Towards a better understanding of the evaporative cooling of rivers: case study for the Little Southwest Miramichi River (New Brunswick, Canada)

Abstract

Stream temperature plays an important role in many biotic and abiotic processes, as it influences many physical, chemical, and biological properties in rivers. As such, a good understanding of the thermal regime of rivers is essential for effective fisheries management and the protection of aquatic habitats. Moreover, a thorough understanding of underlying physical processes and river heat fluxes is essential in developing better and more adaptive water temperature models. Very few studies have quantified river evaporation and rivers’ corresponding evaporative cooling component. The present study investigated the evaporative cooling of the Little Southwest Miramichi River in Eastern Canada by calculating the evaporative heat flux and overall heat fluxes using in-situ data. Results showed that the evaporative heat flux reached −300 W m⁻² mid-day when high water temperatures were observed. The daily evaporative heat flux can thus account for close to 50% of the total heat losses, followed by longwave radiation (25%), streambed heat fluxes (20%), and sensible heat (5%). Our results show that the evaporative heat flux can be a critical cooling mechanism for wide and shallow rivers during high summer temperatures.

RÉSUMÉ

La température des cours d‘eau exerce un important contrôl sur de nombreux processus biotiques et abiotiques, puisqu’elle influence de nombreuses propriétés physiques, chimiques et biologiques des rivières. À ce titre, une bonne compréhension du régime thermique des rivières est primordiale pour une gestion efficace des pêches et la protection des habitats aquatiques. Une compréhension approfondie des processus physiques sous-jacents et des flux de chaleur en rivières est essentielle pour améliorer la précision et le pouvoir prédictif des modèles de température l’eau. Très peu d‘études ont quantifié l‘évaporation locale des rivières et le rôle du refroidissement par évaporation. La présente étude a examiné le refroidissement par évaporation de la rivière Little Southwest Miramichi dans l‘est du Canada en calculant le flux de chaleur par évaporation et les flux de chaleur globaux à l‘aide de données in situ. Les résultats ont montré que le flux de chaleur par évaporation atteignait −300 W m⁻² en mi-journée, au moment oèu les températures de l’eau les plus élevées étaient aussi observées. Le flux de chaleur par évaporation journalier peut ainsi représenter près de 50% des pertes de chaleur totales, suivi du flux d’énergie du rayonnement à grande longeur d’onde (25%), du flux de chaleur au lit de la rivière (20%) et du flux chaleur sensible (5%). Nos résultats montrent que le flux de chaleur par évaporation peut-être un mécanisme de refroidissement critique pour les rivières larges et peu profondes durant la période estivale lorsque les températures de l’eau atteignent des valeurs élevées.

Keywords:

• River
• evaporation
• heat flux
• Dalton-type approach
• water temperature

Acknowledgements

We thank Dr. Audrey Maheu for her help in meteorological data collection. We are also thankful for the constructive comments from one anonymous reviewer, from Graham Goulette (NOAA) and Antóin O'Sullivan (University of New-Brunswick).

Disclosure statement

The authors have no conflict of interest to declare.

Data availability statement

This paper presents all data used for the heat fluxes calculations directly.