Current and future projections of glacier contribution to streamflow in the upper Athabasca River Basin

Abstract

The Athabasca River Basin in Alberta, Canada, is of international significance, and understanding water supply is critically important to the sustainability of the region. In the upper Athabasca River Basin, glaciers covered 272 km² (2.8% of the watershed) as of 2010, but less than 50 km² are projected to remain by the end of the twenty-first century. This study investigated glacier contributions to streamflow for a baseline (1981–2010) period and two climate change scenarios (RCP 4.5 and RCP 8.5, 2011–2100) using a hydrological model that explicitly accounts for glacier retreat. Simulated discharge from glaciers (i.e. including all glacier ice, firn and snow melt) contributed 4%–6% of annual streamflow and 20%–30% in August during the baseline period. The model projects an increase in glacier discharge in the coming decades with a later decline by the middle of the twenty-first century. Although glacier discharge is projected to increase in the short term, this water source is non-renewable barring a stabilization of air temperatures in the region, something not currently projected by any climate model. While streamflow in the upper Athabasca River Basin was projected to increase on an annual time scale, streamflow during the late-summer months was projected to decrease by up to 58% by 2100. These simulations follow findings from across western Canada and globally, highlighting that ‘peak water’ is not solely driven by changes in glacier discharge and is also responsive to changes in climate. Late summer is a period when water demands are the highest, water shortages already occur, water quality is the most sensitive and the ability to navigate throughout watercourses in the basin is limited. These findings emphasize the importance of changes in streamflow timing and seasonality and present major challenges for water management in the Athabasca River Basin and elsewhere in glacierized catchments over the coming decades.

RÉSUMÉ

Le bassin de la rivière Athabasca en Alberta, au Canada, est d'importance internationale et la compréhension de l'approvisionnement en eau est d’importance cruciale pour la fiabilité de la région. Dans le bassin supérieur de la rivière Athabasca, les glaciers couvraient 272 km² (2,8% du bassin versant) en 2010, mais il est prévu qu'il en restera moins de 50 km² d'ici la fin du 21e siècle. Cette étude a examiné les contributions des glaciers à l'écoulement fluvial pour une période de référence (1981–2010) et deux scénarios de changement climatique (RCP 4.5 et RCP 8.5, 2011–2100) en utilisant un modèle hydrologique qui incorpore explicitement la retraite glaciaire. La décharge glaciale simulé (comprenant toute l’eau de fonte de glace, névé, et neige) a contribué 4 à 6% du débit annuel et 20 à 30% en août pendant la période de référence. Le modèle projette une augmentation de la décharge glaciale dans les décennies à venir, avec un déclin au milieu du 21e siècle. Bien que la décharge glaciale est projeté d’augmenter à court terme, cette source d'eau n'est pas renouvelable sauf par une stabilisation des températures de l'air dans la région, ce qui n'est pas projeté par aucun modèle climatique en ce moment. Alors que l'écoulement fluvial dans le bassin supérieur de la rivière Athabasca est projeté d’augmenter sur une échelle annuelle, l'écoulement fluvial durant la fin de l'été est projeté à diminuer jusqu'à 58% d'ici 2100. Ces simulations font suite aux résultats des recherches de l'ouest du Canada et globalement, soulignant que « le pic de l’eau » n'est pas uniquement déterminée par les changements de la décharge glaciale et sont aussi sensibles aux changements climatiques. La fin de l'été est une période où les demandes en eau sont les plus élevées, les pénuries d'eau se produisent déjà, la qualité de l'eau est la plus délicate, et la capacité de naviguer dans les cours d'eau du bassin est limitée. Ces résultats soulignent l'importance des changements de chronométrage et de la saisonnalité de l'écoulement fluvial et présentent des défis majeurs pour la gestion de l'eau dans le bassin de la rivière Athabasca et ailleurs dans les bassins glaciaires au cours des prochaines décennies.

Keywords:

• Hydrological modelling
• glacier discharge
• climate change
• Athabasca River Basin
• peak water
• glacier retreat

Acknowledgments

We thank our Editor, Associate Editor and two anonymous reviewers for their comprehensive and careful comments, which has improved the quality and clarity of this work. The report is available and may be freely downloaded from http://albertawatersmart.com/featured-projects/collaborative-watershed-management.html

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

The Sustainable Water Management in the Athabasca River Basin Initiative was enabled through core funding provided by Alberta Innovates and matching funds contributed by the Alberta Energy Regulator, Alberta Environment and Parks, ATCO, Repsol Oil and Gas, Suncor Energy, and Westmoreland Coal Company.