Projet pilote d’évaluation du rendement et des risques liés au développement d’infrastructures à faible impact à Brampton

Au début de 2015, la Credit Valley Conservation (CVC) a entrepris un projet pilote de surveillance afin d’évaluer les répercussions des stratégies de gestion des eaux pluviales fondées sur le développement à faible impact (DFI) qui améliorent la qualité et la quantité de l’eau.

Situé dans la ville de Brampton, le lotissement Wychwood était le premier bassin versant de la rivière Credit à utiliser un système de gestion des eaux pluviales uniquement fondé sur le DFI, au lieu d’un bassin d’eaux de ruissellement. Par conséquent, ce lotissement a été utilisé comme site d’étude pour le projet pilote d’évaluation du rendement et des risques liés au développement à faible impact dans le but d’aborder les objectifs de surveillance établis par la stratégie de surveillance de la gestion des eaux pluviales de la Credit Valley Conservation.

Le programme d’évaluation du rendement et des risques liés aux infrastructures (ÉRRI) de la Credit Valley Conservation (CVC) est un programme de surveillance des eaux pluviales échelonné sur plusieurs années qui est conçu pour évaluer le rendement des infrastructures de gestion des eaux de ruissellement dans le contexte de diverses utilisations de terres et conditions climatiques, et de divers scénarios réels. Le programme assure la surveillance et l’évaluation des caractéristiques du DFI que la CVC et les municipalités partenaires ont mises en œuvre sur des terres publiques et privées.

Le lotissement Wychwood a une conception unique qui tient compte de tous les critères touchant les eaux pluviales grâce à des caractéristiques de DFI réparties dans des droits de passage municipaux et des terrains résidentiels. Par conséquent, une terre qui aurait autrement été réservée pour la création d’un bassin peut être utilisée pour construire des maisons supplémentaires. Le développement de 70 terrains résidentiels gère le ruissellement des eaux pluviales à l’aide de pavés perméables, d’une tranchée d’infiltration, de jardins de pluie et d’une rigole de drainage biologique.

Les résultats de la surveillance du rendement de Wychwood révèlent ce qui suit : –

  • Les caractéristiques du développement à faible impact assurent une réduction de volume de 77% pour des précipitations pouvant atteindre 25 mm.
  • Une réduction de 84% de la charge du total de solides en suspension (TSS) a été notée, dépassant le critère précis du site de 80% de retrait des TSS pour la gestion des eaux pluviales assurant la qualité de l’eau.
  • En ce qui concerne les précipitations supérieures à 30 mm, les débits de pointe ont été réduits en moyenne de 74%, avec une réduction totale du volume de 59%.

 

Les observations montrent que les systèmes fondés sur le DFI peuvent fournir une résilience dans le contexte de précipitations de pluie importantes et intenses, pour respecter les cibles de contrôle des inondations et les critères de contrôle de l’érosion.

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Comprendre et évaluer les impacts

Les données historiques sur le climat à l’aéroport international Person ont été utilisées pour comparer les records historiques du nombre et du type d’événements enregistrés à notre station climatique près de Wychwood au cours de la période de surveillance de deux ans. L’objectif consiste à déterminer si les événements que nous avons enregistrés représentent les normes historiques dans l’ensemble de la région. Il est important de comprendre les contributions relatives des événements de différentes tailles dans le contexte des précipitations annuelles afin d’interpréter les résultats du rendement.

Les pratiques de gestion des eaux pluviales, comme des bassins de rétention humides, sont en place depuis plus de 30 ans. Une recherche menée par la Lake Simcoe Region Conservation Authority (LSRCA) a permis d’étudier des bassins âgés de 2 à 23 ans. Parmi les 98 bassins étudiés, 77 ont été conçus pour respecter le critère de niveau 1 (le type de contrôle de la qualité le plus rigoureux, avec une réduction du phosphore de l’ordre de 80 %). Seulement 36 bassins (moins de la moitié) demeuraient en exploitation au niveau d’efficacité 1.

En date de 2018, l’inventaire des infrastructures d’eaux pluviales de Brampton comptait 180 bassins et les estimations suggèrent qu’environ 400 bassins seront construits lorsque Brampton atteindra ses limites municipales de développement. Les coûts associés à l’entretien préventif et correctif des bassins d’eaux pluviales peuvent varier selon les travaux requis. L’inspection continue des bassins constitue le coût d’entretien le plus courant qui est cumulé, pouvant se situer entre 713 $ et 1 425 $ par inspection, selon le salaire du personnel. Lorsqu’un bassin d’eaux pluviales atteint sa pleine charge sédimentaire, la matière retombée doit être retirée et éliminée afin de respecter la conception de retrait de sédiment du bassin. Les coûts de retrait et d’élimination des sédiments varient de 53 $ à 513 $ par mètre cube de sédiments retirés.

En plus des contraintes budgétaires, les données probantes indiquent que les bassins d’eaux pluviales n’atténuent pas complètement les débits de pointe dans les régions urbaines à l’échelle du bassin versant. De plus, les bassins d’eaux pluviales ne contrôlent pas le volume d’eau déversée dans les cours d’eau. Les bassins retardent plutôt le rejet des eaux pluviales. Les données sur l’écoulement fluvial de Brampton indiquent ce qui suit : même si les bassins d’eaux pluviales réduisent le débit de pointe des bassins individuels vers les cours d’eau, les répercussions cumulatives peuvent tout de même entraîner des débits de pointe pouvant atteindre jusqu’à deux ordres de grandeur supérieurs, comparativement aux conditions de débit de pointe avant le développement, malgré l’utilisation de bassins. L’ajout d’un financement durable pour les coûts liés aux eaux pluviales dans le budget municipal de Brampton contribuera au maintien des actifs relatifs aux infrastructures d’eaux pluviales à court terme.

Cependant, selon des études menées par la LSRCA et la CVC, des écarts de financement persisteront si les bassins d’eaux pluviales continuent d’être la méthode privilégiée de gestion des eaux de ruissellement.

Déterminer les actions

Pendant plus de 10 ans, le programme d’ÉRRI de la CVC a permis de surveiller la capacité du DFI dans le contexte du contrôle des inondations, de la protection contre l’érosion, du retrait des nutriments, du rendement par temps froid et du maintien de l’équilibre hydrique pré-développement. Cette information aide les municipalités dans les contextes suivants :

  • Cerner les occasions de réduire les risques associés aux eaux pluviales; planifier et justifier des investissements futurs liés aux infrastructures.
  • Élaborer des mesures pour améliorer la qualité des eaux pluviales, protéger les habitats des cours d’eau où cette eau se jette et soutenir la gestion des eaux pluviales dans les hauts plateaux en amont des zones d’inondation.
  • Éclairer les stratégies liées aux changements climatiques : le programme peut fournir des paramètres pour contribuer à mesurer l’atténuation des répercussions associées aux eaux pluviales au fil du temps. La surveillance du rendement comprend l’entretien, l’inspection et le suivi afin de consigner la fréquence et la portée des activités d’entretien pendant le cycle de vie d’une infrastructure d’eaux pluviales.
  • Orienter l’élaboration de programmes de gestion des actifs municipaux conformément au Règlement 588/17 de l’Ontario d’ici 2024. Alors que les programmes typiques de gestion des actifs mettent l’accent sur l’état d’un actif et les besoins opérationnels, notamment les travaux d’inspection et d’entretien, les programmes de surveillance peuvent également améliorer la compréhension en matière d’évaluation des conditions et des besoins relatifs à l’entretien des actifs d’eaux pluviales existants.

La surveillance du rendement des conceptions de DFI a permis d’observer des réductions des volumes de ruissellement et des reports des taux de sortie mesurés, réduisant ainsi les pressions exercées sur les infrastructures d’eaux pluviales en aval et les cours d’eau récepteurs. Les avantages du DFI comprennent la réduction de la valeur monétaire des pertes causées par les inondations, le développement accru de terres (5 à 7 %) attribuable à l’absence de bassins de gestion d’eaux pluviales ainsi que l’amélioration de la qualité et de la quantité de l’eau. Le lotissement de Wychwood offre la possibilité de sensibiliser les municipalités urbaines sur la manière de trouver un équilibre entre la croissance, les infrastructures d’eaux pluviales et l’environnement dans le contexte des changements climatiques.

Mise en oeuvre

Des données de surveillance des eaux pluviales sur le site ont été recueillies pendant deux ans, de janvier 2016 à décembre 2017. Pendant le processus de modélisation et de surveillance des eaux pluviales, la CVC a examiné et analysé de nouveau l’empreinte du bassin versant du lotissement de Wychwood. Le logiciel d’information géographique Arc Hydro et l’analyse Lidar ont été utilisés pour délimiter la zone discrète du bassin versant pour chaque caractéristique de DFI. Une nouvelle superficie de site totalisant 4,09 hectares a été déterminée pour fournir une estimation plus précise du ruissellement provenant de ce site. Cette zone est utilisée pour établir les débits entrants afin de déterminer le rendement global de la gestion des eaux pluviales (voir la figure ci-dessous).

Le programme de surveillance pour le lotissement de Wychwood comprenait la collecte de données sur les précipitations et les débits, ainsi que sur les températures d’eau aux sorties et la qualité de l’eau, à partir des sites de DFI installés dans les zones est et ouest du bassin versant. L’analyse comprenait un examen des réponses hydrologiques d’événements de diverses ampleurs à chaque emplacement de surveillance. Le rendement est évalué en fonction de la réduction des débits de pointe, des délais et d’un accent sur la réduction estimée du volume de ruissellement.

À l’aide de ces indicateurs, selon différents événements, la CVC a comparé les résultats de surveillance aux critères de conception approuvés pour la gestion des eaux pluviales pour ce lotissement, incluant les suivants :

  • Contrôle de la qualité de l’eau – Traitement amélioré pour assurer la qualité de l’eau, conformément au Manuel de conception et de planification de la gestion des égouts pluviaux du ministère de l’Environnement, p. ex., retrait à long terme de 80 % des solides en suspension
  • Contrôle de l’érosion – Gestion, rétention ou réutilisation de l’ensemble des précipitations de pluie, jusqu’à 15 mm de précipitation sur le site entier
  • Contrôle de la quantité d’eau – Réduction des débits après développement de 2 à 100 ans aux niveaux d’avant développement
  • Équilibre hydrique – Conservation de la profondeur moyenne d’infiltration annuelle aux niveaux avant développement.

Les critères de conception ci-dessus sont utilisés en comparaison avec les modèles après développement et les données de surveillance sur le site pour évaluer le rendement global des caractéristiques des eaux pluviales de Wychwood. La modélisation a été utilisée comme outil d’évaluation des critères de contrôle de la quantité d’eau et de l’équilibre hydrique, mais aussi pour vérifier les résultats découlant de la surveillance et les estimations de l’entrée d’eau.

Le personnel de la CVC a également mené des inspections visuelles sur le site pour documenter le rendement et la maintenance au cours des quatre saisons, alors que les caractéristiques étaient en service. Dix inspections de site ont été réalisées durant la période de surveillance. Ces inspections ont permis de documenter les changements aux propriétés apportés par les propriétaires qui ont augmenté le taux d’imperméabilité dans l’ensemble du lotissement, contribuant à l’augmentation du ruissellement des terrains résidentiels. Une description détaillée des paramètres de surveillance et l’analyse sont disponibles en cliquant sur le lien au bas de la présente étude de cas.

Zone de cachette du site de la subdivision Wychwood
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Emplacement de surveillance continue de collecte de données

Image of a sustainable urban rainwater management project in the City of Vancouver. The schematic includes incorporation of greenscaping as a way of not only beautifying the streetscape, but also to provide functional purposes such as rainwater management and small areas of habitat refugia. The image shows the integration of sustainable design with climate adaptation actions. Specific foci are on the inclusion of more city street trees, native plants, areas for pollinators, rain gardens, and the creation of common spaces for gathering.

Résultats et suivi des progrès

Du nombre total d’événements mesurés (125) pendant la période de surveillance, 112 avaient une hauteur de précipitations inférieure à 25 mm. Ces événements représentent 90 % de toutes les précipitations pour la période de surveillance de 2016 et de 2017 à Wychwood, ce qui s’harmonise avec la moyenne à long terme de 95 % à l’aéroport Pearson. Les travaux de surveillance ont aussi permis d’observer une réduction de volume de l’ordre de 77 % ainsi qu’une réduction du débit de pointe de 83 %, grâce aux caractéristiques de DFI, pour les précipitations de moins de 25 mm. Puisque ces événements surviennent plus fréquemment, ils sont responsables du transport d’une grande partie de la masse annuelle de contaminants qui se jette dans les cours d’eau. Par conséquent, il est essentiel d’en assurer la gestion afin d’atteindre les objectifs en matière de qualité d’eau.

Le rendement observé en ce qui concerne la réduction de la charge du total des solides en suspension (TSS) de la station de surveillance du site se situe à 84 %, avec une réduction totale de la charge estimée à 99 % grâce à la rigole de drainage biologique. En général, le lotissement de Wychwood dépasse la cible de 80 % de retrait des TSS et la rigole de drainage biologique à elle seule dépasse largement cette cible.

La surveillance des événements pendant la période d’étude a permis de déterminer que les critères de contrôle de l’érosion pour la gestion, la rétention ou la réutilisation de tous les événements de précipitations, jusqu’à 15 mm, n’ont pas été atteints. Plusieurs événements produisant environ 15 mm de pluie d’intensité variable sont survenus pendant la période de surveillance. Ces événements ont produit des sorties d’eau à la station de surveillance du site. Des défauts de conception ont été cernés comme étant des facteurs ayant contribué à la réduction du rendement. Des changements dans la zone perméable du terrain, les délais entre les événements et les taux limités d’infiltration attribuables à un niveau phréatique élevé dans l’une des caractéristiques de DFI ont été cernés comme étant des facteurs contributifs possibles de la réduction. Malgré cela, il n’y a pas de préoccupations notables concernant la quantité d’eau et le contrôle de l’érosion, l’atténuation des débits de pointe ou le traitement pour assurer la qualité de l’eau dans l’ensemble du site.

Prochaine(s) étape(s)

La surveillance au site Wychwood (y compris l’ajout recommandé de la surveillance de l’eau souterraine en 2020) se poursuivra afin d’évaluer le rendement à long terme des caractéristiques de DFI. L’ajout de puits de surveillance de l’eau souterraine fournira des détails sur l’influence des niveaux élevés d’eau souterraine sur le stockage des eaux pluviales, l’infiltration et l’atténuation des débits de pointe, offrant aussi des renseignements connexes sur le débit en surface. Les inspections du site permettront de continuer à documenter les changements apportés au site et contribueront à évaluer le rendement à long terme, ainsi que les besoins en matière d’entretien, des caractéristiques de DFI, dont l’objectif consiste à élaborer des lignes directrices sur les coûts durant le cycle de vie et la gestion des actifs. Ces données exhaustives permettront de mieux comprendre le rendement à long terme des caractéristiques d’infiltration dans des régions ayant des contraintes, notamment des niveaux élevés d’eau souterraine.

La CVC continuera de soutenir Brampton dans le contexte de la formation sur la gestion des actifs en fonction des observations au site de Wychwood pouvant s’appliquer à d’autres conceptions de DFI partout dans la municipalité. Il est essentiel de redoubler d’efforts pour offrir des programmes de gestion des actifs d’eaux pluviales dans l’ensemble des municipalités afin de prolonger la vie des actifs d’eaux de ruissellement et de soutenir les objectifs de la ville visant à offrir un niveau élevé de services à ses résidents.

Ressources

Lien vers l’étude de cas complète (en Anglais seulement)

Ressources supplémentaires :