerial photos dating back to 1963 as well as surveys carried out between 2010 and 2014, all of which were used to locate and describe large wood accumulations along a 60 km river section. Understanding the interannual large wood dynamics in the Saint-Jean River can assist river managers determine sustainable solutions for the issue of wood rafts

Near-bed and surface flow division patterns in experimental river bifurcations

Understanding channel bifurcation mechanics is of great importance for predicting and managing multichannel river processes and avulsion in distributary river deltas. To date, research on river channel bifurcations has focused on factors determining the stability and evolution of bifurcations. It has recently been shown that, theoretically, the nonlinearity of the relation between sediment transport and flow discharge causes one of the two distributaries of a (slightly) asymmetrical bifurcation to grow and the other to shrink. The positive feedback introduced by this effect results in highly asymmetrical bifurcations. However, there is a lack of detailed insight into flow dynamics within river bifurcations, the consequent effect on bed load flux through bifurcating channels, and thus the impact on bifurcation stability over time. In this paper, three key parameters (discharge ratio, width-to-depth ratio, and bed roughness) were varied in order to examine the secondary flow field and its effect on flow partitioning, particularly near-bed and surface flow, at an experimental bifurcation. Discharge ratio was controlled by varying downstream water levels. Flow fields were quantified using both particle image velocimetry and ultrasonic Doppler velocity profiling. Results show that a bifurcation induces secondary flow cells upstream of the bifurcation. In the case of unequal discharge ratio, a strong increase in the secondary flow near the bed causes a larger volume of near-bed flow to enter the dominant channel compared to surface and depth-averaged flow. However, this effect diminishes with larger width-to-depth ratio and with increased bed roughness. The flow structure and division pattern will likely have a stabilizing effect on river channel bifurcations. The magnitude of this effect in relation to previously identified destabilizing effects is addressed by proposing an adjustment to a widely used empirical bed load nodal-point partition equation. Our finding implies that river bifurcations can be stable under a wider range of conditions than previously thought. Key Points Secondary flow in symmetrical bifurcations causes strong near-bed flow curvature A disproportional amount of near-bed flow enters the dominant downstream channel Flow curvature adds a stabilizing feedback on bifurcation evolution

Vers l’intégration des structures turbulentes de l’écoulement dans la dynamique d’un cours d’eau à lit de graviers

Understanding the dynamics of a river involves knowledge on the interactions between flow, sediment transport and bedform development at a range of scales. This requires the characterisation of flow structures and of the flow organisation at the reach scale. Three types of flow structures have been commonly described in flows over gravel-bed rivers: the bursting motions in the near-bed region (ejections), the shedding motions from the larger protruding particles and the large-scale flow structures which develop in the outer region of the flow. We describe the processes that give birth to these flow structures along with the possible interactions between them. As an example, the passage of large-scale flow structures changes the dynamics of the separation of flow in the wake of an obstacle, thus affecting the manifestation of shedding motions. These processes and interactions are then combined into an illustration of the complex organisation of flow at the scale of a river reach. Although speculative, this illustration highlights that (1) the scales and locations in space of the structures are closely related to the scale and distribution of the roughness elements, (2) the flow is organized into clear zones of production and dissipation of flow structures, and (3) the organization of the flow presents a strong structural anisotropy with complex interactions between the flow structures. This essay outlines that the interactions between flow structures are as important as the presence of the structures themselves in the description of turbulent flows over gravelbed rivers.La compréhension de la dynamique des cours d'eau nécessite la connaissance des interactions qui lient l'écoulement, le transport des sédiments et le développement des formes sur le lit. Ceci implique la caractérisation des structures individuelles présentes dans l'écoulement mais aussi une prise en compte de leur organisation spatiotemporelle dans la section du cours d'eau. Trois structures turbulentes sont fréquemment utilisées pour décrire les écoulements sur lit de graviers : les structures d'éjection au lit, les structures d'échappement à l'aval d'obstacles protubérants et les structures à grande échelle se développant sur toute la tranche de l'écoulement. Il est possible de décrire les mécanismes de formation de ces structures de même que d'envisager leurs interactions dans un écoulement turbulent. Par exemple, les structures à grande échelle changent la dynamique des zones de recirculation à l'aval d'obstacle, ce qui donne naissance à différentes manifestations des structures d'échappement. Il est cependant plus difficile de regrouper ces structures à l'échelle d'une section de rivière. À partir des mécanismes de formation des structures et de leurs interactions, nous illustrons la complexité de l'organisation d'un écoulement à l'échelle d'une section de rivière. Bien que spéculative, cette illustration fait ressortir (1) l'étroite relation entre les échelles de rugosité du lit et les échelles des structures qui organisent l'écoulement ; (2) la présence de zones de production et de dissipation des structures ; et (3) l'anisotropie structurale de l'organisation de l'écoulement caractérisée par des interactions complexes entre les différentes structures. Cet essai souligne que les interactions entre les structures sont tout aussi importante que les structures ellesmêmes dans notre compréhension de l'organisation de l'écoulement.Für das Verständnis der Dynamik der Wasserläufe ist eine Kenntnis der Wechselwirkung zwischen der Strömung, der Beförderung der Sedimente und der Entwicklung der Flussbettformen notwendig. Dies schlieβt sowohl die Beschreibung der in der Strömung vorhandenen typischen individuellen Strukturen ein, als auch die Berücksichtigung ihrer räumlich-zeitlichen Organisation im Wasserlaufabschnitt. Drei Turbulenz-Strukturen werden häufig benutzt, um die Strömung auf Kiesbetten zu beschreiben: Strukturen des Auswurfs auf das Bett, Strukturen des Entweichens unterhalb herausragender Hindernisse und Strukturen groβen Umfangs, die sich über den ganzen Bereich der Strömung entwickeln. Es ist möglich, die Mechanismen der Bildung dieser Strukturen zu beschreiben, sowie ihre Wechselwirkungen in einer Turbulenz-Strömung in Betracht zu ziehen. Z.B. verändern die Strukturen groβen Umfangs die Dynamik der Abschnitte des erneuten Flieβens unterhalb eines Hindernisses, was zu einer veränderten Form der Strukturen des Entweichens führt. Doch ist es schwieriger diese Strukturen auf der Ebene eines Flussabschnittes zu gruppieren. Ausgehend von den Mechanismen der Bildung der Strukturen und ihrer Wechselwirkungen stellen wir die Komplexität der Organisation einer Strömung auf der Ebene eines Flussabschnittes dar. Obwohl diese Darstellung spekulativ ist, hebt sie drei Dinge hervor : (1) Die enge Beziehung zwischen dem Umfang der Rauhheit des Bettes und dem Umfang der Strukturen, welche die Strömung organisieren ; (2) die Existenz von Produktionsund Auflösungszonen der Strukturen ; (3) die strukturelle Anisotropie der Organisation der Strömung, bestimmt durch komplexe Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Strukturen. Dieser Essay hebt hervor, dass für das Verständnis der Organisation der Strömung die Wechselwirkungen zwischen den Strukturen ebenso wichtig sind wie die Strukturen selbst

Aléas fluviaux des cours d’eau mobiles dans l’est du Québec

Dans ce chapitre, nous présenterons des connaissances sur trois dynamiques propres aux cours d’eau mobiles: la migration latérale, les avulsions et la dynamique du bois mort. Nous illustrerons ces dynamiques à l’aide d’exemples issus de la Gaspésie, où les trajectoires hydrogéomorphologiques et la segmentation en tronçons homogènes d’une quinzaine de cours d’eau ont été définies dans le cadre d’un projet financé par le Ministère de la Sécurité publique. Le morphodynamisme de ces cours d’eau est représentatif de plusieurs cours d’eau graveleux s’écoulant dans le massif appalachien du sud de la province et permet de mettre en lumière adéquatement les trois processus d’intérêt pour ce chapitre. Les processus de migration latérale et des avulsions seront d’abord décrits et illustrés à l’aide d’exemples afin de souligner l’ampleur des changements morphologiques qui caractérisent les cours d’eau de l’est du Québec. Ensuite, la dynamique du bois en rivière sera abordée, car dans les cours d’eau mobiles s’écoulant au sein des environnements forestiers, la migration du chenal et les avulsions se traduisent par le recrutement de bois et la formation d’embâcles qui, à leur tour, contribuent à la mobilité des chenaux

Using tree-rings to determine large wood residence time and transport pulses in a gravel-bed river

The Saint-Jean River (SRJ) in Eastern Canada is prone to the formation of very large rafts of wood. Managers of the SJR suspected these jams to influence salmon migration and carried out a dismantling operation to remove large wood accumulated in a 1.2 km long wood raft. This operation became a great opportunity to address key issues relating to large wood dynamics in a fluvial system: residence time and flood contribution to wood recruitment and transport. During the dismantling, we systematically sampled 319 trees from which year of death could be estimated from dendrochronology and year of accumulation in the raft could be obtained from satellite and aerial photos. These two dates allowed us to quantify the residence time for 262 datable large wood (LW) within the fluvial system, to examine the peak years of LW recruitment and to correlate the raft growth rate with hydrometeorological conditions since 1993. The results also emphasized four types of LW flood related to wood dynamics: 1) an erosive flood that produces a large amount of wood in river, 2) a mobilizing flood that carries large quantities of wood, 3) a flood mix that both recruits and transports large quantities of wood, and 4) an ice-breakup flood

Contribution à l’étude de l’érosion des berges : analyse à haute résolution spatio-temporelle des mouvements subaériens sur une berge de la rivière Ouelle, Québec, Canada

Trois processus distincts agissant en interrelation contribuent à l’érosion des berges en bordure des cours d’eau : les mouvements de masse, l’érosion fluviale et les mouvements subaériens. Ces derniers résultent de l’effet conjugué des cycles gel-dégel, des cycles d’humidification-dessiccation et de la désagrégation des sédiments par les gouttes de pluie et le ruissellement. Les deux premiers processus érosifs sont les plus connus. Les mouvements subaériens sont moins documentés car ils sont généralement considérés comme un mécanisme préparatoire affaiblissant la berge et facilitant l’érosion par les deux autres processus. Cette étude examine les mouvements subaériens en tant que processus érosifs à l’aide d’observation in situ permettant de décrire et de quantifier leur contribution à l’érosion des berges. Une berge en érosion sur la rivière Ouelle, Québec, a été étudiée à l’aide de levés topographiques mensuels issus d’un LIDAR terrestre (Scan-station II de Leica). Les levés d’une résolution d’1 cm (10 000 points/m2) couvrent une période de dix mois et permettent de suivre l’évolution saisonnière des processus érosifs. Les résultats révèlent que les mouvements subaériens entraînent des épaisseurs d’érosion entre 5 et 50 mm/mois sur l’ensemble de la berge ; l’épaisseur d’érosion variant fortement selon le mois et la position sur la berge. Une analyse qualitative des processus contribuant à l’évolution de la berge a été faite à l’aide d’une série horaire de photographies issues d’une caméra automatisée installée en permanence sur le site. Les variations saisonnières des taux d’érosion liés aux mouvements subaériens ont été mises en relation avec les données météorologiques d’Environnement Canada (2010). Les mouvements subaériens sont plus fréquents lorsque la température oscille autour de zéro. Les mouvements subaériens sont plus que de simples processus préparatoires et que leur contribution à titre d’agent érosif est probablement sous-estimée. Les variations temporelles soulignent l’importance de considérer les saisons dans l’étude de l’érosion des berges pour une meilleure évaluation de l’amplitude et de la fréquence des différents processus d’érosion des berges des cours d’eau.Three types of processes contribute together to riverbank erosion: fluvial erosion, mass failure and subaerial movements produced partly by frost action, wetting and drying cycles and by raindrops and runoff. The first two processes have received far more attention than the latter which are often considered as preparatory processes to bank erosion. In this study, subaerial processes are looked as an eroding agent, in situ measures are carried out in order to document and quantify their contribution to bank erosion. An eroding riverbank on the Ouelle river, Québec, is monitored with a high resolution terrestrial 3D laser scanner (Scan-station II by Leica). Surveys of a resolution of 1 cm (10,000 points/m2) cover a period of ten months and allow us to follow the seasonal evolution of erosion processes. Results show that subaerial movements generate thicknesses of erosion ranging from 5 to 50 mm/month, the thickness of erosion varies depending on the month and the position on the bank Scans are coupled with qualitative analysis of processes contributing to bank face evolution. An automatized camera fixed on the site is used to obtain a photographic series of the riverbank. Meteorological data are examined in relation with the seasonal erosion rates from subaerial movements. Subaerial movements are more frequent when the temperature oscillates around zero. Subaerial movements are more than preparatory processes and that their contribution as erosive agent is likely to be underestimated. Temporal variation underlines the importance of considering seasons for a better evaluation of magnitude and frequency of the contribution of different erosion processes of riverbank