Using topographic lidar to map flood risk from storm-surge events for Charlottetown, Prince Edward Island, Canada

Abstract

As part of a recent project to determine coastal impacts of climate change and sea-level rise on Prince Edward Island (PEI), airborne scanning laser altimetry (lidar) was employed to acquire high-resolution digital elevation models (DEMs) and other landscape information. The study area included both the Charlottetown urban area and an extensive portion of the rural North Shore of PEI. Problems with the lidar data included data gaps and incorrect classification of "ground" and "non-ground" laser hits along the waterfront. Accurate representation of wharves and other waterfront features in the DEM was achieved by combining "ground" and "non-ground" data. The importance of calibration and validation in lidar data acquisition and interpretation was demonstrated by three independent validation exercises that uncovered and adjusted for a vertical offset attributed to calibration problems. The ground DEM was adjusted to hydrographic chart datum and used to model flood extent at three storm-surge water levels, one observed in the record storm of 21 January 2000 and two higher levels representing flood scenarios under rising sea level. Flood modelling was executed in a geographic information system (GIS) on the gridded ground DEM. The resulting binary grids were vectorized along the flooding limit. Low-lying areas isolated from free exchange with the harbour were excluded from the flood area. Vectors depicting the storm-surge water lines for the three flood scenarios were implemented on the geographic information system (GIS) in the city planning department and overlain on property boundary and assessment layers. This study demonstrated that validated DEMs derived from airborne lidar data are efficient and adequate tools for mapping flood risk hazard zones in coastal communities.

Des données altimétriques d'un système laser à balayage aéroporté (lidar) ont été utilisées pour acquérir des modèles numériques d'altitude (MNA) à haute résolution et d'autres informations sur le paysage dans le cadre d'un projet récent pour déterminer les impacts du changement climatique et du rehaussement du niveau de la mer sur les côtes, de l'Île-du-Prince-Édouard (IPE). La zone d'étude comprenait la zone urbaine de Charlottetown et une portion importante de la zone rurale de la côte nord de l'IPE. Des problèmes associés aux données lidar incluaient des trous dans les données et des classifications incorrectes de retours laser « au sol » ou « non au sol » le long du front de mer. Des représentations précises de quais et d'autres traits du rivage dans le MNA ont été réalisées en combinant des données « au sol » et « non au sol ». L'importance de l'étalonnage et de la validation dans l'acquisition et l'interprétation des données lidar a été démontrée au cours de trois exercices indépendants de validation qui ont permis de découvrir et d'ajuster un décalage vertical attribuable à des problèmes d'étalonnage. Le MNA au sol a été ajusté par rapport aux données de la carte marine et utilisé pour modéliser l'ampleur des inondations à trois niveaux d'eau d'ondes de tempête, dont un observé durant la tempête record du 21 janvier 2000 et deux niveaux plus élevés représentant des scénarios d'inondation suite à la montée du niveau de la mer. La modélisation des inondations a été réalisée dans le cadre d'un système d'information géographique (SIG) sur un MNA référencé au sol. Les grilles binaires résultantes ont été vectorisées le long de la limite d'inondation. Les zones basses à l'abri des échanges d'eau libre avec le port ont été exclues de la zone d'inondation. Les vecteurs représentant les limites d'eau d'ondes de tempête pour les trois scénarios d'inondation ont été intégrés dans le SIG du service de planification de la ville et superposés sur les limites des propriétés et les couches illustrant les données d'évaluation. Cette étude a démontré que les MNA validés dérivés des données lidar aéroporté constituent des outils efficaces et appropriés pour la cartographie des risques d'inondation dans les communautés côtières.[Traduit par la Rédaction]