Cơ chế hình thành dòng chảy tràn

Cơ chế hình thành dòng chảy tràn là các quá trình trên sườn đồi, dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm và do bão hòa, và dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão, qua đó lượng mưa và tuyết tan trở thành dòng chảy sông suối.

Definition

Cơ chế hình thành dòng chảy tràn là các quá trình vật lý mà qua đó nước đến kênh suối trong và sau một trận bão, chủ yếu là dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm, dòng chảy mặt do bão hòa, và dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão.

Scope

Chủ đề này bao gồm các con đường riêng biệt biến lượng mưa thành dòng chảy trên sườn đồi, các điều kiện mà mỗi con đường chiếm ưu thế, và khái niệm vùng nguồn biến đổi mô tả nơi dòng chảy bắt nguồn trong một lưu vực. Nó giải thích nguồn gốc vật lý của phản ứng bão mà các chủ đề biểu đồ thủy văn và biểu đồ thủy văn đơn vị mô tả định lượng.

Core questions

• Các cơ chế chính tạo ra dòng chảy tràn trong bão là gì?
• Khi nào dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm chiếm ưu thế so với dòng chảy do bão hòa?
• Dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão đóng góp như thế nào vào phản ứng bão?
• Dòng chảy được tạo ra ở đâu trong một lưu vực?

Key concepts

• Dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm
• Dòng chảy mặt do bão hòa
• Dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão
• Vùng nguồn biến đổi
• Đóng góp diện tích cục bộ
• Dòng chảy hồi lưu

Key theories

Dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm (Hortonian)

Khi cường độ mưa vượt quá khả năng thấm, lượng nước dư thừa chảy tràn trên bề mặt; cơ chế của Horton chiếm ưu thế trong các môi trường khô hạn, bị xáo trộn hoặc có độ thấm thấp, nơi khả năng thấm dễ dàng bị vượt quá.

Dòng chảy do bão hòa và các vùng nguồn biến đổi

Trong các lưu vực ẩm ướt, có thảm thực vật, dòng chảy được tạo ra ở nơi đất bão hòa từ bên dưới, với mưa trên các khu vực bão hòa đang mở rộng, hoặc các vùng nguồn biến đổi, chảy tràn; điều này đã định hình lại dòng chảy như đến từ các khu vực cục bộ năng động.

Mechanisms

Dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm xảy ra khi mưa rơi nhanh hơn khả năng hấp thụ của đất, do đó lượng nước dư thừa chảy tràn trên bề mặt. Dòng chảy do bão hòa xảy ra khi tầng đất chứa đầy nước từ bên dưới, thường gần các kênh và trong các vùng trũng địa hình, do đó mưa tiếp theo không thể thấm vào và chảy tràn; những khu vực bão hòa này mở rộng và co lại, tạo ra các vùng nguồn biến đổi. Dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão là sự di chuyển ngang nhanh chóng của nước qua các loại đất thấm nước đến suối.

Clinical relevance

Việc xác định cơ chế dòng chảy tràn chiếm ưu thế là rất cần thiết để dự đoán phản ứng lũ lụt, đánh giá cách sử dụng đất, độ nén của đất và sự thay đổi rừng làm thay đổi dòng chảy, nhắm mục tiêu các khu vực nguồn để kiểm soát chất lượng nước và xói mòn, và xây dựng các mô hình mưa-dòng chảy một cách thích hợp.

History

Lý thuyết thấm của Horton chiếm ưu thế cho đến khi các thí nghiệm thực địa vào những năm 1960 và 1970 của Hewlett, Dunne và những người khác đã chứng minh dòng chảy tràn do bão hòa và dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão ở các lưu vực ẩm ướt, có rừng, thay thế một cơ chế phổ quát duy nhất bằng sự công nhận rằng quá trình chiếm ưu thế thay đổi theo môi trường.

Debates

Cơ chế dòng chảy tràn chiếm ưu thế

Cuộc tranh luận kéo dài về việc liệu dòng chảy tràn trong bão chủ yếu là dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm của Horton hay dòng chảy do bão hòa và dòng chảy ngầm dưới bề mặt trong bão đã được giải quyết thành một quan điểm phụ thuộc vào ngữ cảnh, trong đó khí hậu, đất đai, thảm thực vật và sử dụng đất quyết định cơ chế nào chiếm ưu thế.

Key figures

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

Seminal works

• horton1933
• dunne1970
• hewlett1967

Frequently asked questions

Dòng chảy mặt có phải là nguồn chính của dòng chảy sông suối trong các trận bão không?

Không phải lúc nào cũng vậy. Ở nhiều lưu vực ẩm ướt, có thảm thực vật, hầu hết dòng chảy trong bão đến từ các khu vực bão hòa gần kênh và từ dòng chảy ngầm nhanh chóng dưới bề mặt hơn là dòng chảy mặt do vượt quá khả năng thấm trên diện rộng, điều này điển hình hơn ở các vùng đất khô hạn hoặc bị xáo trộn.

Vùng nguồn biến đổi là gì?

Đó là một phần của lưu vực, thường gần các con suối và trong các vùng trũng ẩm ướt, trở nên bão hòa và tạo ra dòng chảy trong một trận bão; khu vực này mở rộng khi mưa tiếp tục và co lại khi lưu vực khô đi, do đó khu vực tạo ra dòng chảy là động.