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Thermal heterogeneity in the hyporheic zone of a glacial floodplain

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Abstract:

We examined the thermal regime of surface and hyporheic waters at three kryal sites and four krenal streams within the channel network of a glacial floodplain. Temperature was continuously measured for 1 year in the surface stream and at sediment depths of 30 and 80 cm. The vertical pattern of water temperature was strongly influenced by the direction and intensity of surface water – groundwater exchanges. At sites characterized by strong downwelling of surface waters, the thermal regimes of surface and hyporheic waters were virtually identical. In contrast, inputs of groundwater substantially increased mean summer temperatures in the hyporheic zone of the main kryal channel, decreased summer temperatures in the hyporheic zone of krenal streams, and elevated hyporheic temperatures of all stream types during winter. Groundwater from different sources had dramatically different effects on the seasonal regime of temperature in the hyporheic zone. Inflow of shallow alluvial groundwater had minimal effects on seasonal patterns of hyporheic temperature, whereas upwelling from deep alluvial and hillslope aquifers resulted in significant time lags and differences in seasonal amplitudes between surface and hyporheic temperatures. The unexpectedly high thermal heterogeneity of hyporheic waters presumably sustains biodiversity and stimulates ecosystem processes in this glacial floodplain.

Nous avons étudié le régime thermique des eaux superficielles et hyporhéiques à trois sites en aval des glaces et dans quatre ruisseaux de source dans un réseau de cours d'eau d'une plaine d'inondation glaciaire. La température a été mesurée en continu durant une année dans l'écoulement de surface et à des profondeurs de 30 cm et de 80 cm dans les sédiments. Le profil de la température de l'eau est fortement influencé par la direction et l'intensité des échanges entre les eaux de surface et les eaux souterraines. Aux sites caractérisés par une forte descente des eaux de surface, les régimes thermiques des eaux superficielles et hyporhéiques sont presque identiques. En revanche, les apports d'eau souterraine augmentent de façon importante la température estivale moyenne dans la zone hyporhéique du chenal glaciaire principal, diminuent la température estivale dans la zone hyporhéique des ruisseaux de source et font croître la température hivernale dans tous les types de ruisseaux. Les eaux souterraines d'origines différentes produisent des effets bien caractéristiques sur le régime saisonnier de température de la zone hyporhéique. L'arrivée d'eau souterraine d'origine alluviale superficielle a un effet minimal sur l'évolution saisonnière de la température de la zone hyporhéique; au contraire, la remontée d'eau à partir d'alluvions profonds ou d'aquifères des versants des vallées produit des différences d'amplitude saisonnière et des décalages temporels significatifs entre les températures des eaux de surface et celles des eaux hyporhéiques. Cette hétérogénéité thermique élevée et inattendue des eaux hyporhéiques favorise sans doute la biodiversité et stimule le fonctionnement de l'écosystème dans cette plaine d'inondation glaciaire.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: July 1, 2001

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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nrc/cjfas/2001/00000058/00000007/art00006
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