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Abstract
To date, environmental flow strategies have predominantly been used in cases where a lack of available water has degraded the ecological quality and natural functioning of a river system. In this study, we used environmental flows on an urbanized watershed where flow volumes and flow rates have increased, and large (e.g. 100-year) event return periods become more frequent (∼10 years). Using an environmental flows strategy to model the amount of hydrological alteration, we assessed whether urban development and land cover changes have impacted the flow regime and the ecological health of this watershed. We reconstructed the flow regime at Lovers Creek (Barrie, Ontario, Canada) using three scenarios of urban development: a pre-settlement reference condition with 100% natural cover, mid-development with 6% urban cover and the current condition with 21% urban cover. We found that, in contrast to many other studies, increased urban cover has coincided with increased baseflow volumes, as well as increased volumes in other components of the flow regime. Of particular concern were the increased flow rate and volume of large events such as channel forming and riparian flows; an increased rate of change in event hydrographs, and a much shorter return period of large event storms (e.g. a 100-year event under reference conditions, is now a 10-year event in the current urbanized condition). In this watershed, restoration of flow to the reference condition is not practical; however, using improved stormwater management such as low-impact development technologies and green infrastructure may offset some of the alteration to the flow regime and mitigate future further alterations due to increased urbanization. As Lovers Creek has been identified as a critical coldwater stream habitat with brook trout, the results of this study are being used to assess changes in the ecological health due to increased urban cover, and to develop management strategies that assist in restoring a more natural flow regime in order to better protect both natural habitats and human infrastructure that are vulnerable to flooding caused by more frequent, increased volume flow events.
ABSTRAIT
À ce jour, les stratégies d'écoulement environnemental ont principalement été utilisées dans les cas où un manque de l'eau disponible a dégradé la qualité écologique et le fonctionnement naturel d'un système fluvial. Dans cette étude, nous avons utilisé les flux environnementaux sur un bassin versant urbanisé où les volumes d'écoulement et les débits ont augmenté et les périodes de retour d'événements importantes (par exemple, 100 ans) deviennent plus fréquentes (10 ans). En utilisant une stratégie d'écoulement environnemental pour modéliser l'ampleur de l'altération hydrologique, nous avons évalué si le développement urbain et les changements de couverture terrestre ont eu un impact sur le régime d'écoulement et la santé écologique de ce bassin versant. Nous avons reconstruit le régime d'écoulement à Lovers Creek (Barrie, Ontario, Canada) en utilisant trois scénarios de développement urbain: une condition de référence précolonisation avec 100% de couverture naturelle, à mi-développement avec 6% de couverture urbaine, et l'état actuel avec une couverture urbaine de 21%. Nous avons constaté que, contrairement à de nombreuses autres études, l'augmentation de la couverture urbaine a coïncidé avec des volumes de débit de base accrus, ainsi qu'avec des volumes accrus dans d'autres composants du régime d'écoulement. Particulièrement preoccupant était l'augmentation du debit et volume des événements importants tels que les écoulements riverains et de formation de chenaux; un taux de changement augmentéde dans les hydrogrammes d'événements, et une période de retour beaucoup plus courte pour des grandes tempêtes d'événements (par example, un événement centenaire dans les conditions de référence est maintenant un événement décennal dans la condition urbanisée actuelle). Dans ce bassin versant, le rétablissement du débit à l'état de référence n'est pas pratique; cependant, en utilisant une gestion améliorée des eaux pluviales comme des technologies de développement à faible impact et l'infrastructure verte peut compenser une partie de la modification du régime d'écoulement et atténuer les modifications supplémentaires à cause de l'urbanisation accrue. Comme le ruisseau Lovers a été identifié comme un habitat critique pour les cours d'eau froide contenant l'omble de fontaine, les résultats de cette étude sont utilisés pour évaluer les changements dans la santé écologique à cause de l'augmentation de la couverture urbaine, et à développer la gestion des stratégies qui aident à restaurer un régime d'écoulement plus naturel afin de mieux protéger à la fois les habitats naturels et les infrastructures humaines qui sont vulnérables aux inondations causées par des événements d'écoulement plus accrus et fréquentes.
Acknowledgements
We thank A. Beaton, S. Cuddy, S. Fernandes, B. Longstaff, P. Strong, R. Wilson and W. Yerex for their insights and suggestions to the manuscript. We also thank D. Campbell and K. Cocks for their assistance with GIS mapping and land use calculations.
Disclosure statement
No potential conflict of interest was reported by the author(s).