MUSKOKA WATERSHED MANAGEMENT MODEL

Abstract

The Muskoka River Basin in central Ontario covers an area of approximately 4,700 km. The water resources of this basin are important not only for the year-round residents of the area, but also for many thousands of summer residents and tourists who take advantage of available recreational activities and facilities. The watershed extends from the western portion of Algonquin Park to Georgian Bay and drops approximately 1,300 feet in elevation.Water resources management within the basin is particularly complex. There are 34 control structures operated by four agencies, two locks for pleasure craft, 26 major lakes and nine hydro power stations operated by three utilities. Competing water use interests include recreation (including sportfishing), navigation, hydro power, flood control, and water supply. The responsibility for water allocation and management of almost all control structures lies with the Ministry of Natural Resources. Significant efforts have been made by all interests to resolve possible conflict in water allocation, and present Ministry policies have been successful in satisfying most water allocation demands. However, population and recreation pressures, rising energy costs, and sensitivity to fisheries and other environmental constraints, have increased pressure to further improve the basin management.The preparation of a major mathematical model of basin operations has been commissioned in order to review past policies in the allocation of water, and to improve floodhandling and other specific concerns. The model selected for this purpose is a modification of the Trent River system operating model, which has been in use for a number of years. Major modifications were required to adapt this model to the complexity of the Muskoka Basin, to allow detailed specifications of various competing interests, and to produce the most convenient output for Ministry staff.In addition to easing the day-to-day operational planning for the basin, it is anticipated that, by tests examining different operating priorities, improved methods of allocation will result in overall optimization of watershed resources.The mathematical model is now largely completed and undergoing testing and calibration. Major components of the background study include the following:- physical data base compilation- historical basin operations description- model structure development- subbasin hydrologic modelling- model calibration.Each of the above components is described in the paper, along with sample results from the hydrologic studies and basin simulation calibration which have been carried out. The present status of model development is explained, along with a description of the projected work program for the coming summer season. Specific difficulties which have been encountered due to the complexity of the model, and the strict operation rules which must be followed, are outlined. The basin is presently being managed by the Ministry of Natural Resources using traditional operating rules and resource allocation priorities. In parallel with this manual system, Ministry staff are operating the mathematical model in order to compare results, suggest operations and to assist in the development and calibration of specific model routines. It is expected that by the end of 1982 model development will be completed to the extent that day-to-day operation of the basin can be performed according to model output instructions, with only extreme events requiring manual intervention.Future improvements for the model are also planned. These may include storm handling, detailed studies of the effects of alternative rule curves, examination of the priorities assigned to various water uses, and the implementation of possible structural works to assist in flood control and power generation optimization.

Le bassin versant de la rivière Muskoka au centre de l’Ontario, couvre une superficie de 4700 kilomètres carrés. Les ressources en eau de ce bassin sont importantes non seulement pour les résidents permanents mais aussi pour les milliers d’estivants et de touristes qui profitent des activités et un potentiel récréatif de la région. Le bassin versant s’étend de la partie ouest du Parc Algonguin jusqu’à la Baie Géorgienne sur une pente de 1300 pieds de dénivelée.La gestion des ressources en eau du bassin est particulièrement complexe. On y retrouve 34 ouvrages de contrôle appartenant à quatre agences, deux écluses pour bateaux de plaisance, 26 lacs importants et neuf usines hydro-électriques maintenues en opération par trois entreprises publiques. Les usages de l’eau qui entrent en compétition comprennent la récréation, la pêche sportive, la navigation, l’hydro-électricité, le contrôle des crues et l’approvisionnement en eau. L’allocation de l’eau et la gestion des ouvrages de contrôle sont sous la responsabilité du ministère des Richesses naturelles. Pour résoudre les conflits possibles dans l’allocation de l’eau, des efforts sérieux ont été faits par tous les intéressés et les politiques actuelles du ministère ont permis de satisfaire la plupart des demandes d’eau. Toutefois les pressions exercées par la population et la récréation, les coûts croissants de l’énergie, la sensibilité accrue aux contraintes de l’environnement et des pêcheries ont augmenté la nécessité d’améliorer la gestion du bassin versant.On prévoit qu’en plus de simplifier la planification quotidienne des opérations sur le bassin, on pourra à l’aide d’essais sur les priorités d’opération, en arriver à une optimisation des ressources en eau du bassin.On met la dernière main à un modèle mathématique qui subit actuellement ses tests de calibrage et d’opération. Les composantes principales de l’étude de fond comprennent :- une compilation des données physiques de base- un historique des opérations sur le bassin- le développement de la structure d’un modèle- le modelage hydrologique par sous-bassin- le calibrage du modèleChacune de ces composantes est décrite dans le texte, accompagnée d’un exemple de résultats des études hydrologiques et des simulations de calibrage de bassin effectuées. Les auteurs expliquent l’état actuel de développement du modèle et décrivent le programme de travail prévu pour la saison estivale. Ils donnent un aperçu des difficultés rencontrées dues à la complexité du modèle et des règles d’opération strictes qui doivent être suivies. Le bassin versant est actuellement géré par le ministère des Richesses naturelles selon des règles d’opération et des priorités traditionnelles d’allocation de la ressource. En parrallèle avec ce système manuel, le ministère met en opération le modèle mathématique en vue de comparer les résultats, de suggérer des opérations et en vue d’aider au développement et à la calibration de parties spécifiques du modèle. On espère compléter le modèle vers la fin de 1982 de façon à gérer le bassin versant selon les instructions obtenues du modèle à l’exception des évènements exceptionnels qui requerront toujours une intervention manuelle.Certaines améliorations du modèle sont aussi prévues. Elles comprennent par exemple la prise en charge des tempêtes, des études détaillées des effets de l’utilisation de courbes alternatives, la remise en question des priorités attribuées à divers usages de l’eau et la réalisation d’ouvrages possibles de contrôle des inondations et d’optimisation de la production d’énergie.