L’eau tombe souvent du ciel et est stockée dans les montagnes des États-Unis sous forme de neige avant de fondre et de s’écouler vers les communautés urbaines et rurales. Savoir quels facteurs influencent le moment et la quantité de cette fonte des neiges qui finit par atteindre les ruisseaux, les rivières et les réservoirs est crucial pour les gestionnaires de l’eau qui tentent de tirer le meilleur parti des ressources en eau limitées. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université du Nevada, de Reno et du Desert Research Institute (DRI) publiée dans Lettres de recherche environnementale identifie trois facteurs majeurs qui influencent les approvisionnements en eau liés à la fonte des neiges et identifie les régions où les approvisionnements en eau des montagnes réagissent différemment au changement climatique. L’étude a utilisé les données de 537 bassins versants à travers les États-Unis
S’appuyant sur plus de 30 ans de recherches antérieures compilées sur plus de deux ans, la recherche a révélé que trois facteurs – la quantité de neige hivernale totale disponible à la fin de l’hiver, la vitesse de fonte des neiges et le moment de la fonte des neiges – peuvent être utilisé pour mieux prédire l’impact du changement climatique sur les approvisionnements en eau essentiels à la fonte des neiges. Et, l’équipe de recherche a trouvé des différences majeures dans l’influence de chacun de ces facteurs sur les différents bassins versants à travers le pays.
« Particulièrement dans l’ouest des États-Unis, la neige est vraiment l’épine dorsale de nos systèmes d’approvisionnement en eau », a déclaré Beatrice Gordon, l’auteur principal et doctorant à l’Université du Nevada, Reno Graduate Program of Hydrologic Sciences and the Department of Natural Resources & Environmental Science. « Mais ce qui est difficile, c’est que l’approvisionnement en eau des montagnes réagit différemment aux changements de neige selon l’endroit où vous vous trouvez aux États-Unis. Compte tenu de ce défi, notre objectif était de fournir à d’autres scientifiques et gestionnaires de l’eau un cadre simple mais puissant qui peut être utilisé pour améliorer prédictions sur le moment et la quantité de débit à mesure que le changement climatique s’accélère. »
Faire l’inventaire
La première étape de la construction de ce cadre consistait à faire l’inventaire de ce qui était connu, et peut-être plus important encore, de ce qui n’était pas connu, sur la façon dont la neige façonne l’écoulement des cours d’eau. Pour ce faire, les chercheurs de l’Université du Nevada, Reno et DRI se sont associés à des chercheurs de l’Université de l’Utah, de l’Université d’État de Boise et de l’Université de Concepción au Chili pour passer en revue plus de trois décennies de recherches antérieures. Cette revue comprenait plus de 150 études sur la neige et le débit des cours d’eau du monde entier. Sur la base de cette synthèse, ils ont constaté que la quantité de débit, et dans une moindre mesure lorsque le débit printanier se produit, varie en réponse aux changements de neige à travers les États-Unis.
« Il semble que nous devrions avoir des systèmes très précis pour prévoir l’approvisionnement en eau des montagnes, mais le sale secret est qu’il y a beaucoup d’incertitude causée par le changement climatique et les changements du manteau neigeux », a déclaré le chercheur et co-auteur Adrian Harpold, professeur agrégé à l’Université du Nevada, Reno et chef du Nevada Mountain Ecohydrology Lab de l’Université. Dans le cadre de la station expérimentale de l’Université, qui est une unité du Collège d’agriculture, de biotechnologie et des ressources naturelles, le laboratoire effectue des observations de terrain et de télédétection, ainsi que des modélisations, pour aider à répondre à certaines des questions les plus urgentes liées à l’écohydrologie des montagnes. face à l’évolution des conditions environnementales.
Le manque de certitude quant au moment et à la quantité d’eau qui proviendra des accumulations de neige hivernales est un problème sérieux pour les gestionnaires de l’eau chargés de répondre aux besoins d’une population croissante et à une demande alimentaire accrue. En particulier dans l’ouest des États-Unis, caractérisé par des hivers plus humides et des étés plus secs, la majorité des eaux de surface provient des chutes de neige dans les montagnes, plus des deux tiers des apports de réservoir provenant de la neige. Pour le contexte, environ 40 millions de personnes, et une grande partie des terres les plus productives sur le plan agricole de l’ouest des États-Unis, dépendent au moins partiellement du débit dérivé de la fonte des neiges stocké dans deux de ces réservoirs.
« Dans le meilleur des cas, les gestionnaires de l’eau de l’ouest de l’Amérique du Nord ont la tâche difficile d’assurer un approvisionnement en eau fiable aux utilisateurs agricoles, urbains et récréatifs », a déclaré le co-auteur Paul Brooks, professeur à l’Université de l’Utah. « Ils ont fait un si bon travail que de nombreux résidents réfléchissent rarement à leur propre utilisation de l’eau. De plus en plus, ces gestionnaires sont coincés entre le marteau et l’enclume, car le changement climatique et la croissance démographique augmentent la demande en eau, tandis que le la quantité et le moment de la disponibilité de l’eau deviennent plus variables. »
Un cadre pour naviguer dans des eaux inexplorées
L’examen des chercheurs a mis en évidence le grand défi de la gestion des approvisionnements en eau des montagnes compte tenu de toute l’incertitude et de la variabilité des réponses régionales au changement climatique. S’appuyant sur leur revue de la littérature et des décennies d’expérience de chercheurs chevronnés, les auteurs ont développé un cadre simple, centré sur trois facteurs, conçu pour aider les gestionnaires de l’eau à mieux relever les défis posés par un avenir plus complexe et incertain.
En utilisant les données accessibles au public des 537 sites à travers les États-Unis, les chercheurs ont ensuite utilisé ce cadre pour déterminer où chacun de ces facteurs est le plus et le moins important. L’importance relative de ces mécanismes pour l’approvisionnement en eau des montagnes, que les auteurs résument comme « combien, à quelle vitesse et quand », varie géographiquement, en fonction des résultats de l’étude.
L’écoulement fluvial dans le Grand Bassin, par exemple, est particulièrement sensible aux changements dans les trois mécanismes, ce qui fait des prévisions de gestion de l’eau un défi aigu dans cette région. Cependant, à proximité, de l’autre côté du col Donner dans les montagnes de la Sierra Nevada, la recherche montre que la vitesse à laquelle l’eau atteint la surface du sol et le moment où l’eau est disponible seront plus importants que la quantité de neige perdue dans l’atmosphère par évaporation et sublimation. .
Plus de travail à faire
Le cadre n’est que la première étape vers la réponse aux grandes questions sur le sort de l’approvisionnement en eau pour l’équipe. Harpold et Gordon, ainsi que Gabrielle Boisrame et Rosemary Carroll de DRI, participent à un projet parrainé par l’USDA, « SNOWPACs », dirigé par l’Université du Nevada, Reno, en collaboration avec d’autres universités.
« Cette étude est née d’un besoin de caractériser les changements variables du débit qui se produisent dans l’Intermountain West et la gestion difficile des réservoirs qui sont essentielles à l’approvisionnement en eau agricole », a déclaré Harpold.
En complément du projet USDA, Brooks a collaboré avec le département des services publics de Salt Lake City, le projet Salt River, le district de conservation de l’eau du bassin Weber et d’autres gestionnaires dans l’ouest des États-Unis pour identifier et planifier les changements dans l’approvisionnement en eau dans un climat en réchauffement.
L’équipe concentre ses prochains efforts sur la compréhension de l’impact de ces changements de débit sur les bassins dominés par l’agriculture, y compris le bassin de la rivière Walker, qui fournit de l’eau pour l’agriculture au Nevada.
« En tant que personne qui a grandi dans l’agriculture dans l’ouest des États-Unis, je sais à quel point la neige compte pour nos communautés d’agriculteurs et d’éleveurs », a déclaré Gordon. « Et je suis ravi de voir comment le travail des SNOWPAC fournit des informations essentielles aux décideurs qui sont actuellement aux prises avec ces changements dans nos approvisionnements en eau de montagne. »
Beatrice L Gordon et al, Pourquoi la réponse de l’écoulement fluvial induite par la fonte des neiges au réchauffement varie-t-elle ? Un cadre d’examen et de prévision basé sur les données, Lettres de recherche environnementale (2022). DOI : 10.1088/1748-9326/ac64b4