Modelling Future Streamflow Extremes — Floods and Low Flows in Georgia Basin, British Columbia

Abstract

The Georgia Basin is one of the most hydrologically complex areas of Canada. Variations in temperature, precipitation and elevation influence the amount and form of water that drives streamflow in its rivers and streams. Climate change could have major regional effects on air temperature, precipitation, evapotranspiration, and ultimately runoff. In previous work, zones of homogenous hydrologic processes were delineated within the basin. Watersheds were separated into three types: rainfall-driven streams, snowmelt-driven streams, and hybrid (mixed rainfall- and snowmelt-driven) streams. Climate change was shown to have major regional effects on each type of watershed, affecting the amounts and patterns of runoff. In the current study we consider changes in extreme hydrologic events, floods and low flows, in these watersheds. Climate data downscaled from the Canadian Coupled General Circulation Model for future time periods are used as inputs to a hydrologic model optimized for mountain watersheds. The discrepancies between observed and modelled streamflows are examined. While the model reproduces central tendency measures well, there are significant biases in the ability of the models to reproduce extremes. Output from the hydrologic model is used to assess relative changes in the frequency, timing, and magnitude of floods and low flows between present and future (2020, 2050 and 2080) climate scenarios. The models suggest that frequency of floods will increase in all watersheds under the projected climate scenarios. In rainfall-driven streams, flood events increase in number, but not in magnitude. In hybrid streams, winter events occur more often while summer snowmelt flood events occur less often. In snowmelt-driven streams, the magnitude and duration of summer floods increase. Low flows in rainfall-driven streams maintain the same frequency and magnitude but occur over an extended period of time during summer. Hybrid streams show an increase in frequency, a decrease in magnitude, and a shift in time of occurrence of low flows to summer rather than winter. In snowmelt-driven streams, low flow events occur less often largely moderated by increased flow due to an overall increase in winter streamflow in a warmer climate.

Le bassin de Géorgie est l’une des zones les plus complexes du Canada sur le plan hydrologique.Les variations de température, de précipitations et d’altitude influent sur la quantité et la forme de l’eau qui dictent l’écoulement fluvial dans ses rivières et ses cours d’eau. Le changement climatique pourrait avoir des effets régionaux majeurs sur la température de l’air, sur les précipitations, sur l’évapotranspiration et, en bout de ligne, sur le ruissellement. Dans des travaux antérieurs, des zones de processus hydrologiques homogènes ont été délimitées à l’intérieur du bassin. Les bassins hydrologiques ont été séparés en trois types : cours d’eau soumis à la pluie, cours d’eau soumis à la fonte des neiges et cours d’eau hybrides (soumis à la pluie et à la fonte des neiges). Il a été démontré que le changement climatique a des incidences régionales majeures sur chaque type de bassin hydrographique, ce qui influe sur les quantités et les modèles de ruissellement. Dans l’étude actuelle, nous nous sommes penchés sur les changements dans les événements hydrologiques extrêmes, les inondations et les faibles débits, dans ces bassins. Les données climatiques ramenées à l’échelle provenant du modèle couplé de circulation générale du Canada pour les périodes futures servent de données d’entrée pour un modèle hydrologique optimisé pour les bassins versants de montagne. Les écarts entre les écoulements fluviaux observés et modélisés sont examinés. Même si le modèle reproduit bien les mesures de tendance centrale, il existe des biais considérables dans la capacité des modèles à reproduire les extrêmes. Les données de sortie du modèle hydrologique servent à évaluer les changements relatifs dans la fréquence, le moment et l’ampleur des inondations et des faibles débits entre les scénarios climatiques présents et futurs (2020, 2050 et 2080). Il ressort des modèles que la fréquence des inondations augmentera dans tous les bassins selon les scénarios climatiques projetés. Pour les cours d’eau soumis aux pluies, les inondations augmentent en nombre, mais non pas en importance. Pour les cours d’eau hybrides, les événements d’hiver se produisent plus souvent tandis que les inondations d’été attribuables à la fonte des neiges se produisent moins souvent. Pour les cours d’eau soumis à la fonte des neiges, l’ampleur et la durée des inondations d’été augmentent. Les faibles débits dans les cours d’eau soumis aux pluies conservent la même fréquence et ampleur mais se produisent sur une période plus longue pendant l’été. Les cours d’eau hybrides s’accompagnent d’une hausse de la fréquence, d’une diminution de l’ampleur et d’un décalage dans le délai d’apparition des faibles débits en été plutôt qu’en hiver. Pour les cours d’eau soumis à la fonte des neiges, les faibles débits se produisent moins souvent et sont en grande partie modérés par un débit accru en raison d’une augmentation générale de l’écoulement fluvial d’hiver par climat plus chaud.