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Water-yield estimates for critical loadings assessment: comparisons of gauging methods versus an isotopic approach

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Abstract:

An isotope mass balance technique is applied to quantify water yield and refine a steady-state critical acid loadings assessment for 49 lakes in hydrologically complex, wetland-rich terrain of northeastern Alberta. The approach uses physical and climatological data combined with site-specific measurements of evaporative isotopic enrichment of 2H and 18O in lake water to measure lake residency and ungauged runoff to lakes. Mean water yields to individual lakes across the region over a 3-year period are estimated to range from 5 to 395 mm·year–1, with a standard deviation of two times the predicted estimates based on interpolation of gauged stream flow from broad-scale watersheds in the area. Comparison of the method with longer-term Water Survey of Canada hydrometric data suggests very similar average water yields for moderate- to large-sized watersheds. However, the isotope-based estimates appear to capture extreme low water yields in flat, disconnected areas and extreme high water yields in other areas thought to be related to stronger connections to regional groundwater flow systems. For aquatic ecosystems of northeastern Alberta, an area expected to be affected by acid deposition from regional oil sands development, continued refinement of the technique is important to accurately assess critical loads for ungauged systems, particularly those in low-yield settings.

Une technique de bilan massique isotopique nous permet de quantifier le rendement en eau et de raffiner une évaluation à l’état d’équilibre des charges acides critiques de 49 lacs sur un terrain riche en terres humides et à hydrologie complexe dans le nord-est de l’Alberta. Notre méthodologie utilise des données physiques et climatologiques, de même que des mesures spécifiques au site de l’enrichissement isotopique en 2H et en 18O dans l’eau de lac dû à l’évaporation, afin de mesurer la durée de résidence dans les lacs et le ruissellement non jaugé vers les lacs. Nous estimons que l’apport moyen d’eau aux lacs individuels dans toute la région sur une période de trois ans varie de 5 à 395 mm·an–1, avec un écart type de deux fois les estimations prédites d’après des interpolations des débits jaugés de ruisseaux faites dans des bassins versants à grande échelle de la région. Une comparaison de notre méthode avec les données hydrométriques à plus long terme des Relevés hydrologiques du Canada montre des rendements moyens en eau très semblables pour les bassins versants de taille moyenne à supérieure. Les estimations basées sur les isotopes semblent indiquer des apports d’eau extrêmement faibles pour les régions plates et isolées et des apports extrêmement élevés pour d’autres régions qu’on croit posséder des connections plus importantes avec les systèmes régionaux d’eaux souterraines. Dans le cas des écosystèmes aquatiques du nord-est de l’Alberta, qu’on croit devoir être affectés par les précipitations acides produites par le développement des sables bitumineux de la région, il est important de raffiner la méthodologie afin d’évaluer les charges critiques dans les systèmes non jaugés, particulièrement ceux qui se situent dans des conditions d’apports d’eau faibles.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: January 1, 2008

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