流域と流出プロセス

流域と流出プロセスは、集水域における降雨や融雪が、浸透、貯留、流出にどのように分配され、その流出がどのように集中し、出口へと経路をたどるかに関わる。

Definition

流域と流出プロセスとは、排水盆地に降った降水が、斜面および集水域のスケールで考慮され、どのように分配され、貯留され、流出として盆地の出口に伝達されるかという一連の物理的メカニズムである。

Scope

この分野は、河川流量を生成する斜面メカニズム、降雨とそれによって生じる洪水ハイドログラフを関連付ける単位ハイドログラフの枠組み、集水域の地形学的構造とそこを流れる流量の経路、および積雪と融雪の特殊なケースを扱う。これは、地表面の拡散的なプロセスと、地表水文学で扱われる集中流を結びつけるものである。

Sub-topics

• Catchment Geomorphology and Routing
• Runoff Generation Mechanisms
• Snow Hydrology
• The Unit Hydrograph

Core questions

• 斜面において、降雨はどのようなメカニズムで河川流量となるのか？
• 単位ハイドログラフは、有効降雨と流出ハイドログラフをどのように関連付けるのか？
• 流域の形状、排水網、および経路は、流量のタイミングをどのように制御するのか？
• 寒冷地および山岳地域において、積雪と融雪は流出をどのように支配するのか？

Key concepts

• 浸透能力と表面流
• 飽和超過と可変水源域
• 単位ハイドログラフと畳み込み
• 排水網と流域地形学
• 流量経路と集中時間
• 積雪と融雪

Key theories

浸透超過（ホートン型）表面流

降雨強度が土壌の浸透能力を超える場合、超過分は地表を流出する。ホートンの概念は、浸透能力と洪水流出の生成を結びつけ、初期の降雨-流出に関する考え方を支配した。

飽和超過と可変水源域

多くの湿潤な植生のある集水域では、土壌が下から飽和する場所で流出が生成されるため、洪水流出は流域全体に均一に発生するのではなく、拡大する部分的な、または可変的な水源域から生じる。

単位ハイドログラフ

単位ハイドログラフは、集水域を線形システムとして扱い、単位有効降雨に対する応答を降雨系列と畳み込むことで流出ハイドログラフを予測できる。これは応用集水域水文学の基礎的なツールである。

Clinical relevance

流出生成の理解は、洪水の予測、雨水および排水システムの設計、集水域からの水収量の推定、土地利用および森林変化の水文学的影響の評価、融雪による水供給の管理にとって不可欠である。

History

1930年代のホートンによる浸透理論は、流出を浸透超過として捉えた。1960年代から1970年代にかけて、特にヒューレットとダンによって行われた野外調査では、湿潤な集水域における飽和超過流と可変水源域流出が明らかになり、流域がどのように河川流量を生成するかという理解を再構築し、その後の分布型モデルに影響を与えた。

Debates

主要な流出生成メカニズム

水文学者たちは、洪水流出がホートン型浸透超過表面流によって支配されるのか、それとも可変水源域からの飽和超過流および地下洪水流によって支配されるのかを議論した。現在では、主要なメカニズムは気候、土壌、植生、土地利用に依存すると認識されている。

Key figures

• Robert E. Horton
• Thomas Dunne
• Keith J. Beven

Seminal works

• dingman2015
• horton1933
• dunne1970

Frequently asked questions

なぜすべての降雨が河川に流れ込まないのか？

多くの降雨は土壌に浸透したり、植生に遮られたり、窪地に貯留されたりし、その大部分は後に蒸発または蒸散する。浸透と貯留を超える部分、または飽和した地域から湧き出す部分のみが河川流量となる。

流域とは何か？

流域、または集水域とは、その上に降るすべての降水が、河川のある地点などの共通の出口に流れ込む土地の領域である。これは流出と水収支を分析するための基本的な空間単位である。