Near-bed hydrodynamic measurements above boulders in shallow torrential streams: Implications for stream biota

摘要

The near-bed hydraulic environment inhabited by torrential stream fauna was characterized by recording velocity profiles, near-bed velocities, and local wall shear stresses over the upper surface of boulders (or stones) in a mountain stream located in eastern British Columbia. Velocity profiles regularly deviated from a semi-logarithmic shape, and were often found to be "wedge-shaped", due likely to near-bed acceleration resulting from flow constriction over the leading edge of the stones. Local bed shear stress (τ_w) measured using a Preston-static tube (PST) was generally lowest over the leading edge of the boulders, and increased over the upper surface, reaching a maximum near the rear of the stone (upstream of the point of flow separation). Local bed shear stresses measured by the PST were similar to those estimated from the law of the wall (i.e., velocity gradient method based on estimating τ_w from the slope of the regression of U on ln(z)) only at locations where velocity profiles were log-normally distributed. Where velocity profiles were wedge-shaped, the law of the wall underestimated τ_w compared to the direct measurements using the PST. The possible influences of torrential streambed geometry and relative submergence on near-bed flow parameters and the ecology of stream fauna are discussed.%L'environnement hydraulique à proximité du lit, habité par une faune de ruisseau torrentiel, a été caractérisé en enregistrant les profils bathycélérimétriques, les vélocités au lit et les contraintes locales de cisaillement le long du mur à la surface supérieure des blocs (ou des roches) dans un ruisseau montagneux de l'est de la Colombie-Britannique. Les profils bathycélérimétriques s'éloignaient régulièrement de la forme semi-logarithmique et prenaient souvent la forme d' un pic en raison, selon toute probabilité, de l'accélération près du lit laquelle découle de la constriction de l'écoulement par dessus le front avant des roches. La contrainte locale de cisaillement du lit (τ_W), mesurée en utilisant un tube de pression statique de Preston (PST), est généralement à son plus bas au-dessus du front avant des blocs et augmente sur la surface supérieure, atteignant un maximum près de l'arrière de la roche (en amont du point de séparation de l'écoulement). Les contraintes de cisaillements locales au lit mesurées par le PST sont similaires à celles estimées à partir de la loi du mur (c.-à-d. méthode du gradient de vitesse basé sur l'estimation de τ_w à partir de la pente de régression de U par rapport à ln(z)) uniquement aux endroits où les profils bathycélérimétriques suivaient une distribution log-normale. Lorsque les profils bathycélérimétriques avaient la forme d'un pic, la loi du mur sous-estimait τ_w par rapport aux mesures directes prises avec le PST. Les influences possibles de la géométrie du lit d'un ruisseau torrentiel et de la submersion relative sur les paramètres de débit au lit et l'écologie de la faune du ruisseau sont abordés.