Are temperature time series measured at hydrometric stations representative of the river’s thermal regime?

Abstract

River temperature is a key variable for water quality assessment. It can alter different chemical water properties. Indeed, it is considered as determining criterion in the adequacy of cold water fish habitat, and the overall health of the river ecosystem and aquatic biota. Consequently, monitoring this variable and understanding the river thermal variation are highly important. Temperature monitoring along the rivers is often done by deploying autonomous temperature loggers. However, recently, temperature sensors were installed at hydrometric stations in conjunction with water level gauges for monitoring the river temperature, thereby providing an opportunity to expand the temperature network across the region and eventually, the country. In this study, a comparative analysis was conducted to find if the temperatures at the hydrometric station are representative of the river thermal variation upstream and downstream of that location. This comparative analysis was completed using a number of different statistical tools: entropy analysis, Gaussian function fit, and thermal sensitivity analysis. These statistical analyses confirm that temperature loggers that are collocated with the level gauges at hydrometric stations are generally representative of the thermal variation of the river main stem over a distance of a few tens of kilometres. However, the thermal variation observed in temperature loggers located at distances of the order of 100 km or in a different river reach than the hydrometric station, is different from that of the temperature logger located at the hydrometric station.

RÉSUMÉ

La température de l’eau est une variable cruciale dans la gestion qualité de l’eau en altérant plusieurs propriétés chimique de l’eau. Elle est également considérée comme une variable déterminante de la qualité d’habitat des poissons d’eau froide et la santé des écosystèmes et biotes aquatiques. Conséquemment, le suivi des températures de l’eau le long des rivières, assuré par l’installation des capteurs autonomes et la compréhension de la variation thermique que l’acquisition de ces données permet sont importants pour une meilleure gestion des milieux aquatiques. Récemment, des capteurs ont été installés à des stations hydrométriques en conjonction avec des jauges de niveau d’eau afin de surveiller la température de la rivière, permettant d’étendre le réseau de suivi des températures au niveau régionale et éventuellement à l’échelle de tout le Canada. Dans cette étude, une analyse comparative a été menée afin de vérifier si les températures de l’eau prises au niveau de la station hydrométrique sont représentatives de la variation thermique de la rivière en amont et aval de cet emplacement. Cette analyse comparative inclue plusieurs approches statistiques: l’analyse de l’entropie, l’ajustement d’une fonction gaussienne aux chroniques de température journalières et l’analyse de la sensibilité thermique. Ces analyses ont montré que les capteurs des températures, collocalisés avec les jauges de niveau d’eau aux stations hydrométriques, sont généralement représentatifs de la variation thermique du tronçon principal sur des distances de l’ordre de plusieurs dizaines de km. Cependant, la variation thermique observée au niveau des capteurs, situés sur une distance > 100 km ou sur des tronçons autres que celui de la station hydrométrique, est différente de celle des capteurs localisés aux stations hydrométriques.

Keywords:

• River temperature
• riverine thermal variability
• river temperature network
• temperature monitoring
• information content

Acknowledgments

The authors wish to thank Claudine Boyer, Sébastien Ouellet-Proulx, Anick Daigle and Michael Van Den Heuvel for providing the data sources. The authors would like to thank the Atlantic Salmon Conservation Foundation for its support in establishing the RivTemp database. The authors also thank the following RivTemp contributors for sharing their data and/or for their active participation in collecting river temperature data: Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs (J.-N. Bujold, Direction de l’expertise sur la faune aquatique and Directions régionales de la gestion de la faune of Bas-St-Laurent, Saguenay-Lac-St-Jean, Capitale-Nationale, Côte-Nord, Gaspésie and Nord-du-Quebec); Institut national de la recherche scientifique; Conseil de Gestion du Bassin Versant de la Rivière Restigouche, Organisme de Bassin Versant Matapedia Restigouche; Organisme de Bassin Versant Matapédia-Restigouche and the Listuguj Fisheries Scientific Research Team; Fisheries and Oceans Canada specifically the Restigouche and Miramichi water temperature database and Daniel Caissie; Hydro-Quebec and Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatique (see http://rivtemp.ca/partners-2/?lang=en for a complete list of all RivTemp contributors).

Data availability statement

The river time series temperatures were obtained from MELCC and Environment Canada (when co-located with hydrometric stations). The daily time series temperatures of temperature loggers along the river are extracted from the RivTemp (www.rivtemp.ca) network database. The daily air temperature data were extracted from the ANUSPLIN gridded interpolated climate data base (Hutchinson et al. 2009; Hopkinson et al. 2011; McKenney et al. 2011).

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.

Additional information

Funding

This work was funded by MELCC (Ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques) and Environment and Climate Change Canada (ECCC).