Long-term sediment yield in Crombie Reservoir catchment, Angus; and its regional significance within the Midland Valley of Scotland

Abstract

Abstract The drawdown of Crombie Reservoir in November 2001 afforded the opportunity to examine the exposed sediments trapped since impoundment in 1868. Direct measurements of infill depth enabled an isopachyte map to be produced. Gravimetric conversion using measured bulk densities and a trap efficiency term indicated a long-term catchment sediment yield of 59.1 t km−2 year−1. Core stratigraphy analysis indicated that sediments were dark brown/black cohesive silty-muds with multiple sandy sub-units, representing a combination of discrete flood events and previous drawdown surfaces. Dating, constrained by mineral magnetic and 137Cs analysis, indicated that sedimentation rates have varied from 0.2 to 0.8 g cm−2 year−1, corresponding to a four-fold variation in catchment sediment yield (approximately 20–93 t km−2 year−1), most likely controlled by extensive conversion of moorland to woodland, and post-World War II agricultural expansion. The Crombie investigation is combined with other reservoir sedimentation surveys within the Midland Valley of Scotland. Area-specific sediment yields (t km−2 year−1) evidence a weak, though statistically significant (p > 0.05), positive correlation with catchment area (km2). The increase in area-specific yield with catchment area contradicts the decline, which is generally expected, and is taken to reflect the significance of channel erosion within water supply basins featuring mainly natural and semi-natural vegetation cover and low-intensity land management practices. With stable slopes channel erosion dominates and area-specific sediment yield increases downstream due to greater entrainment and transport potential. The high degree of scatter in the Midland Valley database reflects significant variations in the extent of land-use change and the local importance of agricultural improvements and afforestation practices. Résumé La vidange du réservoir Crombie en novembre 2001 a permis d'examiner les sédiments mis à jour, capturés depuis la mise en eau en 1868. Des mesures directes de la profondeur de dépôt ont permis de construire une carte de courbes isopaches. La conversion gravimétrique utilisant des mesures de densité apparente ainsi qu'un terme d'efficacité de piégeage indiquent une production de sédiments, à long terme et pour le bassin, de 59.1 t km−2 an−1. L'analyse stratigraphique indique que les sédiments sont des boues limoneuses consolidées marron/noir foncé, avec de nombreuses sous-unités sableuses, représentant une combinaison d'événements de crue distincts et de surfaces de vidange. La datation, à partir du magnétisme minéral et d'analyses du 137Cs, indique que les rapports de sédimentation ont varié entre 0.2 et 0.8 g cm−2 an−1, ce qui correspond à une variation d'un facteur quatre dans la production de sédiments du bassin (20–93 t km−2 an−1), correspondant apparemment à une importante transformation de landes en forêts, et à l'expansion agricole d'après la deuxième guerre mondiale. L'étude du réservoir Crombie est combinée avec la surveillance de la sédimentation dans un autre réservoir au sein de la vallée du Midland écossais. Les érosions spécifiques (t km−2 an−1) mettent en évidence une faible corrélation, mais toutefois statistiquement significative (p > 0.05), positive avec l'aire du bassin versant (km2). L'augmentation de l'érosion spécifique avec l'aire du bassin versant est en contradiction avec la décroissance généralement attendue, et semble refléter l'importance de l'érosion en cours d'eau au sein de bassins versants destinés à l'alimentation en eau, présentant essentiellement des couverts végétaux naturels et semi-naturels et des pratiques d'aménagement du territoire peu intenses. Avec des pentes stables, l'érosion en cours d'eau est dominante et l'érosion spécifique augmente vers l'aval en raison d'une plus grande aptitude à l'entraînement et au transport. Le fort degré de dispersion observé dans la base de données de la vallée du Midland reflète des variations significatives dans les changements d'occupation du sol et l'importance locale des améliorations agricoles et des pratiques de mise en forêt. Keywords: isopachyte mapsediment yieldsradiocaesiumCrombie ReservoirMidland ValleyScotlandMots clefs: carte isopacheproductions de sédimentscésium radioactifréservoir de Crombievallée du MidlandEcosse