Hydrological and physico-chemical dynamics in two andean streams

Abstract

El caudal (Q) es una variable esencial para comprender el funcionamiento de los ecosistemas fluviales. En este trabajo estudiamos las dinámicas hidrológicas y físico-químicas de dos arroyos contrastantes de la Patagonia, el arroyo Casa de Piedra (CP) y el Arroyo Gutiérrez (G). El arroyo CP nace en un pequeño lago de altura (0.15 km2), en cambio el arroyo G nace a partir de un gran lago (17 km2) de piedemonte. Además, existen otras diferencias entre sus cuencas de drenaje: la cuenca del arroyo CP es pequeña (63 km2) y posee una elevada pendiente (33.9 m/km). En cambio, la cuenca del arroyo G abarca 162 km2 y su pendiente es más suave (5.9 m/km). El presente estudio se llevó a cabo durante 1 año, relevando datos climatológicos (precipitaciones y temperatura) e hidrológicos (Q, conductividad eléctrica (CE), temperatura del agua, turbidez y pH). El clima y la topografía de la región establecieron 3 períodos hidrológicos distintivos: Precipitaciones, Deshielo y Basal. El Q presentó un claro régimen estacional. Los mayores caudales se observaron durante el período de Deshielo por causa del derretimiento de las nieves en las montañas. El arroyo CP se comportó como un arroyo muy variable en relación con el Q, no así el arroyo G. La mayor variabilidad del caudal se observó durante el período de Precipitaciones. El período Basal se caracterizó por su escaso caudal. La temperatura del agua fluctuó entre los distintos períodos hidrológicos y entre los arroyos de estudio. En cambio, el pH solo fluctuó estacionalmente. La elevada escorrentía durante el período de Precipitaciones trajo aparejado el lavado de los suelos y esto a su vez, una mayor turbidez a los arroyos. En el arroyo CP la relación entre el Q y la CE revelaría diferentes flujos del agua hacia el arroyo durante el año; flujos provenientes del deshielo, de la escorrentía y subterráneo. En cambio, en el arroyo G, la EC fue elevada y constante durante todo el período de estudio, independientemente del caudal; indicando al gran lago en su cabecera como su principal aporte de agua. Este lago influyó claramente en las dinámicas físico-químicas del arroyo G. Este estudio nos permitió indagar sobre procesos hidrológicos con importancia ecológica en los ecosistemas acuáticos Andino-Patagónicos. A raíz de nuestros resultados y de las tendencias de futuro, creemos que las dinámicas hidrológicas y físico-químicas de estos ecosistemas se verán fuertemente afectadas como consecuencia del cambio climático.

Discharge (Q) is an essential variable to understand how fluvial ecosystems function. To this aim, we assessed the hydrological and physico-chemical dynamics of two contrasting streams in Andean Patagonia: Casa de Piedra (CP) and Gutiérrez (G). CP originates in a small lake (0.15 km2) situated at high-elevation, whereas the source of G is a large (17 km2) piedmont lake. There are other differences between the drainage basins of these streams: CP drainage basin covers 63 km2 and slopes steep (33.9 m/km), while that of G is bigger (162 km2) and gentler (5.9 m/km). The current research was carried out over a period of 1 year. Variables measured were precipitation and temperature, as well as hydrological data (Q = discharge, EC = electrical conductivity, water temperature, turbidity and pH). The climate and topography of the region led to 3 distinct hydrological periods: stormflow, meltflow and baseflow. Discharge presented a clear seasonal pattern with higher values at meltflow, due to snow melting from the mountains. Stream CP was very flashy (high variation in flow regime), unlike stream G. The greatest flashiness was observed during the stormflow period. Baseflow was characterised by low values of Q. The temperature of water fluctuated between the different hydrological periods and between the study streams, whereas pH varied seasonally only. Great turbidity in the streams was observed during the stormflow period, as a result of high run-off. Throughout the year, the relation between Q and EC in CP revealed different hydrological flowpaths towards the stream: flows derived from melting snow, lateral flows through the landscape and groundwater flows. In contrast, EC in stream G was high and constant during the whole recording period, independently of Q. This indicates that the large headwater lake is its main source of water. This lake clearlyaffected the physico-chemical dynamics of stream G. In brief, the current research brought new knowledge into the ecological aspects of hydrological processes acting on the Andean-Patagonian aquatic ecosystems. On the basis of the results presented here and on expected future trends, we believe that the hydrological and physico-chemical dynamics of these ecosystems will be highly affected by climate change.