Hyporheic temperature patterns within riffles

Abstract

This paper outlines the results of a pilot study using data at 12 min intervals from 20 miniature temperature dataloggers to establish vertical and longitudinal temperature patterns within a river bed. Data are presented from two adjacent riffles immediately below the Blithfield Reservoir on the River Blithe, Staffordshire, UK, for a five day period in July 1994. Hyporheic temperatures were warmer than those of groundwater, colder than those of surface water and decreased with depth into the river bed. At the heads of the riffles shallow sites (20 cm depth) mirrored surface temperature patterns but were on average 1.53°C cooler while deeper sites (40 cm depth) were 2.60°C cooler on average. Hyporheic temperatures lagged behind the surface water pattern and lag times increased with depth. Sites at the riffle tails generally displayed temperature patterns similar to those of the groundwater system: on average, temperatures were 4.32°C cooler than surface water temperatures and showed no significant variation. Hyporheic temperature patterns at the heads of the riffles suggested downwelling surface water, while the tails appeared to be influenced by upwelling groundwater. Both riffles displayed similar hyporheic temperature patterns but riffle 1 was on average 1.22°C warmer per site than riffle 2. Temperature differences between the riffles are attributed to bed form and substratum composition. These factors may have significant ecological implications including rates of organic matter decomposition, invertebrate life cycles and salmonid egg hatching times.

Résumé

Cet article expose dans ses grandes lignes les résultats d'une étude pilote utilisant les données reçues au pas de temps de 12 mn de 20 enregistreurs miniatures de température, et destinée à reconnaître l'allure des profils de température verticaux et longitudinaux dans le lit d'un cours d'eau. Les données proviennent de deux rapides situés immédiatement à l'aval du réservoir de Blithfield situé sur la rivière Blithe (Staffordshire, Grande Bretagne). Les données ont été recueillies pendant une période de cinq jours en Juillet 1994. Les températures hyporhéiques étaient plus chaudes que celles des eaux souterraines, plus froides que celles des eaux superficielles et elles décroissaient avec la profondeur du lit de la rivière. A l'entrée des rapides les températures des sites peu profonds (20 cm) reflétaient les températures superficielles mais étaient en moyenne 1.53°C plus fraîches, celles des sites plus profonds (40 cm) étant en moyenne 2.60°C plus fraîches. Au cours du temps, les températures hyporhéiques suivaient celles des eaux superficielles avec un retard augmentant avec la profondeur. Les sites situés à l'exutoire des rapides montraient un comportement des températures similaire à celui des eaux souterraines, les températures étant en moyenne 4.32°C plus fraîches que celles des eaux superficielles et ne présentant pas de variations significatives. Le comportement des températures hyporhéiques à l'entrée des rapides a suggéré un enfoncement des eaux superficielles, alors que l'exutoire des rapides semble influencé par des résurgences d'eaux souterraines. Les comportements des températures hyporhéiques des deux rapides étaient similaires mais, pour deux sites analogues, la température au seuil numéro 1 était en moyenne 1.22°C plus chaude que la température au seuil numéro 2. Les différences de température entre les deux rapides ont été attribuées à la forme du lit et à la nature du substratum. Ces éléments peuvent avoir une importance du point de vue écologique, en particulier en ce qui concerne la décomposition de la matière organique, le cycle de vie des invertébrés et la durée d'incubation des oeufs de salmonidés.