Wasserqualitätshydrologie

Die Wasserqualitätshydrologie untersucht, wie hydrologische Prozesse die chemische und physikalische Qualität von Oberflächen- und Grundwasser sowie den Transport von gelösten Stoffen und Schadstoffen durch Einzugsgebiete steuern.

Definition

Wasserqualitätshydrologie ist die Untersuchung des chemischen, physikalischen und biologischen Zustands von Süßwasser, gesteuert durch hydrologische Prozesse, einschließlich der Quellen, des Transports und der Transformation von gelösten und partikulären Bestandteilen durch Einzugsgebiete.

Scope

Dieses Thema umfasst die natürliche Chemie von Gewässern, die Belastung und den Transport von Nährstoffen, Sedimenten und Schadstoffen sowie die Art und Weise, wie Fließwege und Speicherung die Wasserqualität in einem Einzugsgebiet bestimmen. Es handelt sich um die hydrologisch fokussierte Behandlung der Wasserqualität; aquatische Ökotoxikologie und Aufbereitungstechnik liegen außerhalb dieses Bereichs, und der Slug ist qualifiziert, um ihn von verwandten Bereichen in der Ozeanographie und der Boden- und Wasserwissenschaft abzugrenzen.

Core questions

• Wie steuern hydrologische Prozesse die Chemie natürlicher Gewässer?
• Wie werden Nährstoffe, Sedimente und Schadstoffe durch Einzugsgebiete transportiert?
• Wie prägen Fließwege und Speicherung die Qualität von Fließgewässern und Grundwasser?
• Was sind die größten Bedrohungen für die Süßwasserqualität?

Key concepts

• Chemie der Hauptionen
• Nährstoff- und Sedimentbelastung
• Punkt- und Nichtpunktquellenverschmutzung
• Konzentrations-Abfluss-Beziehungen
• Fließwege und Verweilzeit
• Eutrophierung und Süßwasserbedrohungen

Key theories

Chemie natürlicher Gewässer

Die Zusammensetzung natürlicher Gewässer spiegelt die Gesteine und Böden wider, mit denen sie in Kontakt kommen, Verwitterung, Mischung und Verweilzeit; Hems Synthese etablierte die Interpretation der Hauptionenchemie, die der Hydrochemie zugrunde liegt.

Transport von gelösten Stoffen und Schadstoffen im Einzugsgebiet

Nährstoff-, Sediment- und Schadstofffrachten werden durch Abfluss und unterirdischen Abfluss in Gewässer eingetragen, wobei die Konzentrationen mit dem Abfluss variieren; dies verknüpft hydrologische Fließwege mit der beobachteten Wasserqualität.

Mechanisms

Wasser erhält seine Qualität, während es sich durch das Einzugsgebiet bewegt: Regen löst atmosphärische Gase, infiltrierendes Wasser reagiert mit Böden und Gestein, um gelöste Ionen aufzunehmen, und Abfluss reißt Sedimente, Nährstoffe und Schadstoffe mit sich. Der Fließweg und die Verweilzeit bestimmen, wie viel Reaktion und Mischung stattfinden, sodass die Qualität an einem Bach oder Brunnen die integrierten Beiträge verschiedener Quellen und Wege widerspiegelt, oft systematisch mit dem Abfluss variierend.

Clinical relevance

Die Wasserqualitätshydrologie untermauert den Schutz von Trinkwasserquellen, das Management von Nährstoff- und Sedimentverschmutzung sowie Eutrophierung, die Regulierung von Punkt- und Nichtpunktemissionen und die Bewertung der Gesundheit von Süßwasserökosystemen und der menschlichen Wassersicherheit.

History

Die Interpretation der Chemie natürlicher Gewässer, kodifiziert in Hems USGS-Bänden, etablierte die Hydrochemie; wachsende Besorgnis über die Umweltverschmutzung ab Mitte des 20. Jahrhunderts erweiterte das Feld auf Nährstoff- und Schadstofftransport, Nichtpunktquellenverschmutzung und, in jüngerer Zeit, globale Bewertungen von Bedrohungen für die Süßwasserqualität und Biodiversität.

Key figures

• John D. Hem
• Charles J. Vorosmarty
• David R. Maidment

Seminal works

• hem1985
• maidment1993
• vorosmarty2010

Frequently asked questions

Warum ändert sich die Wasserqualität mit dem Flussabfluss?

Unterschiedliche Abflussbedingungen aktivieren unterschiedliche Quellen und Wege: Hohe Abflüsse können Sedimente und Oberflächenschadstoffe ausspülen und die Grundwasserchemie verdünnen, während niedrige Abflüsse vom Grundwasser dominiert werden, sodass die Konzentrationen vieler Bestandteile systematisch mit dem Abfluss variieren.

Was ist Nichtpunktquellenverschmutzung?

Es handelt sich um Verschmutzung, die diffus aus großen Flächen in Gewässer gelangt, wie z. B. Nährstoffe und Pestizide, die von landwirtschaftlichen Flächen abgewaschen werden, oder Abflüsse von städtischen Oberflächen, anstatt aus einem einzigen Einleitungsrohr; ihre diffuse, hydrologisch bedingte Natur macht sie schwieriger zu handhaben als Punktquellen.