Hyporheic Flows Along a Channelled Peatland: Influence of Beaver Dams

Abstract

Investigation into the effects of beaver dams on hyporheic fluxes in channelled peatlands is needed to better understand how biological processes drive stream-riparian area connections and thus nutrient export, and to improve our overall conceptual model of water storage and flow through peatlands. The objective of this study was to determine the influence of beaver dams on vertical and lateral hyporheic exchange. Hydrometric methods were used to determine subsurface flow pathways and estimate hyporheic water fluxes for a third-order stream draining a Canadian Rocky Mountain peatland in 2006 and 2007. Three sites were studied two contained small, in-channel beaver dams and the third was a control. Vertical hyporheic fluxes equaled or exceeded lateral hyporheic fluxes despite the fact that hydraulic conductivity of the stream bed tended to be lower than the banks, suggesting peat hydraulic properties were not the dominant factor in the development of hyporheic exchange in stream systems draining peatlands as has been reported for streams underlain by mineral substrates. Instead, vertical fluxes were partially influenced by the presence of a mineral lens 0.65 m below the ground surface. As well, high riparian water tables in relation to stream stage were key to limiting lateral fluxes. Steep hydraulic gradients above the two dams created looping flow pathways beneath and around them. However, little water actually flowed along these pathways. Measures of larger fluxes of water to the riparian area above the dams than those returning to the stream below the dams suggests either that hyporheic flow paths are longer than those measured in other studies or that the beaver dams generated recharge to the groundwater flow system.

Il est ncessaire de mener des recherches sur les effets des digues de castor sur les flux hyporhiques dans les tourbires o l'on trouve des canaux afin de mieux comprendre comment les processus biologiques dictent les liens entre les cours d'eau et les zones riverains et par consquent l'exportation des lments nutritifs, et afin d'amliorer notre modle conceptuel gnral de l'emmagasinement de l'eau et de lcoulement dans les tourbires. La prsente tude avait pour objectif de dterminer l'incidence des digues de castor sur les changes hyporhiques verticaux et latraux. Des mthodes hydromtriques ont t employes pour dterminer les voies dcoulement souterrain et estimer les flux hyporhiques pour un cours d'eau de troisime ordre drainant une tourbire des Rocheuses canadiennes en 2006 et en 2007. Trois sites ont t tudis. Deux d'entre eux contenaient de petites digues de castor et le troisime tait une aire tmoin. Les flux hyporhiques verticaux galaient ou dpassaient les flux hyporhiques latraux malgr le fait que la conductivit hydraulique du lit du cours d'eau avait tendance tre plus basse que celle des berges, ce qui porte croire que les proprits hydrauliques de la tourbe ne constituaient pas le facteur dominant dans le dveloppement de lchange hyporhique dans les rseaux fluviaux qui drainent les tourbires, tel que cela avait t indiqu pour les cours d'eau dont le lit est constitu d'un substrat minral. la place, les flux verticaux taient en partie influencs par la prsence de minces couches minrales plus ou moins 0,65 m sous la surface du sol. De plus, l'existence de nappes d'eau prs de la surface du sol par rapport au niveau du cours d'eau a constitu un facteur cl dans la limitation des flux latraux. De forts gradients hydrauliques au-dessus des deux digues ont cr des voies dcoulement sinueuses en-dessous et autour d'elles. Peu d'eau circulait toutefois le long de ces voies d'acheminement. Des mesures des flux d'eau se dirigeant vers la zone riveraine au-dessus des digues plus importants que ceux qui retournaient au cours d'eau sous les digues donnent penser que les voies dcoulement hyporhique sont plus longues que celles ayant t mesures dans le cadre d'autres tudes ou que les digues de castor ont entran une alimentation de la nappe souterraine.

Acknowledgements

Funding for this work came from a NSERC Discovery Grant, a University of Saskatchewan New Faculty Award, and a Dean's Scholarship. Thank you to Daryl Janzen, Erin Shaw, Gro Lilbaek, Warren Helgason, Michael Solohub, Adam Minke, and May Guan for field assistance, and all the staff at the University of Calgary Biogeosciences Institute for logistical support. Insightful comments from two anonymous reviewers helped improved the quality of this manuscript.