Development of an ice jam database and prediction tool for the Lower Red River

Abstract

The Lower Red River in Manitoba regularly experiences springtime ice jam flooding, with the most severe events occurring between Lockport and Netley Lake. A database of ice jam events was developed through newspaper archives and historical stage data. Each event was given a severity rating from 1-5, based on the resulting ice jam flood. This facilitated an investigation of ice jam timing and frequency on this section of the Lower Red River and the development of a threshold-based ice jam prediction tool. Out of 54 ice jam events from 1962-2017, all ice jam events occurred when the peak spring flow exceeded 1000 cms and all severe events (severity 3+) occurred when peak spring flows exceeded 1500 cms. The threshold ice jam prediction model was developed using five meteorological and hydrometric parameters including accumulated degree day of thaw, accumulated degree day of freezing, freeze-up water level, snow on ground, and rain equivalence. The model was able to differentiate all severe event years from non-event years with only one false positive result. By gaining a better understanding of ice jamming in the area, this research provides an accessible prediction method that can help guide decisions related to the risk and severity of spring ice jamming.

RÉSUMÉ

Au Manitoba, le cours inférieur de la rivière Rouge fait souvent l’objet d’inondations causées par des embâcles printaniers, les plus importants se situant entre Lockport et le lac Netley. Une banque de données sur les embâcles a été conçue à partir d’archives provenant de journaux et de données historiques. Un taux de gravité allant de 1 à 5 a été accordé à chaque embâcle, selon l’inondation qui en a découlé. Ceci a permis la réalisation d’une étude sur le moment et la fréquence des embâcles dans cette section du bas de la rivière Rouge et à l’élaboration d’un outil de prédiction des embâcles basée sur les seuils. Des 54 embâcles enregistrés de 1962 à 2017, tous sont survenus alors que le débit de pointe printanier était supérieur à 1000 m³/s, les plus importants (de niveau 3 ou plus), alors qu’il excédait 1500 m³/s. Un modèle de prévision des embâcles basé sur les seuils a été élaboré à partir de cinq paramètres météorologiques et hydrométriques, soit les degrés-jours de dégel cumulés, les degrés-jours de gel cumulés, le niveau de l’eau à l’englacement, la hauteur de neige au sol et son équivalent en eau. Le modèle a pu différencier les années d’embâcles extrêmes des années sans embâcle et n’a produit qu’un seul résultat faussement positif. En étant en mesure de mieux comprendre la formation d’embâcles dans cette section de la rivière, cette étude offre une méthode de prévision accessible qui peut servir à guider les décisions en lien avec le risque et la gravité des embâcles printaniers.

Keywords:

• Breakup ice jam
• database
• threshold modelling
• flood risk
• historical review
• Red River

Acknowledgements

The authors would like to acknowledge both Environment and Climate Change Canada (ECCC) and Manitoba Infrastructure (MI) for the data and knowledge contribution to the project. A special thank you to Laurent de Rham, ECCC, for providing breakup initiation dates and water level charts for the study area. MI provided weather and hydrometric data as well as historical information, with appreciation to Bin Luo and Chris Propp.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Additional information

Funding

This study was funded by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada under Grant IRCPJ 472185-13 and Manitoba Hydro under Grant G274/P274. The work was also supported by the University of Manitoba through academic scholarships and Manitoba Infrastructure internships.