Các quá trình lưu vực và dòng chảy mặt
Các quá trình lưu vực và dòng chảy mặt liên quan đến cách lượng mưa và tuyết tan trong một lưu vực được phân chia thành thấm, lưu trữ và dòng chảy mặt, cũng như cách dòng chảy mặt đó được tập trung và dẫn đến cửa thoát.
Definition
Các quá trình lưu vực và dòng chảy mặt là tập hợp các cơ chế vật lý mà theo đó lượng mưa rơi xuống một lưu vực thoát nước được phân chia, lưu trữ và truyền đi dưới dạng dòng chảy mặt đến cửa thoát của lưu vực, được xem xét ở quy mô sườn đồi và lưu vực.
Scope
Lĩnh vực này bao gồm các cơ chế sườn đồi tạo ra dòng chảy, khuôn khổ biểu đồ thủy văn đơn vị (unit-hydrograph) liên hệ lượng mưa với biểu đồ lũ lụt kết quả, cấu trúc địa mạo của các lưu vực và sự dẫn dòng chảy qua chúng, cùng với trường hợp đặc biệt của sự tích tụ và tan chảy của tuyết. Nó kết nối các quá trình phân tán của bề mặt đất và các dòng chảy tập trung được xử lý trong thủy văn nước mặt.
Sub-topics
Core questions
- Bằng những cơ chế nào mà lượng mưa trở thành dòng chảy trên sườn đồi?
- Biểu đồ thủy văn đơn vị liên hệ lượng mưa hiệu quả với biểu đồ dòng chảy mặt như thế nào?
- Hình dạng lưu vực, mạng lưới thoát nước và sự dẫn dòng kiểm soát thời gian dòng chảy như thế nào?
- Sự tích tụ và tan chảy của tuyết chi phối dòng chảy mặt ở các vùng lạnh và núi cao như thế nào?
Key concepts
- Khả năng thấm và dòng chảy tràn bề mặt
- Bão hòa vượt quá và các khu vực nguồn biến đổi
- Biểu đồ thủy văn đơn vị và tích chập
- Mạng lưới thoát nước và địa mạo lưu vực
- Dẫn dòng và thời gian tập trung
- Tích tụ và tan chảy của tuyết
Key theories
- Dòng chảy tràn bề mặt do thấm vượt quá (Hortonian)
- Khi cường độ mưa vượt quá khả năng thấm của đất, lượng nước dư thừa sẽ chảy tràn trên bề mặt; khái niệm của Horton đã liên kết khả năng thấm với sự hình thành dòng chảy mặt do bão và chi phối tư duy ban đầu về mưa-dòng chảy.
- Bão hòa vượt quá và các khu vực nguồn biến đổi
- Ở nhiều lưu vực ẩm ướt, có thảm thực vật, dòng chảy mặt được tạo ra khi đất bị bão hòa từ bên dưới, do đó dòng chảy mặt do bão đến từ các khu vực nguồn cục bộ hoặc biến đổi đang mở rộng chứ không phải đồng đều trên toàn lưu vực.
- Biểu đồ thủy văn đơn vị
- Biểu đồ thủy văn đơn vị coi lưu vực là một hệ thống tuyến tính mà phản ứng của nó đối với một đơn vị lượng mưa hiệu quả có thể được tích chập với một chuỗi lượng mưa để dự đoán biểu đồ dòng chảy mặt, một công cụ cơ bản của thủy văn lưu vực ứng dụng.
Clinical relevance
Hiểu biết về sự hình thành dòng chảy mặt là điều cần thiết để dự đoán lũ lụt, thiết kế hệ thống thoát nước mưa và thoát nước, ước tính lượng nước thu được từ các lưu vực, đánh giá các tác động thủy văn của việc thay đổi sử dụng đất và rừng, cũng như quản lý nguồn cung cấp nước do tuyết tan.
History
Lý thuyết thấm của Horton vào những năm 1930 đã định nghĩa dòng chảy mặt là sự vượt quá khả năng thấm; các nghiên cứu thực địa vào những năm 1960 và 1970, đặc biệt của Hewlett và Dunne, đã tiết lộ dòng chảy mặt do bão hòa vượt quá và từ các khu vực nguồn biến đổi trong các lưu vực ẩm ướt, định hình lại sự hiểu biết về cách các lưu vực tạo ra dòng chảy và cung cấp thông tin cho các mô hình phân tán sau này.
Debates
- Cơ chế hình thành dòng chảy mặt chủ đạo
- Các nhà thủy văn đã tranh luận liệu dòng chảy mặt do bão có bị chi phối bởi dòng chảy tràn bề mặt do thấm vượt quá của Horton hay bởi sự bão hòa vượt quá và dòng chảy ngầm dưới bề mặt từ các khu vực nguồn biến đổi; hiện nay người ta nhận ra rằng cơ chế chủ đạo phụ thuộc vào khí hậu, đất đai, thảm thực vật và sử dụng đất.
Key figures
- Robert E. Horton
- Thomas Dunne
- Keith J. Beven
Related topics
Seminal works
- dingman2015
- horton1933
- dunne1970
Frequently asked questions
- Tại sao không phải tất cả lượng mưa đều chảy vào sông?
- Phần lớn lượng mưa thấm vào đất, bị thực vật giữ lại, hoặc được lưu trữ trong các vùng trũng, và một phần lớn sau đó bốc hơi hoặc thoát hơi nước; chỉ phần vượt quá khả năng thấm và lưu trữ, hoặc phần xuất hiện từ các khu vực bão hòa, mới trở thành dòng chảy.
- Lưu vực là gì?
- Lưu vực là khu vực đất đai mà tất cả lượng mưa rơi xuống đó đều chảy về một cửa thoát chung, chẳng hạn như một điểm trên sông; đây là đơn vị không gian cơ bản để phân tích dòng chảy mặt và cân bằng nước.