Physical controls on summer thermal refuges for salmonids in two gravel-cobble salmon rivers with contrasting thermal regimes: the Ouelle and Ste. Marguerite rivers

Salmon and trout respond to river temperature fluctuations by moving into cooler areas when main-stem temperatures exceed their upper tolerance limits. In a climate warming context, these areas are increasingly recognized as an important aspect of stream habitat especially for cold water fish such as salmonids, because they can act as thermal refuges during summer months. This thesis aims firstly to examine the physical processes that underlie the formation of various types of cold water anomalies in a river setting, and secondly, to determine which anomaly types are being used as refuges by salmonids in hot weather. Two main refuge forming processes are investigated, this in two Quebec salmon rivers. These are 1) thermal plume formation from cool tributaries inflowing into warm main-stem reaches, and 2) vertical thermal stratification, with cooler water below warmer surface water. The dynamics of thermal refuges thus formed are characterized using environmental monitoring techniques, with various morphometric and physicochemical measurements describing the variability of existing conditions within these refuges. Visual fish surveys are also carried out in an event of moderate heat stress, to document the use by salmonids of cold, thermally stratified anomalies. A simple hydrodynamic modelling tool is used to determine how the local morphology and hydraulics of a confluence zone can influence the size and geometry of tributary-sourced thermal refuges; this tool is then coupled with data on future regional climate scenarios, to assess how climate change might affect a typical tributary plume refuge. Finally, select statistical methods are combined to determine the morpho-hydraulic characteristics that are associated with thermal stratification in the systems under study, as well as the habitat conditions that are preferably selected by salmonids when they are seeking refuge.Le saumon et la truite répondent aux fluctuations de température des rivières en se déplaçant vers des zones fraîches lorsque les températures du chenal principal dépassent leurs seuils supérieurs de tolérance. Dans le contexte du réchauffement climatique, ces zones sont de plus en plus reconnues comme constituant un aspect important de l'habitat fluvial, surtout pour les poissons d'eau froide tels que les salmonidés, puisqu'elles peuvent agir comme refuges thermiques durant les mois d'été. La présente thèse a d'une part pour objectif d'examiner les processus physiques menant à la formation d'anomalies thermiques froides en rivière, et d'autre part, de déterminer quels types d'anomalies sont utilisés par les salmonidés par temps chaud. Deux principaux processus sont ciblés, et ce pour deux rivières à saumon du Québec. Ces processus sont 1) la formation de panaches thermiques issus de la confluence de tributaires froids avec le chenal principal, et 2) la stratification thermique verticale, avec eau plus froide demeurant sous la surface. Des techniques de surveillance environnementale sont employées pour caractériser la dynamique des refuges thermiques ainsi formés, et des mesures tant morphométriques que physicochimiques sont effectuées, afin de dresser un portrait de la variabilité des conditions existantes au sein de ces refuges. Des relevés visuels sont réalisés lors d'un événement de stress thermique modéré, dans le but de documenter l'utilisation par les salmonidés de refuges froids stratifiés. Un outil simple de modélisation hydrodynamique est utilisé pour déterminer comment la morphologie et l'hydraulique locale d'une zone de confluence peuvent influencer la taille et la géométrie des refuges issus de tributaires froids; cet outil est aussi couplé à des données de scénarios climatiques futurs, afin d'évaluer comment le changement climatique pourrait affecter un refuge thermique typique. Enfin, des méthodes statistiques sont combinées pour déterminer les facteurs morpho-hydrauliques qui sont associés à la présence de stratification thermique au sein des systèmes à l'étude, ainsi que les conditions de l'habitat qui sont sélectionnées de préférence par les salmonidés lorsqu'ils cherchent refuge