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Channel topography, formed by boulders, submerged bars, and meanders, creates complex flow patterns. These flow patterns exist over a variety of spatial scales and provide habitat for many aquatic organisms. Spatial flow features cannot be adequately characterized with qualitative descriptions or hydraulic metrics such as depth and velocity. Two-dimensional hydraulic model simulations, based on detailed channel geometry, are used to develop and test vorticity (a point metric) and a circulation-based metric (an area metric) as means of quantifying spatial flows occurring within micro-, meso-, and macro-habitat features. The proposed spatial metrics are computed throughout distinctly different regions of a study site. The vorticity metric produces small absolute values in uniform flows and large absolute values in complex flows. Circulation metric values varied by a factor of 11.7 within distinctly different regions of the modeled study site and suggest that the metric provides a means of quantifying flow complexity within a study reach or within individual mesoscale habitats such as pools, eddies, riffles, and transverse flows. The circulation metric is used to quantify flow complexity around three brown trout (Salmo trutta) redds to provide an example of how the proposed metric might be employed in habitat studies.Résumé : La topographie d'un chenal formé de blocs de pierre, de barres submergées et de méandres crée des patterns d'écoulement complexes qui existent à différentes échelles spatiales et qui fournissent des habitats à de nombreux organismes aquatiques. Les caractéristiques spatiales de l'écoulement ne peuvent être adéquatement représentées par des descriptions qualitatives ou des métriques hydrauliques, telles que la profondeur et la vitesse du courant. Des modèles de simulation bidimensionnels, basés sur la géométrie détaillée des chenaux, permettent de développer et de tester la vorticité (une métrique ponctuelle), ainsi qu'une métrique basée sur la circulation (une métrique de surface) dans le but de quantifier les écoulements spatiaux qui existent dans les structures des micro-, méso-et macro-habitats. Les métri-ques spatiales proposées ont pu être calculées à divers sites très distincts du milieu d'étude. La métrique de vorticité prend des valeurs absolues basses dans les écoulements uniformes et de fortes valeurs absolues dans les écoulements complexes. Les valeurs de la métrique de circulation peuvent varier par un facteur de 11,7 d'une région à l'autre du site d'étude, ce qui démontre que cette métrique permet de quantifier la complexité de l'écoulement dans une section de cours d'eau ou alors entre des méso-habitats individuels, tels que des profonds, des tourbillons, des rapides et des écoulements transversaux. La métrique de circulation a servi à quantifier la complexité de l'écoulement autour de trois frayères de truites brunes (Salmo trutta), illustrant ainsi comment elle peut être utilisée dans les études d'habitats.[Traduit par la Rédaction] Crowder and Diplas 645

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Flow complexity plays an important role in stream ecology. Yet, a paucity of research exists with regard to quantifying flow complexity and relating it to the habitats that aquatic organisms utilize. Here we provide a generalized example of how twodimensional (2-D) numerical hydraulic models and spatial hydraulic metrics can be used to simulate and quantify biologically important flow patterns within streams. A detailed topographic survey, incorporating meso-scale topographic features (e.g. exposed boulders and bedrock outcrops) is performed for a small urbanized stream. The 2-D hydraulic model RMA2 is then used to model the flow conditions within the stream reach. Model results demonstrate that the meso-scale topographic features create highly complex flow patterns of potential biological importance. Recently developed spatial hydraulic metrics, based on hydraulic engineering principles (vorticity, circulation and kinetic energy gradients), are then used to quantify the various types of flow complexity found within the stream reach. In particular, spatial hydraulic metrics are used to quantify the stream reach's overall flow complexity and the flow complexity surrounding three chub mounds. A method for uniquely characterizing circulation zones is then developed and applied to five circulation zones within the study reach. The principles used in performing this study's topographic survey, spatial explicit hydraulic modelling and spatial hydraulic analyses, form a general framework for quantifying flow complexity in any stream. The ways in which using hydraulic models and spatial hydraulic metrics can help establish better habitat suitability criteria and design best management practices for use in stream and catchment area restoration projects is discussed.

Localized energy gradients and velocity shelters created by boulders, bars, and channel banks are often essential components of aquatic habitat. Two-dimensional hydraulic models have the potential to predict the amounts and locations of such spatially varying flow patterns. However, little effort has been devoted to reproducing these flow features and developing spatial habitat metrics to describe and differentiate between various types of flow patterns. Twodimensional numerical simulations, based on actual channel geometry, are used here to model a variety of flow patterns encountered in natural streams. The simulation results are used to develop spatial habitat metrics that quantify local velocity gradients and changes in kinetic energy. The proposed metrics are evaluated at various points within the different flow patterns of interest. The metrics produce large values for flow patterns exhibiting considerable spatial variation and small values in areas experiencing uniform flow conditions. Comparisons with other researchers' field data suggest that the metric values produced in the modeled flows are consistent with values found near fish resting and feeding locations. The habitat metrics, measures of the flow's rate of spatial change in kinetic energy, can also be incorporated into bioenergetic models to facilitate the computation of fish energy expenditure rates.Résumé : Les gradients localisés d'énergie et les abris contre la vitesse du courant créés par les rochers, les barres et les bancs des chenaux sont souvent des composantes essentielles de l'habitat aquatique. Les modèles hydrauliques bidimensionnels ont le potentiel de prédire l'ampleur et la localisation de tels modes d'écoulement à variation spatiale. Toutefois, on a consacré peu de recherche à la reproduction de ces caractéristiques d'écoulement et à l'élaboration d'une métrologie spatiale de l'habitat pour décrire et différencier divers types de régimes d'écoulement. Des simulations numériques bidimensionnelles, basées sur la géométrie réelle du chenal, nous servent ici à modéliser une gamme de régi-mes d'écoulement observés dans les cours d'eau naturels. Les résultats de la simulation servent à développer une métrologie spatiale de l'habitat qui quantifie les gradients locaux de vitesse et les changements dans l'énergie cinétique. La métrologie proposée est évaluée à différents points entre les différents régimes d'écoulement étudiés. Elle produit des valeurs élevées pour les régimes d'écoulement présentant une variation spatiale considérable, et des valeurs faibles dans les endroits présentant des conditions uniformes d'écoulement. La comparaison avec les données recueillies sur le terrain par d'autres chercheurs permet de penser que les valeurs obtenues dans les écoulements modélisés correspondent aux valeurs observées près des lieux de repos et d'alimentation des poissons. On peut aussi intégrer la métrologie de l'habitat, c'est-à-dire les mesures du taux de changement spatial de l'énergie cinétique des écoulements, aux modèles bioénergétique...