Storm-induced coastal flooding: Unseen and prolonged salinization on Sable Island, Nova Scotia

ABSTRACT: Coastal zones host unique ecosystems and attract dense human populations; however, they are the most vulnerable region to anthropogenic climate change. Sea-level rise and an incresing frequency of high-intensity storms is driving increased incidents of wave overwash in coastal zones. The ensuing surface flooding and erosion has severe consequences, including the contamination of fresh groundwater resources from the infiltration of seawater. Previous investigations have documented the impact of and recovery from coastal flooding events, but have been largely restricted to atoll island environments, limited in the spatial and temporal resolution of data, and have often overlooked hydrodynamic (wave and surge height) and morphodynamic drivers. This study presents data from an intensive field investigation monitoring coastal hydrodynamics, morphological change, and the associated salinization and recovery of fresh groundwater resources in response to extreme storms. Located in the northwest Atlantic Ocean, Sable Island is a small, low-lying island designated as a Canadian National Park Reserve. This site is relatively pristine, has a long time series of environmental data, experiences strong forcing from ocean processes and changing climate conditions and morphology, and is particularly susceptible to seawater overwash and concomitant salinization from Atlantic hurricanes. We used high-precision near-shore, and offshore wave loggers, geophysical surveys, and a network of shallow monitoring wells instrumented with loggers for temperature, conductivity, and pressure to capture coastal hydrodynamics and groundwater salinization in response to post-tropical storms Dorian (2019) and Teddy (2020). Results show subsurface salinization persists far beyond surface flooding in both space and time. Also, the island's aquifer experiences prolonged recovery (flushing) in comparison to previous studies of island aquifers as a result of Sable Island's high-energy beach environment. Results from this investigation are critical to enhancing our understanding of freshwater resource vulnerability in coastal zones and provides valuable insights for the management of small-island freshwater resources.

RÉSUMÉ: Les zones cotieres abritent des ecosystemes uniques et elles attirent des populations humaines qui sont denses ; cependant, elles sont les regions que sont les plus vulnerables aux changements climatiques anthropiques. L'elevation du niveau de la mer, et une augmentation de la frequence des tempetes des fortes intensites, sont les facteurs qui ont cause une augmentation des incidents de debordement des vagues dans les zones cotieres. Les inondations et l'erosion, ce qui en resultent, ont des graves consequences ; notamment la contamination des eaux souterrains douce par l'infiltration d'eau de mer. Des etudes anterieures ont documente l'impact, et le retablissement apres, des inondations cotieres, mais elles ont ete largement limitees aux etudes des environnements des atolls ; de plus, elles ont ete limitees par la resolution spatiale et temporelle des donnees ; et elles ont neglige souvent des facteurs hydrodynamiques (la hauteur des vagues et des crues) et des facteurs morphodynamiques. Cette etude presente les donnees d'une etude intensive sur le terrain, qui a surveille des hydrodynamiques des cotieres, des changements morphologiques, et de la salinisation, et du retablissement apres, des eaux souterrains douce en reponse aux tempetes extremes. L'ile Sable est une petite ile basse, qui est devenue une reserve de parc national canadien, et qui est situee dans l'ocean Atlantique Nord-Ouest. Ce site est relativement en condition intacte, il possede une longue histoire des donnees environnementales, il eprouve des fortes pressions des processus oceaniques, des conditions climatiques changeantes, et de la morphologie ; de plus, il est particulierement sensible au debordement excessif de l'eau de mer et a la salinisation concomitante des ouragans de l'Atlantique aussi. Nous avons utilise des senseurs de vagues d'extracotiere et de pres du rivage, qui ont eu la haute precision ; de plus, nous avons utilise des leves geophysiques, et nous avons cree un reseau des puits de surface que nous avons surveilles avec des senseurs de vagues pour determiner la temperature, la conductivite, et la pressure des hydrodynamiques et la salinisation des eaux souterrains, en reponse aux tempetes post-tropicales de Dorian (2019) et de Teddy (2020). Les resultats montrent que la salinisation souterraine persiste bien au-dela des inondations de surface dans l'espace et dans le temps. En outre, l'aquifere de l'ile eprouve un retablissement qui dure pour longtemps (cela s'appelle vidanger), en comparaison aux etudes precedentes des iles aquiferes ; c'est le resultat de l'ile de Sable et son environnement avec des plages a haute energie. Les resultats de cette etude sont essentiels pour ameliorer notre comprehension de la vulnerabilite des ressources des nappes souterraines d'eau douce dans les zones cotieres, et elles donnent des informations utiles pour aider comment nous devrions gerer les ressources des eaux douces de petites iles.