CSA Group Guide technique: Élaboration, interprétation et utilisation de l’information relative à l’intensité, à la durée et à la fréquence (IDF) des chutes de pluie : guide à l’intention des spécialistes canadiens en matière de ressources en eau

Préface CSA Plus 4013 (2e éd.Pub.2012) — Le GUIDE TECHNIQUE Élaboration, interprétation et utilisation de l’information relative à l’intensité, à la durée et à la fréquence (IDF) des chutes de pluie : guide à l’intention des spécialistes canadiens en matière de ressources en eau, a été conçu pour les professionnels jouant un rôle dans la planification, la conception, la gestion, l’inspection et la règlementation visant les eaux pluviales d’orage, le drainage, les eaux usées et les systèmes de gestion des inondations. Ce guide ne constitue pas un manuel sur la conception, mais plutôt une ressource pour comprendre les dérivations, et les applications lors de la planification et la conception de systèmes hydrographiques, l’information relative à la l’intensité, la durée et la fréquence (IDF) des précipitations. En 2018, CSA a répondu à une requête de mise à jour de sections pertinentes du document afin de refléter les toutes dernières avancées scientifiques ayant trait au changement climatique et d’incorporer le changement climatique dans la formulation et l’application des informations IDF. Dans ce contexte, la mise à jour des chapitres 5 et 6 a été entreprise. La plupart de membres faisant partie du groupe de travail initial (ainsi que quelques autres) ont contribué à ce travail. Tout le reste du document conserve le même contenu que celui de la version publiée en 2012, sauf pour la mise à jour des membres du groupe de travail (Annexe 1) et les références pour les chapitres 5 et 6 (Annexe 8). Présentation du guide Résumé du chapitre Ce guide a été conçu pour les professionnels qui jouent un rôle dans la planification, la conception, la gestion, l’inspection et la réglemention des systèmes de gestion des eaux de ruissellement, du drainage, des eaux usées et des inondations. Il ne s’agit pas d’un manuel de conception, mais plutôt d’une ressource permettant de comprendre le calcul et l’application de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie dans la planification et la conception d’un réseau d’alimentation en eau. L’information sur l’intensité, la durée et la fréquence décrit la fréquence (probabilité d’occurrence) des événements de chutes de pluie extrêmes de débits et durées divers. Ce guide est conçu pour équiper le lecteur de la capacité à veiller à ce que les caractéristiques d’intensité, durée et fréquence des chutes de pluie soient convenablement prises en compte dans la planification et la conception d’une infrastructure hydraulique. Plus particulièrement, cela est possible en se familiarisant avec les hypothèses contenues dans l’information actuelle sur l’intensité, la durée et la fréquence, et en clarifiant toute limitation de cette information. Les effets des changements climatiques sur la fréquence et l’intensité des événements de chutes de pluie extrêmes sont également abordés. 1.1 Contexte et objectifs de ce guide Le Canada dispose d’investissements considérables dans les systèmes de gestion des eaux de ruissellement, du drainage, des eaux usées et des inondations. Chaque jour, les Canadiens s’appuient sur cette infrastructure pour protéger leur vie, leur propriété et les systèmes naturels tels que les ruisseaux, les rivières et les lacs. En concevant et en gérant ces travaux, les professionnels en activité doivent être soucieux de la probabilité d’occurrence de hauteurs pluviométriques extrêmes correspondant souvent à des durées de tempêtes précises. L’information sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie constitue couramment un apport essentiel aux techniques analytiques régulièrement utilisées par les spécialistes. L’information sur l’intensité, la durée et la fréquence a pour objectif de décrire la fréquence (en termes de probabilité d’occurrence) des événements de chutes de pluie extrêmes de débits et durées divers. La demande en information sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie a augmenté à l’échelle du Canada au cours des dernières années pour un certain nombre de raisons. Tout d’abord, l’hétérogénéité spatiale des tendances de chutes de pluie extrêmes est mieux comprise et mieux documentée, et des arguments plus convaincants sont présentés concernant la valeur de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence « pertinente à l’échelle locale ». Ensuite, le Canada poursuit son urbanisation. Puisque les zones urbaines s’étendent, rendant ainsi les bassins versants généralement moins perméables aux chutes de pluie et au ruissellement, de nombreux réseaux d’alimentation en eau plus anciens présentent un déficit de plus en plus important et ne parviennent pas à fournir les services pour lesquels ils ont été conçus. Pour comprendre l’ampleur de ce déficit, des renseignements sur les données d’entrées maximales (événements de chutes de pluie extrêmes) avec lesquelles les ouvrages de drainage doivent composer sont nécessaires. Enfin, les recherches indiquent aujourd’hui que les changements climatiques entraîneront vraisemblablement à l’avenir une augmentation de l’intensité et de la fréquence des événements de précipitations extrêmes dans la plupart des régions. Par conséquent, les valeurs d’intensité, durée et fréquence devront, de façon optimale, être mises à jour plus fréquemment que par le passé et on pourrait faire appel aux scénarios de changements climatiques afin d’éclairer les calculs des valeurs d’intensité, durée et fréquence. Pendant ce temps, de nouvelles approches apparaissent pour consolider les connaissances sur les caractéristiques d’intensité, durée et fréquence des chutes de pluie. Par exemple, les tendances par imagerie radar sont étudiées pour « combler les lacunes (données) » de façon rétroactive pour les régions où l’on manque d’instruments classiques de mesure des chutes de pluie, et donc de données sur l’intensité, la durée et la fréquence. De nouvelles approches sont également envisagées pour le calcul des courbes régionales d’intensité, durée et fréquence, plutôt que de simples courbes ponctuelles. Environnement Canada est le principal fournisseur d’information sur l’intensité, la durée et la fréquence au Canada. L’information sur l’intensité, la durée et la fréquence d’Environnement Canada est disponible pour les emplacements couverts par le réseau national de surveillance du taux de précipitations, qui compte actuellement 559 stations (voir la figure 1.1) installées et gérées conformément aux normes de l’Organisation météorologique mondiale (OMM). Alors que l’approche d’Environnement Canada relativement à la collecte de données sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie et au calcul des valeurs d’intensité, durée et fréquence est du domaine public, ce guide constitue une première tentative de regrouper des méthodologies, des hypothèses et des limites en un seul document aux fins de consultation par le personnel ne faisant pas partie d’Environnement Canada. Étant donné la demande accrue d’information sur l’intensité, la durée et la fréquence, les méthodes nouvelles et émergentes permettant d’établir ce type d’information, ainsi que le nombre croissant de parties extérieures à Environnement Canada ayant commencé à calculer des valeurs d’intensité, durée et fréquence soit en termes de capacité de consultation, soit pour leur propre usage, le guide a été élaboré pour : a) fournir aux spécialistes une compréhension de base des moteurs météorologiques des chutes de pluie extrêmes qui doivent être compris afin que ces spécialistes puissent déterminer et respecter leurs besoins locaux; b) décrire comment l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence (IDF) des chutes de pluie a d’ordinaire été établie au Canada, y compris les explications des hypothèses intégrées à l’information actuelle sur l’intensité, la durée et la fréquence qui a une importance potentielle pour les spécialistes en matière de ressources en eau; c) fournir une orientation pour déterminer si des renseignements supplémentaires sur les chutes de pluie, y compris des valeurs d’intensité, durée et fréquence, sont requis pour optimiser la conception locale de l’infrastructure; d) fournir une orientation pour la conception et la mise en oeuvre d’un réseau pluviométrique amélioré, ainsi que des exigences en matière de besoins en mesure du débit et en données, si une nouvelle information sur l’intensité, la durée et la fréquence est nécessaire; e) débattre sur les conséquences que les changements climatiques pourraient avoir sur l’établissement, l’interprétation et l’utilisation de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie, et fournir une orientation sur la manière dont ces conséquences pourraient être prises en compte; f) fournir des exemples sur la façon dont l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence est actuellement utilisée dans la planification et la conception de l’infrastructure des ressources en eau, présenter les meilleures pratiques en matière de gestion des risques et de durabilité, et fournir une orientation sur la gamme d’options d’adaptation en fonction des changements aux caractéristiques d’intensité, durée et fréquence des chutes de pluie qui pourraient se produire en raison des changements climatiques; g) mettre en lumière les occasions d’enrichissement des éditions à venir de ce guide, notamment le traitement des événements de chutes de pluie saisonniers, les conséquences liées à la mesure, à la surveillance et à l’intégration des données sur les chutes de pluie qui répondent aux normes variables sur la qualité des données, ainsi que d’autres ressources sur les meilleures pratiques pour prendre en compte les conséquences des changements climatiques prévus aux fins de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence. Ce guide est conçu pour veiller à ce que les caractéristiques d’intensité, durée et fréquence des chutes de pluie soient convenablement prises en compte et utilisées dans la planification et la conception d’infrastructures hydrauliques en éclaircissant les hypothèses associées à l’information actuelle sur l’intensité, la durée et la fréquence, y compris les points forts et les points faibles, ainsi que les effets des changements climatiques sur cette information. 1.2 Public cible Les utilisateurs prévus du document reflètent les objectifs tels qu’ils sont présentés, et comprennent : • les spécialistes en matière de ressources en eau et d’infrastructure ou les autres intervenants qui souhaitent mieux comprendre le calcul et l’application de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence lors de la production d’information nouvelle ou améliorée sur l’intensité, la durée et la fréquence (p. ex., conseils sur l’établissement de réseaux de surveillance et la collecte de données disponibles par l’intermédiaire de la compilation et du calcul de valeurs d’intensité, durée et fréquence); • les spécialistes en matière de ressources en eau et d’infrastructure qui ont besoin de mieux comprendre le calcul et l’application de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence afin de gérer durablement leur infrastructure; • les spécialistes en eau qui doivent mieux comprendre les facteurs climatiques actuels et futurs relatifs aux valeurs d’intensité, durée et fréquence des chutes de pluie extrêmes, ainsi que les options d’adaptation pour gérer les conséquences d’un climat changeant; • les établissements d’enseignement, notamment d’ingénierie et d’autres disciplines nécessitant une compréhension du processus de calcul, d’interprétation et d’application de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence. 1.3 Processus utilisé pour élaborer ce guide L’élaboration de la seconde édition du guide sur l’IDF a été guidée par les résultats d’un examen public approfondi de la première édition du guide. D’une manière générale, les changements apportés de la première à la seconde édition peuvent être répartis selon les efforts visant à accroître le caractère pratique et applicable du guide pour les utilisateurs finaux visés, les efforts visant à inclure plus de discussions propres à l’adaptation aux changements climatiques ainsi qu’à améliorer le contenu technique du guide. En outre, deux nouveaux chapitres ont été ajoutés. Le chapitre 7 propose une vue d’ensemble des principes à utiliser par les spécialistes lorsqu’ils envisagent les adaptations liées aux changements climatiques à apporter aux infrastructures des ressources en eau. Le chapitre 8 décrit en détail un certain nombre possibles du guide sur l’IDF. Le guide a été élaboré par un groupe de travail d’experts organisé par le Groupe CSA. Les membres du groupe de travail d’experts ont été sélectionnés d’après leur expertise relative aux connaissances scientifiques sur les chutes de pluie extrêmes, aux changements climatiques, au calcul des valeurs d’intensité, durée et fréquence et à l’application de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence dans la planification et la conception de systèmes de gestion des eaux de ruissellement, du drainage, des eaux usées et des inondations. Les membres du groupe de travail sont énumérés dans l’annexe 1 de ce guide. 1.4 Principaux éléments de ce guide Afin d’aider les spécialistes des ressources en eau à comprendre de quelle manière les valeurs actuelles d’intensité, durée et fréquence peuvent être appliquées de la façon la plus appropriée, il est important que les hypothèses intégrées à l’information actuelle sur l’intensité, la durée et la fréquence soient clarifiées. Cela nécessite qu’un schéma relativement exhaustif soit fourni et décrive l’établissement des valeurs existantes d’intensité, durée et fréquence, y compris les données sur le taux de précipitations, les méthodologies de calcul, la science dernière les méthodologies relatives à l’intensité, à la durée et à la fréquence, ainsi que leurs limites. Ce guide est structuré de manière à faire passer le lecteur par chaque phase du processus d’élaboration et d’interprétation de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence jusqu’aux problèmes émergents associés aux changements climatiques et aux défis posés par l’utilisation des valeurs d’intensité, durée et fréquence dans la planification et la conception d’infrastructures. Premièrement, il offre un aperçu de ce que la science indique concernant les processus météorologiques produisant des événements de chutes de pluie extrêmes à différentes échelles spatiales et temporelles (chapitre 2). Deuxièmement, il aborde les méthodes utilisées pour mesurer les chutes de pluie, ainsi que la science et les hypothèses qui ont influencé ces approches (chapitre 3). Troisièmement, ce guide décrit les approches empiriques et statistiques, ainsi que les hypothèses utilisées pour produire les valeurs d’intensité, durée et fréquence (chapitre 4). Le chapitre 4 aborde également les nouvelles approches utilisées pour établir l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence. Quatrièmement, le guide évalue les changements dans les extrêmes de chutes de pluie au Canada, ainsi que les manières dont les changements climatiques peuvent altérer la précision et l’utilité des valeurs actuelles d’intensité, durée et fréquence (chapitre 5). Le guide prend également en compte les diverses applications de l’information actuelle sur l’intensité, la durée et la fréquence utilisée dans la planification et la conception des systèmes de gestion des eaux de ruissellement, du drainage, des eaux usées et des inondations (chapitre 6), ainsi que les mesures d’adaptation que les spécialistes pourraient entreprendre pour atténuer l’impacts des changements climatiques sur l’infrastructure, ou s’adapter à ces derniers (chapitre 7). Le chapitre 8 présente ensuite les améliorations qui pourraient être apportées au guide dans les éditions futures. Onze annexes ont été incluses afin de fournir au lecteur intéressé des renseignements et des ressources supplémentaires dans divers domaines. La figure 1.2 fournit une représentation graphique de la structure et du contenu du guide. 1.5 Limites de ce guide Ce guide n’est pas un manuel de conception d’infrastructures de ressources en eau et il n’est pas non plus conçu pour servir de norme technique. Il traite plutôt exclusivement de l’élaboration de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence des chutes de pluie, des points clés à considérer et des préoccupations liées à l’application de cette information dans la planification, la conception et la gestion des systèmes de gestion des eaux de ruissellement, du drainage, des eaux usées et des inondations. Ce guide ne fournit pas d’orientation précise pour l’intégration des hypothèses sur les changements climatiques dans l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence. Il pourrait cependant servir de précurseur essentiel à une orientation future axée précisément sur le calcul de l’information sur l’intensité, la durée et la fréquence ajustée en fonction des changements climatiques, aux fins d’utilisation dans la planification de l’adaptation à ceux-ci. 1.6 Terminologie Les définitions des termes techniques utilisés dans le guide figurent dans un glossaire, à l’annexe 6. L’annexe 7 fournit une liste des acronymes.