Glacier Outburst Floods From “Hazard Lake”, Yukon Territory, and the Problem of Flood Magnitude Prediction

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Abstract
In August 1978 “Hazard Lake” released 19.62 × 106 m3 of water through a subglacial tunnel beneath Steele Glacier, Yukon Territory, Canada. The discharge during the outburst flood was measured by recording lake level changes with time, and a peak discharge of approximately 640 m3 s–1 was estimated from the data. We have attempted to model the 1978 flood from “Hazard Lake” using an adaptation of Nye’s (1976) theoretical model for jökulhlaups from Grimsvötn. Our aim has been to calibrate the Nye model as a first step toward using it as a peak discharge estimator for other glacier–dammed basins. The agreement between our measured and simulated hydrographs is good, and we find that creep closure, though included in our analysis, appears to play an insignificant role in limiting the discharge of “Hazard Lake”. Release of thermal energy from the relatively warm lake water is the dominant factor contributing to tunnel enlargement. The Manning roughness of outlet channels from glacier–dammed lakes is not known a priori and must either be assumed or estimated after the fact from the flood hydrograph. For “Hazard Lake” our fit implies Manning roughness in the range n′ = 0.105 m–1⁄3 s, consistent with Nye’s estimate of n′ = 0.12 ml⁄3s for the 1972 Grimsvötn flood and our estimate of n′ = 0.12 m 1/3 s for the 1967 Summit Lake flood. If the Manning roughness for flood conduits can be shown to lie within a narrow range, this would constrain one of the least certain variables of the Nye model. By making several simplifying assumptions, we have succeeded in reducing our adapted version of Nye’s model to a simple mathematical description involving dimensionless numbers characterizing reservoir geometry and the relative magnitudes of creep closure and tunnel enlargement by melting. In this simplified form, the influence of lake temperature, reservoir geometry, and creep closure on the character of flood hydrographs can be conveniently studied. Résumé Les debâcles glaciaires à partir du “Hazard Lake” dans le territoire du Yukon et le problème de la prévision de l’ampleur de la crue. En août 1978 le “Hazard Lake” lança 19,62 × 106 m3 d’eau à travers un chenal sous–glaciaire sous le Steele Glacier dans le territoire du Yukon au Canada. Le débit pendant la crue de débâcle a été mesuré en enregistrant les variations dans le temps du niveau du lac et on a pu estimer la pointe de crue à approximativement 640 m3 s d’après ces données. Nous avons essayé de “modéliser” la crue de 1978 du “Hazard Lake” en utilisant une adaptation du modèle théorique de Nye(1976) pour les jökulhlaups de Grimsvötn. Notre but a été de caler le modèle de Nye à litre de premier pas vers son utilisation comme un estimateur du débit pour d’autres bassins avec barrage glaciaire. La concordance entre nos hydrogrammes mesurés et simulés est bonne et nous trouvons que l’obturation par le glissement du glacier, bien qu’incluse dans notre analyse semble jouer un rôle insignifiant pour limiter le débit du “Hazard Lake”. La libération d’énergie thermique à partir de l’eau relativement chaude du lac est le facteur dominant contribuant à l’élargissement du tunnel. Le coefficient de rugosité de Manning des canaux émissaires des lacs proglaciaires n’est pas connu a priori et doit être supposé ou estimé après coup à partir de l’hydrogramme de la crue. Pour le “Hazard Lake” notre ajustement implique un coefficient de Manning de l’ordre de n′ = 0,105 m–1⁄3 s, cohérent avec l’estimation de Nye de n′ = 0,12 m₋1/3 s pour la crue de Grimsvötn en 1972 et notre propre estimation de n′ = 0.12 m –1⁄3 s pour la crue du Summit Lake en 1962. Si on peut montrer que les coefficients de Manning pour les chenaux de vidange restent dans un faible domaine de variation cela réduirait l’incertitude sur l’une des variables les moins stables du modèle de Nye. Grâce à plusieurs hypothèses simplificatrices, nous avons réussi à réduire notre version adaptée du modèle de Nye à une simple description mathématique comprenant des nombres sans dimensions pour caractériser la géométrie du réservoir et les ordres de grandeur relatif de l’obturation par le glissement et de l’élargissement du tunnel par la fusion. Sous cette forme simplifiée, l’influence de la température du lac de la géométrie du réservoir et de l’obturation par le glissement sur les caractéristiques des hydrogrammes de crue peut être convenablement décrite. Zusammenfassung Glaziale Ausbruchfluten aus dem “Hazard Lake”, Yukon Territory, und das Problem der Vorhersage von Ausbruchsmengen. Im August 1978 entsandte der “Hazard Lake” 19,62 × 106 m3 Wasser durch einen subglazialen Tunnel unter dem Steele Glacier, Yukon Territory, Kanada. Der Ahfluss während der Ausbruchsflut wurde durch zeitliche Beobachtungen des Seespicgels gemessen: aus den Daten ergab sich eine Abflussspitze von ungefähr 640 m3 s –1. Wir versuchten, die Flut von 1978 aus dem “Hazard Lake” mit Hilfe einer Anpassung von Nye’s (1976) theoretischem Modell für die Gletscherläufe von Grimsvötn zu simulieren. Unser Ziel war, das Modell von Nye zu kalibrieren, als ein erster schritt zu seiner Benutzung als schutzmittel für den Gipfelabfiuss...

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