Prescribing Flood Regimes to Sustain Riparian Ecosystems along Meandering Rivers

: The composition and structure of native riverine ecosystems are tightly linked to natural hydrologic variability. By managing river flows for water supplies and power generation, water management agencies have inadvertently caused considerable degradation of riverine ecosystems and associated biodiversity. New approaches for meeting human needs for water while conserving the ecological integrity of riverine ecosystems are greatly needed. We describe an approach for identifying the natural flooding characteristics that must be protected or restored to maintain riparian ( floodplain) ecosystems along meandering rivers. We developed a computer model to simulate flood-driven changes in the relative abundance of riparian patch types along the Yampa River in Colorado ( U.S.A.). The model is based on research suggesting that the duration of flooding at or above 209 m3 per second (125% of bankfull discharge) is particularly important in driving lateral channel migration, which is responsible for initiating ecological succession in the Yampa's riparian forest. Other hydrologic variables, such as the magnitude of annual peak flows, were not as strongly correlated with lateral channel migration rates. Model simulations enabled us to tentatively identify a threshold of alteration of flood duration that could lead to substantial changes in the abundance of forest patch types over time should river flows be regulated by future water projects. Based on this analysis, we suggest an ecologically compatible water management approach that avoids crossing flood alteration thresholds and provides opportunity to use a portion of flood waters for human purposes. Recommended improvements to the Yampa model include obtaining additional low-elevation aerial photographs of the river corridor to enable better estimation of channel migration rates and vegetation changes. These additional data should greatly improve the model's accuracy and predictive capabilities and therefore its management value. Resumen: La composicion y estructura de ecosistemas riberenos estan fuertemente ligadas a la variabilidad hidrologica natural. Al manejar el flujo de rios para abastecer agua y generar energia, las agencias de manejo de agua han causado inadvertidamente una degradacion considerable de los ecosistemas riberenos y la biodiversidad asociada a ellos. Se necesitan nuevas estrategias para satisfacer las necesidades humanas de agua al mismo tiempo que se conserva la integridad de los ecosistemas riberenos. Describimos una estrategia para identificar las caracteristicas de inundaciones naturales que deben ser protegidas o restauradas para mantener ecosistemas riparios ( planicies de inundacion) a lo largo de rios sinuosos. Desarrollamos un modelo de computadora para simular los cambios causados por inundaciones en la abundancia relativa de tipos de parche ripario a lo largo del rio Yampa, en Colorado ( Estados Unidos de Norteamerica). Este modelo se basa en investigacion que sugiere que la duracion de la inundacion a, o mayor a, 209 m3 por segundo (125% de descarga del banco lleno a su capacidad) es particularmente importante en la conduccion de la migracion de canales laterales, lo cual es responsable de la iniciacion de la sucesion ecologica en el bosque ripario del rio Yampa. Otras variables hidrologicas, como lo es la magnitud del pico de los flujos anuales no estuvieron tan fuertemente correlacionadas con las tasas de migracion lateral de canales. Las simulaciones del modelo nos permitieron identificar limites tentativos de alteracion de la duracion de la inundacion que podrian conducir a cambios sustanciales en la abundancia de tipos de parches forestales en el tiempo si los flujos de los rios son regulados en proyectos de agua futuros. En base a este analisis, sugerimos una estrategia de manejo de agua ecologicamente compatible que evita sobrepasar los limites de alteracion de las inundaciones y provee la oportunidad de usar una porcion del agua de las inundaciones para fines humanos. Las recomendaciones de mejoras al modelo del rio Yampa incluyen la necesidad de obtener fotografias aereas de baja elevacion adicionales del corredor del rio, que permitan una mejor estimacion de las tasas de migracion de los canales y los cambios en la vegetacion. Estos datos adicionales deberan mejorar en gran medida la precision del modelo y sus capacidades predictivas y, por lo tanto, su valor de manejo.