Flood-risk mapping for storm-surge events and sea-level rise using lidar for southeast New Brunswick

Abstract

Coastal flooding from storm-surge events and sea-level rise is a major issue in Atlantic Canada. Airborne light detection and ranging (lidar) has the spatial density and vertical precision required to map coastal areas at risk of flooding from water levels typically 1–2 m higher than predicted tides during storm surges. In this study, a large section of the New Brunswick coast along Northumberland Strait was surveyed in 2003 and 2004 using two lidar systems. Water levels from a major storm-surge event in January 2000 were surveyed using a global positioning system (GPS) and used as a benchmark for flood-risk maps. Maps of flood depth were also generated for all water levels and used for socioeconomic and ecosystem impact assessment. Flood-risk maps were constructed using standard geographical information system (GIS) processing routines to determine the spatial extent of inundation for a given water level. The high resolution of the lidar digital elevation model (DEM) captured embankments such as raised roadbeds that could prevent flooding inland. Where connectivity was present due to culverts or bridges, the DEM was notched across the roadbed to simulate the connection between the ocean and upstream low-lying areas in the GIS. An automated routine was then used to generate maps of flood extent for water levels at 10 cm increments from 0 to 4 m above mean sea level. Validation of the flood-risk and flood-depth maps for the January 2000 storm-surge water level by field visits indicates that the simulations are generally accurate to within 10–20 cm. The lidar data were also used to evaluate the potential for overtopping and dune erosion on a large coastal spit, La Dune de Bouctouche. This showed a high vulnerability to storm damage for critical habitats on the spit. The lidar-derived maps produced in this study are now available to coastal communities and regional planners for use in the planning process and to assist in development of long-term adaptation strategies.

Les inondations côtières dues aux ondes de tempête et aux crues des eaux de la mer constituent une menace significative au Canada Atlantique. Les données levées par lidar (« light detection and ranging ») aéroporté ont la densité spatiale et la précision verticale nécessaires pour la cartographie de zones côtières exposées au risque d'inondation en raison de crues causées par des vagues de tempête qui, d'une façon générale, produisent des niveaux d'eau dépassant d'un ou deux mètres le niveau prévu de la marée. Au cours de cette étude en 2003 et 2004 et à l' aide de deux systèmes lidar on a effectué l'arpentage d'un assez grand tronçon de la côte du Nouveau Brunswick s'étalant le long du détroit de Northumberland. Les niveaux d'eau résultant d'une onde de tempête qui s'est produite en janvier 2000 ont été relevés à l'aide du GPS (« global positioning system ») et ont servi de repères pour la cartographie des zones exposées au risque d'inondation. Des cartes de la profondeur des crues ont été également dressées pour tous les niveaux d'eau afin de déterminer l'impact socio-économique et les répercussions environnementales des inondations. Les cartes des zones exposées aux inondations ont été dressées à travers un travail de préparation d'un système d'information géographyique (SIG) ordinaire pour déterminer l'étendue spatiale de la zone inondée pour un niveau donné d'eau. La haute définition du modèle altimétrique numérique (MAN) lidar a permis de capter des levées de terrain, telles que des assiettes de voirie remontées, susceptibles d'empêcher l'inondation de l'arrière-pays. Là où il existait une connectivité due à la présence de buses ou de ponts, le MAN a été entaillé à travers l'assiette de voirie pour simuler le raccord entre l'océan et les zones de terrain bas se trouvant en amont dans le SIG. Nous nous sommes ensuite servis d'une routine automatisée pour dresser des cartes de l'étendue de l'inondation pour des différents niveaux d'eau augmentés de 10 cm à chaque incrément, partant de zéro jusqu'à quatre mètres au-dessus du niveau moyen de la mer. La validation de la cartographie des zones exposées aux inondations et de la profondeur des eaux d'inondations effectuée au courant de visites sur le terrain donne à entendre que les simulations sont en général exactes dans les limites de 10 à 20 cm. Des donées lidar ont été utilisées pour évaluer la probabilité que les vagues de tempête puissent atteindre un niveau plus haut que celui de la crête de la dune ou qu'il y ait érosion du relief de sable à la Dune de Bouctouche, grande flèche littorale du Nouveau Brunswick. Il est apparu que des habitats essentiels de la flèche littorale étaient très vulnerables aux dégâts causés par les intempéries. Des cartes issues de la technologie lidar sont maintenent prêtes à être mises à la disposition des collectivités côtières et des planificateurs régionaux pour faciliter le processus de planification et pour appuyer le développement de stratégies d'adaptation à long terme.