Le problème des surfaces imperméables dans l’Ontario rural
Jacqui Empson Laporte, spécialiste de l’environnement, MAAARO
De Houston à Toronto, on entend parler des inondations associées à l’augmentation des surfaces imperméables. En juin 2017, une « tempête du siècle » a frappé le Sud-Ouest ontarien et certaines régions ont reçu 170 mm (6,7 po) d’eau en sept heures. En août 2018, Toronto a reçu 75 mm (2,5 po) de pluie et le ruisseau Black a monté de 3,5 m (11,5 pi) en 90 minutes.
Mais est-ce que tout ça a un lien avec le drainage en milieu rural? Oui, tout à fait!
Examinons d’abord les changements survenus au sein des exploitations agricoles. Certains facteurs ont contribué à l’augmentation de la taille des bâtiments de ferme. Pour des raisons de sécurité au sein de l’industrie avicole, les poulaillers à plusieurs étages sont transformés en poulaillers d’un un seul étage, ce qui augmente le nombre de bâtiments. Les normes relatives au bien-être des animaux contribuent à faire augmenter les superficies allouées par animal. La technologie et les normes énergétiques appliquées dans la conception des bâtiments agricoles entraînent une hausse des surfaces consacrées à la circulation de véhicules et au transport. Les silos-couloirs remplacent les silos verticaux.
Les bâtiments agricoles devenant plus gros, le volume d’eau qui s’écoule des toits et se retrouve sur les surfaces pavées augmente aussi durant les orages. Cela fait bien dix ans que je conseille aux agriculteurs d’aménager une pente ascendante vers les cours à bétail et les structures d’entreposage du fumier, ce qui demande habituellement l’installation de tuyaux de descente et de tuyaux de drainage agricole. La vitesse à laquelle l’eau s’écoule dans le fossé ou le canal de drainage après un orage augmente aussi.
Une fois que les tuyaux de drainage sont installés dans un champ, quel impact sur l’ensemble du système auront les nouvelles structures et qui y seront construites de même que les nouveaux tuyaux de descente pluviale? L’ingénieur chargé de concevoir les systèmes de drainage municipaux devra tenir compte des superficies qui ont besoin de drainage et de l’utilisation des terres. Est-ce qu’on trouve surtout dans les environs des cultures en rangs, des pâturages permanents ou des zones boisées? Mais les ingénieurs tiennent rarement compte de la présence des surfaces imperméables.
Voici un exemple à ce sujet. Prenons trois poulaillers, d’environ 9 800 pi2 chacun. Deux pouces de pluie sont reçus au cours d’un orage, ce qui représente 1 633 pi3 d’eau par structure, ou 4 899 pi3 provenant uniquement des toits. Sans la présence de bâtiments, cette eau aurait simplement pénétré dans le sol, ou ruisselé hors du site vers les champs voisins où elle se serait infiltrée. Une certaine érosion pourrait survenir dans les champs situés en pente descendante des bâtiments agricoles.
Si les tuyaux de descente pluviale d’un bâtiment agricole sont dirigés vers les tuyaux de drainage, un important volume d’eau devra être absorbé par le système souterrain durant une période de temps relativement courte. Il est possible que le système de drainage agricole se décharge dans le réseau municipal, et que les deux systèmes soient en mesure d’absorber le tout. L’âge du système de drainage souterrain de la ferme et celui du réseau municipal, la fréquence de leur entretien, et leur capacité initiale vont contribuer à l’ampleur des répercussions de l’épisode orageux. Même si les tuyaux de drainage peuvent contenir un volume d’eau dans des systèmes de canaux ouverts, il se peut qu’ils ne soient pas en mesure de le faire à la vitesse à laquelle l’eau s’engouffre dans les tuyaux. La décharge d’eau directe en provenance de l’exploitation agricole peut influer sur l’ampleur de la fluctuation des niveaux d’eau, comme cela s’est produit dans le cas du ruisseau Black. De plus, certaines tempêtes surviennent en hiver quand il est impossible que l’eau s’infiltre dans le sol. La stabilité des rives et une capacité suffisante du système de drainage à ralentir l’écoulement de l’eau sont indispensables à la réduction des forces d’érosion.
Un agriculteur m’a mentionné qu’il y a toujours eu des fermes avec des surfaces imperméables. Pourquoi le volume d’eau ne serait-il plus le même ? En effet, au lieu d’avoir des bâtiments sur chaque ferme, on a maintenant moins de bâtiments agricoles, mais ils sont plus gros. C’est vrai! Si on compare des photographies aériennes des années 1950 avec des photographies récentes, on peut calculer la différence de surfaces imperméables. Toutefois, il y a davantage de tuyaux de drainage, les champs cultivés sont plus grands, les canaux de drainage sont plus rectilignes et les routes sont plus nombreuses. Bien qu’on n’ait pas de preuve de l’augmentation des superficies des surfaces imperméables et même si elles avaient été les mêmes, les conditions environnementales et l’aménagement du territoire ont beaucoup changé.
Si ces structures étaient en milieu urbain ou qu’elles étaient utilisées à d’autres fins que pour l’agriculture, on exigerait des plans de gestion des eaux pluviales. Cela s’explique entre autres parce qu’en milieu urbain, la règlementation a tendance à être plus stricte en ce qui concerne les surfaces disponibles pour la gestion de l’eau et elles doivent donc être prises en compte au cours du processus de planification des sites. Je ne propose pas ici de se diriger vers la mise ne place d’une règlementation pour chaque site, mais de tenir compte plutôt des possibilités uniques en matière de conservation ou réutilisation de l’eau en milieu rural.
L’irrigation n’est habituellement pas nécessaire en Ontario, mais il est possible que cela le devienne à l’avenir. Ce sera peut-être rentable dans le cas des cultures de plus grande valeur.
Quels seraient les obstacles ou les possibilités associés à l’aménagement d’étangs d’eaux pluviales ou même de canaux naturels à partir de tuyaux de drainage qui permettraient la rétention de l’eau? Les aviculteurs à qui j’ai parlé disaient craindre les étangs ouverts qui pourraient attirer la faune. Cette situation pourrait en effet présenter un risque en matière de biosécurité pour l’industrie. Les étangs pourraient cependant être mis en place suffisamment loin des bâtiments abritant des animaux afin d’atténuer ce risque.
J’ai aussi parlé à des agriculteurs dont l’eau de puits n’est pas suffisamment abondante ou de qualité pour répondre aux besoins de leur exploitation. Certains utilisent des citernes et un système de traitement de l’eau approprié pour approvisionner les animaux d’élevage ou pour le lavage sous pression. Serait-il possible d’installer un système de citernes en milieu où l’eau pourrait servir à combattre les incendies?
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Written by Jacqui Empson Laporte, Environmental Specialist, OMAFRA
From Houston to Toronto, a common theme has been flooding caused by the increase in impermeable surfaces. In June, 2017, part of Southwestern Ontario was hit with a 1 in 100 year storm event, and some areas received 6.7 inches (170 mm) of rain in 7 hours. In August, 2018, Toronto received 2.95 inches (75 mm) of rain, and Black Creek rose 11.5 ft (3.5 metres) in 90 minutes.
So, what does this have to do with rural drainage? Lots!
First, let’s consider changes in the area of farmsteads. There are factors that lead to an increase in the size of farm buildings. Farm safety in the poultry industry is moving buildings from multi-story facilities to single story buildings, and more of them. Animal welfare standards are increasing the number of square footage per animal. Technology and efficiency in barn design are resulting in larger areas for traffic and transportation. Bunk silos are replacing upright silos.
As farm buildings get larger, the volume of water that runs off the roof and paved areas during storm events also increases. I spent a decade asking farmers to divert clean upslope water away from livestock yards and manure storages, and this usually involved downspouts and tile. The speed at which it is discharged to the receiving drainage ditch or channel after a storm event also increases.
Once fields are tiled, what is the impact when new structures are built, and downspouts tiled into the system? When designing municipal drainage systems, the engineer will account for the area requiring drainage and the land use. Is the land use primarily row crops, permanent pasture, or forested? What they will rarely account for is impermeable surfaces.
Let’s use an example. There are 3 poultry barns, approximately 9800 ft2 per structure. If we got 2 inches of rain in one storm event, that would equal 1633 ft3 of water per structure, or 4899 ft3 from the roofs alone. Without the buildings, this water would simply infiltrate the soil, or run off the farmstead into adjacent fields for infiltration. Some erosion may occur in the field areas sloping away from the farmstead.
If the barn downspouts are directed into the tile drainage system, this is a large volume of water for the system to absorb in a relatively short period of time. The tile systems may discharge into a municipal drain, and both systems must be able to handle it. The age of the tile system and municipal drain, the frequency of maintenance, and original design capacity will all affect the severity of the implications of storm event. Even if the drains can hold the volume of water in open channel systems, they might not be able to handle the speed at which the water enters the system. The direct discharge of the water from the farmstead can influence the degree of fluctuation in water levels, similar to the Black Creek experience. In addition, some of the storm events are happening during the winter period, when infiltration will be non-existent. The stability of the banks and the capacity of the drain to slow the water flow is vital to reducing the erosive forces.
One farmer pointed out to me that there were always farmsteads with impermeable surfaces. Wouldn’t the volume of water be the same? Instead of a farmstead on every farm lot, now there are fewer farmsteads but they are larger. True! Comparing aerial photography from 1950 to today, we could calculate the difference in impermeable surface. However, we also have an increase in tile drainage, larger field sizes, straighter drainage channels and more roads. Although I have no concrete (no pun intended) proof, even if the square footage of impermeable surface was the same, the environmental and landscape conditions are much different.
If those structures were in an urban area or even used for something other than agriculture, there would be a requirement for a stormwater management plan. One of the reasons for this is that urban areas tend to be more restricted in area available to manage water, so it needs to be considered during site planning. I am not suggesting that we should move in a regulatory approval site-specific direction, but rather consider the many unique opportunities for water conservation or reuse in rural areas.
In Ontario, we don’t usually have a need for irrigation, but in future, maybe we will. The economics of this would play out better in higher value crops.
What challenges or opportunities would there be in stormwater ponds or even natural channel designs on drains that would incorporate water retention? The poultry operators I spoke to were concerned with open ponds that would encourage wildlife. This may pose a biosecurity risk for the industry. However, ponds could be situated far enough away from the barn to reduce the risk.
I have spoken to farmers whose well water is not of sufficient quantity or quality for their farm operations. Some use cisterns, with appropriate treatment, for water sources for their livestock or for pressure washing. Could we incorporate a rural cistern sort of system where stored water could be used for fire-fighting?
For farmers and tile contractors, the time to think about this is in the pre-construction period. There is opportunity in agriculture to find solutions that work.
