Putting intermittent rivers on the map : integrating non- perennial rivers and streams in the sustainable management of freshwater ecosystems
Vers l'intégration des cours d'eau non-pérennes dans la gestion durable des écosystèmes d'eau douce
Résumé
Virtually every river network on Earth includes non-perennial rivers and streams (NPRs) that periodically cease to flow or dry. The recurrence of flowing, non-flowing and dry phases that characterize NPRs uniquely supports high biodiversity and biogeochemical cycles in entire river networks. Consequently, changing these hydrological cycles can threaten the integrity of riverine ecosystems and the people that depend on them for their livelihood and culture. Despite their prevalence and importance, NPRs are largely excluded from management practices, conservation laws, and scientific research that have been tailored to perennial rivers. This bias, which stems from a historical lack of consideration for the value and distinctiveness of NPRs, is resulting in their rapid degradation. The aim of this thesis is to advance our understanding of the global prevalence and diversity of NPRs, and to improve their integration in river policy and sustainable management. Leveraging an interdisciplinary perspective integrating hydrology, ecology, geography, and data science, this thesis addresses three main objectives through four articles (Chapters 2 to 5). I) Chapter 2 and 3 provide the first robust quantitative estimate of the prevalence, distribution, and diversity of NPRs worldwide. Using a machine learning model informed by global data on hydrology, climate, geology, and land cover, Chapter 2 reveals that water ceases to flow for at least one day per year along 51%–60% of the world’s rivers by length. This finding demonstrates that non-perennial rivers and streams are the rule rather than the exception on Earth, and that they occur within all climates and biomes, and on every continent. Chapter 3 identifies nine hydrological types of NPRs globally which differ in how often, how long, when and why they stop to flow. II) Chapter 4 highlights the inadequate protection of NPRs by environmental protection laws. Through a case study of regulatory maps defining which watercourses are protected under the Water Law in France, this chapter sheds light on the socio-political factors influencing regulatory cartography, exposes the disproportionate exclusion of NPRs from regulatory frameworks, and discusses the implications of this exclusion for river network integrity. III) Chapter 5 introduces a novel conceptual and operational framework to enhance the effectiveness of flow management programs to sustain freshwater ecosystems (i.e., environmental flows) in river networks with a high prevalence of NPRs. It proposes to broaden the set of ecological processes integrated into the design, implementation, and monitoring of environmental flows with the end goal of better protecting the distinct ecological structure and dynamics of NPRs. This thesis challenges the prevailing conceptual models of river ecosystems by demonstrating the global prevalence and diversity of NPRs, and by supporting their integration into science, policy, and management frameworks. In doing so, it contributes to an ongoing paradigm shift towards an integrated view of river networks. This integrated view involves studying and managing all reaches, their floodplain, and contributing catchment as a dynamically interconnected meta-ecosystem whose components span the aquatic-terrestrial continuum.
Pratiquement tous les réseaux fluviaux de la planète comprennent des rivières et des ruisseaux non pérennes (RNP) qui cessent périodiquement de couler ou s'assèchent. Les cycles répétés de phases d’écoulement, de non-écoulement et d’assèchement qui caractérisent les RNP est un facteur clef contribuant à la grande biodiversité et cycles biogéochimiques des réseaux fluviaux. Par conséquent, la modification de ces cycles hydrologiques peut menacer l'intégrité des écosystèmes fluviaux, leur biodiversité et les populations humaines qui en dépendent pour leur subsistance et leur culture. Malgré leur prévalence et leur importance, les RNP sont souvent exclus des pratiques de gestion, des lois sur la conservation et de la recherche scientifique, qui sont basées sur le fonctionnement des rivières pérennes. Ce biais provient d’une perception négative des RPN chez les gestionnaires et le public, et d'un manque historique de considération de leurs spécificités. En conséquence, les RNP souffrent d’une mauvaise gestion chronique et se dégradent à un rythme alarmant. L'objectif de cette thèse est de faire progresser notre compréhension de la prévalence et de la diversité des RNP à l'échelle mondiale, et d'améliorer leur intégration dans les politiques publiques et dans les mesures de gestion durable de l’eau. S'appuyant sur une perspective interdisciplinaire intégrant l'hydrologie, l'écologie, la géographie, et la science des données, cette thèse aborde trois objectifs principaux en quatre articles (Chapitres 2 à 5). I) Les Chapitres 2 and 3 fournissent la première estimation quantitative robuste de la prévalence, de la distribution et de la diversité des RNP dans le monde. En utilisant un modèle de machine learning basé sur des données mondiales sur l'hydrologie, le climat, la géologie et l'occupation des sols, le Chapitre 2 révèle que l'eau cesse de couler au moins un jour par an dans 51 % à 60 % des cours d’eau du monde. Ce résultat démontre que les rivières et les ruisseaux non pérennes sont la règle plutôt que l'exception sur Terre, et qu'ils sont présents dans tous les climats et biomes, et sur tous les continents. En outre, le Chapitre 3 identifie neuf types hydrologiques de RNP à l'échelle mondiale, qui diffèrent par la fréquence, la durée, la saisonnalité et la raison de l'arrêt de l'écoulement. II) Le Chapitre 4 met en évidence la protection inadéquate des RNP dans la législation environnementale. À travers une étude de cas portant sur les cartes réglementaires définissant les cours d'eau protégés par la Loi sur L'eau en France, ce chapitre révèle une exclusion disproportionnée des RNP des cadres réglementaires, les facteurs sociopolitiques qui influencent la cartographie réglementaire et ses implications pour l'intégrité du réseau hydrographique. III) Le Chapitre 5 développe un cadre conceptuel et opérationnel pour améliorer l'efficacité des programmes de gestion des débits écologiques (e-flows) qui visent à protéger les écosystèmes d'eau douce, particulièrement dans les réseaux fluviaux avec une forte prévalence de RNP. Dans ce chapitre, je propose d'élargir le panel de processus écologiques intégrés dans la conception, la mise en oeuvre et le suivi des débits écologiques dans le but de mieux protéger la structure et la dynamique particulières des écosystèmes de RNP. En conclusion, cette thèse remet en question les modèles conceptuels dominants des écosystèmes fluviaux en démontrant la prévalence et la diversité mondiale des RNP et en promouvant leur intégration dans les cadres scientifiques, de politiques publiques et de gestion. Ce faisant, elle contribue à un changement de paradigme vers une vision intégrée des réseaux fluviaux. Ce nouveau paradigme repose sur l'étude et la gestion de tous les segments, de leur plaine d'inondation et des bassins versants qui y contribuent comme un méta-écosystème dynamiquement interconnecté dont les composants couvrent le continuum aquatique-terrestre.
Mots clés
Domaines
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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