Mechanismen der Abflussbildung

Mechanismen der Abflussbildung sind die Hangprozesse, Infiltrations-Exzess- und Sättigungs-Exzess-Oberflächenabfluss sowie unterirdischer Sturmwasserabfluss, durch die Niederschlag und Schneeschmelze zu Fließgewässerabfluss werden.

Definition

Mechanismen der Abflussbildung sind die physikalischen Prozesse, durch die Wasser während und nach einem Sturm einen Bachlauf erreicht, hauptsächlich Infiltrations-Exzess-Oberflächenabfluss, Sättigungs-Exzess-Oberflächenabfluss und unterirdischer Sturmwasserabfluss.

Scope

Dieses Thema behandelt die verschiedenen Wege, auf denen Niederschlag an Hängen zu Abfluss wird, die Bedingungen, unter denen jeder dieser Wege dominiert, und das Konzept der variablen Quellgebiete, das beschreibt, wo Abfluss innerhalb eines Einzugsgebiets entsteht. Es erklärt den physikalischen Ursprung der Sturmreaktion, die die Themen Hydrograph und Einheits-Hydrograph quantitativ beschreiben.

Core questions

• Was sind die Hauptmechanismen, die den Sturmwasserabfluss erzeugen?
• Wann dominiert der Infiltrations-Exzess-Oberflächenabfluss gegenüber dem Sättigungs-Exzess-Abfluss?
• Wie trägt der unterirdische Sturmwasserabfluss zur Sturmreaktion bei?
• Wo innerhalb eines Einzugsgebiets wird Abfluss erzeugt?

Key concepts

• Infiltrations-Exzess-Oberflächenabfluss
• Sättigungs-Exzess-Oberflächenabfluss
• Unterirdischer Sturmwasserabfluss
• Variables Quellgebiet
• Partieller Gebietsbeitrag
• Rückfluss

Key theories

Infiltrations-Exzess (Hortonscher) Oberflächenabfluss

Wenn die Regenintensität die Infiltrationskapazität übersteigt, fließt der Überschuss über die Oberfläche ab; Hortons Mechanismus dominiert in ariden, gestörten oder wenig durchlässigen Umgebungen, wo die Infiltrationskapazitäten leicht überschritten werden.

Sättigungs-Exzess-Abfluss und variable Quellgebiete

In feuchten, bewachsenen Einzugsgebieten entsteht Abfluss dort, wo der Boden von unten gesättigt wird, wobei Regen auf diesen sich ausdehnenden gesättigten oder variablen Quellgebieten abfließt; dies definierte den Abfluss neu als aus dynamischen Teilgebieten stammend.

Mechanisms

Infiltrations-Exzess-Oberflächenabfluss tritt auf, wenn Regen schneller fällt, als der Boden ihn aufnehmen kann, sodass der Überschuss an der Oberfläche abfließt. Sättigungs-Exzess-Abfluss tritt dort auf, wo das Bodenprofil von unten mit Wasser gefüllt wird, typischerweise in der Nähe von Gerinnen und in topographischen Senken, sodass weiterer Regen nicht infiltrieren kann und abfließt; diese gesättigten Bereiche dehnen sich aus und ziehen sich zusammen, wodurch variable Quellgebiete entstehen. Unterirdischer Sturmwasserabfluss ist die schnelle seitliche Bewegung von Wasser durch durchlässige Böden zum Bach.

Clinical relevance

Die Identifizierung des dominanten Abflussmechanismus ist entscheidend für die Vorhersage von Hochwasserereignissen, die Bewertung, wie Landnutzung, Bodenverdichtung und Waldveränderungen den Abfluss beeinflussen, die gezielte Steuerung von Quellgebieten für die Wasserqualitäts- und Erosionskontrolle sowie die angemessene Strukturierung von Niederschlags-Abfluss-Modellen.

History

Hortons Infiltrationstheorie dominierte, bis Feldexperimente in den 1960er und 1970er Jahren von Hewlett, Dunne und anderen den Sättigungs-Exzess-Abfluss und den unterirdischen Sturmwasserabfluss in feuchten, bewaldeten Einzugsgebieten nachwiesen und einen einzigen universellen Mechanismus durch die Erkenntnis ersetzten, dass der dominante Prozess je nach Umgebung variiert.

Debates

Dominanter Abflussmechanismus

Die langjährige Debatte darüber, ob der Sturmwasserabfluss primär Hortonscher Infiltrations-Exzess oder Sättigungs-Exzess und unterirdischer Sturmwasserabfluss ist, wurde in eine kontextabhängige Sichtweise überführt, bei der Klima, Böden, Vegetation und Landnutzung bestimmen, welcher Mechanismus dominiert.

Key figures

• Robert E. Horton
• Thomas Dunne
• John D. Hewlett

Seminal works

• horton1933
• dunne1970
• hewlett1967

Frequently asked questions

Ist Oberflächenabfluss die Hauptquelle des Bachabflusses bei Stürmen?

Nicht immer. In vielen feuchten, bewachsenen Einzugsgebieten stammt der größte Teil des Sturmwasserabflusses aus gesättigten, gerinnenahen Gebieten und aus schnellem unterirdischem Abfluss, anstatt aus weit verbreitetem Infiltrations-Exzess-Oberflächenabfluss, der eher für arides oder gestörtes Land typisch ist.

Was ist ein variables Quellgebiet?

Es ist der Teil eines Einzugsgebiets, gewöhnlich in der Nähe von Bächen und in feuchten Senken, der während eines Sturms gesättigt wird und Abfluss erzeugt; dieser Bereich dehnt sich bei anhaltendem Regen aus und zieht sich zusammen, wenn das Einzugsgebiet austrocknet, sodass das abflussbildende Gebiet dynamisch ist.