El término régimen hidrológico se refiere a todas las variaciones en el estado y características de una formación acuática, que se repiten regularmente en el tiempo y el espacio y pasan por variaciones cíclicas, por ejemplo, estacionales (definición del Glosario Internacional de Hidrología). Los regímenes hidrológicos básicos de los ríos son el régimen glaciar , el régimen de nieve y el régimen pluvial , llamado así por el origen del agua: hielo , nieve o lluvia .
El paradigma del régimen de caudales naturales es el enfoque correcto para determinar la influencia de la hidrología de la estructura y funcionamiento de los cursos de agua y humedales asociados. Se opone al enfoque ingenuo que consiste en prestar atención solo a los caudales medios y extremos. El fracaso del proyecto inicial de restauración de los Everglades también demostró la importancia fundamental de la variabilidad del flujo estacional e interanual.
Los dos principios básicos de la ecología de arroyos son:
El primer principio se deriva de la complejidad de los entornos naturales. Los arroyos se derivan fundamentalmente de la precipitación, pero el flujo en un punto y en un momento dado es una combinación del flujo aguas arriba, la escorrentía superficial e hipodérmica , así como la posible contribución del nivel freático . El clima , la geología , la topografía , la naturaleza de los suelos y la vegetación influirán en el curso del agua, por lo que es poco probable que dos ríos tengan el mismo hidrograma . La particularidad del régimen hidrológico se deriva del de los biotopos: el agua transporta y deposita materiales sedimentarios y orgánicos, creando diversos hábitats, que están en constante evolución. Las especies se han adaptado al mosaico de estos hábitats, lo que les permite sobrevivir a eventos extremos.
Desde un punto de vista evolutivo, el régimen hidrológico juega un papel importante en el éxito de una especie en un entorno determinado. Constituye la base misma del ciclo de vida de la biocenosis. El ejemplo más llamativo es sin duda el caso de los peces migratorios , cuyo crecimiento, reproducción y movimientos están ligados a los regímenes hidrológicos particulares de los ríos que frecuentan. Así, los salmones chinos ( Oncorhynchus tshwaytsha ) son en promedio más grandes que los del Pacífico, lo que les permite excavar los sedimentos para crear una bolsa de huevos adaptada a los ríos chinos, generalmente poderosa: su tamaño disminuye sin embargo en los ríos más tranquilos. Por tanto, una misma especie de salmón tendrá características totalmente diferentes de un río a otro, tanto desde el punto de vista morfológico como de comportamiento: en Alaska , el salmón coho ( Oncorhynchus kisutch ) comienza su migración con las lluvias de otoño, en septiembre-octubre, mientras que en Oregon el inicio de las lluvias y la salida de las mismas especies se retrasan hasta noviembre.
El segundo principio se ha demostrado empíricamente al observar los cambios inducidos por la construcción de represas en todo el mundo. El control de los cursos de agua ha ido acompañado de una modificación de las condiciones físicas de los hábitats (impedimento al transporte de sedimentos, control de inundaciones) y una disminución de la biodiversidad. Los peces migratorios han desaparecido de ríos desarrollados para la navegación como el Ródano , en Francia. La eliminación de gran parte de la variabilidad hidrológica ha hecho perder ventaja a determinadas especies, que han sido sustituidas por especies autóctonas que se han convertido en dominantes, o por invasores, como los jussies del Hérault . El régimen hidrológico también influye en la distribución y abundancia de individuos. La disponibilidad de alimentos (restos vegetales) y la dispersión de semillas están, de hecho, limitadas por su transporte. Por otro lado, ciertos hábitats solo sobreviven gracias a la variabilidad hidrológica: los pozos de grava , por ejemplo, que las inundaciones preservan de la obstrucción por la fracción fina de sedimento. Finalmente, las inundaciones mantienen los niveles freáticos adyacentes y el contenido de agua de los suelos al nivel necesario para la germinación y crecimiento de ciertas plantas: los sauces y los álamos, por ejemplo, necesitan mantener sus raíces en un suelo saturado de agua, especialmente las plantas jóvenes. Esta es la razón por la que a menudo se encuentran grupos de árboles de la misma edad en las partes más altas del lecho principal : solo los árboles que crecieron durante un año de grandes inundaciones pudieron sobrevivir.
Los cambios en el régimen hidrológico afectan el equilibrio entre el movimiento del agua y el de los sedimentos. Establecer un nuevo equilibrio dinámico entre el lecho del arroyo y su llanura aluvial es un proceso lento, que puede llevar decenas o incluso cientos de años. En algunos casos, ni siquiera se alcanza y el ecosistema permanece en un estado de perpetua "convalecencia". Cada vez hay más ejemplos extremos de ríos que han perdido virtualmente todas sus funciones naturales ( Colorado , Ganges , Río Amarillo , etc.)
Las alteraciones antropogénicas directas del régimen natural se deben principalmente al exceso de bombeo en ríos, para agricultura o abastecimiento de agua , drenaje de humedales y la construcción de presas destinadas a prevención de inundaciones, riego, generación de energía, navegación y recreación. Las consecuencias de estos desarrollos son variables: si los efectos son insignificantes por debajo de un umbral de perturbación específico de cada río, pueden ser dramáticos más allá, en particular para peces e invertebrados cuyos huevos y larvas dependen estrechamente de la sedimentación. La perturbación debida a la presa es tanto una perturbación global, que afecta a toda la parte aguas abajo del curso de agua, como local: las variaciones de caudal a corto plazo en las centrales hidroeléctricas no tienen parangón en la naturaleza y representan, por lo tanto, un estrés particularmente violento para los ecosistemas.
La captura de inundaciones puede llevar al aislamiento de ciertos hábitats: hablamos de pérdida de conectividad . Las llanuras aluviales sirven de refugio a determinadas especies, que luego se ven privadas de ellas. Diferentes modelos han demostrado que la productividad pesquera de un curso de agua está directamente relacionada con las áreas mínima y máxima de los humedales. Los diques y otros diques de tierra agravan la pérdida de conectividad lateral y, a menudo, tienen el efecto de alterar la profundidad del lecho y la velocidad de las corrientes.
La respuesta ecológica es específica de cada curso de agua. Una misma actividad humana puede tener, en dos lugares diferentes, consecuencias ecológicas o magnitudes diferentes. El impacto de la alteración dependerá de su influencia en el curso de agua: algunas áreas pueden verse menos afectadas que otras y sirven de refugio a las especies nativas contra los invasores. La meteorización afecta tanto al arroyo mismo como al bosque ribereño . La desaparición de una especie o un hábitat puede dar lugar a una cascada de consecuencias a través del juego de interdependencias y redes tróficas , lo que explica la brutalidad de las respuestas ecológicas más allá de los umbrales de alteración del régimen hidrológico tolerado por los ecosistemas.
En los bosques de ribera de los ríos regulados, la ausencia de inundaciones y la escasez de incursiones del nivel freático en las capas superficiales del suelo perturban la dinámica química y no aseguran la dispersión de sales minerales. La salinidad de los suelos puede entonces aumentar a niveles incompatibles con la presencia de ciertas plantas nativas, cuya germinación y desarrollo inhibe. Estas especies están siendo reemplazadas gradualmente por plantas más resistentes.
Los mapas raros y bocetos de Naturalistas XIX XX siglo sugiere que la extensión de los bosques de ribera ha sido menos afectado que su diversidad y densidad cambiando los regímenes hidrológicos. Un estudio sueco sobre ocho ríos mostró que el número de especies de plantas y la densidad de la cubierta disminuyeron notablemente al nivel de los embalses y las desviaciones de agua (respectivamente en un 33 y un 67-98%).
La mayoría de los efectos de la alteración del régimen hidrológico son reversibles a más o menos largo plazo. La conciencia del costo de alterar los ecosistemas en términos de biodiversidad, pero también de servicio a la sociedad (pesca, autodepuración , ocio) ha permitido diversas experiencias de restauración, respaldadas por políticas proactivas, como la Ley Nacional del Agua de Sudáfrica (1998). Sin embargo, los primeros proyectos se centraron en objetivos demasiado simplistas, como la introducción de caudales mínimos, y no tuvieron éxito. El establecimiento de prescripciones cuantitativas que puedan utilizar los gerentes es el desafío de gran parte de la investigación actual. Sin embargo, este enfoque es cuestionable porque los beneficios ecológicos de volver a una operación de referencia dependen de muchos factores. Lo esencial es, sin duda, renunciar por completo a "domesticar" los ríos y recuperar algo de su imprevisibilidad.