A patak hőmérsékletének megváltoztatása természetes és mesterséges hódgátakkal

Társulás Eco-Logical Research Inc., Providence, Utah, Amerikai Egyesült Államok

Affiliations Eco-Logical Research Inc., Providence, Utah, Amerikai Egyesült Államok, Watershed Sciences Department, Utah Állami Egyetem, Logan, Utah, Amerikai Egyesült Államok

Hovatartozás Northwest Fisheries Science Center, Seattle, Washington, Amerikai Egyesült Államok

Társulás South Fork Research Inc., North Bend, Washington, Amerikai Egyesült Államok

Tagság Watershed Sciences Tanszék, Utah Állami Egyetem, Logan, Utah, Amerikai Egyesült Államok

Társulás Eco-Logical Research Inc., Providence, Utah, Amerikai Egyesült Államok

Hovatartozás Northwest Fisheries Science Center, Seattle, Washington, Amerikai Egyesült Államok

Nicholas Weber,
Nicolaas Bouwes,
Michael M. Pollock,
Carol Volk,
Joseph M. Wheaton,
Gus Wathen,
Jacob Wirtz,
Chris E. Jordan

Ábrák

Absztrakt

Idézet: Weber N, Bouwes N, Pollock MM, Volk C, Wheaton JM, Wathen G és mtsai. (2017) A patak hőmérsékletének megváltoztatása természetes és mesterséges hódgátakkal. PLoS ONE 12 (5): e0176313. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0176313

Szerkesztő: Ulrike Gertrud Munderloh, Minnesotai Egyetem, AMERIKAI EGYESÜLT ÁLLAMOK

Fogadott: 2017. január 2 .; Elfogadott: 2017. április 7 .; Közzétett: 2017. május 17

Ez egy nyílt hozzáférésű cikk, minden szerzői jogtól mentes, és bárki szabadon reprodukálhatja, terjesztheti, továbbíthatja, módosíthatja, továbbépítheti vagy más módon felhasználhatja bármilyen törvényes célra. A mű a Creative Commons CC0 közkincs dedikációja alatt érhető el.

Adatok elérhetősége: A kézirat alátámasztására használt összes adat nyilvánosan elérhető és tárolható az Open Science Framework URL-en: https://osf.io/6mmgz/ és a DOI alatt: 10.17605/OSF.IO/6MMGZ.

Finanszírozás: Pénzügyi támogatást nyújtott ehhez a projekthez a Bonneville Power Administration (BPA projekt száma: 2003–017) és a Nemzeti Óceáni és Légköri Adminisztráció az Integrált Állapot- és Hatékonyságellenőrzési Program részeként, valamint a NOAA Nyugati Regionális Iroda. A finanszírozó fizetés formájában támogatást nyújtott az Eco-Logical Research és a South Fork Research munkatársaihoz tartozó szerzők számára, de nem volt további szerepe a tanulmány tervezésében, adatgyűjtésében és elemzésében, a közzététel döntésében vagy a kézirat elkészítésében. Ezeknek a szerzőknek a konkrét szerepei a „szerzői hozzájárulások” részben vannak megfogalmazva.

Versenyző érdeklődési körök: Nicholas Weber, Nicolaas Bouwes, Jacob Wirtz és Gus Wathen az Eco-Logical Research, Carol Volk pedig a South Fork Research-hez kapcsolódik. Az Eco-Logical Research vagy a South Fork Research között nincsenek versengő érdekek, amelyek megváltoztatnák a szerzőknek az adatok és anyagok megosztására vonatkozó PLOS ONE irányelvek betartását.

Bevezetés

A hőmérséklet befolyásolja a biológiai, fizikai és kémiai áramlási folyamatokat, és mély hatást gyakorol a lótusz rendszerek felépítésére és működésére [1,2]. Az élettani küszöbök és a hőmérsékletre adott viselkedési reakciók szintén szabályozzák a patakorganizmusok eloszlását és a patakközösségek gyülekezését [3–5]. Az áramlási hőmérsékleti rendszert a csatorna belső jellemzőinek, a parti zónának, a hordalékos víztartó rétegnek és a külső környezeti tényezőknek, például a víz- és hőenergiát szolgáltató éghajlati és vízgyűjtő körülmények közötti kölcsönhatások határozzák meg [6]. Annak felismerése, hogy az antropogén tevékenységek (pl. Öntözés kivonása, a csatorna kiegyenesítése, a parti és a hegyvidéki növényzet elvesztése) az áramlás hőmérsékleti rendszereinek széles körű megváltozását eredményezik, a globális éghajlatváltozás elkerülhetetlen hatásaival párosulva, fokozta a patakot befolyásoló tényezők megértésének szükségességét hőmérséklet és dolgozzon ki megközelítéseket a hőmérsékletromlás hatásainak mérséklésére.

Hódot (Castor canadensis) régóta elismerték ökoszisztéma-mérnököknek [9,10], és gátépítésük és táplálkozási viselkedésük megváltoztatja a csatorna-, parti és hidrológiai folyamatokat olyan módon, amely befolyásolhatja az áramlási hőmérséklet dinamikáját [11,12]. A fás parti növényzetre támaszkodva, mint elsődleges táplálék- és anyaggát a gátépítéshez [13], a hód jelenléte az árnyék hirtelen kimerülését eredményezheti - vegetációt biztosítva és sugárzó hőt adhat a felszíni vizekhez [14,15]. Ezenkívül a vízfelület terjeszkedése és a tavak csökkent áramlási sebessége növelheti a felszíni víz hajlamát a sugárzó fűtésre és a környezeti levegő hőmérsékletével történő hőcserére a vezetés, a konvekció és a párologtatás révén [14,15]. Ezek a szembetűnő hatások (azaz a növényzet kimerülése, a tó területének megnövekedése) alátámasztják azt a feltételezést, hogy a hódgátak növelik a víz hőmérsékletét, és gyakran hivatkoznak arra, hogy a hód káros lehet a hőmérsékletre érzékeny biótára, például a lazacfélékre [16].

A hódgátaknak az áramlási hőmérsékletre gyakorolt hatásaira összpontosító kutatások azonban ellentmondásos következtetéseket támasztanak alá [17,18]. Például számos tanulmány beszámolt az áramlási hőmérséklet emelkedéséről a hódgátak vagy a gátkomplexumok után [19,20], ennek szélsőséges példájáról Margolis számolt be [21], ahol a 7 ° C-os hőmérsékletemelkedést felszín alatti vízfolyásokként dokumentálták. nagy (

5 ha) hódgát komplexek. Ezzel szemben a kutatások azt is alátámasztják, hogy a hódgátak alig vagy egyáltalán nem befolyásolják az áramlás hőmérsékletét [22], vagy arról számolnak be, hogy a hódgátak a nyári szélsőséges hőmérsékletek csökkenéséhez vagy puffereléséhez vezetnek [12,23,24]. A fokozott víztárolás, a hidraulikus fej és a hordalékanyag lerakódása a gátak mögött gyakran a hordalékvizek magasságának növekedését, valamint a talajvíz és a felszíni víz cseréjének sebességét növeli [20]. A tágabb térbeli eloszlás és a hűvös víz megnövekedett sebessége - a talajvíz beszivárgása megnövelheti a felszíni víz hőmérsékletének heterogenitását, és mérsékelt szélsőséges hőmérsékleteket az alapfolyás kibocsátásának időszakában [25].

Mód

Tanulmányi terület

Ezt a vizsgálatot a Bridge Creek 34 km-es alsó szakaszán (ÉSZ 44 ° 39 ', NY 120 ° 15') végezték, amely egy magas sivatagi patak folyik be a John Day folyóba Oregon központjának félszáraz részén (1. ábra). . A Bridge Creek vízválasztója 710 km 2 területet foglal el, és a Bridge Creek Wildernessen belül 2078 m magasságig terjed, és a John Day folyótorkolatánál 499 m magasságig terjed. A régió kontinentális éghajlatát szezonálisan változó hőmérsékleti rendszer jellemzi, a levegő hőmérséklete nyáron általában meghaladja a 30 ° C-ot, télen pedig rendszeresen 0 ° C alá csökken (2. ábra, Országos Klímaadatközpont 355638 állomás). Az átlagos éves csapadék a medencében nagyjából 30 cm, nyáron csak 3 cm fordul elő (1. táblázat). A késő télen és kora tavasszal a hóolvadás és az eső hozzájárulnak a Bridge Creek csúcsáramlási eseményeihez, amelyek meghaladhatják a 6 m 3/s értéket, míg az alapáramlás a száraz nyári szezonban nagyrészt 0,05 m 3/s lehet (2. ábra, USGS nyomtáv 14046778).