Modelling Changes in Stream Water Quality Due to Climate Change in a Southern Ontario Watershed

Abstract

This research represents a pilot project to establish a methodology for assessing the sensitivity of watershed stream water quality to changes in water quantity caused by climate change. The pilot watershed is the Duffins Creek watershed, located 20 km east of the City of Toronto, Canada. Scenarios of climate change analyzed in this project were drawn from two internationally recognized climate models: the Canadian Centre for Climate Modelling and Analysis (CCCma) CGCM1 and the Hadley Centre HadCM2. The AGNPS (Agricultural Non-Point Source) model was used to predict changes in stream water chemistry. The results are compared to baseline conditions as well as future conditions based on 2020 land use scenarios. It was determined that 2020 land use scenarios typically result in much smaller changes in peak flows than are predicted for the climate change scenarios, especially the wet climate change scenarios. Understanding climate change responses is critical for the development of watershed plans and drinking water source protection studies. Currently, watershed studies are completed using climate information based on relatively short-term monitoring databases that reflect past weather patterns. It is widely understood that management actions advocated in watershed studies could be improved if consideration were given to the implication of climate changes.

Les travaux ont été entrepris à titre d’expérience pilote pour établir une méthode d’évaluation de la sensibilité de la qualité des cours d’eau d’un bassin hydrographique aux variations de l’approvisionnement en eau provoquées par le changement climatique. La zone choisie est le bassin du ruisseau Duffins, qui se trouve à 20 km à l’est de Toronto, au Canada. Les scénarios de changement climatique analysés dans le cadre du projet sont issus de deux modèles du climat reconnus mondialement : le MCCG1 du Centre canadien de modélisation et d’analyse du climat (CCmaC) et le HadCM2 du Hadley Centre. Le modèle américain AGNPS (modèle sur les sources diffuses dans les milieux agricoles) a été utilisé pour prévoir les changements de la composition chimique de l’eau du ruisseau. Les résultats ont été comparés à des conditions de référence et à des conditions futures fondées sur des scénarios d’affectation des terres en 2020. Il a été établi que ces scénarios projetaient généralement des changements du débit de pointe beaucoup plus faibles que les scénarios de changement climatique, notamment ceux de climat humide. Il est crucial de comprendre les réponses au changement climatique afin d’élaborer des plans à l’échelle des bassins hydrographiques et des études sur la protection des sources d’eau de boisson. Pour l’heure, les études des bassins hydrographiques sont réalisées à partir de l’information climatologique de bases de données de surveillance relativement récentes, qui reflètent les régimes climatiques passés. L’amélioration des mesures de gestion préconisées par ces études fait largement consensus, à la condition de tenir compte des implications des changements climatiques.