PART I
TECHNICAL AND REVIEW PAPERS (Contd.)

EFFETS MÉSOLOGIQUES DES EXTRACTIONS DE GRANULATS DANS LE LIT MINEUR DES COURS D'EAU

M. Larinier

CERIT-CTGREF, BP 26, 31320 Castanet Tolosan, France

RÉSUMÉ

Le cours inférieur du Doubs est le siège d'une exploitation intensive de granulats depuis une quinzaine d'années. Des relevés du profil en long de la ligne d'eau ont permis de mettre en évidence des abaissements du lit du Doubs au voisinage des zones d'extraction. Ces abaissements provoquent, en amont, de fortes mises en vitesses et une intensification des phénomènes d'érosion du lit et des berges. Les caractéristiques granulométriques moyennes du lit variant peu sur l'axe hydraulique du Doubs, sauf dans les fosses d'extractions qui jouent le rôle de pièges à sédiments et où s'accumulent des éléments beaucoup plus fins et des substances organiques souvent réductrices et peu favorables à l'installation de la faune aquatique. L'utilisation d'un modèle mathématique a mis en évidence le rôle prépondérant de la longueur de la fosse d'extraction sur les phénomènes d'érosion régressive. Après avoir noté l'importance du transport solide dans l'équilibre d'un cours d'eau, l'auteur reprend de façon synthétique les conséquences directes et indirectes des extractions de matériaux alluvionnaires dans les lits mineurs en élargissant le champ des observations à d'autres cours d'eau que le Doubs.

ABSTRACT

Intensive sediment extraction has taken place in the lower Doubs River for the past 15 years. Extraction has lowered the bottom profile and accelerated current resulting in errosion of the bottom and shoreline. Depressions created by the extraction have resulted in accululations of fine sediments poor in aquatic life. A mathematical model of the errosion processes around these depressions predicts how the errosion caused by the water current will enlarge the depressions. Because of the importance of stream bottom structure, the author projects direct and indirect consequences of sediment extraction on the Doubs River and other water courses.

INTRODUCTION

Les besoins croissants en matériaux de construction et de viabilité ont entraîné depuis une quinzaine d'années un développement important des exploitations de granulats dans les lits mineurs des cours d'eau.

De trop nombreux exemples démontrent qu'il n'est malheureusement plus possible de mettre en doute les nuisances entraînées par les extractions intensives d'alluvions: abaissement des lignes d'eau, déstabilisation du lit, érosion des berges, ruine des ouvrages de protection… Ce bouleversement de l'habitat aquatique peut à son tour se traduire par d'importantes modifications de la structure et du fonctionnement de l'édifice trophique et de profonds changements dans la structure du peuplement ichtyologique.

Dans la première partie, ont été repris certains résultats d'une étude entreprise sur le Bas-Doubs, à la demande du Ministère de l'Environnement et du Cadre de Vie, destinée à mettre en évidence la nature et l'importance des conséquences mésologiques et biologiques des extractions.

En s'appuyant sur les principes fondamentaux de l'hydraulique fluviale et en élargissant le champ des observations à quelques autres cours d'eau que le Doubs, on a tenté, dans la seconde partie, de reprendre de façon synthétique les principaux effets des extractions sur l'équilibre et la morphologie du lit.

OBSERVATIONS EFFECTUÉES SUR LE DOUBS INFÉRIEUR

Situation des Extractions et Morphologie du Secteur Étudié

Le cours inférieur du Doubs, entre la confluence avec la Loue et la Saône, est le siège depuis une quinzaine d'années d'une exploitation intensive des sédiments de son lit mineur.

Sur le secteur étudié, long d'une soixantaine de kilomètres, s'échelonnent cinq points d'extraction importants: Champdivers, Fretterans, Lays, Navilly (2) et un site de moindre envergure à Longwy (Fig. 1). Dans cette zone, où aucun barrage ne vient entraver la libre circulation des eaux, la rivière développe de larges méandres au sein d'un lit majeur de 2 km de large. L'existence de nombreuses reculées et bras morts témoigne d'un écoulement antérieur à divagation naturelle importante désormais contenue en grande partie par la présence de nombreuses levées de terre ou protections en enrochements.

Les fonds du lit mineur sont naturellement constitués d'un mélange d'éléments grossiers (galets et graviers) comprenant une fraction sableuse dont la proportion augmente vers l'aval du cours d'eau. Dans les zones d'eaux mortes (anciens bras, reculées, etc…), le fond a été recouvert de dépôts fins à dominante limoneuse.

La pente du cours d'eau sur le tronçon est de 0,36 × 10^-3. Elle dépasse 0,5 × 10^-3 dans le secteur amont, entre le pont de Gévry et le pont de Lays (0,66 × 10^-3 au voisinage du confluent avec la Loue) pour diminuer progressivement vers l'aval où elle devient inférieure à 10^-4 à partir de Navilly.

Fig. 1. Cours inférieur du Doubs sites d'exploitation.

Géologie, Hydrogéologie et Hydrologie

Des alluvions anciennes (formation de Saint-Cosme), mal datées, s'étendent sur toute la basse plaine du Doubs. D'une épaisseur pouvant atteindre 25 à 30 mètres, elles comprennent deux ensembles:

• à la base, des cailloutis—mélange de graviers, galets et de sable fin silicieux—dont l'épaisseur varie de 5 à plus de 10 mètres;

• puis des argiles et des marnes, dont la partie inférieure est souvent sableuse.

Ces alluvions anciennes sont recouvertes d'alluvions récentes, qu'il est souvent très difficile de distinguer des précédentes en particulier lorsque la couche d'argile de la formation de Saint-Cosme a été décapée. Elles sont composées de cailloutis assez grossiers à éléments calcaires dominants, le sable interstitiel n'étant pas très abondant.

Au toit des alluvions, on observe une couverture limoneuse, témoin des débordements et d'anciennes divagations de la rivière.

Le lit du Doubs est installé sur les graviers et galets des alluvions récentes en entaillant, par endroits, les alluvions anciennes. Les limons superficiels de débordement sont mis en évidence dans les zones où le Doubs erode ses berges.

Collin (1969) a mis en évidence l'extension à toute la plaine Saône-Doubs d'un aquifère constitué par les alluvions récentes et les cailloutis de Saint-Cosme, aquifère dont l'épaisseur varie de 3 à 14 mètres. L'établissement de plusieurs cartes piézométriques (années 1966 et 1967) a permis de définir les relations nappe-Doubs:

• Dans la zone amont du tronçon considéré, la nappe est alimentée par le Doubs. Celui-ci étant toujours surélevé par rapport à la nappe sur sa rive droite (de 1,5 à 3 mètres) alors qu'il ne l'est que très légèrement en rive gauche, il est probable que cette nappe soit alimentée par celle de la Loue et reçoive, au passage, un apport d'eau du Doubs. Cette alimentation cesse quelques kilomètres après la confluence Doubs-Loue.

• Dans la partie centrale, l'écoulement de la nappe est grossièrement parallèle au Doubs, sans que l'on puisse mettre en évidence des échanges importants.

• Dans la zone aval, à partir de Neublans, la nappe réalimente la rivière, principalement en basses eaux.

Les débits moyens annuels du Doubs à Rochefort et de la Loue à Parcey sont respectivement viosins de 100 et 50 m³/s: 99 m³/s pour le Doubs à Rochefort (16 ans d'observations), 56,5 m³/s pour la Loue à Parcey (10 ans d'observations). À la station de Neublans, c'est-à-dire en aval de la confluence Loue-Doubs, le module annuel est de 158 m³/s (9 ans d'observations). On a reporté sur la Fig. 2 les valeurs des débits moyens mensuels pour la période 1967–1975 à la station de Neublans. Le Doubs présente un régime pluvio-nival océanique marqué par des périodes de basses eaux en fin d'été et en début d'automne et des hautes eaux en hiver et en début de printemps. Le débit instantané maximal enregistré pendant la péroide 1967–1975 est de 1 417 m³/s, alors que le débit minimal est voisin de 12 m³/s.

Méthodologie d'Étude

Le tronçon à l'étude a été parcouru en bateau lors d'une première compagne en mai 1976. Les caractères géomorphologiques ont été reportés dans un premier temps sur des plans à l'échelle 1/10 000 puis repris de manière synthétique sur une carte à l'échelle 1/25 000.

Des prélèvements de sédiments ont été effectués tout au long du secteur. Les échantillons ont été recueillis le plus souvent à l'aide d'une drague à main à fond plat dans le cas de sédiments composés de gros éléments, parfois même à la main suivant la méthode préconisée par Wolmann (1954) pour la détermination de la granulométrie de surface. La benne d'Eckmann a été utilisée pour l'échantillonnage des sédiments plus fins en milieu profond.

Des mesures sur place de température, de pH et rH ont été effectuées sur les sédiments comportant une fraction argilo-limoneuse chargée de matières organiques.

Le profil en lon de la ligne d'eau a été établie en deux étapes au cours des mois de juin et juillet 1976.

On a utilisé dans un premier temps une méthode similaire à celle pratiquée par l'IGN en 1930 sur le secteur étudié: des cheminements ont été effectués depuis les différents repères de nivellement situés à proximité du cours d'eau, ce qui a permis d'obtenir une quarantaine de points.

Afin d'augmenter la précision du levé, en particulier au niveau des extractions, nous avons été amenés dans une seconde étape à effectuer des cheminements le long du cours d'eau à partir d'un repère initial amont par des visées de longueurs variant de 50 à 200 mètres en pratiquant à chaque fois une fermeture altimétrique sur un second repère situé à l'aval.

Fig. 2. Débits mensuels moyens du Doubs à la station de Neublans (période 1967–1975).

La ligne d'eau a été relevée sur deux tronçons d'une longueur totale voisine de 15 kilomètres; du Pont de Molay en aval du Pont de Champdivers et du Pont de Petit-Noir à l'aval du Pont de Lays.

Quelques profils en travers ont été établis en complément de l'étude de certains sites (Lays). La détermination du champ de vitesses a été réalisée simultanément à partir d'un bateau et d'un cable gradué tendu en travers du lit.

Observations Générales

Certains tronçons du cours d'eau font preuve d'une remarquable stabilité, en particulier la partie aval du secteur étudié. Par contre, on observe, entre le secteur de Lays et l'aval du Pont de Navilly, l'existence de berges vives fortement dégradées. Les sapements sont d'autant plus intenses que la hauteur des rives est importante. En règle générale, les érosions les plus intenses se situent à l'amont immédiat des zones d'extraction.

Il est difficile d'interpréter globalement les décalages existant entre les différentes lignes d'eau, décalages imputables à la fois à la variabilité des débits lors des différents relevés, à la différence de précision entre ces relevés ainsi qu'aux modifications intervenues dans la morphologie du lit.

Plusieurs repères de nivellement ont d'autre part disparu depuis le relevé de 1930, en particulier entre Lays et Neublans.

Seuls sont vraiment comparables les profils donnés par Collin (septembre 1967) et par le C.T.G.R.E.F. (juin et juillet 1976) puisqu'ils correspondent à des débits d'étiage très voisins, compris entre 15 et 40 m³/s.

• Prélèvement sur fond du cours d'eau
o Prélèvement en berge
■ Prélèvement au niveau des extractions
▼ Prélèvement dans les noues
△ Pavage

Fig. 3. Charactéristiques granulométriques des sédiments du Doubs.

Cette comparaison met en évidence un abaissement général de la ligne d'eau dans le secteur de Navilly ainsi que dans le secteur amont entre le Pont de Champdivers et le Pont de Molay, abaissement imputable à la fois aux extractions de granulats dans le lit mineur du cours d'eau et à une coupure de méandre en amont du Pont de Molay.

Dans le secteur prospecté, le lit du cours d'eau est naturellement composé d'un mélange de galets, de graviers et de sables: les caractéristiques granulométriques moyennes varient peu dans l'axe hydraulique du Doubs, les φ₅₀¹ restant compris généralement entre -3 et -4.

Par contre, des éléments beaucoup plus fins tels que sables, argiles et limons ainsi que des substances organiques diverses s'accumulent dans les fosses d'extraction qui jouent le rôle de pièges à sédiment (Fig. 3). Les dépôts sont réducteurs, souvent putrides; leur eau interstitielle est très chargée en azote ammoniacal alors que ses teneurs en nitrites et nitrates sont généralement très faibles: cela signifie que les apports en oxygène—liés au taux de renouvellement des eaux dans les fosses—sont insuffisants pour assurer la transformation de ces sels ammoniacaux en nitrates. Ce fait a été confirmé par des mesures d'oxygène dissous dans les fosses en juin 1976, dans une fosse de Lays, la teneur en oxygène dissous était de 2,7 mg/l au fond, alors qu'elle était de 14,6 mg/l en surface. Ces sédiments piégés dans les fosses constituent un milieu peu favorable à l'installation de la faune aquatique représentée par quelques invertébrés endobenthiques particulièrement résistants appartenant aux groupes des oligochètes et des chironomides.

¹ L'échelle des φ (Inmann 1952) est fréquemment utilisée en sédimentologie pour caractériser la granulométrie d'un échantillon

Site de Champdivers

L'exploitation des granulats s'est traduite dans un premier temps par la coupure progressive d'un méandre à l'amont immédiat du Pont de Champdivers, puis après l'enlèvement partiel de l'île ainsi formée, par un creusement et un élargissement du lit qui s'étend vers l'amont au fil des années.

Cette extraction, liée à une coupure d'un méandre à l'amont, destinée à améliorer l'écoulement des eaux au Pont de Molay et protéger la voie de chemin de fer, s'est traduite par un abaissement général de la ligne d'eau que l'on peut estimer à plus d'un mètre.

La section en travers du cours ainsi modifiée étant surdimensionnée, la ligne d'eau est devenue pratiquement horizontale sur près d'un kilomètre à l'amont du Pont de Champdivers (Fig. 4). Les pertes d'énergie sont concentrées:

• à l'amont immédiat de la zone d'exploitation (pente de l'ordre de 1,8 × 10^-3). Ce secteur est soumis à une forte érosion qui progresse vers l'amont.

• à l'aval immédiat de la zone d'exploitation où l'on observe un secteur de reprise d'érosion d'une longueur voisine de 600 mètres. À ce secteur succède un tronçon à faible pente d'une longueur de deux kilomètres où se déposent en basses eaux les particules fines mises en suspension par les dragues et qui n'ont pas été piégées dans la fosse d'extraction. Les particules fines colmatent les supports principalement en bordure des rives sur des épaisseurs atteignant une dizaine de centimètres.

Fig. 4. Site de Champdivers.

Site de Navilly

À partir du Pont de Navilly, le Doubs a été dragué et le chenal entretenu de façon à permettre le trafic des barges et des dragues flottantes. Ce dragage, conjugué à l'existence de plusieurs points d'extractions en amont du Pont de Navilly, a provoqué un abaissement de la ligne d'eau qui est supérieur à 1 mètre à Navilly (voir Fig. 5), cette ligne d'eau se raccorde évidemment au niveau de base fixe que constitue la confluence avec la Saône.

Cet abaissement généralisé a provoqué à l'amont une augmentation de la pente de la ligne d'eau du Doubs engendrant à son tour de fortes érosions sur tout un secteur, en particulier sur les berges, naturellement friables, qui sont soumises à des sapements intenses en rive gauche.

Fig. 5. Site de Navilly.

D'autre part, une forte érosion en rive gauche avec tendance à la formation d'un méandre se produit à l'aval du Pont de chemin de fer de Navilly. Les érosions de rives sont aggravées par l'abaissement du lit—augmentant la hauteur, donc la vulnérabilité des berges—et par le batillage constant causé par le passage des barges.

Site de Lays

L'extraction, dont on voit déjà les traces sur les photos aériennes de 1962, a consisté d'abord en l'approfondissement du lit à l'amont du Pont de Lays, puis en l'enlèvement d'une île, enfin en la coupure progressive d'un méandre.

L'extraction s'étend actuellement sur un secteur de près de deux kilomètres, les fosses atteignant des profondeurs supérieures à 6 mètres. Le surdimensionnement du lit du cours d'eau consécutif aux extractions s'est traduit par un abaissement de la ligne d'eau qui présente une très faible pente sur le secteur (de l'ordre de 5,4 × 10^-5 pour un débit de 30 m³/s lors des levés de juin 1976).

Fig. 6. Site de Lays.

Cet abaissement de la ligne d'eau a entraîné la formation d'une zone à fort gradient à l'amont (1,5 × 10^-3), zone soumise à des érosions et des dégradations de berges intenses (voir Fig. 6).

Il a paru intéressant de mettre en évidence cette accélération de l'écoulement à l'amont proche de l'extraction en déterminant les caractéristiques hydrauliques du cours d'eau en deux sections: l'une étant prise à l'amont immédiat de la fosse dans la zone apparente de mise en vitesse (section 13), la seconde environ 1 100 mètres en amont, dans une portion rectiligne du cours d'eau (section 12). Lors des relevés, le débit était voison de 52 m³/s.

Les fonds du cours d'eau, au droit des deux sections, sont caractérisés par un pavage, des galets de dimensions variables protégeant les sédiments sous-jacents plus fins constitués par un mélange de sable, de gravier et de galets.

Les principaux paramètres hydrauliques des sections ont été portés dans le Tableau 1.

La force tractrice, force par unité de surface que le fluide exerce sur le fond du cours d'eau, et son évolution en fonction du débit, donnent une image de la stabilité de ce fond et des berges: à partir d'une certaine valeur de cette force tractrice (appelée force tractrice critique), valeur qui est fonction de la granulométrie des matériaux constitutifs du lit, ceux-ci peuvent être mis en mouvement (début de l'érosion).

Si l'on compare les valeurs des forces tractrices critiques pour les matériaux situés sous le pavage (le critère de Meyer-Peter donne respectivement 13,3 et 8,4 N/m² pour les sections 12 et 13), on constate que pour le faible débit considéré, si la section 12 est stable (force tractrice voisine de 3,2 N/m²), la section 13 est soumise à une force tractrice (11,8 N/m²) suffisante pour mettre en mouvement les matériaux du lit et des berges, le fond ne devant sa stabilité qu'au pavage superficiel.

Les berges n'étant protégées ni par le pavage, ni par la végétation (enfoncement du lit), sont donc très fragiles et facilement dégradées.

Il est clair que tant que le pavage subsiste, il y a peu de transport solide de fond, seules les rives, non protégées, étant érodées et dégradées.

Le secteur étant situé dans le remous créé par la gravière—écoulement non uniforme—l'estimation des forces tractrices pour des débits plus importants n'est pas évidente. Cependant, si celles-ci sont susceptibles d'augmenter lors des crues de manière suffisante pour détruire le pavage superficiel, les éléments sous-jacents sont alors mis en mouvement en bloc, l'érosion peut devenir très importante et le secteur subir un profond bouleversement morphologique.

Ce fait a d'ailleurs été observé: la morphologie du lit a été considérablement modifiée en amont immédiat de l'expoloitation entre les compagnes de mai 1976 et d'août 1977: les berges, principalement en rive droite, ont subi d'importantes dégradations marquées par le déracinement de nombreux arbres et un élargissement notable de la section.

Utilisation d'un Modèle Mathématique pour l'Appréciation de la Longueur d'Influence Amont de la Gravière en Fonction des Caractéristiques de Celle-ci

L'observation et les mesures de terrain ont mis en évidence l'accélération très nette de l'écoulement en amont immédiat des exploitations ainsi que des phénomènes d'érosion et de dégradation des berges sur des longueurs importantes.

Tableau 1. Paramètres hydrauliques des sections.

Fig. 7. Influence des charactéristiques de la fosse d'extraction sur l'augmentation des forces tractrices à l'amont.

Ces observations et ces mesures, effectuées en basses eaux, ne permettent pas d'évaluer objectivement la longueur influencée par l'extraction, l'évolution de cette zone d'influence lorsque le débit varie et surtout le rôle que jouent les caractéristiques de la fosse d'extraction sur l'ampleur des phénomènes d'érosion.

Pour ce faire, on a utilisé un modèle mathématique² d'usage courant en hydraulique permettant le calcul des courbes de remous en rivière en régime permanent.

Les caractéristiques du cours d'eau adoptées (largeur, pente, rugosité) correspondent aux caractéristiques moyennes du Doubs dans le secteur amont de la zone étudiée, en particulier la zone de Lays.

Dans ce cours d'eau, on se donne à priori une fosse d'extraction de longueur et de profondeur variables. Pour chaque configuration de la fosse, et pour des débits variables, la ligne d'eau a été calculée. En chaque section de calcul, la vitesse moyenne, les pentes de la ligne d'eau, la profondeur ainsi que la force tractrice ont été déterminées.

Il devient donc possible de comparer les différents paramètres avant et après le creusement de la fosse, et de mettre en évidence l'influence des longueurs et des profondeurs d'extraction sur ces paramètres.

Comme on l'a noté précédemment, le paramètre le plus intéressant lorsqu'on considère le phénomène d'érosion est la force tractrice.

Sur les Figs. 7 et 8 ont été portées les longueurs d'influence correspondant à des augmentations de 10% et 50% des forces tractrices, c'est-à-dire les distances à l'amont de la fosse sur lesquelles ces augmentations relatives dues à la présence de la fosse, par rapport à la situation initiale (sans fosse d'extraction), sont supérieures à 10 et 50%.

Sur les Fig. 9 et 10 a été portée l'évolution des forces tractrices en fonction du débit et de la distance à l'amont d'une fosse de 5 mètres de profondeur et d'une longueur variant de 200 à 2 000 mètres.

Fig. 8. Influence des charactéristiques de la fosse d'extraction sur l'augmentation des forces tractrices à l'amont.

Le modèle met en évidence le rôle prépondérant de la longueur de la fosse sur l'augmentation des forces tratrices à l'amont et en conséquence sur les phénomènes d'érosion. À partir d'une certaine valeur, la profondeur de la fosse joue un rôle secondaire: les résultats sont peu différents pour des profondeurs d'extraction de 5 et 8 mètres.

C'est ainsi qu'une extraction sur 1 mètre audessous du niveau initial s'étendant sur 2 kilomètres peut être beaucoup plus dommageable pour l'équilibre morphodynamique du cours d'eau qu'une extraction s'étendant sur un kilomètre, sur une profondeur de 2 mètres ou même que la création d'une fosse de 500 mètres et d'une profondeur de 8 mètres. Cela met en évidence le rôle néfaste que peuvent avoir certaines extractions à l'aide d'engins mobiles s'étendant sur de grands secteurs du cours d'eau.

Une augmentation supérieure à 10% des forces tractrices se fait sentir sur des distances de l'ordre de 1,5 à 2 fois la longueur de la fosse à l'amont de la zone d'extraction, et une augmentation supérieure à 50% des forces tractrices, ce qui est considérable, sur des distances à l'amont de l'ordre de 1/4 à ⅓ de la longueur de la fosse.

Pour des longueurs d'extraction importantes, les forces tractrices à l'amont immédiat de la fosse deviennent très intenses, même pour des débits relativement modérés.

Ainsi, pour une exploitation d'une longueur de 2 kilomètres (cas de Lays) les valeurs des forces tractrices dépassent 30 N/m² (à l'amont immédiat de la fosse) à partir d'un débit voisin de 150 m³/s, ce qui correspond grosso modo au module annuel du Doubs. Cette valeur de la force tractrice est suffisante pour rendre instable le pavage, c'est-à-dire arracher progressivement des galets constituant la couche de surface. La force tractrice qui suffit à mettre en mouvement les matériaux sous-jacents étant de l'ordre de 8 N/m² (section 13, voir plus haut), on conçoit aisément que ce même secteur puisse subir des bouleversements morphologiques intenses: enfoncement progressif du lit, dégradation des berges rendues d'autant plus fragiles qu'elles deviennent plus hautes, puis progression des phénomènes vers l'amont.

Fig. 9. Évolution des forces tractrices en fonction du débit en plusieurs sections données à l'amont de la fosse d'extraction.

Le modèle ne donne des indications que sur l'état initial en supposant que la fosse d'extraction est créée instantanément et que le fond est fixe. Il ne peut indiquer ni la vitesse d'évolution des processus de dégradation des berges et d'érosion régressive, ni le temps nécessaire à l'obtention d'un nouvel équilibre, qui dépendent fortement des événements hydrologiques.

Il faut cependant noter (Gessler 1971) que ce nouvel équilibre est généralement très long à s'établir, les phénomènes d'érosion étant “asymptotiques” et beaucoup plus lents que les phénomènes d'alluvionnement: l'érosion régressive et l'abaissement du lit pourront se pour-suivre durant de nombreuses années après l'arrêt d'une extraction dans le lit mineur d'une d'eau (voir Fig. 11).

² Connaissant la géométrie du cours d'eau, son coefficient de rugosité, le programme de calcul permet à partir de conditions aux limites aval connues—en régime fluvial—de calculer de proche en proche la ligne d'eau en utilisant un schéma aux différences finies de l'équation dynamique des écoulement graduellement variés.

CONSÉQUENCES DIRECTES ET INDIRECTES DES EXTRACTIONS DE MATERIAUX ALLUVIONNAIRES DANS LE LIT MINEUR D'UN COURS D'EAU

Importance du Transport Solide dans l'Équilibre d'un Cours d'Eau Naturel

La morphologie actuelle d'une rivière alluviale dépend de nombreux facteurs climatiques, géologiques, géographiques et humains. Les relations existant entre le régime hydrologique et hydraulique du cours d'eau, la géométrie de son lit, les caractéristiques et les volumes des sédiments transportés sont infiniment complexes mais tendent invariablement vers l'établissement d'un état d'équilibre.³

La majeure partie des cours d'eau peuvent être considérés comme étant dans un état d'équilibre car la forme et les caractéristiques de leur lit demeurent relativement invariants, ou plus exactement leur évolution demeure imperceptible à l'échelle de la vie humaine. Cette condition n'exclut ni toute variation aléatoire des différents paramètres morphologiques autour d'une certaine moyenne, ni tout déplacement du lit par érosion et alluvionnement latéraux, mais elle exige un équilibre entre ces facteurs de façon que la charge sédimentaire sortant d'un tronçon soit égale à celle provenant de l'amont. On n'insistera jamais assez, comme le notent les ouvrages traitant d'hydraulique fluviale ou d'aménagements de cours d'eau (Bouvard 1960; Jamme 1974) sur le fait que le débit solide joue un rôle aussi fondamental que le débit liquide dans la détermination du profil longitudinal et des caractéristiques morphologiques d'une rivière.

Toute modification, naturelle ou artificielle, d'un facteur contrôlant la stabilité dynamique du cours d'eau entraînera une rupture de l'équilibre se répercutant de façon plus ou moins profonde sur la morphologie du cours d'eau. La réponse de celiu-ci sera d'autant plus intense et rapide que l'on se sera écarté des conditions régissant l'équilibre initial, le retour à un nouvel état d'équilibre ne s'effectuant que très lentement.

³ Strictement parlant, à l'échelle de plusieurs millénaires ou à l'échelle géologique, on ne peut parler d'équilibre ou d'état stationnaire, car les caractéristiques du cours d'eau, comme d'ailleurs le climat et le régime hydrologique, changent avec le temps. Cependant, ces changements sont relativement imperceptibles sur des intervalles de temps de quelques décades ou siècles, toute perturbation brutale d'origine interne (tecto-orogénique) ou externe (climatique ou anthropique) étant exclue, de telle sorte que d'un point de vue pratique, on peut parler d'équilibre ou d'un état stationnaire des composantes morphodynamiques d'un cours d'eau.

Abaissement du Lit et de la Ligne d'Eau; Creusement du Lit

L'extraction de matériaux dans le lit mineur d'un cours d'eau se traduit par un déficit dans le débit solide de la rivière. Dans tous les cas, ce dragage entraîne un abaissement du lit et de la ligne d'eau.⁴ Cela peut prendre des formes différentes suivant l'importance respective des apports naturels et des volumes dragués, ou plus exactement, puisque la notion de temps est primordiale, entre les “débits solides” provenant de l'amont et les “débits extraits.”

Lorsque les apports solides sont faibles par rapport aux volumes extraits au cours de la même période, l'opération de dragage se traduit par un creusement local du lit, par la formation d'une fosse dont les dimensions augmentent avec le temps: ce surdimensionnement local des sections d'écoulement entraîne, comme on l'a vu à propos du Doubs, un abaissement de la ligne d'eau.

⁴ Gruat (1977) explique clairement ce phénomène: Soit un tronçon de rivière dont le fond peut être considéré comme stable à l'échelle, par exemple, d'une vie humaine. Considérons deux sections S₁ et S₂. La stabilité du fond implique que les volumes solides Ω₁ et Ω₂ traversant S₁ et S₂ sont identiques. Si les sections S₁ et S₂ sont choisies très loin à l'amont et à l'aval de la zone de dragage, les débits charriés ne sont évidemment pas influencés par les dragages. Le volume que passe en S₁ est toujours Ω₁. Les volumes extraits du tronçon sont Ω_d supérieur à Ω₁. Le bilan étant négatif, Ω_d ne peut provenir que du stock de matériaux existant entre S₁ et S₂. D'où abaissement du lit.

Fig. 10. Évolution des forces tractrices en fonction de la distance à la fosse d'extraction pour plusieurs débits.

Lorsque les apports solides sont du même ordre de grandeur que les volumes prélevés, les apports naturels conjugués aux érosions locales peuvent combler la fosse, tout au moins partiellement, au fur et à mesure de l'extraction. On n'observe pas la création d'un secteur surdimensionné à proprement parler, mais le lit du cours d'eau—et partant la ligne d'eau—et en constant abaissement.

Ces deux situations, comme le note Gruat (1977), peuvent se rencontrer successivement pour une même exploitation selon l'importance des débits du cours d'eau (donc des apports solides) et le rythme des dragages.

Érosion Régressive; Dégradation des Berges; Déstabilisation du Lit

L'abaissement local de la ligne d'eau se traduit par une augmentation de la pente de la ligne d'eau en amont puisque celle-ci doit se raccorder à un niveau pratiquement inchangé: d'où une accélération de l'écoulement qui, liée à l'augmentation de la hauteur des berges (voir partie précédente), se traduit par le phénomène classique d'érosion régressive (déstabilisation et enfoncement du lit, dégradation des berges).

L'abaissement de la ligne d'eau et les phénomènes d'érosion qui en résultent sont évidemment d'autant plus intenses que la pente du cours d'eau est forte et que la longueur de la zone d'extraction, ou que les volumes extraits, sont importants.

Ces effets, plus ou moins marqués suivant les cours d'eau et le type d'exploitation, sont cependent inéluctables.

On a évoqué dans la première partie les extractions sur le cours inférieur du Doubs qui se sont traduites par des abaissements de la ligne d'eau de l'ordre du mètre (Lays, Champdivers, Navilly), par des dégradations intenses de berges en amont de chaque site d'extraction et par des bouleversements de la morphologie de certains tronçons dans les zones soumises à l'érosion régressive.

Le cas des extractions sur l'Allier (Clavel et al. 1976) est aussi significatif à cet égard: les abaissements de la ligne d'eau atteignent des valeurs de l'ordre de 3 mètres sur le tronçon Les Madeleines-La Borde (Puy de Dôme). Dans l'ensemble de ce secteur, les berges sont très instables et leur éboulement fréquent.

Des phénomènes identiques ont été observés sur le Gard inférieur et sur la Dordogne; en particulier, sur cette dernière, dans le département du Lot, les volumes extraits représentaient en 1979, sur 25 kms, un volume de 160 m³ par mètre de rivière. Dans la zone touchée par les extractions, l'abaissement du lit est général et atteint un maximum de 1,70 mètre (secteur de Vayrac); il existe une très nette corrélation entre les extractions réalisées et l'importance des érosions des berges en amont, érosions liées à une forte augmentation des vitesses de l'écoulement (Sogreah 1979).

Dans ces quatre cours d'eau, dont les pentes varient de 0,5 × 10^-3 à un peu plus de 1 × 10^-3, les volumes dragués sont hors de proportion comparés aux apports naturels: on évalue sur le Gard inférieur les apports à 200 000 m³/an alors que les volumes extraits seraient de 1 000 000 m³/an (BCEOM 1976). La profondeur des souilles d'extraction peut être considérable: plus de 9 mètres sur la Dordogne (Pauliac), plus de 7 mètres sur le Doubs (Lays, Champdivers), plus de 5,5 mètres sur l'Allier (aval du seuil des Madeleines).

Sur les cours d'eau à plus forte pente (plusieurs millièmes) et à plus grande capacité de transport, comme le Fier et les Usses (Haute-Savoie), les fosses d'extractions sont comblées lors des crues mais l'abaissement du lit n'en est pas moins considérable: dans la plaine d'Alex, le lit du Fier s'est enfoncé de plus de 4 mètres par endroits, celui des Usses en amont de Frangy de plus de 3 mètres; ces abaissements se sont accompagnés d'une recrudescence des actions érosives et de la divagation du lit, les terrains boisés situés en bordure du lit étant devenus très vulnérables.

Érosion Progressive

À l'aval immédiat de la zone d'extraction, si la ligne d'eau retrouve sa pente naturelle il existe, comme on l'a noté précédemment, un déficit dans le débit solide de la rivière, déficit égal aux apports (lorsque tous les sédiments restent piégés dans la fosse) ou aux volumes dragués (lorsque les apports restent supérieurs aux volumes dragués). Le cours d'eau à l'aval aura tendance à rétablir l'équilibre entre sa capacité de transport et le débit solide réel: cela se traduit par une reprise d'érosion “descendante” à partir de la fosse (en allant vers l'aval), érosion que l'on peut nommer “érosion progressive” (par opposition à lérosion régressive se produisant en remontant vers l'amont). Ce phénomène risque d'être d'autant plus intense que la capacité de transport du cours d'eau est naturellement élevée.

Fig. 11.

On peut citer l'exemple de l'abaissement du lit du Fier (Haute-Savoie), en amont du pont de Morette (Plaine d'Alex), de plusieurs mètres, causé par des extractions de granulats situées plus en amont. Les érosions de berges observées à l'aval de certaines extractions sur le Doubs (Lays, Champdivers, Navilly) peuvent être expliquées par ce processus.

Les Phénomènes d'Abaissement de la Ligne d'Eau, de Creusement du Lit, d'Érosion
Régressive et Progressive Peuvent Avoir à leur
Tour les Consequences Suivantes

Le Déchaussement d'Ouvrages d'Art

Sur la Loire, le pont de Tours s'est effondré; le pont de Beaugency a été fermé à la circulation et d'autres ponts ont du être consolidés.

Sur l'Allier, les extractions de granulats ont entraîné un affouillement du lit au pied du pont de Régemortes à Moulins, compromettant la stabilité de celui-ci et créant un obstacle sérieux (chute supérieure à 2,60 mètres en étiage) à la migration des saumons (Cuinat 1979).

Sur l'Isère, en amont de Grenoble, les extractions ont entraîné un abaissement des fonds de 2 à 3 mètres: les enrochements des pieds des digues sont suspendus au-dessus du fond du lit à hauteur d'homme, quelquefois plus (Blanic et al. 1974).

Sur le Fier, le lit mineur, s'étalant entre des terrasses basses très stables a été remplacé par une large zone de divagation aux rives très hautes et très érodables. Lors d'une crue, un tronçon entier de la route nationale RN 509 a été emporté.

Sur les Usses, la pile centrale du pont de Contamine-Sarzin a été emportée, très récemment, suite à l'érosion régressive provoquée par des extractions intensives de granulats situées quelques centaines de mètres à l'aval.

Sur le Tarn, les puits filtrants des villes d'Albi et St Juéry ont été déchaussés (Bou 1977).

L'Apparition de Seuils Naturels des Formations Sous-Jacentes ou la Mise à Nu du Substratum Rocheux ou Argileux sur des Biefs Entiers

• Le Tarn, en amont d'Albi, coule actuellement par endroits sur un substratum composé de micaschistes, les bancs de graviers ayant été complètement décapés.

• Les Usses (Haute-Savoie), en amont de Frangy, à la suite d'un encaissement de son lit supérieur à 3 mètres, coule par endroits sur la molasse.

• Le Fier (Haute-Savoie), dans la plaine d'Alex, a entaillé des bancs d'argile relativement tendres, très sensibles à l'érosion, provoquant ainsi une mise en suspension d'éléments très fins, qui, mêmes aux faibles débits, chargent les eaux du Fier de façon permanente.

• Un seuil marneux a été mis à jour sur l'Allier (seuil des Madeleines) créant une chute qui depassait 2,5 mètres en 1976.

L'Abaissement du Lit d'un Cours d' Eau peut Entraîner une Érosion Régressive dans ses Affluents

Le lit du Fier, au niveau de sa confluence avec le torrent du Malnant, s'est abaissé de plusieurs mètres. Suite à la modification de son niveau de base, le torrent du Malnant s'est encaissé spectaculairement dans ses alluvions jusqu'au niveau du pont de Belossier qui se trouve dans un état critique. Des épis en béton, destinés à stabiliser le lit du torrent, se trouvent suspendus dans les airs à une hauteur considérable par rapport au lit actuel (plus de 5 mètres).

Mise en Suspension de Matériaux Fins—Colmatage des Supports—Augmentation de la Turbidité

L'action mécanique du dragage remanie profondément les matériaux du lit et remet en suspension la fraction granulométrique la plus fine (ce “brassage” assurant un prélavage facilite d'ailleurs l'exploitant). La quantité de matériaux ainsi mise en suspension dépend à la fois du mode d'extraction utilisé et de la teneur en éléments fins des alluvions. Ces suspensions s'ajoutent à celles existant naturellement dans l'écoulement.

Comme le note Gruat (1977), il convient cependant de distinguer les suspensions naturelles des suspensions “polluantes” provenant des dragages:

Les suspensions naturelles, provenant du lit ou du bassin versant, constituent ce que l'on nomme la “charge de ruissellement” ou “charge lavée” (Shen 1971); les concentrations sont fortement liées au régime hydrologique et, transportées en majeure partie lors des crues, ces matières ne se déposent pas dans le lit dans les conditions naturelles. Ces suspensions ne jouent donc aucun rôle dans la dynamique du lit du cours d'eau.

Par contre, les particules remises en suspension lors des dragages (ou le rejet des eaux de lavage) sont constituées de matériaux qui n'auraient jamais été mis en mouvement sans une action extérieure; les concentrations initiales n'étant pas correlées au régime hydraulique, la capacité de transport de l'écoulement est insuffisante pour les transporter en totalité: une partie s'accumule dans les souilles qui constituent, en outre, un piège pour les particules provenant de l'amont. La partie la plus fine des sédiments déposés dans ls fosses constitue souvent un milieu réducteur peu favorable à l'installation de la faune aquatique (Doubs, Allier). Les suspensions résiduelles ayant échappé au piégeage sont entraînées par l'écoulement et accroissent la turbidité des eaux à l'aval. Suivant les conditions hydrodynamiques et en fonction de leur granulométrie, elles pourront se déposer progressivement en aval, principalement en bordure de rive où les vitesses sont les plus faibles, en colmatant les zones superficielles des alluvions.

Le cas des extractions dans le lit du Tarn en amont d'Albi est particulièrement spectaculaire à cet égard, dans la mesure où les alluvions contiennent une forte proportion d'argiles rougeâtres très fines qui colmatent les supports et colorent l'eau sur des kilomètres en aval des points de dragages.

Abaissement de la Nappe et Modification des Échanges Nappe-Rivière—Modification des Échanges avec les Systèmes Latéraux

L'abaissement de la ligne d'eau entraîne corrélativement un abaissement de la surface libre de la nappe alluviale environnante pour laquelle le cours d'eau constitue le niveau de base.

Depuis l'intensification des extractions de granulats dans les lits mineurs, on assiste de plus en plus au tarissement de certains puits en période de basses-eaux. En outre, les échanges entre la nappe et la rivière sont perturbés par le colmatage consécutif au dépôt de matériaux fins venant obstruer partiellement le milieu poreux.

Cravel (1977) cite le cas du tarissement des puits filtrants dans la région de St Germain des Fossés (Allier) ayant conduit le Syndicat d'adduction d'eau à établir un barrage de 1,5 m de hauteur sur l'Allier.

Prud'homme (1975) évoque le cas du tarissement de nombreux puits utilisés pour l'irrigation de terrains agricoles reverains du Var. Un certain nombre de seuils en enrochements destinés à soutenir le niveau de la nappe ont vu leur efficacité remise en question suite au colmatage rapide des souilles après extraction, ce qui affecterait la réalimentation de la nappe à partir du Var.

L'abaissement de la ligne d'eau et le dépôt de matériaux fins sur les bordures peuvent se traduire aussi par une modification des échanges avec les systèmes latèraux comme les mortes, les noues qui constituent des sites de reproduction privilégiés pour plusieurs espèces de poissons.

CONCLUSION

Les extractions dans le lit mineur des cours d'eau peuvent se justifier par des besoins croissants en granulats, mais elles induisent de profondes perturbations dans la composition et l'équilibre des peuplements aquatiques.

Par contre, on ne saurait justifier ces dragages pour des questions “d'entretien”, de “stabilisation,” de “protection contre les crues”: les très nombreux dégâts constatés depuis une dizaine d'années sur les cours d'eau français et les principes mêmes de la dynamique fluviale montrent clairement que tout dragage a tendance à rompre, au contraire, l'état d'équilibre initial du cours d'eau (dans le cas où cet état d'équilibre relatif existe évidemment).

Il devient donc urgent de rechercher des matériaux de substitution en site terrestre, de sou-mettre les intentions de dragages dans les lits mineurs à une justification clairment énoncée dans le cadre de projets d'aménagement beaucoup plus globaux destinés à stabiliser le chenal d'une rivière selon un certain tracé et des sections en travers déterminées en vue d'atteindre un objectif d'aménagement cohérent (amélioration des conditions de navigation, stabilisation du lit, amélioration du passage des crues…) alimenté par une diagnose écologique préalable confrontant et associant les différents impératifs et les intérêts de tous les usagers.

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ANGLING, RECREATION, COMMERCIAL FISHERIES AND PROBLEMS OF WATER RESOURCES ALLOCATION

Marian Leopold and Maria Bninska

Inland Fisheries Institute, Blok 5, 10–957 Olsztyn-Kortowo, Poland

Mieczyslaw Hus

Urzad Wojewodzki (Voivodship Council), Fishery Inspectorate, ul. Kosciuszki 61, Suwalki, Poland

ABSTRACT

Through questionnaires the characteristics and demands of Polish anglers have been determined. The typical angler is a middle-aged male of average income who is seeking solitary closeness with nature during summer months while pursuing selected species of fish. Such use may conflict with commercial fishing interests and more developed recreation associated with the aquatic resources. The implications related to allocations of various water uses including a classification scheme for lakes are discussed.

RÉSUMÉ

Les caractéristiques et les demandes des pêcheurs à la ligne polonais ont été déterminées à travers des questionnaires. Le pêcheur à la ligne typique est un homme d'âge moyen au revenu moyen qui recherche solitairement la proximité de la nature durant les mois d'été tout en poursuivant des espèces sélectionnées de poissons. Un usage pareil peut entrer en conflit avec les intérêts de la pêche commerciale et avec des formes de loisir plus développées associées aux ressources aquatiques. Les implications découlant de l'allocation de l'eau à différents usages sont discutées, y compris un schéma de classification concernant les lacs.

INTRODUCTION

In view of the multi-purpose uses of inland waters, fishery resources must be allocated according to the comprehensive utilization of water resources. Fishery resources constitute an integral and utilitarian component of water resources, but are not always the single most important part. Because of progressing deterioration and shortage of freshwater resources all over the world, the above statements are true not only for Polish conditions, but also in a broad general scale. In this context allocation of water resources including the fishery is understood as the designation of priorities for the use of particular waters by particular users and the establishment of at least basic rules for the use and protection of the waters.

Angling constitutes a specific form of recreation that directly uses the existing fishery resources. One of the main factors related to the significant popularity of angling is the fact that, apart from pure sport experience, this activity is connected with recreation in a natural aquatic environment. As shown by psycho-sociological studies, aquatic environments may be characterized by several specific recreational features, the most important ones being: 1. sonic peace, 2. visual peace, 3. thermo-hygrometric peace, and 4. physical peace (Braun 1973; Leopold 1979b). Hence, any proper allocation of fishery resources or of water resources is strictly connected with the necessity of obtaining the knowledge of anglers' needs and preferences, both with respect to fish resources and the management of the aquatic environment, etc. The problem is especially important as the number of anglers is constantly increasing at the same time the availability of water resources is decreasing. For instance, in Poland the number of anglers belonging to the Polish Anglers Association (PAA) is increasing at a rate of 10% annually.

Results presented in this paper are based on data obtained from questionnaire studies undertaken among members of the PAA. The studies embraced 2% of all PAA members or approximately 15 000 people. For the present paper a random sample of 1 100 questionnaires was preliminarily analysed, covering almost the whole area of Poland. Additionally, analyses were made of pilot studies carried out directly upon water bodies (100 questionnaires), and of separate studies embracing three different types of questionnaires, i.e., 1. for recreationists (anglers included), 2. for local people, and 3. for professional fishermen employed by commercial fish farms. The later studies were carried out upon four lakes with heavy recreational use.

The present paper discusses problems connected with fishery resources used by anglers, the recreational value of angling, and the interrelations between recreational fishing, nonfishery recreation, and commercial fishing. From this background an outline is presented for the allocation and management of water resources, based on the intensity of these interrelations in particular situations. Preferences and needs of the recreational fisheries are also considered in this outline.

SOCIOLOGICAL PICTURE OF POLISH ANGLERS

In Poland angling is a typically male activity. Women constituted only 1,2% of the population under study. Also, this form of recreation is carried out mainly by mature and older people. Age structure of angling population is given below:

It can be seen that angling is carried out most intensively by people at the peak of their productive abilities. At the same time, in Polish conditions angling is by no means a luxury activity, as illustrated by sociological structure of angling population on the one hand, and average income of anglers on the other. Sociological structure of Polish anglers is as follows:

Almost 60% of anglers have a lower per capita income than the average national level (anonymous 1979).

A large percentage of the population under study consisted of experienced anglers; 64,4% were represented by people engaged in angling for more than 10 years, in this over one half for more than 20 years.

People become interested in angling most frequently between 21 and 30 years of age; 37% of the population under study commenced angling activity at this age.

Anglers are usually inhabitants of towns and cities. Only 15% of anglers live in the countryside. Pilot studies carried out in the summer directly upon water bodies of typical recreation areas (Mazurian Lakeland) showed that 68% were visiting anglers and only 32% were local anglers.

POLISH ANGLER AS A FISHERMAN

The average annual number of fishing days per angler amounts to 61. Average duration of fishing per fishing day is 6 hours. Both these values are highly differentiated among particular anglers. Nevertheless, it may be stated that the intensity of angling in Poland is very high.

Seventy-five percent of all fishing days occur in the summer months May-September. Maximal angling frequency, over 17% of total yearly number of fishing days, takes place in July.

In Poland working hours are usually from 8:00 am to 3:00 pm, it is possible, especially in summer, to fish during normal working days after working hours. Consequently, 34,4% of all fishing days are normal working days, whereas 26% represents the period of summer annual leave.

From total number of fishing days per year, only 17,8% were fishing trips with family members, and 23,4% with other persons, whereas 58,8% represent days when anglers fished alone.

Per cent of fishing days spent by anglers (in the annual cycle) upon various types of waters is presented below:

It should be noted that in Poland sport fishing on sea waters is prohibited. The PAA is the manager of 6,3% of the total area of lakes in Poland, 74,6% of the total river area, and 69,8% of large reservoir area. Altogether waters managed by the PAA constitute 22,7% of total area of Polish inland waters.

Comparing the above numbers it may be concluded that large reservoirs are only slightly used by anglers although the PAA manages most of them. Hence, more attention should be paid to the improvement of management upon these water bodies by the PAA. This conclusion becomes even more important if we take into account that in Poland anglers are fishing mostly upon rivers and lakes. In case of rivers we deal with the exploitation of waters managed by the PAA, but in case of lakes, sport fishing is carried out mostly upon waters used by others, especially commercial fishermen. Consequently, in Polish conditions lakes belonging to commercial fish farms constitute waters where possible conflicts between sport fishing and other forms of water use are likely to become most pronounced.

Taking into account fish species caught by at least 5% of anglers, the following list is obtained:

It appears that anglers prefer species that are rather abundant in Polish waters. This explains the fact that trout, which is usually viewed as a typical sport fish, occupies only 12th position on the list of species preferred by Polish anglers (natural trout stocks in Poland are rather rare due to significant river polution), whereas other valuable species of river or anadromous fish such as salmon or sea trout are not on this list at all. Hence, attention should be given only to these species which are abundant in Polish waters. Adopting this approach it may be concluded that even in case of popular fish species there are some discrepancies between real catch and preference. Preferred species are listed below, from the most to the least preferably caught (taking into account species mentioned by at least 5% of anglers):

1. pike
2. common carp
3. roach
4. perch
5. eel
6. tench
7. bream
8. pikeperch
9. catfish
10. barbel
11. chub
12. trout

Unprovided for needs of anglers may be viewed from two points:

1. With respect to these species which are caught at a higher rate than anglers' preference. In this case it is necessary to mention first of all those species that anglers do not like to catch at all, i.e. rudd, crucian carp, and white bream. Furthermore, attention should also be given to roach. The level of roach catch is higher than anglers' preference.

2. With respect to these species which are caught at a lower rate than anglers' preferences. Mention should be made here of catfish, pike-perch, common carp, and barbel.

As regards pike, eel, perch, bream, tench, and chub it may be assumed that the needs of anglers are more or less provided for. This statement is confirmed by the fact that only 3% of anglers under study mentioned poor fish resources as the factor disturbing their angling activity.

Anglers' catches in Poland embrace 28 fish species. Average annual catch per angler amounts to 54,3 kg. Of this 97% consists of the 14 previously mentioned species caught by the highest number of anglers. Weight share of particular species in total catch, calculated per angler year is:

The remaining fish species are of little importance.

Analysis of the questionnaires showed that Polish anglers are characterized by high specialization with respect to catches of particular fish species. Analysis of the data showed that average value for the anglers catching particular fish species amounts to 9,9 kg per species. Analysis of anglers' population showed that Polish anglers can be divided into groups specialized in fishing for particular species, and using specific fishing methods. Also, generally almost all Polish anglers have methods of attracting particular fish species. In most cases these methods consist of the use of various feeds.

Main motives that induce people to undertake angling constitute a whole complex of factors connected rather with the use of water environment for outdoor recreation than with angling as such. However, there are several motives for engaging in angling that are directly connected with this activity. These motives were assessed by a score method. Motives that were estimated by anglers as the most important were given the highest score of 3 points, motives estimates as important 2 points, etc. Unimportant factors were given 0 points. Significance of particular motivation factors was expressed in %, with 100% being the maximal possible number of points.

The following picture was obtained:

These values correspond strictly with the results obtained when anglers were asked why do they prefer the given fish species. Motivation in this case was:

As it is seen over 50% of respondents mention sport and angling experience as the decisive factor.

Annual expenditures incurred on the average by one angler amount to zl 3 444. This sum corresponds to 73,5% of average monthly salary on the national scale. For one day of successful angling (in angler's opinion) one statistical angler is willing to pay zl 265, i.e. an amount equal to 1,7 of the average salary per working day on the national scale.

It should be pointed out that angling constitutes a rather specific form of recreation, since expenditures incurred for angling are partly returned directly in the value of the fish caught. Market value of fish caught constitutes 38% of the expenses incurred for angling. Due to the high traditional demand for freshwater fish in Poland, this fact constitutes one of the factors explaining the significant popularity of angling in Poland. In Poland there is an age-old tradition of consuming freshwater fish, which are considered as highly valuable and tasty food. Almost all species are readily consumed including species considered coarse fish in Western Europe. Also the cooking tradition is old and some recipes for preparing fish dishes are refined and exquisite.

POLISH ANGLER AS A RECREATIONIST

Analysis of data obtained from the questionnaires showed that the main reason for engaging in angling is not the pleasure of catching the fish as such (85,9% of maximal possible number of points) but the enjoyment derived from being near or upon water (89,1%). Particular non-fishery reasons for engaging in angling (evaluated in the same way as previously) were assessed by the anglers as follows:

As it is seen, non-fishery factors are very highly ranked and motives for undertaking angling activity are very numerous. The whole problem is rather complicated. According to anglers, the simple fact of being near or upon water is characterized by the following values (assessed as above):

As it is seen, answers given to two different questions are totally convergent, supporting high significance of recreational value of angling.

As regards anglers' rest in aquatic environment, anglers are characterized by visible preferences with respect to the character of surroundings. Factors determining selection of the site for leisure in water environment were assessed as follows:

It is obvious that anglers are able to distinguish between recreational value of the water environment and the angling activity as such. Moreover, they value the first very highly. It should be noted also that natural, clean, and undisturbed environment is more significant than accomodation and other facilities. This statement is confirmed by the answers given to the question about what features of a water body, angling facilities, water management, and various services are most important; both with respect to angling and to recreation. The results are:

With respect to accomodation facilities during leisure time at water, the angler population under study was characterized by visible preferences. Preferred places were assessed as follows:

Hence, anglers prefer to stay in uncrowded areas, isolated from other people, as close to nature as possible. In this case it may be said that anglers' needs are not being provided. Only 17,4% of anglers are willing to stay in organized summer recreation centers, whereas on the national scale these centers possess 44,2% of the total national supply of accomodations. Similarly, only 5,4% are willing to rest in public camping sites and tent fields, while this type of facility embraces 13,6% of the total supply of accomodation places (Anonymous. 1979).

The problem seems important since anglers are mainly inhabitants of towns and cities, and the peak of angling activity is noted in summer. Obviously, this must be related to anglers traveling to areas considered as attractive for water recreation. This statement is confirmed by additional pilot studies carried out directly upon water recreation sites. They showed that 70,7% of visiting anglers spent over 50% of their vacation using the water-related environment. Consequently, it may be stated that outdoor water recreation sites in summer are more intensively used by visiting anglers. At the same time, conditions of rest are not consistent with anglers' needs. It was found that anglers are especially susceptible to all factors disturbing their peace, as well as to the presence of other people. Significance of these factors, as well as of other factors classified as having adverse effect upon angling activity, is presented below (from the most to the least important):

1. Disturbance of peace and silence
2. Various boats
3. Recreational overcrowding (human factor)
4. Bad weather conditions
5. Pollution and littering of the environment
6. Unpleasant behavior of people
7. Professional and family responsibilities, lack of time
8. Overcrowding with anglers
9. Management activities upon water
10. Lack of proper transportation
11. Lack of proper angling gear at the market
12. Disobeying of laws, poaching
13. Poor fish resources

According to anglers, peace is the most important factor connected with angling, and disturbance of silence and peacefulness are regarded as having most adverse effect upon recreational fishing. The most frequent factors are those connected with human factors, whereas strictly “angling” factors occupy the least important positions. It seems that in Polish conditions waters used for angling and recreation are already overcrowded. There is an immediate need for adequate criteria of proper development and allocation of water recreation sites so that recreation connected with water is not in conflict with anglers' needs and preferences. Anglers are characterized by a much higher demand for peace and personal contact with nature than non-anglers using water environment for recreation.

Anglers' needs are also not fully provided for outside the period of summer vacation. Of the anglers under this study 81,5% stated that they would use water environment more frequently outside annual leave if transportation facilities and degree of development of water recreation sites were better than at present. At the same time, however, 72,3% stated that outside their vacation they use water environment rarely because of the following reasons:

There is some discrepancy here, and the problem necessitates more detailed study. Furthermore, outside vacation periods anglers' needs with respect to recreational use of the water environment are differentiated between local and visiting anglers. Additional pilot studies carried out directly upon water bodies showed that anglers' needs are as follows:

Local anglers

Visiting anglers

The above list does not need any comment. The significance of camping sites and recreational facilities for families in the case of visiting anglers is indirectly supported by the fact that low percentage of fishing days with family members and other persons is related to an unprovided for need for proper recreational facilities and high susceptibility of anglers to human relations.

Apart from angling, as such, 90% of anglers engage in other forms of water use:

Additionally 21% would like to engage in some other activity connected with water use but could not because of various reasons. Sailing is the most frequently mentioned activity in this context.

INTER-RELATIONS BETWEEN THE RECREATIONAL FISHERY, RECREATION AS SUCH, AND THE COMMERCIAL FISHERY

This part is based mostly on the results of pilot questionnaire studies, carried out upon four lakes considered as highly attractive recreational sites. The lakes were under exceptionally high impact of recreation and angling. They were also used for commercial fishing. Furthermore, all four lakes are situated within rather densely populated rural areas.

The sociological structure of recreationists was as follows:

Of these people 76,2% came from regions upon which there is a deficit of inland waters, and 23,8% stated that they came from regions characterized by average number of water bodies. Of those questioned 90% wanted to eat freshwater fish during their vacation at water-side. However, during the summer the official market network could not fully cover the demand for fish because of the crowds in the area. Recreationists were asked where they got freshwater fish during their vacation, and the following answers were obtained:

These answers point to the fact that improper development of recreational areas, especially in the case of significant overcrowding, results in several negative phenomena and leads to conflict situations. Attention should be given to the three negative effects of such a situation: 1. A complete change of the complex and rich motivation of engaging in angling. In this case angling activity is determined by only one motive—to get fish for consumption. 2. Significant increase of various forms of poaching. 3. Some demoralization of professional fishermen who in this case look upon the high and unprovided for demand for freshwater fish as an additional source of easy profit. Only these few results point to the necessity of working out some basic rules of water resources allocation between particular users. This statement is confirmed by other results obtained in the course of these studies. People were asked whether they had personally met with illegal fish catches. Affirmative answers were given by 86% of the recreationists, 72% of the local people, and 100% of the fishermen. It should be underlined that normally poaching is of no practical significance. It is also characteristic that both recreationists and local people admit to poaching, whereas professional fishermen consider both parties equally responsible.

It is obvious that we have a strong conflict between the commercial fishery, the tourist fishery and fishing by local people.

Illegal catches by both local people and recreationists, as well as the illegal fish sale by professional fishermen, seem to cover to a large extent the demand for freshwater fish. The frequency of consuming freshwater fish by recreationists was:

Recreationists are characterized by visible preferences with respect to particular fish species. The three most preferred species are eel, pike, and tench, i.e., those species that are also preferred by anglers. At the same time it appeared that exactly these species are most intensively caught, both by poachers and legal anglers. As a result, stocks of these species in the lakes under study remain under too heavy exploitation pressure. This fact aggravates the conflicts between user groups.

The above statement is supported by studies carried out among professional fishermen. Of professional fishermen questioned 100% stated that they had personally met with illegal catches, which were taken both by recreationists and local people. All of the fishermen stated also that they constantly face interference and meddling in various trap nets, so that it is practically impossible to use any passive fishing gear from late spring until autumn. Fish are stolen, and nets are either stolen or destroyed. This causes significant economic loss to the commercial fishery, both directly and indirectly through deterioration of the fish stock. Among professional fishermen 77,8% are of the opinion that fish stocks in the lakes under study have significantly deteriorated in the recent years. According to fishermen negative changes in fish stocks are caused by:

The case presented above is certainly a specific one. So far cases of this type are still sporadic. Nevertheless, in view of the increasing demand for recreation and angling it is quite likely that this type of circumstance will become more and more common, and that the conditions and conclusions described in this study will become more general. It seems that there is an urgent need for working out, and putting into practice, basic rules for allocation of water resources between various users.

In general, however, there are three groups of conflicts between recreational fishing and other forms of water use:

1. Recreational fishing versus general recreation connected with the water environment. This conflict seems to be very strong, especially upon the areas heavily used as recreational sites.

2. Recreational fishing versus recreational fishing. It appeared that anglers disturb each other. This points to the fact that some of our waters are overcrowded with anglers.

3. Recreational fishing versus commercial fishing. From anglers' point of view this conflict is not significant. It appeared for instance that wives disturb anglers more than commercial fishermen. Management activities upon waters, which in Poland usually refer to commercial fishing, are mentioned as a negative factor only at the 9th place. Obviously this is only one side of the problem. Anglers, for example, tend to target on the larger and more valuable fish leaving fewer for the commercial catch. Some species such as eels are stocked in Polish waters only by commercial fishing interests but are exploited by recreational anglers especially in waters under heavy angling pressure. However, most factors estimated as negative by anglers are also viewed as negative by commercial fishermen. These factors are connected with other recreational uses of waters.

OUTLINE OF WATER RESOURCES ALLOCATION

Because lakes constitute over 70% of total area of Polish inland water, allocation rules pertain mostly to the water and fishery resources of lakes. Such restriction is justified also by several other facts, and most of all by: 1. the multiple and complex value of lakes, and 2. the intensified impact of various human factors and disturbances upon this type of environment.

Taking into account the priorities for the use of lakes, or—as we call it in Poland—the main “functions of particular lakes”, it is possible to distinguish the following categories of lakes, and hence also basic rules of their utilization:

1. Lakes which are or may be used as source of drinking water or as a supply of water for food industry that requires high quality water. The main function of these lakes is to supply clean water. Consequently, water in these lakes must be preserved maximally clean, and any other possible use of the water resources including fishing must be subordinate. Problem of conflicts between recreation, angling, and commercial fishery is nonexistent in this case. The only permissible use of these lakes is a more or less extensive commercial fishery, and only on condition that fishing is subordinate. In other words, some commercial fishery management may be introduced but only in cases when it might improve water quality, or at least would not affect water quality in any negative way. In some cases it may be even necessary to introduce fishery management as a tool for the control of fish populations. Excessive development of a particular fish population may result in overdense populations with negative consequences such as fish kills from epizootics. Cases of this have already been reported in the literature (Leopold 1977). It is obvious that in such cases it is necessary to undertake commercial harvest. Another possibility of commercial fishery management in cleanwater lakes is the introduction of fish species that are able to regulate conditions in the ecosystem, such as plant-feeding fishes for the control of phytoplankton or macrophytes, or predatory fishes for the control of coarse fish populations. In these cases practical realization of the main function, i.e. protection of clean water, may be connected with the utilization of fish resources by commercial catching of fish.

   In lakes of this type it is necessary to restrict, or even totally exclude, any recreational use or angling. This necessity results from the fact that these two forms of water use may pollute the environment, and create significant disturbances. This statement is especially true of recreation (Leopold 1977, 1979a, 1979b; Bnińska 1979; Zawisza et al. 1979).

   Furthermore, for this type of lake it is necessary to introduce even the most radical means of environment protection such as protective zones around lakes, reforestation of lake shores, etc.

2. Lakes of the character of nature reserves, or with special natural values, which can constitute specific “genetic banks” for disappearing species of animals or plants, or else lakes which constitute “unique nature laboratories.” The main function of these lakes is to preserve a maximally unchanged state. All other uses of the water resources should be restricted and totally subordinate to this main function. Depending on which component of the environment constitutes the most valuable element, it may be possible to allow for highly restricted use of these lakes by commercial fishing, recreation, or angling. However, taking into account the fishery resources, we will at most deal here with highly extensive forms of fishery management, whereas recreation and angling may be permitted only according to the regulations and rules valid for strict nature reserves. Specific favors given to commercial fishermen in this case are justified by the fact that in some cases it may be necessary to control fish populations in these lakes. The statement refers to cases when excessive development of some fish or fish stock may induce undesired changes in the environment, and there are no natural ways of controlling this development.

3. Lakes, the main function of which is regulation of water budget in the region. These lakes are characterized by changeable water level because they are used for water storage in periods of high water availability. If these lakes are also used as drinking water supply or as sources of water for the food industry, they should automatically be treated as the first category. If not, they can be fully used for recreation, angling, or commercial fishing. The lakes will be more or less attractive for particular users depending on the extent of water level variations. Nevertheless, the value for the three users is always somewhat limited. If the lakes are not classified into the first category, there are practically no strict requirements as to the quality of water, so that these lakes can be managed freely for intensive fish production including cage culture. However, in view of conflicts existing between intensive commercial fishing and recreation connected with water, as well as between angling and recreation, these lakes should be allocated in three different ways. If the lakes are to be used for intensive commercial fishing, their use for other recreation must be restricted, whereas angling may be totally free. If the lakes are to be used for water-associated recreation, both commercial fishing and angling must be limited. If the lakes are allocated for angling, their use for other recreation must be restricted. Because protection of water quality is not so significant in this type of lake, the lakes may become subject to progressive eutrophication, which in turn may lower their attractiveness and restrict their use for recreation.

   These lakes may also be used as sources of water for agricultural purposes.

4. Lakes considered as attractive for non-fishing recreation. The main function of these lakes is their use for general recreation connected with water environment. This function does not exclude proper management of fishery resources with the exception of highly intensive commercial fishing or fish culture. It is also possible to use these lakes for angling. Nevertheless, recreation may restrict the fishery use of the lakes by its negative impact upon the surrounding environment and disturbances of the fishery management, or indirectly by water pollution (Leopold 1973, 1979a; Bnińska 1979; Zawisza et al. 1979). Also, excessive recreation, not consistent with current development of recreation sites in the broad sense, frequently leads to several negative phenomena with respect to human relations. These phenomena, as well as the necessity of protecting water quality upon this type of lake, should be taken into account in allocating water and fishery resources within this category of lakes. Theoretically, water resources allocated for recreational use may be used also by other users. In practice, however, recreation connected with the aquatic environment creates several conflicts, and thus leads to significant risks, both for commercial fishing and angling.

   Furthermore, recreation often causes significant pollution of waters and deterioration of their quality. It was found that, for instance, in many cases dispersed pollution originating from recreation upon water exceeds the load introduced through direct inflow of sewage and wastes (Zawisza et al. 1979). Consequently, if the lakes are allocated for recreational use, it is necessary to pay significant attention to the protection of the natural lake environment. Basic premises for such protection consist of working out modern rules of management of the lake ecosystems as a whole with consideration for development of shore areas, etc.

5. Lake allocated for recreational fishing, viz. angling. In this case the main function of lakes is their use by anglers. In this type of lake recreation should be restricted. It is possible to introduce commercial fishing provided that it will be subordinate to the main function. The role of commercial fishing in these lakes should be limited only to the regulation of fish stocks, i.e. introduction of valuable fish species, and exploitation of species which are of no value for anglers. Introduction of commercial fishing in this case is justified by the fact that angling exploitation is highly selective toward some fish species and thus results in disturbances of natural balance within fish stocks.

   In lakes of this type there are practically no conflicts between angling and recreation as the latter is restricted, nor between angling and commercial fishing, as the latter serves the first. In fact, it is possible to establish positive interrelations between angling and the commercial fisheries.

   Nevertheless, it should be emphasized that allocation of lakes for angling does not mean that anglers' needs and preferences are being automatically met. Anglers are characterized not only by purely “fishery” preferences, but also by defined needs and preferences with respect to water environment and its management, and motivation for engaging in angling is exceptionally complex and diverse. Consequently, it is necessary to define as well as possible “angling capacity” of the environment, and also the rules of management, so as to fulfill anglers' needs to the highest possible degree. For instance, in view of our studies it appears that organization of special fishing grounds is of no use since anglers are especially susceptible to overcrowding and highly value their privacy from other anglers and direct contact with nature.

6. Lakes in which commercial fishing and fish production is the main function. All other uses of water should be subordinate to this function. The main function of these lakes does not exclude, depending on the intensity of the commercial fishery, their limited use by anglers or other users. Any other use of these lakes for non-fishery purposes cannot, however, affect their use for commercial fishing. Hence, the extent to which other uses are permissible should be defined by the commercial fishermen. It is obvious that the extent of alternate uses will depend on the intensity of fishery management and in cases where management approaches fish culture there are no possibilities of other water uses. Moreover, in extreme cases, this type of fishery management may even result in such degradation of the environment that other uses will become totally impossible even for commercial fishing.

ACKNOWLEDGMENTS

The authors wish to acknowledge the financial and technical assistance they have received from the Central Board of the Polish Anglers Association. Our special gratitude is also due to all people who had sent us examples of different questionnaires used in their countries, and especially to Mr. A.L.W. Tuomi from Canada, Mr. B. Steinmetz from the Netherlands, and Mr. R. O'Connor from Ireland.

LITERATURE CITED

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