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Effects of hydropower management on the sediment composition and metabolism of a small Alpine lake

Effets de la gestion hydroélectrique sur la composition des sédiments et le métabolisme d’un petit lac alpin

¹ Centre for Research on Watershed – Aquatic Ecosystem Interactions (RIVE), Université du Québec, Trois-Rivières, Québec, Canada jim.felix.faure@gmail.com
² Fera, Sand Hutton, York, UK
³ Newcastle University, Newcastle upon Tyne, UK
⁴ LSCE, UMR CEA-CNRS-UVSQ, Université Paris-Saclay, 91198 Gif-sur-Yvette, France
⁵ CARRTEL, INRAE, Université de Savoie Mont Blanc, Thonon-Les-Bains, France
⁶ EDF-CIH, Le Bourget-du-Lac, France
⁷ EDYTEM, CNRS, Université de Savoie Mont Blanc, Le Bourget-du-Lac, France
⁸ Univ. Autonoma de Barcelona, ITCA, 08193 Bellaterra, Barcelona, Spain

Abstract

The ecological equilibrium of water reservoirs may differ from that of natural lakes. We questioned this difference by analysing the sediments of a small oligotrophic Alpine lake, whose management was modified for hydroelectric production since 1976. Corne Lake is formed by a shallow depression connected to a deep depression. The hydropower management induced water level fluctuations (+2 m in summer; −8 m in winter) that emptied the shallow depression during the winter months and promoted the erosion of littoral soils and tributary channel sediment and the sedimentation in the deep depression. The sediment of the original lake was a low-density organic mud. The sediment composition varied according to 3 phases, which chronology is debated. During a first phase we measured an increase in the ratio of Diatom/Chrysophycea and bioavailable P, as well as a decrease in the C/N ratio and bulk radiocarbon age of the sediment, suggesting a trophic surge. A second phase was characterised by a high rate of mineral sedimentation, an increase of benthic diatom genera in the deep depression of the lake and acidophilic diatoms in the shallow depression. In the third phase covering the last upper cm of the cores, the sediment tended to return to its initial composition, but the algae community differed from its initial state. We suggest that the management of Alpine lakes as reservoirs induce long-term ecological changes in relation to water level fluctuations and littoral habitats degradation.

Résumé

L’équilibre écologique des réservoirs peut différer de celui des lacs naturels. Nous questionnons cette différence en analysant les sédiments d’un petit lac alpin oligotrophe aménagé pour la production électrique en 1976. Le lac de Corne est constitué d’une anse peu profonde connectée à une dépression profonde. L’aménagement hydro-électrique a induit des variations actuelles de niveau d’eau (+2 m en été ; −8 m en hiver) qui vident l’anse durant l’hiver et favorisent l’érosion des sols de berge et des sédiments dans le lit du tributaire et la sédimentation dans la dépression profonde. Avant l’aménagement, le sédiment du lac est une vase organique de faible densité. Son évolution suit trois phases, dont la datation est discutée. Durant une première phase, l’augmentation du ratio diatomée/chrysophycée et de la teneur en P biodisponible ainsi que la diminution du ratio C/N et de l’âge radiocarbone du sédiment suggèrent une poussée trophique. Une seconde phase est caractérisée par une forte sédimentation minérale, une augmentation des genres de diatomées benthiques dans la partie profonde du lac et des diatomées acidiphiles dans l’anse. Dans la troisième phase couvrant les derniers cm, les sédiments tendent à retourner vers leur composition géochimique initiale, mais la composition de la communauté algale demeure différente de celle observée à l’état initial. Cette étude suggère que la gestion des lacs alpins en tant que réservoirs induit des changements écologiques à long terme liés aux variations du niveau d’eau et à la dégradation des habitats littoraux.