Located in southern Quebec, at the northeastern extremity of Lake Champlain, the Missisquoi Bay is subject to eutrophication arising from excess nutrients, predominantly phosphorus (P), contributed by agricultural runoff. Land use patterns, agronomic practices, soil properties, and geomorphology have an impact on soil P. Studies have used hydrologic models [e.g., the Soil and Water Assessment Tool (SWAT)] to characterize P loadings from the region's agricultural watersheds. The lack of a proper understanding of the impact of spatial variability and heterogeneity of soil properties on the prediction of runoff, sediment and nutrient movement has proven a major challenge. In order to overcome this, field surveys, spatial variability characterization of P through geostatistics, heterogeneity quantification and hydrologic modeling using SWAT were undertaken. An extensive geostatistic study of soil properties was followed by the use of SWAT to predict runoff, sediment and total phosphorus (TP). Soil surveys carried out in the summers of 2011 and 2012 measured soils physical and chemical properties. Variogram analysis characterized the spatial variability of soil test phosphorus (STP). Ordinary kriging (OK) was used to estimate STP values at unsampled locations. Due to OK's smoothing effect, some high value areas were underestimated, while some low areas were overestimated. Compared to OK, sequential Gaussian simulation (SGS) helped characterize the uncertainty and provides better estimates at non-sampled locations. Areas above the STP threshold at which P has the potential to move to freshwater after precipitation events, combined with topographic factors, were identified. The uncertainty in variogram parameters (sill, nugget and range) was characterized using a Bayesian Hierarchical framework, aiding in understanding the complexity and heterogeneity in the STP dataset attributable to land use patterns. The Posterior mean and 95% credible confidence intervals of the variogram parameters and STP values were developed. An Independent Component Analysis (ICA) technique, which overcame the problem of matrix inversion in co-simulation, served in the decomposition of spatially-correlated geochemical variables. This implementation was tested on three correlated variables: magnesium, calcium and iron. The measured soil properties required by SWAT were regionalized and clustered using a Regionalization with Constrained Clustering and Partitioning (REDCAP) algorithm. Five maps were created based on 5, 10, 15, 20 and 24 part partitioning. Each of these maps had different measures of heterogeneity and each was used as inputs for five different configurations of SWAT. Mean monthly flow, sediment and total P load from April 2001 to December 2002 were used to assess model performance before and after calibration. Overall, there was no significant difference in runoff simulation between any of the five map configurations, which might be due to the impacts of the SCS-CN (soil conservation service-curve number) method in simulating runoff. In the study watershed, using a higher resolution (number of regions) of soil data did not improve predictions of monthly streamflow, sediment or TP. / Situé dans le sud du Québec, à l'extrémité nord-est du Lac Champlain, la Baie Missisquoi est sujette à une eutrophisation attribuable à un excès d'éléments nutritifs, principalement le phosphore (P), provenant du ruissellement agricole. L'utilisation des terres, les pratiques agronomiques, les propriétés du sol et la géomorphologie influencent la teneur en P du sol. Employant des modèles hydrologiques tel le Soil and Water Assessment Tool (SWAT), une série d'études ont déjà servi à caractériser les charges en P provenant des bassins versants agricoles de la région. Une compréhension inadéquate de l'impact de la variabilité spatiale et de l'hétérogénéité des propriétés du sol sur la prédiction du ruissellement et du déplacement des sédiments et éléments nutritifs, rend la tâche difficile. Afin de surmonter cette difficulté, des relevés sur le terrain, une caractérisation de la variabilité spatiale du P par géostatistique, une quantification de son hétérogénéité, et une modélisation hydrologique avec SWAT furent entrepris. Une étude géostatistique approfondie des propriétés du sol fut suivie par l'utilisation de SWAT pour prédire le ruissellement, et les charges en sédiment et phosphore total (TP). Des relevés pédologiques entrepris durant les étés de 2011 et 2012 permirent de mesurer les propriétés physiques et chimiques des sols. Une analyse par variogramme caractérisa la variabilité spatiale de la teneur en P du sol (TSP). Le krigeage ordinaire (OK) servit à l'estimation de la TSP à des sites non-échantillonnés. Etant donné l'effet de lissage de l'OK, certaines valeurs élevées furent sous-estimées, tandis que certaines petites valeurs furent surestimées. Comparé au OK, la simulation séquentielle gaussienne (SSS) permit d'évaluer l'incertitude et fournit de meilleures estimations pour les sites non-échantillonnées. Les régions en deçà du seuil auquel le P a le potentiel de se déplacer jusqu'au cours d'eau après une pluie, et les facteurs topographiques qui y sont liés furent identifiés. L'incertitude des paramètres de variogramme (palier, pépite et portée) fut évaluée dans un cadre hiérarchique bayésien, permettant une analyse plus approfondie de la complexité et de l'hétérogénéité des données de TSP pouvant être attribués à l'utilisation des terres. Des moyennes a posteriori, avec intervalle de crédibilité de 95%, furent générées pour les paramètres de variogramme et les valeurs de TSP. Une technique d'analyse en composantes indépendantes (ICA), surmonta le problème d'inverser une matrice lors de la co-simulation, et servit à la décomposition de variables géochimiques corrélées dans l'espace. Cette méthode fut éprouvée pour trois variables corrélées, soit le magnésium, le calcium et le fer. Les propriétés du sol mesurées et requises par SWAT furent régionalisées et groupe en utilisant un algorithme de régionalisation avec groupement et partitionnement sous contraintes (REDCAP). Cinq cartes furent crées selon que le territoire fut partitionné en 5, 10, 15, 20 ou 24 parties. Chacune de ces cartes différa en son hétérogénéité, et chacune servit comme donnée d'entrée à une configuration particulière de SWAT. Les débits moyens mensuels et les charges en sédiment et phosphore totales mesurés entre avril 2001 et décembre 2002 servirent à évaluer la performance du modèle avant et après son étalonnage. Le fait qu'aucune des cinq configurations (partitions de la carte d'entrée) du modèle ne se démarqua, s'explique par le fait que la méthode des numéros de courbe du Soil Conservation Service, servant à simuler le ruissellement, ne permet pas de retenir de petites mais importantes différences des propriétés physiques des sols. Dans le bassin versant étudié, l'utilisation d'une résolution (nombre de régions) plus élevée avec le modèle SWAT n'améliora ni la prédiction des débits moyens mensuels, ni celle des charges en sédiment et phosphore total.

<p> A simple technique to estimate the hydraulic impacts associated with the deployment of hydrokinetic (HK) devices is introduced. This technique involves representing HK devices with an enhanced bottom roughness. The enhanced bottom roughness is found to be a function of Manning roughness, slope, and water depth of the natural channel as well as device efficiency, blockage ratio, and density of device deployment. This approach was developed using a theoretical relationship between power extracted to power dissipated, and assuming a simple rectangular channel cross-section and uniform distribution of devices. Once the effective bottom roughness is determined, it can be used to determine the hydraulic impact of arbitrary device configurations and flow situations. The enhanced bottom roughness approach was compared to an alternative method of determining the affects of hydrokinetic energy extraction (SNL-EFDC). Both methods were in good agreement. Capabilities and limitations of determining hydraulic impacts by enhanced bottom roughness approach are demonstrated by site-specific simulation for the Tanana site. </p>

<p> The abstract is not available from PDF copy and paste.</p>

<p> This work quantifies the impacts of urban development on groundwater storage and groundwater-surface water interactions using intensive data analysis and mathematical modeling. The monthly water balance for the period 2000-2009 for 65 Baltimore area watersheds was calculated using remote sensing data and the dense network of instrumented sites in this region. This analysis included estimation of spatially-distributed anthropogenic fluxes (water supply pipe leakage, lawn irrigation, and infiltration and inflow (I&amp;I) of groundwater and stormwater into wastewater pipes) as well as natural fluxes of precipitation, streamflow, and evapotranspiration. Inflow fluxes of water supply pipe leakage and lawn irrigation were significant but small compared to precipitation, but I&amp;I was approximately equal to gaged streamflow. Building on knowledge of the altered water balance, an integrated hydrologic model of the Baltimore metropolitan region was developed to quantify the impact of urban development on groundwater storage. The three-dimensional groundwater-surface water-land surface model ParFlow.CLM was implemented and a methodology to incorporate urban and hydrogeologic input datasets was developed. Using the model, the impacts of reduced vegetative cover, impervious surfaces, I&amp;I, and other anthropogenic discharge and recharge fluxes were isolated. Removal of I&amp;I led to the largest change in storage, and removal of impervious surface cover had the smallest effect. To investigate the relationship between pre-event water proportion, storage, and streamflow at small watershed scales spanning a gradient of urbanization, chemical hydrograph separation, hillslope numerical experiments, and simple dynamical systems analysis were utilized. From analysis of high-frequency specific conductance data, the pre-event water proportion of stormflow was found to be greatest for storms with higher total precipitation. Using the simple dynamical systems approach, watersheds with larger percentages of impervious surfaces were found to have the largest sensitivity of streamflow to changes in storage. HydroGeoSphere, a three-dimensional groundwater-surface water flow and transport model, was implemented in an idealized hillslope and showed that the relationship between streamflow and storage was clockwise hysteretic. Overall this work demonstrates the importance of infrastructure leakage on urban hydrologic systems and shows that pre-event water contributions of stormflow are primarily related to precipitation and not initial storage in urban watersheds.</p>

On the island of Trinidad, intense anthropogenic activity and inappropriate land use on terrain vulnerable to erosion and rapid runoff lead to severe sedimentation in the watercourses. A major impact is an increase in flood risk during the strong storm events characteristic of the tropical rainy season due to reduced channel capacity. This study addresses the problem of sedimentation in the Acono River in light of the high sediment loadings observed at the outlet of a 6.6 km2 steep catchment where an operating limestone quarry is located. A hydrologic and sediment measurement network was developed to estimate the impact of the quarry on the sediment loadings in the Acono River for several storm events during a year. Results indicated that the quarry yields tremendously more sediment than the rest of catchment. The MUSLE model was used to estimate sediment yield from soil erosion for individual rainfall events and provided good results. Several sediment transport formulae were used to determine both suspended and bed load sediment discharge during rainfall events. The significant deviation of the computed values from the measured values showed how difficult it is to predict sediment discharge in natural rivers, particularly where washload is a significant component. / Sur l'île de Trinité, une activité anthropique intense, couplée à une utilisation inadéquate de sols propices à l'érosion et à un ruissellement de surface rapide, implique une forte sédimentation dans les cours d'eau. Une conséquence est l'augmentation du risque d'inondation durant les intenses précipitations de la saison humide, en raison d'une réduction de la capacité d'écoulement de ces cours d'eau. Ce projet étudie les problèmes de sédimentation dans la rivière Acono, à la vue des importantes quantités de sédiments à l'exutoire d'un bassin versant de 6.6 km2 où une carrière de calcaire est exploitée. Un réseau de mesure hydrologique et sédimentaire a été développé afin de mesurer l'impact de cette carrière sur la charge sédimentaire dans la rivière Acono au cours de plusieurs événements pluvieux. Les résultats indiquent que la majorité des sédiments transportés provient de la carrière en comparaison du reste du bassin versant. Le modèle MUSLE a fourni une estimation satisfaisante des quantités de sédiments transportés au cours des événements pluvieux analysés. Plusieurs équations ont été utilisées pour déterminer la charge sédimentaire en suspension et par charriage durant ces événements. La différence entre les prédictions et les mesures effectuées sur le terrain illustrent la difficulté de prédire la charge sédimentaire dans des cours d'eau naturels.

Ethiopia's climate variability coupled with the country's heavy reliance on rain-fed agriculture make it vulnerable to the impacts of drought. This vulnerability is evident in the Awash River Basin, where a significant proportion of the population is dependent on international food assistance for survival. Given this vulnerability to drought, effective drought forecasts are an essential tool for effective water resource management as well as mitigation of some of the more adverse consequences of drought. This study forecast the Standard Precipitation Index (SPI) on both short-term and long-term lead times. For short-term forecasts this study computed SPI 1 and SPI 3, short-term drought indicators which represent agricultural drought. For long-term forecasts, SPI 12 and SPI 24 were computed. These two indices are long-term drought indicators which represent hydrological drought conditions.The SPI forecasts were done using five data driven models. Forecasts were compared between two machine learning techniques: artificial neural networks (ANNs) and support vector regression (SVR). The results from these two techniques were compared to a traditional stochastic forecast model, namely an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model. In addition, ANN and SVR models were coupled with wavelet analysis (WA) to produce wavelet-neural network (WA-ANN) and wavelet-support vector regression (WA-SVR) models. This study proposed and explored, for the first time, SVR and WA-SVR methods for short term and long term SPI drought forecasting at different lead times.Traditionally, the number of wavelet decompositions of a time series (for forecasting applications) are determined either by trial and error or using the formula L = int[log(N)], with N being the number of samples. This study found that in almost all cases the approximation series after decomposition, and not the detail series, yielded the best forecast results. The decomposition level which had the approximation that yielded the best forecast results was determined to be the appropriate decomposition.With regards to ANN model architecture, traditionally the optimal number of neurons in the hidden layer is either determined using a trial and error procedure, or is determined empirically to be log (N) or 2n+1, where n is the number of input layers. This study combined all these approaches. The empirical methods helped establish upper and lower bounds for the optimal number of neurons within the hidden layer. After an interval was determined, a trial and error procedure was used to determine the optimal number of neurons in the hidden layer.The forecasts in this study were evaluated using a measure of persistence, R2, RMSE, and MAE. The forecast results indicate that WA-ANN and WA-SVR models were the most accurate methods for forecasting the SPI on both short and long-term time scales. / La variabilité du climat de l'Éthiopie combinée à la forte dépendance de ce pays sur l'agriculture dépendant de la pluie le rend vulnérable aux impacts des sécheresses. Cette vulnérabilité est évidente dans le bassin de la rivière Awash, où une grande proportion de la population dépend de l'aide alimentaire internationale pour survivre. Étant donné cette vulnérabilité aux sécheresses, des prévisions efficaces d'inondations sont un outil essentiel pour la gestion efficace de ressources hydriques ainsi que pour mitiger les conséquences les plus graves des sécheresses. Cette étude prévoit l'Indice de Précipitations Standard (IPS) sur des temps de défilement à court et à long terme. Pour les prévisions à court terme, cette étude s'est penchée sur IPS 1 et IPS 3, des indicateurs de sécheresse à court terme qui représentent la sécheresse agricole. Pour les prévisions à long terme, IPS 12 et IPS 24 ont été calculés. Ces deux indices sont des indicateurs de sécheresse à long terme qui représentent des conditions de sécheresse hydrologique.Les prévisions d'IPS ont été effectuées en employant cinq modèles à base de données (data-driven models). Des prévisions ont été comparées entre deux techniques d'apprentissage automatique (machine learning) : les réseaux de neurones artificiels (RNA) et les supports de régression vectorielle (SRV). Les résultats de ces deux techniques ont été comparés à un modèle académique traditionnel de prévision, soit un modèle autorégressif intégré de moyenne mobile (ARIMM). De plus, les modèles RNA et SRV ont été combinés à une analyse d'ondelettes (AO) pour produire des modèles d'ondelettes-réseaux de neurones (AO-RNA) et des modèles d'ondelettes-supports de régression vectorielle (AO-SRV). Cette étude propose et examine, pour la première fois, des méthodes SRV et AO-SRV pour des prévisions de sécheresse IPS à court et long terme à des temps de défilement différents.Traditionnellement, le nombre de décompositions d'ondelettes dans une série temporelle (pour les applications de prévision) sont déterminées soit par essai et erreur ou en utilisant la formule L=int[log(N)], N représentant le nombre d'échantillons. Cette recherche permis de constater que dans presque tous les cas, la série d'approximation après décomposition, et non la série détail, produisait les meilleurs résultats de prévision. Le niveau de décomposition dont l'approximation avait produit les meilleurs résultats prévisionnels a déterminé la décomposition appropriée. Par rapport au modèle d'architecture RNA, traditionnellement, le nombre optimal de neurones dans une couche cachée est obtenu en utilisant une méthode d'essai et erreur, ou alors est fixé empiriquement à log (N) ou 2n+1, où n est le nombre de niveaux de input de données. Cette étude a combiné toutes ces approches. Les méthodes empiriques ont aidé à déterminer les limites supérieures et inférieures pour le nombre optimal de neurones au sein de la couche cachée. Après avoir procédé à la détermination d'un intervalle, l'essai et l'erreur ont été utilisés pour parvenir au nombre optimal de neurones dans un niveau caché.Les prévisions dans cette recherche ont été évaluées selon les mesures de la persistance, du coefficient de détermination (R2), de la déviation de valeur efficace (RMSE), et de l'erreur moyenne absolue (MAE). Les résultats de prévision indiquent que les modèles AO-RNA et AO-SRV étaient les méthodes les plus justes pour prévoir les IPS à des échelles à court comme à long terme.

The impacts of climate change on the hydrology and water quality of the Pike River watershed, an important contributor of nutrient loads to northern Lake Champlain, were predicted for the time horizon 2041-2070. Four water quality scenarios were simulated using a version of the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) modified to suit Québec's agroclimatic conditions. Three of the scenarios were generated using climates simulated with the Fourth Canadian Regional Climate Model (CRCM4). The fourth scenario was generated using the climate simulated with the Arpege Regional Climate Model. SWAT was independently calibrated for the period 2001-2003, and then validated for the periods of 2004-2006 and 1980-2000, before inputting the climate scenarios. Potential mean changes predicted by these scenarios were then analysed for the evapotranspiration, surface and subsurface runoff, stream flow, sediment yields, and total phosphorus and nitrogen.After calibration, mean annual evapotranspiration, surface and subsurface flow as well as water percolation were found to correspond satisfactorily with the hydrology of the basin. Likewise, monthly predicted stream flow compared reasonably well with observed stream flow. The performance of SWAT in simulating sediment and nutrient yields was clearly improved after calibration but did not always reach standards of acceptability. As for climate change results, only one scenario predicted a significant increase in mean annual stream flow and nutrient loadings. However, when considering shorter time spans, simulations predicted significant changes including a winter stream flow two to three times greater than current stream flow and earlier spring floods. The identified causes are the early onset of spring snowmelt, a greater number of rainfall events and snowmelt episodes caused by higher winter and spring temperatures. In contrast, peak flows in April, as well as summer stream flow, appear to decrease but not always significantly. Nutrient delivery to the lake significantly increased in winter and occurred earlier in the year as a consequence of hydrological changes. A three- to four-fold increase in subsurface flow was also observed in winter which may increase nutrient losses through this pathway. / L'impact des changements climatiques sur l'hydrologie et la qualité de l'eau du bassin versant de la rivière Aux Brochets, un tributaire contribuant substantiellement à l'apport de nutriments au Nord du lac Champlain, a été prédit pour l'horizon 2041-2070. Quatre scénarios de qualité de l'eau ont été simulés avec une version du Soil And Water Assesment Tool (SWAT) adaptée aux conditions agro-climatiques du Québec. Trois de ces scénarios ont été produits en utilisant des climats simulés avec la quatrième version du Modèle Régional Canadien du Climat (MRCC4). Le quatrième scénario a été produit en utilisant un climat simulé par le modèle régional de climat Arpège. SWAT a d'abord été calibré pour la période 2001-2003, puis validé sur les périodes 2004-2006 et 1980-2000 avant d'y intégrer les scénarios climatiques. Ensuite, les changements moyens potentiels causés par ces scénarios ont été analysés pour l'évapotranspiration, le ruissellement, les écoulements souterrains, le débit et la charge en sédiments et nutriments (phosphore et nitrogène total).Après calage, les valeurs annuelles et moyennes prédites d'évapotranspiration, de ruissellement de surface, d'écoulement souterrain ainsi que de percolation correspondaient à l'hydrologie du bassin. De même, les débits prédits mensuellement correspondaient aux débits mesurés. Le calage du modèle améliore clairement la capacité de SWAT à simuler les charges de sédiments et de nutriments. Cependant SWAT n'atteint pas systématiquement les standards de performance. En ce qui a trait aux changements climatiques, un seul scenario a prédit une hausse significative des débits et des charges annuelles en nutriments. Cependant, sur des périodes de plus courte durée des changements significatifs tels que des débits hivernaux deux à trois fois plus élevés que les débits actuels ont été simulés. De plus les crues printanières démarrent plus tôt dans la saison. Ces faits sont causés par la hausse des températures hivernales et printanières qui déclenche de nombreux épisodes de fonte de neige ainsi que de nombreux épisodes de pluie. À l'opposé, le pic des crues printanières en avril ainsi que les débits estivaux semblent diminuer, mais pas toujours significativement. Sous l'effet des changements hydrologiques prédits, l'apport des nutriments au lac augmente significativement en hiver et se fait plus tôt dans l'année. Il a aussi été observé que le volume des écoulements souterrains triplait voire quadruplait en hiver ce qui pourrait augmenter la proportion des nutriments qui est perdue via la voie souterraine.

Analysis on hydroclimatic variables can provide information on how the climate has evolved over time. This can be accomplished through time series analysis. Trend analysis in hydroclimatic variables is challenging due to their non-stationary nature and the presence of noise and stochastic components in them. The principal objective of this study is to detect and analyze trends in mean surface air temperature, total precipitation and mean streamflow obtained from several stations in Ontario and Quebec, Canada. To accomplish this, we co-utilized the wavelet transform (WT) technique (more specifically, the discrete wavelet transform (DWT)) and the Mann-Kendall (MK) trend test. The time series used were decomposed via the DWT in order to separate their high-frequency and low-frequency components, prior to testing their statistical significance with the MK trend test. The trend (i.e. slowly changing processes) is assumed to be contained in the low-frequency component of the data. The trends in temperature, precipitation and flow are assessed on different bases: monthly, seasonal, and annual. Temperature trends for the different seasons (i.e. winter, spring, summer, and autumn) were also assessed. In this study, we demonstrated the use of WT in extracting information contained in the time series that is not obvious in the raw data. The advantages of the WT technique are highlighted by its ability to extract time-frequency information contained in the analyzed time series manifested in the form of periodicities ranging from intra-annual to decadal events. A new criterion is also proposed in this study where the relative error of the MK Z-values between the approximation component of the last decomposition level and the original data was used to determine the number of decomposition levels of the analyzed time series, the type of Daubechies (db) mother wavelet, and the border condition to be used in the DWT procedure.The procedures contained in the methodology for trend analysis outlined in this study have not been explored in the existing literature. First of all, we tested for the presence of a significant autocorrelation in a time series prior to applying the MK test, which is often ignored in many trend detection studies. The time series were then decomposed via the DWT; the MK trend test and sequential MK test were then applied in order to determine the most significant periodic mode affecting the observed trends. In this study, three versions of MK test were used, depending on the characteristics of the analyzed data. The original MK test was used on data that exhibit neither seasonality patterns nor significant autocorrelations. Seasonal MK test by Hirsch and Slack (1984) was used on the time series exhibiting seasonality cycles (with or without significant autocorrelations). Modified MK test by Hamed and Rao (1998) was used on data with significant autocorrelations. Finally, combining the application of the DWT and MK test in trend assessment in hydroclimatic time series (especially in the context of Canadian studies) has not been explored. Therefore, the results obtained in this study contribute to furthering the overall understanding of climatic change in Southern Ontario and Quebec. Although the trends in the different variables studied are affected by different time periodicities, the study found that generally positive trends are more dominant. Among the most important findings of this study are: (i) all temperature data show positive values, which implies warming trends (ii) precipitation and flow trends are affected by fluctuations of up to four years, and (iii) annual positive trends in temperature may be attributed mostly by winter and summer warming. This suggests that if the temperature trends remain in the positive direction, other hydroclimatic indices may also experience significant changes in the future. / Quoique le système climatique soit très complexe, une analyse des variables hydroclimatiques peut indiquer l'évolution du climat avec le temps. Une analyse de séries temporelles peut servir à ces fins; plus spécifiquement, l'analyse des tendances des variables hydroclimatiques peut approfondir l'étude des retombées des changements climatiques. L'analyse des tendances des variables hydroclimatiques est un défi en raison de leur caractère non stationnaire et la présence de bruit et d'autres éléments stochastiques. L'objectif principal de cette étude fut de détecter et d'analyser les tendances de différent types de données (débit, pluviométrie, température moyenne de l'air en surface), provenant de plusieurs stations en Ontario et au Québec (Canada). Ces stations sont concentrées dans le sud de ces provinces. Pour accomplir cette tâche, nous avons utilisé à la fois une technique de transformée par ondelettes (TO) [spécifiquement une transformée d'ondelette discrète (TOD)] et le test standard d'analyse des tendances Mann-Kendall (MK). Les séries temporelles furent décomposées par TOD afin de séparer à même les données les éléments à haute et basse fréquence, avant d'évaluer leur signification statistique avec le test MK. La tendance (i.e., le procédé à changement lent) est censé appartenir à l'élément à basse fréquence de la série temporelle. Les tendances du débit, de la pluie et de la température furent évaluées sur différentes échelles temporelles : mensuelle, saisonnière et annuelle. Les tendances temporelles de température pour les différentes saisons (hiver, printemps, été, automne) furent également évaluées.Cette étude montra comment l'utilisation du TO permet d'identifier et extraire des informations présentes dans une série temporelle qui ne sont pas évidentes à première vue dans les données brutes, ou suivant qu'on applique seulement le test des tendances MK. Les avantages de la méthode TO sont manifestes dans son habilité à extraire des informations temps-fréquence (i.e., périodicité intra-annuelle à décennale selon le genre de données utilisées) de la série temporelle analysée. Nous proposons un nouveau critère, où l'erreur relative entre les valeurs-Z du test MK pour l'élément d'approximation du dernier niveau de décomposition et celui des données d'origine sert à déterminer le nombre de niveaux de décomposition de la série temporelle analysée, le type d'ondelette mère de Daubechies (db), et les conditions de bordure devant servir à la TOD.Particulièrement dans le contexte canadien, l'utilisation d'une combinaison de TOD et du test MK dans l'évaluation de tendances dans les séries temporelles de données hydoclimatques demeure rare. Les résultats de cette étude contribueront donc à une compréhension globale grandissante des changements climatiques du sud de l'Ontario et du Québec. Quoique les tendances des différentes variables étudiées suivent différentes périodicités temporelles, l'étude montre que les tendances à la hausse dominent. Parmi les plus importantes conclusions de cette étude sont: (i) les tendances de débit et de précipitation suivent des fluctuations de jusqu'à quatre ans, (ii) toutes les catégories de données de température montrent des tendances à la hausse, laissant entendre une tendance au réchauffement, et (iii) les tendances annuelles à la hausse de la température peuvent être attribuées à un réchauffement des hivers et étés. Cela implique que si les tendances de température demeurent à la hausse, d'autres indices hydroclimatiques montreront des changements dans l'avenir.

This study examines the elements of the water balance of a small catchment near Riobamba in the Ecuadorian Andes, where Eucalyptus Globulus was introduced in 1865. The study location is a 30-ha eucalyptus plantation into which 0.35-ha of acacias –Acacia Macracantha- were planted in 2003. A primary forest located 20km away at the same altitude was also studied for comparison purposes. The infiltration rates, moisture content and organic matter content were significantly lower in the eucalyptus forest, larger in the acacia patch and vastly superior in the primary forest. Higher evaporation rates were encountered in the eucalyptus forest due to (i) the poor canopy cover provided by eucalyptus and (ii) to their allelopathy, which results in bare soils, further desiccation and a loss in organic matter. This in turn negatively affects infiltration rates, moisture content and soil structural stability. A 1-D, 3-layer model was developed using the data from field experiments to simulate the water balance of the eucalyptus and mixed acacia-eucalyptus plantations. The model results indicate that while transpiration is be 15% higher in the mixed plantation, the evaporation, decreased by 43%, allows for the groundwater recharge to be multiplied by 4. The models suggest that adding acacias to eucalyptus monocultures could lead to a more efficient use of water in dry areas. It would also improve groundwater recharge and thus would have a positive impact on the water balance of the region. / L'eucalyptus, originaire d'Australie, est une espèce d'arbre largement cultivée à travers le monde pour la construction, l'industrie du papier et comme combustible pour usage domestique. Sa croissance rapide en a fait une espèce très populaire parmi les pays en voie de développement, mais ses impacts négatifs sur l'environnement, notamment sa forte consommation d'eau et son allélopathie, l'ont mis au centre d'une controverse (Calder et al., 1997; del Moral & Muller, 1970; Kholi & Singh, 1991; Scott & Prinsloo, 2008). Récemment, certaines études portant sur l'ajout d'acacias à des monocultures d'eucalyptus ont montré que cette combinaison permettait une utilisation plus efficiente des ressources en eaux et que les propriétés physiques du sol étaient améliorées (Forrester et al., 2006; Forrester et al., 2010). Cette étude porte sur les éléments de la balance hydrique de deux types de plantations : l'une composée d'eucalyptus et l'autre composée d'eucalyptus et d'acacias, dans laquelle les acacias ont été plantés en 2003. Le lieu d'étude est situé près de Riobamba dans les Andes Équatoriennes, où l'Eucalyptus globulus a été introduit en 1865. Une forêt primaire située à 20km de là à la même altitude a aussi été étudiée pour des fins de comparaison. La vitesse d'infiltration, la conteneur en eau et en matière organique étaient faibles pour le sol de la plantation d'eucalyptus, un peu meilleures dans la biculture d'acacias et eucalyptus, et largement supérieure dans la forêt primaire. L'élévation du taux d'évaporation dans la forêt d'eucalyptus a été attribué à sa canopée plus sporadique et à son allélopathie, qui entraine des sols dénués de végétation. La perte de matière organique entraine à son tour des taux d'infiltrations et de conteneur en eau plus bas, et contribue à l'érosion des sols. Un modèle 1-D de 3 couches de la balance hydrique a montré que, au cours de l'année, bien que la biculture d'acacias et eucalyptus menait à une augmentation de 15% en transpiration par rapport à la monoculture d'eucalyptus, les pertes en évaporation diminuaient de 43% et le volume d'eau infiltrée était multipliée par 4. Ceci implique que l'ajout d'acacias dans les monocultures d'eucalyptus pourrait contribuer à une meilleure utilisation de l'eau dans les zones arides à semi-arides des Andes, en limitant les pertes dues à l'évaporation. Les recharges en eaux souterraines pourraient être augmentées, ce qui aurait un impact positif sur la balance hydrique de la région.

Understanding and quantifying fluid flow patterns and the permeability architecture of fault zones is crucial for petroleum development, the safety of nuclear waste repositories, and water resource management. Fault zones have complex permeability patterns that lead to faults acting as hydraulic barriers, conduits, or combined conduit-barriers. How faults affect groundwater flow at a regional scale (1-10km) is especially uncertain. The objective of this work is to determine whether faults affect regional patterns of groundwater discharge to lakes. We use naturally occurring geochemical tracers to quantify the groundwater discharge to lakes underlain by faults and not underlain by faults, and used groundwater discharge as a proxy for permeability. We sampled 54 lakes overlying the Paleozoic Appalachian fold and thrust belt in the Eastern Townships in Québec, and compared results to a previous study of lakes with low groundwater discharge in a crystalline watershed in the Canadian Shield not overlying regional fault zones. About half of the lakes sampled overly regional-scale thrust faults and the remaining lakes are not underlain by a fault. Lake water, inlet water and nearby groundwater were sampled in fall 2011 for radon-222 and chloride. Groundwater and surface water inflows have been quantified for each lake using a steady-state analytical mixing model of mass balance for both tracers, considering tracer input from precipitation, surface water and groundwater inflow, and loss through evaporation, gas exchange, radioactive decay, and surface water outflow. The uncertainty and physical plausibility of the analytical model results were examined using Monte Carlo analysis and numerical modeling, respectively. While the analytical model indicates non-negligible groundwater discharge for most of the lakes, the difference between the discharge rate into the lakes located on faults and the other lakes is not statistically significant. Numerical modeling suggests that fault zone permeability parameters are insignificant compared to watershed parameters such as lake or watershed area. However, the groundwater discharge rate in the Paleozoic fold-belt is significantly higher than lakes overlain crystalline bedrock. Thus, the rate of groundwater discharge is not significantly enhanced or diminished around the thrust fault zones, suggesting that in a regional scale, permeability of fault zones is not significantly different from the bedrock permeability at shallow depth in this old, tectonically-inactive sedimentary fold and thrust belt. / L'étude de la perméabilité des zones de failles, et la caractérisation des écoulements souterrains autour des failles est un défi essentiel pour nombre de champs d'études, comme l'industrie pétrolière, l'enfouissement des déchets nucléaires, ou pour la gestion des ressources en eau. La perméabilité des zones de failles est complexe, et une faille peut se comporter aussi bien comme une barrière hydraulique que comme un conduit, ou encore une association des deux, favorisant les écoulements le long de la faille. L'impact des failles sur les écoulements souterrains est inconnu, en particulier à une échelle régionale (1-10km). L'objectif de notre étude est d'étudier l'effet des failles sur les écoulements souterrains régionaux, en particulier sur les échanges entre les eaux de surface et les eaux souterraines. L'étude porte sur 54 lacs des Cantons de l'Est (Québec), dont la moitié recouvre une zone de faille. Les lacs sont situés dans la zone de Dunnage dans les Appalaches, formée de roches du Paléozoïque inférieur. Le débit des eaux souterraines a été estimé pour chaque lac en utilisant un modèle stationnaire incluant des bilans de masse sur deux traceurs présents en grande quantité dans les nappes aussi bien que dans les eaux de surface : le radon-222 et les ions chlorures. Les résultats ont également été comparés à une étude réalisée auparavant sur des lacs à faible décharge souterraine situés dans le bouclier canadien et qui ne recouvrent pas de faille. L'incertitude du modèle, ainsi que sa pertinence physique ont été également évalués à l'aide respectivement d'analyses statistiques incluant des simulations de Monte Carlo, et d'une modélisation numérique. Alors que le modèle analytique donne des débits d'eaux souterraines importants pour presque tous les lacs, aucune différence significative n'a été observée entre les lacs situés sur une faille et les autres. Toutefois, les débits souterrains observés dans les roches sédimentaires et volcaniques des Appalaches sont de façon significative plus élevés que ceux observés dans le bouclier canadien. De la même façon, la modélisation numérique suggère que la perméabilité au sein de la zone de faille ne modifie pas notablement les débits souterrains, comparativement à des paramètres lies à la géométrie du bassin versant, comme la surface du bassin versant. Il en ressort que le débit souterrain ne semble pas notablement accentué en présence de faille, et ainsi, la perméabilité des failles, a une échelle régionale, ne diffère pas significativement de la perméabilité des roches environnantes, pour des aquifères peu profonds, dans cette ceinture.