Механизмы формирования стока

Механизмы формирования стока — это склоновые процессы, поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности почвы или насыщением, и подповерхностный сток, посредством которых дождевые осадки и талый снег превращаются в русловой сток.

Definition

Механизмы формирования стока — это физические процессы, посредством которых вода достигает русла водотока во время и после шторма, в основном поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности почвы, поверхностный сток, вызванный насыщением, и подповерхностный сток.

Scope

Эта тема охватывает различные пути превращения осадков в сток на склонах, условия, при которых каждый из них доминирует, а также концепцию переменных источников стока, описывающую, откуда сток берет начало в водосборе. Она объясняет физическое происхождение реакции на ливень, которую количественно описывают темы, посвященные гидрографу и единичному гидрографу.

Core questions

• Каковы основные механизмы, генерирующие штормовой сток?
• Когда доминирует поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности, по сравнению со стоком, вызванным насыщением?
• Как подповерхностный сток способствует реакции на шторм?
• Где в пределах водосбора генерируется сток?

Key concepts

• Поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности
• Поверхностный сток, вызванный насыщением
• Подповерхностный сток
• Переменная область источника
• Частичный вклад площади
• Возвратный поток

Key theories

Поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности (Хортоновский)

Когда интенсивность осадков превышает инфильтрационную способность, избыток стекает по поверхности; механизм Хортона доминирует в засушливых, нарушенных или низкопроницаемых условиях, где инфильтрационная способность легко превышается.

Сток, вызванный насыщением, и переменные области источников

Во влажных, залесенных водосборах сток генерируется там, где почва насыщается снизу, при этом дождь на этих расширяющихся насыщенных, или переменных, областях источников стекает; это переосмыслило сток как происходящий из динамических частичных областей.

Mechanisms

Поверхностный сток, вызванный превышением инфильтрационной способности почвы, возникает, когда дождь выпадает быстрее, чем почва может его поглотить, поэтому избыток стекает по поверхности. Сток, вызванный насыщением, происходит там, где почвенный профиль заполняется водой снизу, обычно вблизи русел и в топографических понижениях, так что дальнейший дождь не может инфильтрироваться и стекает; эти насыщенные участки расширяются и сжимаются, образуя переменные источники стока. Подповерхностный сток — это быстрое боковое движение воды через проницаемые почвы к водотоку.

Clinical relevance

Определение доминирующего механизма стока имеет решающее значение для прогнозирования реакции на наводнения, оценки того, как землепользование, уплотнение почвы и изменения в лесах влияют на сток, определения целевых областей для контроля качества воды и эрозии, а также для соответствующего структурирования моделей "осадки-сток".

History

Теория инфильтрации Хортона доминировала до тех пор, пока полевые эксперименты в 1960-х и 1970-х годах, проведенные Хьюлеттом, Данном и другими, не продемонстрировали сток, вызванный насыщением, и подповерхностный сток во влажных, лесистых водосборах, заменив единый универсальный механизм признанием того, что доминирующий процесс варьируется в зависимости от окружающей среды.

Debates

Доминирующий механизм стока

Давний спор о том, является ли штормовой сток преимущественно хортоновским поверхностным стоком, вызванным превышением инфильтрационной способности, или стоком, вызванным насыщением, и подповерхностным стоком, был разрешен в контекстно-зависимую точку зрения, согласно которой климат, почвы, растительность и землепользование определяют, какой механизм доминирует.

Key figures

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

Seminal works

• horton1933
• dunne1970
• hewlett1967

Frequently asked questions

Является ли поверхностный сток основным источником руслового стока во время штормов?

Не всегда. Во многих влажных, залесенных водосборах большая часть штормового стока поступает из насыщенных прирусловых участков и из быстрого подповерхностного стока, а не из широко распространенного поверхностного стока, вызванного превышением инфильтрационной способности, который более характерен для засушливых или нарушенных земель.

Что такое переменная область источника?

Это часть водосбора, обычно вблизи водотоков и во влажных понижениях, которая насыщается и генерирует сток во время шторма; эта область расширяется по мере продолжения дождя и сокращается по мере высыхания водосбора, поэтому область, производящая сток, является динамичной.