The Flood Pulse Concept in River—Floodplain Systems
Wolfgang J. Junk
Max Planck Institut für Limnologie, August Thienemann Strasse 2,
Post fach 165, D-2320 Pion, West Germany
Peter B. Bayley and Richard E. Sparks
Illinois Natural History Survey, 607 E. Peabody Dr., Champaign, IL 61820, USA
Abstract
JUNK, W. J., P. B. BAYLEY, AND R. E. SPARKS, 1989. The flood pulse concept in river-floodplain
systems, p. 110-127. In D. P. Dodge [ed.] Proceedings of the International Large River
Symposium. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci. 106.
The principal driving force responsible for the existence, productivity, and interactions of the major biota in river—floodplain systems is the flood pulse. A spectrum of geomorphological and hydrological conditions produces flood pulses, which range from unpredictable to predictable and from short to long duration. Short and generally unpredictable pulses occur in low-order streams or heavily modified systems with floodplains that have been leveed and drained by man. Because low-order stream pulses are brief and unpredictable, organisms have limited adaptations for directly utilizing the aquatic/terrestrial transition zone (ATTZ), although aquatic organisms benefit indirectly from transport of resources into the lotic
environment. Conversely, a predictable pulse of long duration engenders organismic • adaptations and strategies that efficiently utilize attributes of the ATTZ. This pulse is coupled with a dynamic edge effect, which extends a "moving littoral" throughout the ATTZ. The moving littoral prevents prolonged stagnation and allows rapid recycling of organic matter and nutrients, thereby resulting in high productivity. Primary production associated with the ATTZ is much higher than that of permanent water bodies in unmodified systems. Fish yields and production are strongly related to the extent of accessible floodplain, whereas the main river is used as a migration route by most of the fishes. In temperate regions, light and/or temperature variations may modify the effects of the pulse, and anthropogenic influences on the flood pulse or floodplain frequently limit production. A local floodplain,
however, can develop by sedimentation in a river stretch modified by a low head dam. Borders of slowly flowing rivers turn into floodplain habitats, becoming separated from the main channel by levées. The flood pulse is a "batch" process and is distinct from concepts that emphasize the continuous processes in flowing water environments, such as the river continuum concept. Flooclplains are distinct because they do not depend on upstream processing inefficiencies of organic matter, although their nutrient pool is influenced by periodic lateral exchange of water and sediments with the main channel. The pulse
concept is distinct because the position of a floodplain within the river network is not a primary determinant of the processes that occur. The pulse concept requires an approach other than the traditional limnological paradigms used in lotic or lentic systems.
Résumé
JUNK, W. J., P. B. BAYLEY, AND R. E. SPARKS. 1989. The flood pulse concept in river-floodplain
systems, p. 110-127. In D. P. Dodge [cd.] Proceedings of the International Large River
Symposium. Can. Spec. Publ. Fish. Aquat. Sci . 106.
Les inondations occasionnées par la crue des eaux dans les systèmes cours d'eau-plaines inondables constituent le principal facteur qui détermine la nature et la productivité du biote dominant de même que les interactions existant entre les organismes biotiques et entre ceux-ci et leur environnement. Ces crues passagères, dont la durée et la prévisibilité sont variables, sont produites par un ensemble de facteurs géomorphologiques et hydrologiques. Les crues de courte durée, généralement imprévisibles, surviennent dans les réseaux hydrographiques peu ramifiées ou dans les réseaux qui ont connu des transformations
importantes suite à l'endiguement et au drainage des plaines inondables par l'homme. Comme les crues survenant dans les réseaux hydrographiques d'ordre inférieur sont brèves et imprévisibles, les adaptations des organismes vivants sont limitées en ce qui a trait à l'exploitation des ressources de la zone de transition existant entre le milieu aquatique et le milieu terrestre (ATTZ), bien que les organismes aquatiques profitent indirectement des éléments transportés dans le milieu lotique. Inversement, une crue prévisible de longue durée favorise le développement d'adaptations et de stratégies qui permettent aux organismes d'exploiter efficacement 1 'ATTZ. Une telle crue s'accompagne d'un effet de bordure dynamique qui fait en sorte que l'ATTZ devient un « littoral mobile'<. Dans ces circonstances, il n'y a pas de stagnation prolongée et le recyclage de la matière organique et des substances nutritives se fait rapidement, ce qui donne lieu à une productivité élevée. La production primaire dans l'ATTZ est beaucoup plus élevée que celle des masses d'eau permanentes dans les réseaux hydrographiques non modifiés. Le rendement et la production de poissons sont étroitement reliés à l'étendue de la plaine inondable, tandis que le cours normal de la rivière est utilisé comme voie de migration par la plupart des poissons.
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