Technical guidelines for future intensity–duration–frequency curve estimation in Canada

ABSTRACT

Intensity–duration–frequency (IDF) curves need to be reliable to serve as a relevant tool in preventing or reducing potential damage to society. This often requires accounting for the effect of climate change due to evidence of its effect on extreme precipitation. There is a large number of approaches for IDF curve estimation under climate change in the literature; however, a general framework with practical guidelines for facilitating their application by practitioners is not readily available. The aim of the present study is to provide practical guidelines and recommendations for helping federal and provincial agencies, as well as others who might produce practice guidelines, to develop standardized procedures for the estimation of future IDF curves in Canada that can then be used by practitioners in infrastructure design, management and risk assessment. This is done by gathering and summarizing findings in rainfall frequency analysis from the Canadian FloodNet Research Group, under a practically oriented perspective. Technical recommendations are presented within a methodological framework to facilitate understanding; decision-making procedure-specific flowcharts are provided to facilitate their application. The proposed methodological framework is based on the use of pooled frequency analysis for reasonable estimation of extreme rainfall intensities, and on the estimation of gridded relative changes for IDF updates under climate change following different approaches depending on rain gauge network density. In particular, three methods that do not compete against each other but rather are different methodologies to be applied depending on the case study are proposed: pooled estimation of extreme rainfall in Canada (Method I), gridded relative changes in 24-h extreme rainfall intensities in Canada (Method II) and gridded relative changes in 24-h and sub-daily extreme rainfall intensities in regions of Canada with a relatively high station density (Method III).

RÉSUMÉ

Pour assurer la prévention et la réduction des dommages potentiels causés par les fortes précipitations sur nos sociétés, les courbes intensité-durée-fréquence (IDF) doivent être fiables afin de demeurer un outil de décision efficace. Face aux évidences quant aux effets des changements climatiques sur les précipitations extrêmes, il est généralement nécessaire de les prendre en compte dans nos analyses. À cette fin, il existe de nombreuses approches dans la littérature scientifique afin d’estimer les courbes IDF qui considèrent l’impact des changements climatiques. Toutefois, un cadre de travail général, incluant des lignes directrices facilement applicables par les praticiens, n’est pas facilement accessible. Le but de cette étude est ainsi de fournir de telles lignes directrices et recommandations dans le but d’aider les agences fédérales et provinciales (et autres parties impliquées) dans le développement de procédures standardisées pour l’estimation des futures courbes IDF au Canada. Dans une optique orientée vers la pratique, cet objectif est accompli par la collection et le résumé des récentes découvertes traitant de l‘analyse fréquentielle des précipitations extrêmes par le groupe canadien de recherche FloodNet. Des recommandations techniques sont présentées à l’intérieur d’un cadre méthodologique simple afin de faciliter leur compréhension et sont aussi accompagnées de diagrammes illustrant les processus décisionnels. Les méthodologies proposées sont basées sur l’analyse de régions d’influences pour une estimation juste des intensités de précipitations extrêmes et sur l’estimation d'une grille des changements relatifs pour les IDF, mises à jour selon différentes approches basées sur la densité du réseau de stations de mesures des précipitations. En particulier, trois méthodes poursuivant chacun des buts distincts sont appliquées sur un cas d’étude : estimation régionale des précipitations extrêmes basé sur des régions d’influence au Canada (Méthode I), grille des changements relatifs pour les intensités de précipitation extrêmes sur 24-h au Canada (Méthode II) et grille des changements relatifs pour les intensités de précipitation extrêmes sur 24-h et sous-journalières des régions canadiennes ayant une densité de réseau relativement élevée (Méthode III).

Keywords:

• Canada
• guidelines
• IDF curves
• climate change
• pooled approach

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Acknowledgements

The authors thank ECCC and NA-CORDEX for providing the data used as basis for developing the present technical guidelines. The authors appreciate the useful comments from three anonymous reviewers.

Additional information

Funding

The present work was funded by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) under FloodNet Grant NETGP-451456.