Case Studies of Instream Flow Modelling for Fish Habitat in Canadian Prairie Rivers

Abstract

Fish habitats represent some of the most difficult ecological, biological, topographic and hydrodynamic phenomena to evaluate and simulate in detail. This reality has led to the development of diverse approaches and a variety of methodologies in an attempt to provide a scientific basis for river management decisions both for ice-free and ice-covered seasons. Hydrodynamic and computational advances, and particularly the introduction of 2-dimensional numerical models, have provided better tools and renewed impetus for tackling some of the complexities of habitat simulation and habitat changes with river discharge. The 2-dimensional, depth-averaged, finite element hydrodynamic model RIVER2D has been utilized for several study sites in Canada and the USA. The latest version of this model, with improved interface and documentation, as well as an ice-cover module is available at www.river2d.ca. The model was used for instream flow analyses at several sites on Canadian prairie rivers, including sections of the Kananaskis, the North and South Saskatchewan and the Assiniboine. The hydrodynamic results, coupled with biologically-significant suitability metrics, were used to develop relationships between weighted useable fish habitat areas and river discharge. As in most instream flow case studies, such analyses are supplemented by site-specific investigations and professional judgement, which can be guided by mimicking natural systems (physiomimesis). Preserving key components of natural hydrographs may have a higher chance of maintaining ecological function and is amenable to adaptive management frameworks.

L’habitat du poisson est un phénomène biologique, topographique et hydrodynamique les plus difficiles à évaluer et à simuler de manière détaillée. Ce défi a été relevé par le développement de plusieurs approches et méthodologies diverses afin de produire une base scientifique pour la gestion des rivières durant les saisons avec et sans glace. Les avancées dans les méthodes numériques hydrodynamiques et particulièrement le développement de modèles 2-D ont fourni de meilleurs outils pour l’analyse et les simulations de phénomènes complexes liés à la caractérisation des changements d’habitats associés aux variations de débits. Le modèle 2-D RIVER2D utilise les éléments finis et permet la simulation des conditions hydrodynamiques sur une profondeur moyenne. Il a été utilisé pour de nombreuses études au Canada et aux États-Unis. La version la plus récente du modèle est disponible à l’adresse www.river2d.ca, avec un module pour le couvert de glace et une interface améliorée et bien documentée. Ce modèle a été utilisé pour les analyses de débit réservé sur de nombreux sites des prairies canadiennes tels que plusieurs biefs de la rivière Kananaskis, la rivière Saskatchewan Nord et Sud et la rivière Assiniboine. Les résultats de la modélisation hydrodynamique, couplés à des indices de préférence d’habitats ont été utilisés pour développer une relation entre les aire pondérées d’habitats utiles et le débit. Comme dans la plupart des études sur le débit réservé écologique, ces analyses sont complétées de concert avec des études locales pour lesquelles le jugement professionnel est un élément essentiel et où la reproduction des variations naturelles du système (physiomimésis) est recherchée. On cherche toujours à reproduire les variations naturelles du système (physiomimésis). La préservation des principaux attributs de l’hydrogramme peut permettre un meilleur maintient des fonctions écologiques. Ce maintient est plus facilement réalisable dans un cadre de gestion flexible et adaptable au milieu.