By | par Alina Kostyuk
Une version française de cet article suit la version anglaise.
My master’s research project is about what happens to a catchment when rain brings in new water, and how this new water travels through the system. A catchment is a geographic area where all water, both on the surface and below ground, is moving towards a single point known as the outlet. The overall goal of my project is to “chase” rainstorms of different magnitudes and compare how the catchment responds to them by looking at streamflow (i.e., water flowing in the stream), groundwater (i.e., water moving below ground), and water quality.
The outlet of the study catchment. The blue piece of equipment sticking out of the white pipe is a data logger that measures the depth of water in the stream.
My study site is a small catchment, drained by a stream called West Creek, within the Gault Nature Reserve. In April 2024, the ECOHYDROS group set up an autosampler at the catchment exit point (the outlet). The autosampler is an instrument that autonomously collects water from the stream every several hours, based on what we program it to do ahead of time. These water samples were then analyzed for different parameters (e.g., electrical conductivity, turbidity, dissolved organic carbon, total dissolved nitrogen), to see how exactly the chemistry of stream water would change because of rain. The stream water level at the outlet was also measured continuously to understand how much water was flowing through the stream at a given time – before, during and after rainfall. Finally, to investigate groundwater response to rainfall, several shallow wells were installed in the catchment. These wells allowed us to collect groundwater samples and measure the depth to the water table (the water table is the upper limit of groundwater).
Left: I am collecting samples from the autosampler. Centre: Liya is collecting a groundwater sample with a pump. Right: Field assistant Erin Eves and I bringing equipment in the field.
Over the course of the field season from May to November 2024, the team visited the West Creek catchment at the Gault Nature Reserve at least once a week to collect different kinds of water samples. These samples need to be filtered within 24 hours of retrieval from the field, so the team would race back to the lab and start the process. For each sample, a syringe would be filled with water, and then the water would be pushed through a small filter attachment to remove suspended sediment before chemical properties are analyzed.
Left: A water sample is being filtered. Right: A filtered sample is acidified (i.e., acid is added to it) to fully preserve it.
After the rainiest summer on record in the Montreal area, I was able to monitor data from 30 rain events—unpleasant days for the public, but windfalls for my research. Two of these rain events were the remnants of tropical storms: tropical storm Beryl (July 10-11, 2024) with 56 mm of rain, and tropical storm Debby (August 8-10, 2024) with 136 mm of rain—which was record breaking. For my data analysis, I am calculating different metrics for each individual event that can be used to compare the the responses of the stream and groundwater to the different rain events. We also collected a total of 783 water samples during the field season, providing plenty of data to investigate stream water and groundwater quality.
******** VERSION FRANÇAISE
Mon projet de recherche de maîtrise (flo: I would say : ”pour la maîtrise” or ”pour ma maîtrise”) vise à mieux comprendre ce qui se passe dans un bassin versant lorsqu’un événement de pluie y apporte de l’eau nouvelle (flo: ”de la nouvelle eau” would flow better), ainsi que la manière dont cette eau nouvelle (flo: again would flow better if it was ”nouvelle eau”) se déplace dans le système. Un bassin versant est une zone géographique où toute l’eau, à la fois en surface et sous terre, se dirige vers un point unique appelé l’exutoire. L’objectif global de mon projet est de capturer des événements de pluie de différentes magnitudes et de comparer la façon dont un bassin versant y réagit en examinant le débit (c’est-à-dire l’eau dans le ruisseau), les eaux souterraines (c’est-à-dire l’eau dans le sol) et les changements dans la qualité (ou la chimie) de l’eau.
L’exutoire du bassin versant à l’étude. L’appareil bleu qui sort du tuyau blanc est une sonde de niveau d’eau qui mesure la profondeur d’eau qui est présente dans le ruisseau.
Mon site d’étude est un petit bassin versant drainé par le ruisseau “West Creek”, ou Ruisseau de l’Ouest, au sein de la réserve naturelle Gault. En avril 2024, ECOHYDROS a installé un échantillonneur automatique à l’exutoire du bassin versant. Un échantillonneur automatique est un instrument qui prélève de l’eau du ruisseau de manière autonome toutes les quelques heures (flo: maybe this is better? ”à temps d’intervalle régulier”), en fonction de la programmation que nous choisissons à l’avance. Les échantillons d’eau ont ensuite été analysés pour certains paramètres physico-chimiques (conductivité électrique, turbidité, carbone organique dissous, azote total dissous), afin de voir comment la qualité de l’eau change en fonction de la pluie. Le niveau d’eau à l’exutoire a également été enregistré en continu à l’aide d’une sonde de niveau d’eau, afin de déterminer la quantité d’eau qui s’écoulait dans le ruisseau à tout moment : avant, pendant, (flo: no comma) et après des événements de pluie. Enfin, pour étudier la réaction des eaux souterraines aux événements de pluie, plusieurs puits peu profonds ont été installés dans le bassin versant. Ces puits nous ont permis de prélever des échantillons d’eau souterraine et de mesurer la profondeur de la nappe phréatique (la nappe phréatique est la limite supérieure de l’eau souterraine).
À gauche: je vérifie des échantillons d’eau de ruisseau prélevés par l’échantillonneur automatique. Au centre : Liya prélève un échantillon d’eau souterraine à l’aide d’une pompe. À droite : Erin Eves, assistante de terrain, et moi-même transportons du matériel sur le terrain.
Au cours de la saison de terrain, de mai à novembre 2024, l’équipe s’est rendue dans (flo: missing ”le”) bassin versant du ruisseau de l’ouest à la réserve naturelle Gault au moins une fois par semaine, pour collecter différents types d’échantillons d’eau. Puisque ces échantillons doivent être filtrés dans les 24 heures après leur récolte sur le terrain, l’équipe se devait de retourner rapidement à notre laboratoire sur le campus pour commencer le processus d’analyse. Pour chaque échantillon, une seringue est remplie d’eau, puis l’eau est poussée à travers un petit filtre afin de retirer les sédiments en suspension avant que les paramètres chimiques puissent être évalués.
À gauche : un échantillon d’eau en cours de filtration. À droite : un échantillon filtré se fait acidifier (on y ajoute de l’acide) afin de préserver ses propriétés chimiques.
Après l‘été le plus pluvieux jamais enregistré dans la région de Montréal, j’ai pu acquérir des données pour 30 événements de pluie – des journées désagréables pour le grand public, mais une aubaine pour mes recherches. Deux de ces événements étaient les vestiges de tempêtes tropicales : la tempête tropicale Beryl (10-11 juillet 2024) avec 56 mm de pluie, et la tempête tropicale Debby (9 août 2024) avec 136 mm de pluie, ce qui constitue un record pour la région. Pour l’analyse des données, je calcule différentes statistiques pour chaque événement individuel et je les utilise pour quantifier et comparer les réponses du ruisseau et des eaux souterraines. Nous avons collecté un total de 783 échantillons d’eau au cours de la saison de terrain, ce qui nous a permis d’obtenir de nombreuses données pour étudier la qualité de l’eau du ruisseau et de l’eau souterraine.
Ecohydrological Systems Laboratory - Laboratoire sur les systèmes écohydrologiques 