11

The 2013 Bow River Basin FloodThe 2013 Bow River Basin Flood Understanding the Big PictureUnderstanding the Big Picture

A Presentation to theA Presentation to thePriddisPriddis

MillarvilleMillarville

Residents AssociationResidents Association

22

Looking West and Wondering If Looking West and Wondering If ……..

33

The FloodThe Flood

44

The ResponseThe Response

55

The CausesThe Causes

66

The Human Component  The Human Component   (Natural Floods versus Economic Floods)(Natural Floods versus Economic Floods)

77

Setting the StageSetting the Stage

~15,500 km2

W E    

N

S    

88

This is a relatively New LandscapeThis is a relatively New Landscape

• Most recent glacial 

event occurred 

between 20,000 and 

9,000 years

• Relatively young 

landscape for soils and 

vegetation 

• Action of glaciers 

ground up rock and 

increased availability of 

minerals; enhanced 

plant growth and soil 

formation

99

Remnants of Glacial HeadwatersRemnants of Glacial Headwaters

1010

The Small Scale PictureThe Small Scale Picture

1111

The Upper Bow River BasinThe Upper Bow River Basin Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

1212

The Anatomy of the Bow River BasinThe Anatomy of the Bow River Basin Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

1313

The Basin and Selected CommunitiesThe Basin and Selected Communities

S

W

N

E  

Canmore

Calgary

Cochrane

OkotoksHigh River

Turner Valley

Airdrie

Lake Louise

Bragg Creek

Black Diamond

Banff

PriddisMillarville

Chestermere

Crossfield

Longview

Redwood Meadows

1414

The Major Plumbing Pipes of the Bow River BasinThe Major Plumbing Pipes of the Bow River Basin (including alluvial aquifers)(including alluvial aquifers)

S

W

E  

Bow River MainstemGhost River DrainageJumping Pound DrainageNose Hill DrainageElbow River DrainageFish Creek DrainageSheep River DrainageHighwood River DrainageExamples of Alluvial Aquifer Channels

N

1515

InterInter‐‐Annual Variation in Precipitation and FlowAnnual Variation in Precipitation and Flow AVERAGE YEARAVERAGE YEAR

S

W

N

E  

1616

InterInter‐‐Annual Variation in Precipitation and FlowAnnual Variation in Precipitation and Flow DRY YEARDRY YEAR

S

W

N

E  

1717

InterInter‐‐Annual Variation in Precipitation and FlowAnnual Variation in Precipitation and Flow WET YEARWET YEAR

S

W

Redwood Meadows

N

E  

1818

Mean Elevation (Mean Elevation (m.a.s.lm.a.s.l)) Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

1919

Mean SlopeMean Slope Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

2020

Mean Annual TemperatureMean Annual Temperature Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

2121

Mean Annual Precipitation (mm)Mean Annual Precipitation (mm) Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

2222

Mean Annual Runoff (mm)Mean Annual Runoff (mm) Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

2323

The Basic Math of Water in the Upper BowThe Basic Math of Water in the Upper Bow Annual Annual AnnualAnnual

Precipitation with Average Rainfall EventsPrecipitation with Average Rainfall Events

Precipitation (~780 mm)Precipitation (~780 mm)

Evapotranspiration

(~450 mm)Evapotranspiration

(~450 mm)

Runoff of Surface Water (~250 mm)Runoff of Surface Water (~250 mm)

DecadesDecades

2424

The Basic Math of Water in the Upper BowThe Basic Math of Water in the Upper Bow Annual Annual AnnualAnnual

Precipitation but Rain falls in Intense StormsPrecipitation but Rain falls in Intense Storms

Precipitation (~780 mm)Precipitation (~780 mm)

Evapotranspiration

(~450 mm)Evapotranspiration

(~450 mm)

Runoff of Surface Water (~250 mm)Runoff of Surface Water (~250 mm)

Year to YearYear to Year

Runoff of Surface Water (~450 mm)Runoff of Surface Water (~450 mm)

Evapotranspiration

(~250 mm)Evapotranspiration

(~250 mm)

2525

Monthly Precipitation and Temperature at CalgaryMonthly Precipitation and Temperature at Calgary Source: Environment CanadaSource: Environment Canada

2626

Much of the Winter Precipitation Much of the Winter Precipitation  Accumulates as SnowpackAccumulates as Snowpack

2727

Average Pattern of Snowpack Accumulation and LossAverage Pattern of Snowpack Accumulation and Loss Source: Environment CanadaSource: Environment Canada

High 

Rainfall 

Events 

Possible

High 

Rainfall 

Events 

Possible

Under 

Climate 

Change 

Scenarios,

High Rainfall 

Events Can 

Occur Earlier 

in the Spring

Under 

Climate 

Change 

Scenarios,High Rainfall 

Events Can 

Occur Earlier 

in the Spring

2828

HowHow’’s the Snowpack this year?s the Snowpack this year? Source: Alberta Environment, AESRDSource: Alberta Environment, AESRD

2013 Snowpack2014 Snowpack

2929

Flow Rates of the 2013 Bow River at CalgaryFlow Rates of the 2013 Bow River at Calgary Source: Alberta Environment, AESRDSource: Alberta Environment, AESRD

Average Peak of ~200 cmsIn 2013, peaked at ~1740  cms

3030

We have been there many times in the pastWe have been there many times in the pastWe will be there many times moreWe will be there many times more

Source. Various Historical Archives in AlbertaSource. Various Historical Archives in Alberta

3131

June 2013June 2013 A Very Large and A Very Large and 

Concentrated Concentrated  Precipitation EventPrecipitation Event

3232

Rainfall Intensity and River VolumeRainfall Intensity and River Volume

Time

RiverDischargeRate

Extended Bout of RainfallOver a 1 Week Period

A Short and Intensive RainfallEvent of a 2 –Day Period

3333

A Lot of Rain over a Short Period of TimeA Lot of Rain over a Short Period of Time

3434

Rain on SnowRain on Snow

3535

The Steep Elevation Loss of the Elbow River Headwaters.The Steep Elevation Loss of the Elbow River Headwaters.Source: Elbow River Basin ALCES SimulatorSource: Elbow River Basin ALCES Simulator

West East

South

North

3636

The Steep Elevation Loss of the Bow Basin Headwaters.The Steep Elevation Loss of the Bow Basin Headwaters.Source: Elbow River Basin ALCES SimulatorSource: Elbow River Basin ALCES Simulator

Bragg 

Creek

Bragg 

Creek

CalgaryCalgary

mass x slope (velocity) = energy

West

East

South

North

3737

The Steep Elevation Loss of the Elbow River Headwaters.The Steep Elevation Loss of the Elbow River Headwaters.Source: ALCES OnlineSource: ALCES Online

3838

The The ErosionalErosional

Power of FloodsPower of Floods Source: Calgary HeraldSource: Calgary Herald

3939

Some Math behind the Bow River Flood EventSome Math behind the Bow River Flood Event

Variable                          Amount                    Units

4040

Under the pull of Gravity, much of this precipitation Under the pull of Gravity, much of this precipitation  will get to the will get to the MainstemMainstem

Rivers, and very quicklyRivers, and very quickly

4141

But the But the mainstemmainstem

river systems  of the Bow River river systems  of the Bow River  basin only amount to about basin only amount to about ¾¾

of 1% of the landscape.of 1% of the landscape.

4242

The Elbow Dissipating EnergyThe Elbow Dissipating Energy Source: Rick Source: Rick BodanBodan, , Workabove.comWorkabove.com

4343

The Elbow River and Dissipating EnergyThe Elbow River and Dissipating Energy Source: Rick Source: Rick BodanBodan, , Workabove.comWorkabove.com

4444

Bow River Basin Reservoir InfrastructureBow River Basin Reservoir Infrastructure Considerable water can be retained but primary historical purposConsiderable water can be retained but primary historical purpose has e has 

been electricity generation, not flood mitigationbeen electricity generation, not flood mitigation

Minnewanka157 M m3

U. Kananaskis93 M m3

Ghost50 M m3

Glenmore25 M m3Spray

199 M m3

Bearspaw,6 M m3

Barrier,21 M m3

L.

Kananaskis58 M m3

• Most topographically suitable sites for reservoirs have already been used

• Water storage capacity is continually reduced by sedimentation

Name of ReservoirWorking Volume of Water m3

4545

High Precipitation+

Concentrated Precipitation+

High Snowpack+

Low Landscape Resiliency=

High Water (Flood)

Contributing Factors to FloodsContributing Factors to Floods

4646

High Precipitation+

Concentrated Precipitation+

High Snowpack+

Low Landscape Resiliency+

Floodplain and Floodway Infrastructure=

High Water (Flood) and Economic Hardship

Contributing Factors to Flood DisastersContributing Factors to Flood Disasters

4747

Night Time Light EmissionNight Time Light Emission Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

4848

Footprint Area of the Energy SectorFootprint Area of the Energy Sector Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~90 km2

4949

Footprint Area of the Forest SectorFootprint Area of the Forest Sector Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~40 km2

5050

Footprint Area of the Road SectorFootprint Area of the Road Sector Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~250 km2

5151

Footprint Area of the Residential SectorFootprint Area of the Residential Sector Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~900 km2

5252

Footprint Area of the Agriculture SectorFootprint Area of the Agriculture Sector Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~2,500 km2

5353

Footprint Area of All Land UsesFootprint Area of All Land Uses Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

~3,700 km2

5454

Land Use Footprint IntensityLand Use Footprint Intensity Source: Bow River Basin Source: Bow River Basin AlcesAlces

OnlineOnline

3,700 km2

= 24%15,500 km2

2014

5,200 km2

= 34%15,500 km2

2064

Footprint  km2  

= %Study Area km2

Year

5555

Holding Back the Water; Slowing its SpeedHolding Back the Water; Slowing its Speed

5656

Holding Back the Water; Slowing its SpeedHolding Back the Water; Slowing its Speed Photo Credit: Jenny EarlePhoto Credit: Jenny Earle

5757

The The Role of Wetlands in Flood MitigationRole of Wetlands in Flood Mitigation Source: Source: MitschMitsch

and and GosselinkGosselink))

5858

Loss of Wetlands in the East SlopesLoss of Wetlands in the East SlopesPre‐Industrial 2010

2060

5959

We are Losing Natural Wetland StorageWe are Losing Natural Wetland Storage

6060

Time Series of Natural Area in Upper BowTime Series of Natural Area in Upper Bow Source: East Slopes ALCES SimulatorSource: East Slopes ALCES Simulator

Pre‐Industrial 2010

2060

6161

Proper Riparian FunctionProper Riparian Function Source: Google EarthSource: Google Earth

6262

Land Use and Flashy RunoffLand Use and Flashy Runoff

In comparison to natural ecosystems, roads, 

settlements, acreages, cutblocks, croplands, 

pasturelands,  and industrial features generally 

increase the pace (rate) at which precipitation runs off 

landscapes.

6363

In Harms WayIn Harms Way

6464

The Rivers of the Bow The Rivers of the Bow  Basin are trying to Basin are trying to 

release their flood release their flood  energy into the energy into the 

floodplain by scouring floodplain by scouring  and depositingand depositing

We are trying to We are trying to  concentrate its energy concentrate its energy 

by containing it within by containing it within  narrow and narrow and 

constrained channels constrained channels 

6565

Flooding in Flooding in CanmoreCanmore

6666

Flooding in High RiverFlooding in High River Source: Source: www.outdoorsmenforum.cawww.outdoorsmenforum.ca

6767

Holding Back WaterHolding Back WaterResilient Natural SystemsResilient Natural Systems Engineering SolutionsEngineering Solutions

Optimal and Cost‐Effective Flood Mitigation Strategies require both of these 

approaches to work in concert

6868

Moving beyond SilosMoving beyond Silos We need an Integrated Resource Management ParadigmWe need an Integrated Resource Management Paradigm

Forestry

Energy

Crop

s

Livestock

Reside

ntial

Mining

Reservoirs

Tran

sportatio

n

In practice, the watershed is fully integrated

Unfortunately, our watershed management principles 

are still based on Silos

The volume and flow of its water reflects the full suite 

of natural processes (climate) and  landuses

6969

Summary ThoughtsSummary Thoughts• Precipitation is, by nature, highly variable in time (seasons, years, decades)

• Floods are a natural, and required, process for all healthy watersheds

• Climate Change models suggest that variation in precipitation (floods, droughts) 

will increase in frequency and intensity

• The resiliency of the Bow River Watershed to absorb and hold meltwater

has been 

impaired by land uses (forestry, agriculture, transportation, residential)

• Human infrastructure (crops, forestry, residential, transportation) has accelerated 

the rate of water movement to mainstem

rivers

• We have intentionally constructed many billions of $ of infrastructure in the flood 

plain of the Bow River Basin mainstem

rivers and its tributaries

• Although engineering solutions play a key role in flood mitigation, longterm

and 

sustainable solutions to flood risk must incorporate a landscape

(watershed) level

• We should be looking for silver buckshot, not a silver bullet. We are all part of both 

the problem and the solution.

7070

What Can We Do Now to Mitigate Flood Risk?What Can We Do Now to Mitigate Flood Risk?1.

Where possible, remove high‐risk infrastructure from the flood 

plain

2.

Stop approving and building new infrastructure in the flood plain

3.

Relocate (elevate) valuables and key utilities (furnaces, water  heaters, electrical controls) from basements;

4.

Restore natural river function and flow

5.

Promote the reconstruction of wetlands and riparian function

6.

Promote forestry practices (and other land uses) that encourage  water retention in the headwater forest ecosystems

7.

Require, and support, regional planning initiatives that promote resilient watersheds

7171

Implications to MD FoothillsImplications to MD Foothills

7272

7373

Cropland  in MD Foothills PreCropland  in MD Foothills Pre‐‐AgricultureAgriculture

7474

Cropland in MD Foothills 2014Cropland in MD Foothills 2014

7575

Cropland in MD Foothills 2064Cropland in MD Foothills 2064

7676

Cropland Trajectory in MD FoothillsCropland Trajectory in MD Foothills

7777

Pasture in MD Foothills PrePasture in MD Foothills Pre‐‐AgricultureAgriculture

7878

Pasture Land in MD Foothills 2014Pasture Land in MD Foothills 2014

7979

Pasture Land in MD Foothills 2064Pasture Land in MD Foothills 2064

8080

Pasture Trajectory in MD FoothillsPasture Trajectory in MD Foothills

8181

Human Human PopnPopn

in MD Foothills (pre)in MD Foothills (pre)

8282

Human Population in MD Foothills 2014Human Population in MD Foothills 2014

8383

Human Population in MD Foothills 2064Human Population in MD Foothills 2064

8484

Human Human PopnPopn

Trajectory in MD FoothillsTrajectory in MD Foothills

8585

Wetlands in MD Foothills (pre)Wetlands in MD Foothills (pre)

8686

Wetlands in MD Foothills 2014Wetlands in MD Foothills 2014

8787

Human Population in MD Foothills 2064Human Population in MD Foothills 2064

8888

Wetland Trajectory in MD FoothillsWetland Trajectory in MD Foothills

8989