Assessment of the springflow and instream fl ow requirements of the fountain darter in Comal and San Marcos springs, Texas

Authors: Connor, PJ1, Hardy, TB2, Bartsch, NR2

Year: 2001 (xxxiii)

Abstract

Comal and San Marcos springs are among the largest springs in the southwestern U.S. Their source, the Edwards aquifer (Balcones Fault Zone), currently is the sole water supply for more than 1.3 million people. Groundwater withdrawals in south central Texas impact these springs’ flow regimes. We investigated the physical, chemical, and biological characteristics of these spring-depen dent systems, targeting the fountain darter, Etheostoma fonticola. Our assessment tool integrates: (a) 3-dimensional “morphometric” surveys of the Comal and upper San Marcos rivers; (b) aquatic plant coverage; (c) 2-dimensional finite-element hy draulic modeling; (d) vegetation-specific vertical velocity profile modeling; (e) temperature modeling; and (f) an analysis module that uses component model outputs and fountain darter habitat functions to estimate flow-dependent quantity and quality of habitats with respect to depth, velocity, and temperature. Aquatic vegetation, an essential fountain darter habitat component, was incorporated into the hydraulic modeling. Our efforts also enabled an evaluation of the effect of different flow partitions where channels split on fountain darter habitats. Water quality modeling and GIS-based analys is were used to determine habitat quantity and quality for a given flow. Velocities and depths as well as temperatures and static vegetation distributions (fountain darter only) were evaluated at a range of low to medium flows in both systems. Weighted usable habitat area was calculated based on weighting factors for these variables. Modeling results showed the quantity, quality, and spatial distribution of habitats under a range of spring discharges. Temperature was a limitation to fountain darter habitats in both systems. An important but less understood relationship is the likely negative impact of lower discharges on macrophytes in general.

Resumen

Evaluación de requerimientos de flujos de manantial y de canales para la perca de manantial en Comal y San Marcos, Texas Los manantiales Comal y San Marcos son de los más grandes en el suroeste de los EUA. Su origen, el acuífero Edwards (Zona de la Falla Balcones), es hoy en día la única fuente de suministro de agua para más de 1.3 millones de personas. La remoción de agua sub-superficial en el sur-centro de Texas ejerce un impacto en los regímenes de flujo de estos manantiales. Investigamos las caracteristicas físicas , químicas y biológicas de estos sistemas dependientes de manantial, enfocándonos en la perca de manantial, Etheostoma fonticola. Nuestra herramienta de evaluación integra: a) levantamientos “morfométricos” tri-dimensionales del Río Comal y parte alta del Río San Marcos; b) cobertura de vegetación acuática; c) modelos hidráulicos bi-dimensiona les de elementos finitos; d) modelación del perfil de velocidad vertical para vegetación específica; e) modelación de temperat ura; y f) un módulo de análisis que utiliza salidas de modelo de componentes y funciones de hábitat de dicha especie para estimar la calidad y cantidad de hábitats dependientes del flujo con respecto a profundidad, velocidad y temperatura. En los modelos hidráulicos se incluyó la vegetación acuática, componente primordial del hábitat de la perca de manantial. Nuestros trabajos también facilitaron la evaluación del efecto de diferentes flujos do nde los canales se dividen en hábitats de la mencionada perca. Se utilizaron modelos de calidad de agua y SIG para determinar la cantidad y calidad de hábitat para un determinado flujo. Se evaluaron las velocidades y profundidades, así como las temperaturas y distribuciones de vegetación estática (sólo para la perca de manantial), para un rango de flujo de agua de bajo a medio en ambos sistemas. Utilizando factores de ponderación para estas variables, se realizó una estimación ponderada del área utilizable. Los resultados de los modelos mostraron la cantid ad, calidad y distribución espacial de hábitat esperada, con base en un cierto rango de las descargas de manantial. Se encontró que en ambos sistemas la temperatura es un factor limitante para el hábitat de la perca de manantial. Otra relación importante, aunque menos clara, es el probable impacto negativo de descargas menores de agua sobre las macrófitas en general.