EXTREMES FOR RAINFALL AND STREAMFLOW, HOW STRONG ARE THE LINKS?

Abstract

Many hydraulic structures are designed using calculation procedures that assume an equivalence between the return period of a rainfall event and the return period of the streamflow peak calculated using that rainfall. In this study, we have examined both observed peaks of streamflow and the meteorological sequence creating the peak to check the validity of the assumed relationship between rain and peak flowrate. We used observations from five rural watersheds in southern Ontario with areas ranging from 2 to 150 km2. In these watersheds we found that few annual flood peaks were created by rain or by snowmelt alone; 80% of them were combined events. Ten percent of those events in the annual series with return periods greater than two years were caused by rain alone. Very few of the annual extreme rain events, defined for a duration set at the "time of concentration" of each watershed, caused flow peaks that appeared in either the annual flood series or the annual rain-induced flood series. The weakness or lack of causal link between extreme rainfall and extreme flows on rural watersheds demonstrates the need for research into methods of calculating flood peaks that do not assume such linkage.

De nombreuses structures hydrauliques sont conçues a partir de procédures de calcul supposant l’équivalence entre la période de retour d’une pluie et la période de retour de la pointe d’écoulement dans le réseau hydrographique, calculée à partir de cette pluie. Dans cette étude, nous avons examiné les pointes d’écoulement observées dans le réseau hydrographique et la séquence météorologique à l’origine de la pointe afin de vérifier la validité la relation supposée entre la pluie et le débit de pointe. Nous avons utilisé des observations provenant de cinq bassins versants ruraux du sud de l’Ontario, d’une superficie de 2 à 150 km2. Dans ces bassins versants, nous avons constaté qu’environ 80% des pointes de crue annuelles étaient dues à l’effet combiné de la fonte des neiges et des pluies. Dans de rares cas, la contribution da la pluie ou de la fonte des neiges seule a été mise en évidence. Il existe une probabilité d’environ 10% qu’une pointe de crue provoqué par une pluie ait une période de retour de plus de deux ans pour la série de cruesannuelles. Quelques unes seulement des pluies annuelles extrêmes, dont la durée est définie par le "temps de concentration" de chaque bassin versant, ont entraîné des pointes de crue qui apparaissent soit dans la série de crues annuelles soit dans la série de crues annuelles provoquée par les pluies seules. La faiblesse ou le manque de lien de causalité entre pluies extrêmes et écoulements extrêmes en bassin versant rural, démontrent la nécessité d’effectuer des travaux de recherche visant à établir des méthodes de calcul des pointes de crue qui ne présentent pas ce lien de causalité.