Hydrodynamic and physical assessment of ice-covered conditions for three reaches of the Athabasca River, Alberta, Canada

摘要

Water is needed for oil sand developments in the lower Athabasca River basin of northern Alberta, Canada, and is also a key consideration from an ecological and fish habitat perspective, particularly in winter when river flows are at their lowest. Efforts to establish an appropriate flow management regime for the lower Athabasca included revision of River2D, a fixed bed, depth-averaged finite element model, available from www.river2d.ca, to predict hydraulics with a partial or total ice cover. Hydrometric surveys from three reaches of the Athabasca River were used to test the model, assess different model calibration methods, and simulate hydrodynamics for ice-covered conditions. Calibrating bed roughness from ice-free data, assuming the same bed roughness for ice-covered conditions, or the reverse, provided a close fit to the surveyed water surface elevations. The applied ice and composite roughness heights differed according to the applied method of calibration. This may have implications for local velocity estimates possibly affecting fish habitat suitability. A range of bed and composite grain roughness heights, corresponding to different bed substrates and ratios of bed and composite roughness heights to water depths, are provided for model calibration purposes. Key words: hydrodynamics, hydraulics, ice, ecology, environment, fish habitat, winter, oil sands.L'eau, requise pour la mise en valeur des sables bitumineux dans le bassin inférieur de la rivière Athabasca du nord de l'Alberta, au Canada, est une considération clé du point de vue écologique et de l'habitat du poisson, plus particulièrement en hiver, lorsque le débit de la rivière est à son plus bas. Les efforts pour établir une gestion appropriée de l'écoulement dans l'Athabasca inférieur comportaient la révision de River2D, un modèle par éléments finis de la profondeur moyenne du lit, disponible dans le site www.river2d.ca, afin de prévoir l'hydraulicité avec un couvert de glace total ou partiel. Les relevés hydrométriques de trois tronçons de la rivière Athabasca ont été utilisés pour tester le modèle, évaluer différentes méthodes d'étalonnage du modèle et simuler les conditions hydrodynamiques avec couvert de glace. L'étalonnage de la rugosité du lit pour les données sans glace, en présumant la même rugosité du lit pour les conditions avec couvert de glace, ou l'inverse, a permis une bonne corrélation des élévations de la surface de l'eau obtenues par arpentage. Les hauteurs utilisées pour la glace et la rugosité composite varient selon la méthode d'étalonnage utilisée. Cela peut entraîner des répercussions sur les estimations de vitesse locale, affectant possiblement la viabilité de l'habitat du poisson. Une plage de hauteurs de lit et de rugosité des grains composites, correspondant à différents substrats de lits et à différents rapports hauteurs totales de du lit et de rugosité des grains composites sur profondeurs d'eau, est fournie aux fins d'étalonnage du modèle.Mots-clés : hydrodynamique, hydraulique, glace, écologie, environnement, habitat du poisson, hiver, sables bitumineux. [Traduit par la Rédaction]