水質水文学

水質水文学は、水文学的プロセスが地表水および地下水の化学的・物理的品質をどのように制御し、集水域を通じた溶質および汚染物質の輸送をどのように行うかを研究する学問です。

Definition

水質水文学とは、集水域を通じた溶存成分および粒子状成分の発生源、輸送、変質を含む水文学的プロセスによって制御される、淡水の化学的、物理的、生物学的状態を研究する学問です。

Scope

このトピックは、水の自然な化学的性質、栄養素、堆積物、汚染物質の負荷と輸送、および流路と貯留が集水域全体の水質をどのように支配するかを扱います。これは水質に対する水文学に焦点を当てたものであり、水生生態毒性学や処理工学は範囲外です。また、海洋学や土壌水科学の関連分野と区別するために、このスラッグは限定されています。

Core questions

• 水文学的プロセスは自然水の化学的性質をどのように制御するのか？
• 栄養素、堆積物、汚染物質は集水域をどのように輸送されるのか？
• 流路と貯留は河川水と地下水の水質をどのように形成するのか？
• 淡水質に対する主要な脅威は何か？

Key concepts

• 主要イオン化学
• 栄養素と堆積物の負荷
• 点源および非点源汚染
• 濃度-流量関係
• 流路と滞留時間
• 富栄養化と淡水への脅威

Key theories

自然水の化学

自然水の組成は、接触する岩石や土壌、風化、混合、滞留時間を反映しています。ヘムの統合は、水地球化学の基礎となる主要イオン化学の解釈を確立しました。

集水域における溶質および汚染物質の輸送

栄養素、堆積物、汚染物質の負荷は、流出水と地下水流によって水域に運ばれ、その濃度は流量によって変化します。これにより、水文学的流路と観測される水質が関連付けられます。

Mechanisms

水は集水域を移動するにつれてその品質を獲得します。雨は大気中のガスを溶解し、浸透水は土壌や岩石と反応して溶存イオンを獲得し、流出水は堆積物、栄養素、汚染物質を運び去ります。流路と滞留時間は、どの程度の反応と混合が起こるかを決定するため、河川や井戸の水質は、異なる発生源と経路の統合された寄与を反映し、しばしば流量に応じて系統的に変化します。

Clinical relevance

水質水文学は、飲料水源の保護、栄養素と堆積物による汚染および富栄養化の管理、点源および非点源排出の規制、ならびに淡水生態系の健全性と人間の水安全保障の評価を支えるものです。

History

ヘムのUSGSの著作に体系化された自然水化学の解釈は、水地球化学を確立しました。20世紀半ばからの汚染に対する懸念の高まりは、この分野を栄養素と汚染物質の輸送、非点源汚染、そして最近では淡水質と生物多様性への脅威の地球規模評価へと広げました。

Key figures

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

Seminal works

• hem1985
• maidment1993
• vorosmarty2010

Frequently asked questions

なぜ河川流量によって水質が変化するのですか？

異なる流量条件は異なる発生源と経路を活性化させます。高流量は堆積物や地表の汚染物質を洗い流し、基底流の化学的性質を希釈する可能性がありますが、低流量は地下水が支配的であるため、多くの成分の濃度は流量に応じて系統的に変化します。

非点源汚染とは何ですか？

非点源汚染とは、単一の排出管からではなく、農地から洗い流される栄養素や農薬、都市部の表面からの流出水など、広範囲から拡散的に水域に流入する汚染のことです。その拡散的で水文学的に駆動される性質のため、点源よりも管理が困難です。