Quantifying the Impact of Hydrometric Network Reductions on Regional Streamflow Prediction in Northern Canada

Abstract

Hydrometric monitoring in northern Canada, as in much of the country, was reduced during the mid-1990s in response to fiscal pressures on the federal government. This study uses a combination of canonical correlation and multiple regression analysis to quantify the influence of discontinuing these gauges on prediction of ungauged streamflows in the region. Thirty-four stations in the Mackenzie Basin measuring streamflow from catchments in the Yukon, the Northwest Territories, northern Alberta and northern British Columbia were selected for the analysis. Twelve of the 34 stations are now closed. The difference in the predictive capability, as determined by a jack-knife procedure, between using only the active stations versus using both active and discontinued stations is assumed to represent the impacts of reducing the network size. When the 12 closed stations were not used in the analysis, extrapolation error increased by ~16% for all flow regimes. Uncertainty, as expressed by the confidence interval, remained the same for the average streamflow regime but doubled for the high flow regime. Changes in climate and the landscape will eventually result in the data from the discontinued stations being inappropriate for use in engineering design, resulting in the estimated increased error and uncertainty in streamflow prediction reported here. This uncertainty is likely to be dealt with by over-designing structures, a costly measure in northern Canada. Conversely, the risks associated with under-design could increase.

Les mesures hydrométriques dans le Nord du Canada, comme dans la plupart des autres régions du pays, ont été réduites durant le milieu des années 1990 à cause des pressions fiscales auxquelles a dû faire face le gouvernement fédéral. Cette étude, qui utilise une combinaison de corrélations canoniques et d'analyses de régression, a pour objectif de quantifier l'effet de l'arrêt de ces mesures sur les capacités de prévision des débits dans la région. Trente-quatre stations dans les basins du Mackenzie et de la Liard, dont douze sont maintenant fermées, ont été choisies pour cette analyse. On estime que la différence en capacité de prévision, telle que déterminée par la méthode du jackknife, fournie par l'utilisation des stations actives seules et celle découlant de l'utilisation des stations actives et des stations fermées représente la variation de capacité de prévision du réseau à la suite de la réduction de sa taille. Lorsque les douze stations fermées ne sont pas utilisées lors des analyses, les erreurs d'extrapolation augmentent de près de 16 % pour tous les quantiles de débit. L'incertitude, exprimée par l'intervalle de confiance, reste la même pour les quantiles de débits représentant le régime de débit moyen mais double pour les quantiles de débits extrêmes. Les changements affectant le climat et le paysage feront que les données issues des stations fermées seront inappropriées pour les conceptions en génie, ce qui entraînera l'augmentation, estimée dans le présent rapport, des erreurs et des incertitudes associées aux prévisions des débits. Le problème des incertitudes sera probablement surmonté en suréquipant les structures, une mesure dispendieuse dans le Nord du Canada. Réciproquement, la probabilité de sous équipement et les risques qui en découlent pourraient augmenter.