Monitoring Biotic And Abiotic Processes Across The Hyporheic/Groundwater Interface

ABSTRACT:

A new in situ sampling technique, use of a colonization corer, was used to collect subsurface chemical, biological, and hydrogeological data and thereby monitor processes at the hyporheic/groundwater interface. Evaluation of sample quality indicated that: 1) the colonization corer did not compromise the integrity of interstitial water samples; 2) the device did not display a capture bias for taxon type or particular size classes within the interstitial community; and 3) no difference occurred between repeated water-level measurements taken using the colonization corer and more conventional mini-piezometers. The colonization corer proved especially useful for measuring subtle biotic and abiotic changes over small (meters to tens of meters) spatial scales in the near-stream zone. For example: 1) the chemical signatures of two separate water masses were identified (hyporheic water and groundwater); 2) the interstitial macroinvertebrate community was divisible into two main components whose distribution was related to the location of the boundary between the water masses; and 3) zones of upwelling (areas of groundwater discharged into the channel) were distinguished from zones of downwelling (areas of surface water recharged into the interstices). Use of the colonization corer permits the scale upon which groundwater flow and contaminant transport models have traditionally been based to be refined to include hyporheic processes.

RÉSUMÉ:

Une nouvelle technique d'échantillonnage in situ, le carottier de “colonisation”, a été utilisée pour obtenir des données chimiques, biologiques et hydrogéologiques sur des eaux souterraines, puis pour suivre les processus à l'interface zone hyporhéique-eau souterraine. L'évaluation de la qualité des échatillons a montré que 1) le carottier de “colonisation” n'altère pas les échantillons d'eau interstitielle; 2) le dispositif n'introduit pas de biais sur les captures d'organismes vivants en fonction des taxons ou des classes de taille de particules pour la communauté interstitielle; et 3) aucune différence n'est observée entre des mesures du niveau d'eau par le carottier et celles faites dans les minipiézomètres classiques. Le carottier de “colonisation” est apparu particulièrement adaptéà la mesure de variations très faibles à une échelle spatiale réduite (métrique à décamétrique) dans la zone proche de l'écoulement superficiel. Par exemple: 1) les signatures chimiques de deux types d'eau bien individualisées ont été identifiées (eau hyporhéique et eau souterraine); 2) la commuauté des macro-invertébrés interstitiels a pu être divisée en deux groupes principaux dont la répartition a été attribuée à la position de la limite entre les deux types d'eau; et 3) des zones d'émergence de l'eau souterraine dans l'écoulement superficiel et des zones de recharge ont été identifiées. Le recours au carottier de “colonisation” permet d'affiner les modèles d'écoulement souterrain et de transport de polluant habituels pour les adapter à l'échelle comprenant les processus hyporhéiques.

RESUMEN:

Una nueva técnica de muestreo “in situ”, la utilización de un perforador de colonización, se usó para la recogida de datos químicos, biológicos e hidrogeológicos, con el objetivo de controlar los procesos en la interfaz de las aguas hiporeicas/subterráneas. El estudio de la calidad de las muestras indicó que: 1) el perforador de colonización no modificaba la integridad de las muestras de agua intersticial; 2) el aparato no daba lugar a un sesgo, ni en el tipo taxonómico, ni en las clases de tamaño de partículas de la comunidad biológica intersticial; y 3) no aparecían diferencias entre los niveles piezométricos medidos utilizando el perforador de colonización y mini-piezómetros más convencionales. El perforador de colonización mostró ser realmente útil para medir pequeños cambios bióticos o abióticos sobre escalas de tamaño pequeñas (metros a decenas de metros) en la zona cercana a torrentes. Por ejemplo: 1) se pudieron identificar las marcas químicas de dos tipos de agua diferentes (hiporeica y subterránea); 2) la comunidad macroinvertebrada intersticial se pudo dividir en dos componentes principales, cuya distribución estaba relacionada con la localización de la divisoria ente los dos cuerpos de agua mencionados; y 3) zonas efluentes (áreas de agua subterránea descargada hacia el canal) se pudieron distinguir de las zonas influentes (áreas de agua subterránea recargada). El uso del perforador de colonización permite considerar los procesos hiporeicos a la escala de trabajo en que se suelen utilizar los modelos de flujo de agua subterránea y transporte de solutos.