2024 John Ogilvie Research Innovation Award

P. Goel, P. Daggupati, and R. Rudra

Non-point source (NPS) pollution, mainly from agricultural runoff, poses a significant threat to water bodies, demanding effective mitigation measures. Conventional approaches to mitigating NPS pollution through uniform application of best management practices (BMPs) lack effectiveness due to overlooking critical seasonal variations and specific storm events. To tackle this, a novel approach integrating temporal and spatial aspects of NPS pollution was developed, identifying threshold precipitation events and critical source areas (CSAs) within watersheds. A threshold precipitation event is defined as the maximum storm intensity in which the sediment or phosphorus generated in a watershed is below seasonal tolerance limits of sediment and phosphorus. The proposed approach was tested across diverse agricultural watersheds in southern Ontario utilizing an event based Agricultural Non-Point Source (AGNPS) model which was calibrated against streamflow, sediment, and phosphorus data. The findings reveal that frequent early spring storms occurring every 5 years in upland watersheds and every 12 years in lowland watersheds lead to sediment and phosphorus runoff. Notably, summer storms with return periods of up to 100 years did not result in sediment and phosphorus runoff. Additionally, critical source areas are dispersed throughout the watersheds, with climate-induced hydrological shifts favoring winter occurrences, while late winter and early spring remain primary periods of concern. This study highlights the importance of targeted BMP placement and adaptation strategies to address evolving hydrological patterns and NPS pollution dynamics.

La pollution diffuse (SNP), principalement due au ruissellement agricole, constitue une menace importante pour les masses d'eau et exige des mesures d'atténuation efficaces. Les approches conventionnelles visant à atténuer la pollution due aux SNP par l'application uniforme des meilleures pratiques de gestion (BMP) manquent d'efficacité parce qu'elles ne tiennent pas compte des variations saisonnières critiques et des tempêtes spécifiques. Pour remédier à ce problème, une nouvelle approche intégrant les aspects temporels et spatiaux de la pollution due aux SNP a été développée, en identifiant les seuils de précipitations et les zones sources critiques (CSA) dans les bassins versants. Un seuil de précipitations est défini comme l'intensité maximale d'une tempête au cours de laquelle les sédiments ou le phosphore générés dans un bassin versant sont inférieurs aux limites de tolérance saisonnières des sédiments et du phosphore. L'approche proposée a été testée dans divers bassins versants agricoles du sud de l'Ontario à l'aide d'un modèle AGNPS (Agricultural Non-Point Source) basé sur les événements et étalonné par rapport aux données sur le débit, les sédiments et le phosphore. Les résultats révèlent que les tempêtes fréquentes du début du printemps, qui se produisent tous les 5 ans dans les bassins versants des hautes terres et tous les 12 ans dans les bassins versants des basses terres, entraînent un ruissellement de sédiments et de phosphore. En particulier, les orages d'été dont la période de retour peut atteindre 100 ans n'ont pas entraîné d'écoulement de sédiments et de phosphore. En outre, les sources critiques sont dispersées dans les bassins versants, les changements hydrologiques induits par le climat favorisant les événements hivernaux, tandis que la fin de l'hiver et le début du printemps restent les principales périodes de concentration des sédiments et du phosphore.