Research Paper

The influence of riparian vegetation shading on water temperature during low flow conditions in a medium sized river

L'influence de la végétation rivulaire sur la température de l'eau pendant les conditions de faible débit dans une rivière de taille moyenne

¹ Institute of Soil Bioengineering and Landscape Construction, Department of Civil Engineering and Natural Hazards, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, Peter Jordan-Strasse 82, Vienna 1190, Austria
² Institute of Meteorology, Department of Water, Atmosphere and Environment, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, Gregor Mendel Strasse 33, Vienna 1180, Austria
³ Institute of Hydrobiology and Aquatic Ecosystem Management, Department of Water, Atmosphere and Environment, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, Gregor Mendel Strasse 33, Vienna 1180, Austria
⁴ Institute of Applied Statistics and Computing, Department of Landscape, Spatial and Infrastructure Science, University of Natural Resources and Life Sciences Vienna, Peter Jordan-Strasse 82, Vienna 1190, Austria

^⁎ Corresponding author: gerda.kalny@boku.ac.at

Abstract

Stream water temperature limits the growth and survival of aquatic organisms; whereby riparian shading plays a key role in inhibiting river warming. This study explains the effects of riparian shading on summer water temperatures at a pre-alpine Austrian river, during heatwave and non-heatwave periods at low flow conditions. A vegetation-shading index was introduced for the quantification of riparian vegetation effects on water temperature. For maximum water temperatures, a downstream warming of 3.9 °C was observed in unshaded areas, followed by a downstream cooling of 3.5 °C in shaded reaches. Water temperature directly responded to air temperature and cloudiness. For an air temperature change of 2 °C we modelled a water temperature change of 1.3 °C for unshaded reaches, but lower changes for intensively shaded reaches. Similar daily variations at shaded reaches were up to 4 °C lower than unshaded ones. This study gives clear evidence that for a medium-sized pre-alpine river, restoration practices should consider that discontinuity of riparian vegetation should be less than 6000 m; with more than 40% dense vegetation in order to minimize water temperature increases due to unshaded conditions.

Résumé

La température de l'eau d'une rivière limite la croissance et la survie des organismes aquatiques ; de ce fait l'ombrage rivulaire joue un rôle clé dans la limitation du réchauffement des rivières. Cette étude analyse les effets de l'ombrage rivulaire sur les températures estivales de l'eau dans une rivière autrichienne préalpine, pendant les périodes de canicule et de non-canicule à faible débit. Un indice d'ombrage de la végétation a été introduit pour la quantification des effets de la végétation rivulaire sur la température de l'eau. Pour les températures maximales de l'eau, un réchauffement en aval de 3,9 °C a été observé dans les zones non ombragées, suivi d'un refroidissement en aval de 3,5 °C dans les zones ombragées. La température de l'eau a répondu directement à la température de l'air et à la nébulosité. Pour un changement de température de l'air de 2 °C, nous avons modélisé un changement de température de l'eau de 1,3 °C pour les zones non ombragées, mais des changements plus faibles pour les niveaux intensivement ombragés. Des variations quotidiennes semblables dans des zones ombragées étaient jusqu'à 4 °C inférieures à celles non ombragées. Cette étude montre clairement que pour une rivière préalpine de taille moyenne, les pratiques de restauration devraient considérer que la discontinuité de la végétation riveraine doit être inférieure à 6 000 m, avec plus de 40 % de végétation dense afin de minimiser les augmentations de température de l'eau dues aux conditions non ombragées.