Southern Quebec environmental flow assessments: spatial and temporal scales sensitivity

Abstract

Faced with increasing demands for water withdrawals and a changing climate, the Quebec Department of Environment and Fight Against Climate Change is reviewing its water withdrawal guidelines to protect riverine ecosystems. For Southern Quebec, guidelines currently limit water withdrawals to a maximum of 15% of the 7Q2 (mean 7-day low flow with a return period of two years) during low flow periods. In this context, one of the issues raised is to investigate measures that help to preserve riverine ecosystems during low flow periods by establishing cut-off flow restrictions. This study compared eight low flow metrics to investigate which can be considered useful metrics to assess environmental flow in Southern Quebec rivers. Using 98 hydrometrics stations with a minimum of 20 years of daily flow data from eight hydrological regions, those low flow metrics were compared to three thresholds based on Tennant Method for monthly and annual temporal scales. The relevance of current hydrological regions delineation was investigated by looking at results within these regions, compared to six groups of stations defined using multivariate analyses. This study emphasizes that assessing environmental flows is linked to the hydrological context of the area of interest, the temporal scale of the historical data available, and the catchment size. The results showed that (1) winter low flows were lower than summer low flows; (2) 23% to 26% of the values were under the conservative thresholds for all the metrics depending of the time scale; and (3) the 7Q2, 7Q10 (mean 7-day low flow with a return period of ten years), Q95 and Q90 (95th and 90th percentile on the flow duration curve) are the less conservative for rivers having a low regime flow. To conclude, assessing several regionally adapted environmental flow metrics is recommended rather than systematically using the 7Q2 for Southern Quebec.

RÉSUMÉ

Face à la demande croissante de prélèvements d’eau et aux changements climatiques, le ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques du Québec révise sa politique de partage des eaux pour protéger ses écosystèmes riverains. Au Québec méridional, les prélèvements d’eau sont actuellement limités à un maximum de 15% du 7Q2 (débit minimum d’une moyenne mobile de 7 jours et une période de retour de deux ans) durant les périodes d’étiage. Dans ce contexte, une étude hydrologique a été faite pour déterminer les débits planchers, en dessous desquels il n’est plus permis de prélever d’eau. Dans cette étude, les résultats de huit métriques ont été comparés à trois seuils issus de la méthode de Tennant, pour des temporalités mensuelles et annuelles, afin de pointer celles pouvant être considérées comme des débits environnementaux. Les débits journaliers, ayant au moins 20 ans de données, proviennent de 98 stations situées dans huit régions hydrographiques. La pertinence de celles-ci a été étudiée en considérant les résultats dans ces régions, mais aussi dans six groupes de stations définis à l’aide d’analyses multivariées. Il ressort que la détermination d’un débit environnemental est liée au contexte hydrologique de la zone d’étude, à la temporalité et à la taille du bassin versant. De plus, les résultats ont montré que (1) les débits hivernaux étaient inférieurs aux estivaux; (2) 23% à 26% des métriques calculées étaient inférieures aux seuils de restriction, selon l’échelle temporelle; et (3) le 7Q2, 7Q10 (débit minimum d’une moyenne mobile de 7 jours et une période de retour de dix ans), Q95 et Q90 (95^e et 90^e percentile des débits classés), sont déconseillés pour les rivières ayant de faibles débits. Enfin, il est recommandé de définir plusieurs débits environnementaux, au lieu d’un seul (7Q2), au Québec méridional.

Keywords:

• Environmental flows
• temporal scale
• hydrological regions
• riverine ecosystem sustainability
• water sharing guidelines

Acknowledgments

The authors wish to acknowledge the financial contribution of the Quebec Department of Environment and Fight Against Climate Change. The contribution of the Quebec Water Expertise Direction in terms of expertise and data sharing is also acknowledged.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.