Detecting the Timing of Morphologic Change Using Stage-Discharge Regressions: A Case Study at Fishtrap Creek, British Columbia, Canada

Abstract

Nine submersible pressure transducers were installed at various locations in a study reach of Fishtrap Creek during the 2006 freshet. The channel morphology of the reach underwent a moderate change in 2006, due to the effects of the McLure forest fire which, in 2003, killed all of the riparian vegetation in the study reach and burned about 62% of the Fishtrap Creek watershed. By examining the changes in the rating relations between the water stage recorded by the pressure transducers and the discharge measured at a Water Survey of Canada gauging station located just downstream of the study reach, we were able to determine the timing of morphologic changes in the stream over the course of the freshet. Shifts in the rating curve were identified by first graphically analysing the stage-discharge relations, and then constructing stage discharge regressions for that part of the record for which the rating relation appeared to be stable. The residuals associated with the calculated rating equations were then computed for the entire period of record, and used to assess the temporal pattern of changes in the rating relation. The analysis shows that the largest changes in the rating relation occurred in the vicinity of the largest morphologic changes (as determined by analysis of repeated cross-sectional surveys) and that, in areas where the morphology was nearly stable, the rating relation remained relatively stable. The sensitivity of the rating relations to changes in the channel morphology suggests that deployment of submersible pressure transducers may be a suitable and cost-effective means for monitoring channel stability near existing gauging stations or stable control cross-sections where the rating relation is unlikely to change.

Neuf transducteurs de pression furent installés lors de la crue printanière de 2006 à divers endroits du tronçon étudié de Fishtrap Creek. La morphologie du chenal de la rivière fut légèrement modifiée en 2006, en raison des impacts du feu de forêt McLure, lequel a détruit toute la végétation riveraine du tronçon et brûla 62 % du bassin-versant de Fishtrap Creek. Nous avons réussi à identifier les moments lors desquels se sont produits les changements morphologiques dans le cours d’eau durant la crue printanière en comparant les relations de calibre entre les niveaux d’eau mesurés par les transducteurs de pression et le débit mesuré à une station des Relevés hydrologiques du Canada situé en aval du tronçon d’étude. Les variations dans la courbe de calibre furent d’abord identifiées par une analyse graphique des relations niveau-débit, puis par l’utilisation de régressions sur les niveaux et les débits se rapportant aux données produisant des relations de calibre stables. Les sommes des carrés résiduelles se rapportant aux équations de calibre furent ensuite calculées pour l’ensemble des données et furent utilisées pour évaluer les tendances temporelles de changement dans la relation de calibre. L’analyse démontre que les changements les plus importants dans la relation de calibre se produise à proximité des plus importants changements morphologiques (tel que déterminé par l’analyse répétée des relevés de sections) et que, dans les sections où la morphologie demeure stable, la relation de calibre demeure elle aussi relativement stable. Le niveau de sensibilité des relations de calibre par rapport aux changements dans la morphologie du chenal suggère que l’utilisation de transducteurs de pression submersibles pourrait représenter un moyen approprié et abordable de mesurer la stabilité des cours d’eau près de stations de mesure existantes ou dans des sections stables de contrôle où la relation de calibre ne devrait pas changer.