The impact of macrophytes on winter flows along the Upper Qu’Appelle River

Abstract

The Upper Qu’Appelle River conveys water from Lake Diefenbaker to Buffalo Pound Lake, which is a major source of water for domestic, industrial, agricultural and recreational use in southern Saskatchewan. Water demand continues to increase with time and additional conveyance capacity may be required during the winter months. Flows in the Upper Qu’Appelle are usually below 2 m³ s^–1 from December to March; however, an increase in this flow rate will be needed to meet future water demands. A numerical modelling study was carried out to simulate the degree of ice cover thickening and backwater staging during freeze-up at various discharge scenarios (up to 6 m³ s^–1). The Monte Carlo framework was used to capture the variability of possible parameter ranges within various freeze-up scenarios. A bottleneck to flow conveyance is a short 4-km stretch along the river (between the Prairie Farm Rehabilitation Administration [PFRA] and Tugaske Bridges) which is infested with macrophyte growth. Results show that the probability of overbank flow greatly increases with the presence of macrophytes in the channel, even at freeze-up conditions. Dredging was deemed the best mitigation option to reduce macrophyte density and remove nutrient-rich sediment to increase flow capacity.

Le cours supérieur de la rivière Qu’Appelle amène l’eau du lac Diefenbaker au lac Buffalo Pound, qui est une source d’eau majeure pour l’usage domestique, industriel et agricole et pour les usages récréatifs dans le sud de la Saskatchewan. La demande en eau continue de s’accroître avec le temps et une capacité de transport supplémentaire pourrait s’avérer nécessaire au cours des mois d’hiver. Les débits dans le cours supérieur de la rivière Qu’Appelle se situent en général sous les 2 m³ s^–1 de décembre à mars. Cependant, une hausse de ce débit sera nécessaire pour faire face aux futures demandes en eau. Une étude de modélisation numérique a été menée afin de simuler le degré d’épaississement de la couverture de glace et le niveau des remous au cours de la période d’englacement selon divers scénarios de débit (jusqu’à 6 m^{3 -1}s^–1). Le cadre de simulation de Monte Carlo a été employé afin de saisir la variabilité des plages de paramètres possibles dans divers scénarios de prise de la glace. Il existe un goulot d’étranglement qui entrave le débit. Il s’agit d’un petit tronçon de la rivière de 4 km (entre les ponts de l’Administration du rétablissement agricole des Prairies [ARAP] et de Tugaske) qui est infesté de macrophytes. Les résultats révèlent que la probabilité de débordement augmente grandement avec la présence de macrophytes dans le canal, même dans des conditions de prise de la glace. Le dragage a été considéré comme la meilleure option d’atténuation pour réduire la densité de macrophytes et éliminer les sédiments riches en nutriments afin d’accroître la capacité de débit.

Acknowledgements

The authors wish to thank the Saskatchewan Water Security Agency for funding this project.