MODELLING CHANNEL PROFILE RESPONSE TO WEIR REMOVAL: SOUTH SASKATCHEWAN RIVER AT SASKATOON

Abstract

A weir across the South Saskatchewan River at Saskatoon was constructed in 1939 to provide higher stable water levels during low flow periods. Regulation of the South Saskatchewan River by the Gardiner Dam, located approximately 120 km upstream of Saskatoon, currently provides a consistent flow throughout the year, with slightly higher flows during the winter. This has reduced the need to stabilize water levels locally. As the weir structure ages and deteriorates, several options can be considered, including repair, replacement or removal. The present paper examines the geophysical implications of the last option. A mobile boundary flow model (MOBED) was applied to the river to assess possible changes to the longitudinal bed and water surface profiles that would result if the weir was removed. The model utilizes information about channel geometry, sediment characteristics and hydraulic conditions to predict these changes. The model output provides information about the potential impact of weir removal: changes in bed elevation, flow depth, flow velocity and channel slope. Results show that, under mean post-regulation flow regimes and weir removal, degradation in the channel would extend 3000 m upstream of the weir site. The amount of degradation would increase downstream of this point to a maximum of 0.5 m immediately upstream of the weir. A water surface profile upstream of the weir site mirrors the new channel bed. The model indicates that the channel downstream will aggrade from 0.5 m immediately below the weir, eventually grading to the existing channel profile within 2000 m.

Un déversoir fut construit en 1939 sur la rivière Saskatchewan Sud à Saskatoon pour favoriser des niveaux d’eau stables plus élevés au cours des périodes de faible débit. La régulation de la rivière Saskatchewan Sud par le barrage Gardiner, situé environ 120 km en amont de Saskatoon, permet actuellement un débit uniforme pendant toute l’année, avec des débits légèrement plus élevés au cours de l’hiver. Cela a réduit le besoin de stabiliser les niveaux d’eau à l’échelle locale. Au fur et à mesure que la structure du déversoir prend de l’âge et se détériore, plusieurs options peuvent être envisagées, y compris les réparations, le remplacement et l’enlèvement. Le présent document se penche sur les conséquences géophysiques de cette dernière option. Un modèle de flux mobile (de bordure) fut appliqué à la rivière pour évaluer les changements possibles que subiraient le lit longitudinal et les profils de la superficie d’eau si le déversoir était enlevé. Le modèle fait appel à des renseignements sur la géométrie du canal, les caractéristiques des sédiments et les conditions hydrauliques pour prédire ces changements. La sortie du modèle offre des informations quant à l’impact éventuel de l’enlèvement du déversoir : changements dans l’élévation du lit, profondeur du débit, vitesse d’écoulement et pente du canal. Les résultats révèlent que, suivant des régimes d’écoulement post-régulation moyens et si le déversoir était enlevé, la dégradation dans le canal s’étendrait sur 3000 m en amont du site du déversoir. La quantité de dégradation augmenterait en aval de cet endroit jusqu’à concurrence d’un maximum de 0,5 m immédiatement en amont du déversoir. Un profil de surface d’eau en amont du site du déversoir réfléchit l’image du lit du nouveau canal. Le modèle indique que le canal en aval produirait un alluvionnement de 0,5 m immédiatement sous le déversoir, le tout se nivellant pour atteindre le profil du canal existant sur une distance de 2000 m.