Con il termine regime idrologico si designano tutte le variazioni dello stato e delle caratteristiche di una formazione acquatica, che si ripetono regolarmente nel tempo e nello spazio e attraversano variazioni cicliche, ad esempio stagionali (definizione di International Glossary of Hydrology). I regimi idrologici di base dei fiumi sono il regime glaciale , il regime nevoso e il regime pluviale , così chiamato dall'origine dell'acqua: ghiaccio , neve o pioggia .
Il paradigma del regime di flusso naturale è l'approccio corretto per determinare l'influenza dell'idrologia della struttura e del funzionamento dei corsi d'acqua e delle zone umide associate. Si oppone all'approccio ingenuo che consiste nel prestare attenzione solo alle portate medie ed estreme. Il fallimento del progetto iniziale di ripristino delle Everglades ha anche dimostrato l'importanza fondamentale della variabilità del flusso stagionale e interannuale.
I due principi di base dell'ecologia dei flussi sono:
Il primo principio nasce dalla complessità degli ambienti naturali. I corsi d'acqua sono fondamentalmente derivati dalle precipitazioni, ma il flusso in un punto e in un dato momento è una combinazione del flusso a monte, del deflusso superficiale e ipodermico , nonché del possibile contributo della falda freatica . Il clima , la geologia , la topografia , la natura del suolo e la vegetazione influenzeranno il corso dell'acqua, per cui è improbabile che due fiumi abbiano lo stesso idrogramma . La particolarità del regime idrologico deriva da quella dei biotopi: l'acqua trasporta e deposita materiali sedimentari e organici, creando diversi habitat, in continua evoluzione. Le specie si sono adattate al mosaico di questi habitat, che consente loro di sopravvivere a eventi estremi.
Da un punto di vista evolutivo, il regime idrologico gioca un ruolo importante nel successo di una specie in un dato ambiente. Costituisce il fondamento stesso del ciclo di vita della biocenosi. L'esempio più eclatante è senza dubbio il caso dei pesci migratori , la cui crescita, riproduzione e movimenti sono legati ai particolari regimi idrologici dei fiumi che frequentano. Così, i salmoni cinesi ( Oncorhynchus tshwaytsha ) sono mediamente più grandi di quelli del Pacifico, il che consente loro di scavare i sedimenti in modo da creare una tasca per le uova adatta ai fiumi cinesi, generalmente potenti: la loro dimensione diminuisce però nei fiumi più calmi . La stessa specie di salmone avrà quindi caratteristiche totalmente diverse da un fiume all'altro, sia morfologicamente che comportamentali: in Alaska , il salmone coho ( Oncorhynchus kisutch ) inizia la sua migrazione con le piogge autunnali, a settembre-ottobre, mentre in Oregon l'inizio di piogge e la partenza delle stesse specie è ritardata fino a novembre.
Il secondo principio è stato dimostrato empiricamente osservando i cambiamenti indotti dalla costruzione di dighe in tutto il mondo. Il controllo dei corsi d'acqua è stato accompagnato da una modifica delle condizioni fisiche degli habitat (ostacolo al trasporto dei sedimenti, controllo delle piene) e da una diminuzione della biodiversità. I pesci migratori sono scomparsi dai fiumi sviluppati per la navigazione come il Rodano , in Francia. L'eliminazione di gran parte della variabilità idrologica ha alcune specie perdono il loro vantaggio, che sono stati sostituiti da specie native che sono diventate dominanti, o di invasori, come jussies in Hérault . Il regime idrologico influenza anche la distribuzione e l'abbondanza degli individui. La disponibilità di cibo (detriti vegetali) e la dispersione dei semi sono infatti limitati dal loro trasporto. Alcuni habitat, invece, sopravvivono solo grazie alla variabilità idrologica: le cave di ghiaia , ad esempio, che le alluvioni preservano dall'intasamento da parte della frazione fine dei sedimenti. Infine, le inondazioni mantengono le falde acquifere adiacenti e il contenuto idrico dei suoli al livello necessario per la germinazione e la crescita di alcune piante: salici e pioppi, ad esempio, hanno bisogno di mantenere le radici in terreni saturi d'acqua, soprattutto piante giovani. Per questo motivo si trovano spesso gruppi di alberi della stessa età nelle parti più alte dell'alveo maggiore : solo gli alberi cresciuti durante un anno di grande alluvione sono riusciti a sopravvivere.
Le variazioni del regime idrologico influiscono sull'equilibrio tra il movimento dell'acqua e quello dei sedimenti. Stabilire un nuovo equilibrio dinamico tra il letto del torrente e la sua pianura alluvionale è un processo lento, che può richiedere decine o addirittura centinaia di anni. In alcuni casi non viene nemmeno mai raggiunto e l' ecosistema rimane in uno stato di perenne "convalescenza". Ci sono esempi sempre più estremi di fiumi che hanno praticamente perso tutte le loro funzioni naturali ( Colorado , Gange , Fiume Giallo , ecc.)
Le alterazioni antropiche dirette del regime naturale sono dovute principalmente all'eccesso di pompaggio nei fiumi, per l'agricoltura o l' approvvigionamento idrico , il drenaggio delle zone umide e la costruzione di dighe destinate alla prevenzione delle inondazioni, all'approvvigionamento idrico, all'irrigazione, alla produzione di energia, alla navigazione e al tempo libero. Le conseguenze di questi sviluppi sono variabili: se gli effetti sono trascurabili al di sotto di una soglia di disturbo specifica per ciascun fiume, possono essere drammatici al di là, in particolare per i pesci e gli invertebrati le cui uova e larve dipendono strettamente dalla sedimentazione. La perturbazione dovuta alla diga è sia una perturbazione globale, che interessa tutta la parte a valle del corso d'acqua, sia locale: le variazioni di portata a breve termine presso le centrali idroelettriche non hanno eguali in natura e rappresentano quindi uno stress particolarmente violento per gli ecosistemi.
La cattura delle alluvioni può portare all'isolamento di determinati habitat: si parla di perdita di connettività . Le pianure alluvionali fungono da rifugio per alcune specie, che ne vengono poi private. Diversi modelli hanno dimostrato che la produttività ittica di un corso d'acqua è direttamente collegata alle aree minime e massime delle zone umide. Dighe e altri rilevati di terra aggravano la perdita di connettività laterale e spesso hanno l'effetto di alterare la profondità del letto e la velocità delle correnti.
La risposta ecologica è specifica per ogni corso d'acqua. La stessa attività umana può avere, in due luoghi diversi, conseguenze ecologiche o diverse grandezze. L'impatto dell'alterazione dipenderà dalla sua influenza sul corso d'acqua: alcune aree potrebbero essere meno colpite di altre e servire da rifugio per le specie autoctone contro gli invasori. Gli agenti atmosferici interessano sia il torrente stesso che la foresta ripariale . La scomparsa di una specie o di un habitat può provocare una cascata di conseguenze attraverso il gioco di interdipendenze e reti trofiche , il che spiega la brutalità delle risposte ecologiche oltre le soglie di alterazione del regime idrologico tollerato dagli ecosistemi.
Nelle foreste ripariali dei fiumi regolati, l'assenza di piene e la scarsità di incursioni di falda negli strati superficiali del suolo disturbano le dinamiche chimiche e non assicurano la dispersione dei sali minerali. La salinità dei suoli può quindi aumentare a livelli incompatibili con la presenza di alcune piante autoctone, di cui inibisce la germinazione e lo sviluppo. Queste specie vengono gradualmente sostituite da piante più resistenti.
Le mappe rare e schizzi di naturalisti XIX ° secolo, suggerisce che l'estensione delle foreste ripariali è stato meno colpite rispetto della loro diversità e la densità cambiando regimi idrologici. Uno studio svedese su otto fiumi ha mostrato che il numero di specie vegetali e la densità della copertura sono diminuiti significativamente a livello di bacini idrici e deviazioni (rispettivamente del 33 e 67-98%).
La maggior parte degli effetti dell'alterazione del regime idrologico sono reversibili a più o meno lungo termine. La consapevolezza del costo dell'alterazione degli ecosistemi in termini di biodiversità, ma anche di servizio alla società (pesca, autodepurazione , tempo libero) ha consentito diverse esperienze di ripristino, supportate da politiche proattive, come il South African National Water Act (1998). I primi progetti, invece, puntavano su obiettivi troppo semplicistici, come l'introduzione di portate minime, e non ebbero successo. L'istituzione di prescrizioni quantitative che possono essere utilizzate dai manager è la sfida di molte ricerche attuali. Questo approccio è tuttavia discutibile perché i benefici ecologici di un ritorno a un'operazione di riferimento dipendono da molti fattori. L'essenziale è senza dubbio rinunciare completamente a "domare" i fiumi e ripristinare parte della loro imprevedibilità.