Application of Floodplain Stratigraphy to Determine the Recurrence of Ice-Jam Flooding Along the Lower Peace and Athabasca Rivers, Alberta

Abstract

Multi-proxy reconstructions of ice-jam flooding have increased significantly in the last several decades, providing important estimates of changes in ice-jam activity over time. Here, the floodplain sedimentary archive is investigated as a stratigraphic proxy indicator of ice-jam flooding along the lower Peace and Athabasca Rivers, Alberta. This relatively new method involves stratigraphic logging and interpretation of floodplain sediments resulting from successive ice jam floods and radiocarbon dating of inter-flood organic material for chronology (Livingston et al., 2009). At six sites the method is used to extend the record of ice-jam flooding by up to 1500 years, providing the longest temporal framework for assessing the recurrence of ice-jam flooding in the Peace-Athabasca Delta (PAD) to date. Chronostratigraphic logs indicate that the average long-term recurrence interval of ice-jam flooding varies between sites, from approximately once in 13 years to once in 23 years (4–8% probability of bankfull exceedence in any given year). This is near the range interpreted from oxbow lake sediment in the PAD spanning the last 180-300 years (5–14%), but much lower than the probability of recurrence of ice-jam floods (AD 1826–1995) inferred from historic archives (16%). Although spatio-temporal incongruencies amongst proxy records make it difficult to resolve differences among flood recurrence estimates for the PAD, they collectively indicate a range of 4–16%.

The temporal resolution of ice jam-flood chronologies derived from floodplain sediment depends largely on the availability, reliability and sampling frequency of radiocarbon-dated organic material and its calibration to calendar years. Changes in the frequency of ice jams at a particular site can be determined when organic material suitable for radiocarbon dating is present at multiple levels in the floodplain sedimentary archive. Alternative absolute dating methods should be used to constrain ice-jam flood events in the last 350 years or when organic material suitable for radiocarbon dating is limited. Even with limited chronometric control the average long-term flood recurrence can be determined, providing a first approximation of ice-jam flood activity at a particular site. Thus, in the absence of other proxy archives, and given the simplicity of the method, we suggest that floodplain stratigraphy provides an invaluable archive of ice-jam flooding along northern rivers.

Les reconstitutions à l’aide de multiples sources de données indirectes sur les inondations causées par les embâcles ont augmenté considérablement au cours des dernières décennies, offrant ainsi d’importantes estimations touchant les événements d’embâcle au fil des ans. Ici, les archives sédimentaires de la plaine inondable sont étudiées en tant qu’indicateur de substitution stratigraphique des inondations causées par les embâcles le long du cours inférieur des rivières de la Paix et Athabasca, en Alberta. Cette méthode relativement nouvelle fait appel à la diagraphie stratigraphique et à l’interprétation des sédiments de la plaine inondable qui résultent des inondations successives causées par les embâcles ainsi qu’à la datation au carbone 14 de la matière organique entre les inondations à des fins de chronologie (Livingston et al., 2009). À six sites, la méthode est employée afin de faire remonter jusqu’à 1500 ans l’enregistrement des données sur les inondations causées par les embâcles, ce qui constitue le cadre temporel le plus long pour l’évaluation de la récurrence des inondations causées par les embâcles dans le delta des rivières de la Paix et Athabasca à ce jour. Les diagraphies chronostratigraphiques révèlent qu’à long terme l’intervalle de récurrence moyen des inondations causées par les embâcles varie d’un endroit à l’autre, allant d’une fois tous les 13 ans à une fois tous les 23 ans (de 4 à 8 % de probabilité de débordement au cours d’une année donnée). Ces données se rapprochent de l’échelle interprétée à partir des sédiments du lac Oxbow dans le delta des rivières de la Paix et Athabasca pour les 180 à 300 dernières années (de 5 à 14 %), bien qu’elles soient de beaucoup inférieures à la probabilité de récurrence des inondations causées par les embâcles (de 1826 à 1995) inférées à partir des archives historiques (16 %). Bien que les incompatibilités spatio-temporelles entre les relevés indirects compliquent la résolution des écarts entre les estimations de récurrence des inondations pour le delta des rivières de la Paix et Athabasca, collectivement ces relevés indiquent une échelle de 4 à 16 %.

La résolution temporelle des chronologies d’inondations causées par les embâcles tirées des sédiments de la plaine d’inondation dépend largement de la disponibilité, de la fiabilité et de la fréquence d’échantillonnage de la matière organique datée au carbone 14 et de son étalonnage en fonction des années civiles. Les changements dans la fréquence des embâcles à un emplacement particulier peuvent être déterminés lorsqu’une matière organique pouvant se prêter à la datation au carbone 14 est présente à des degrés multiples dans les archives sédimentaires de la plaine inondable. Il faut avoir recours à d’autres méthodes de datation absolue pour limiter les événements d’inondations causées par les embâcles aux 350 dernières années ou lorsque la matière organique qui se prête à la datation au radiocarbone est limitée. Même avec un contrôle chronométrique limité, il est possible de déterminer la récurrence moyenne des inondations à long terme en fournissant une première approximation des inondations causées par les embâcles à un site particulier. Par conséquent, en l’absence d’autres archives indirectes, et vu la simplicité de la méthode, nous avançons que la stratigraphie de la plaine inondable permet d’obtenir des archives extrêmement précieuses des inondations causées par les embâcles le long des rivières situées au nord.