stringtranslate.com

Гипорейная зона

Гипорейная зона — это область отложений и порового пространства под и вдоль русла реки , где происходит смешение неглубоких грунтовых и поверхностных вод . Динамика и поведение потока в этой зоне (называемая гипорейным потоком или нижним потоком ) признано важным для взаимодействия поверхностных и грунтовых вод, а также нереста рыбы и других процессов. [1] В качестве инновационной практики управления городскими водными ресурсами гипорейная зона может быть спроектирована инженерами и активно управляться с целью улучшения как качества воды, так и прибрежной среды обитания. [2]

Совокупности организмов , населяющих эту зону, называются гипореосами .

Термин гипорейный был первоначально придуман Траяном Оргиданом [3] в 1959 году путем объединения двух греческих слов: гипо (ниже) и реос (поток).

Гипорейическая зона и гидрология

Гипорейический зональный процесс

Гипорейная зона представляет собой область быстрого обмена, где вода перемещается в русло ручья и из него и уносит с собой растворенный газ и растворенные вещества, загрязняющие вещества, микроорганизмы и частицы. [4] В зависимости от подстилающей геологии и топографии, гипорейная зона может иметь глубину всего несколько сантиметров или простираться до десятков метров в поперечном направлении или в глубину.

Концептуальная основа гипорейной зоны как зоны смешения и хранения является неотъемлемой частью изучения гидрологии . Первое ключевое понятие, связанное с гипорейной зоной, — это время пребывания ; вода в канале движется с гораздо большей скоростью по сравнению с гипорейной зоной, поэтому этот поток более медленной воды эффективно увеличивает время пребывания воды в русле ручья. Время пребывания в воде влияет на скорость переработки питательных веществ и углерода. Более длительное время пребывания способствует удержанию растворенных веществ, которые позже могут быть выброшены обратно в канал, задерживая или ослабляя сигналы, вырабатываемые каналом потока. [5]

Другая ключевая концепция – это гипорейный обмен [6] [7] или скорость, с которой вода поступает в подземную зону или покидает ее. Речная вода временно попадает в гипорейную зону, но в конечном итоге речная вода снова попадает в поверхностный канал или способствует накоплению подземных вод. На скорость гипорейного обмена влияет структура русла реки: более короткие пути потока воды создаются из-за неровностей русла. [8] [9] Более длинные пути потока вызваны геоморфическими особенностями, такими как меандры ручьев, последовательности перекатов, большие плотины из древесного мусора и другие особенности.

Гипорейная зона и ее взаимодействие влияют на объем речной воды, перемещаемой вниз по течению. Увеличение участка указывает на то, что грунтовые воды сбрасываются в ручей по мере движения воды вниз по течению, так что объем воды в основном русле увеличивается от верхнего течения к нижнему течению. И наоборот, когда поверхностные воды проникают в зону грунтовых вод (что приводит к чистой потере поверхностных вод), то этот участок ручья считается «теряющим» воду.

Гипорейная зона обеспечивает множество экологических преимуществ. Примеры включают: [10]

Исследование гипорейной зоны

Экосистема ручья или реки — это больше, чем просто текущая вода, которую можно увидеть на поверхности: реки связаны с прилегающими прибрежными территориями. [11] Таким образом, ручьи и реки включают динамическую гипорейную зону, которая лежит ниже и сбоку от основного русла. Поскольку гипорейная зона находится под поверхностными водами, ее может быть трудно идентифицировать, количественно оценить и наблюдать. Однако гипорейная зона является зоной биологической и физической активности и поэтому имеет функциональное значение для ручьевых и речных экосистем. [12] Исследователи используют такие инструменты, как колодцы и пьезометры , консервативные и реактивные индикаторы, [13] и модели переноса, которые учитывают адвекцию и рассеивание воды как в русле ручья, так и в недрах. [14] Эти инструменты можно использовать независимо для изучения движения воды через гипорейную зону и в русло ручья, но часто они дополняют друг друга для более точной картины динамики воды в русле в целом.

Биогеохимическое значение

Гипорейная зона представляет собой экотон между ручьем и недрами: это динамическая область смешения поверхностных и грунтовых вод на границе раздела осадочных вод и воды. С биогеохимической точки зрения грунтовые воды часто содержат мало растворенного кислорода, но содержат растворенные питательные вещества. И наоборот, речная вода из основного канала содержит больше растворенного кислорода и меньше питательных веществ. Это создает биогеохимический градиент, который может существовать на разных глубинах в зависимости от протяженности гипорейной зоны. Часто в гипорейной зоне преобладают гетеротрофные микроорганизмы, перерабатывающие растворенные питательные вещества, обмениваемые на этом интерфейсе.

Гипорейная зона: основные характеристики и причины гипорейного обмена

Основные различия между поверхностными и подземными водами касаются концентрации кислорода, температуры и pH. [15] В качестве области раздела между основным потоком и грунтовыми водами гипорейная зона подвергается физико-химическим градиентам, генерирующим биохимические реакции, способные регулировать поведение химических соединений и водных организмов в пределах зоны обмена. [16] Гипорейная зона вносит важный вклад в ослабление загрязнения растворенными в воде канала [17] и в круговорот энергии, питательных веществ и органических соединений. [18] Более того, он обеспечивает значительный контроль над переносом загрязняющих веществ через речной бассейн. [19]

Основными факторами, влияющими на гипорейный обмен, являются: [20]

Рекомендации

  1. ^ Левандовски, Йорг (2019). «Актуальна ли гипорейная зона за пределами научного сообщества?». Вода . 11 (11): 2230. дои : 10.3390/w11112230 . hdl : 20.500.11850/382125 .
  2. ^ Лоуренс, Дж. Э.; М. Скольд; Ф.А. Хусейн; Д. Сильверман; В. Х. Реш; Д.Л. Седлак; Р.Г. Люти; Дж. Э. Маккрей (14 августа 2013 г.). «Зона гипогея в городских ручьях: обзор и возможности повышения качества воды и улучшения водной среды обитания путем активного управления». Экологическая инженерия . 47 (8): 480–501. дои : 10.1089/ees.2012.0235.
  3. ^ Оргидан, Т. (1959). «Ein neuer Lebensraum des unterirdischen Wassers: Der hyporheische Biotop». Архив гидробиологии . 55 : 392–414.
  4. ^ Бенкала, Кеннет Э. (2000). «Гидрологические процессы гипогейной зоны». Гидрологические процессы . 14 (15): 2797–2798. Бибкод : 2000HyPr...14.2797B. doi :10.1002/1099-1085(20001030)14:15<2797::AID-HYP402>3.0.CO;2-6. ISSN  1099-1085.
  5. ^ Гримм, Нэнси Б .; Фишер, Стюарт Г. (1 апреля 1984 г.). «Обмен между поровой и поверхностной водой: последствия для реечного метаболизма и круговорота питательных веществ». Гидробиология . 111 (3): 219–228. дои : 10.1007/BF00007202. ISSN  1573-5117. S2CID  40029109.
  6. ^ Финдли, Стюарт (1995). «Важность поверхностно-подземного обмена в речных экосистемах: гипорейная зона». Лимнология и океанография . 40 (1): 159–164. Бибкод : 1995LimOc..40..159F. дои : 10.4319/lo.1995.40.1.0159 . ISSN  1939-5590.
  7. ^ Бенкала, Кеннет Э. (2006), «Гипорогические обменные потоки», Энциклопедия гидрологических наук , Американское онкологическое общество, doi : 10.1002/0470848944.hsa126, ISBN 9780470848944
  8. ^ Касахара, Тамао; Вондзелл, Стивен М. (2003). «Геоморфный контроль гипорейного обменного стока в горных ручьях». Исследования водных ресурсов . 39 (1): ШБХ 3–1 – ШБХ 3–14. Бибкод : 2003WRR....39.1005K. дои : 10.1029/2002WR001386 . ISSN  1944-7973.
  9. ^ Харви, Джадсон В.; Бенкала, Кеннет Э. (1993). «Влияние топографии русла на поверхностный и подземный водообмен в горных водосборах». Исследования водных ресурсов . 29 (1): 89–98. Бибкод : 1993WRR....29...89H. дои : 10.1029/92WR01960. ISSN  1944-7973.
  10. ^ Гипорейный справочник: справочник по границе раздела грунтовых и поверхностных вод и гипорейной зоне для менеджеров по охране окружающей среды . Агентство окружающей среды. 2009. ISBN 978-1-84911-131-7.
  11. ^ Стэнфорд, Джек А.; Уорд, Джеймс В. (март 1993 г.). «Экосистемная перспектива аллювиальных рек: связность и гипорейный коридор | Scinapse | Академическая поисковая система для бумаги». Журнал Североамериканского бентологического общества . 12 (1): 48–60. дои : 10.2307/1467685. JSTOR  1467685. S2CID  84122703 . Проверено 15 марта 2019 г.
  12. ^ Бултон, Эндрю Дж.; Финдли, Стюарт; Мармонье, Пьер; Стэнли, Эмили Х.; Валетт, Х. Морис (1 ноября 1998 г.). «Функциональное значение гипорейной зоны в ручьях и реках». Ежегодный обзор экологии и систематики . 29 (1): 59–81. doi : 10.1146/annurev.ecolsys.29.1.59. ISSN  0066-4162.
  13. ^ Малхолланд, Патрик Дж.; Танк, Дженнифер Л .; Санцоне, Дайан М.; Воллхейм, Уилфред М.; Петерсон, Брюс Дж.; Вебстер, Джексон Р.; Мейер, Джуди Л. (2000). «Круговорот азота в лесном ручье, определяемый добавкой индикатора 15n». Экологические монографии . 70 (3): 471–493. doi :10.1890/0012-9615(2000)070[0471:NCIAFS]2.0.CO;2. hdl : 10919/46856 . ISSN  1557-7015.
  14. ^ Бенкала, Кеннет Э.; Уолтерс, Рой А. (1983). «Моделирование переноса растворенных веществ в горном ручейке: переходная модель хранения». Исследования водных ресурсов . 19 (3): 718–724. Бибкод : 1983WRR....19..718B. дои : 10.1029/WR019i003p00718. hdl : 2027/uc1.31210024756569 . ISSN  1944-7973.
  15. ^ Гипорейный справочник: справочник по границе раздела грунтовых и поверхностных вод и гипорейной зоне для менеджеров по охране окружающей среды . Агентство окружающей среды. 2009. ISBN 9781849111317.
  16. ^ Брунке, Матиас; Гонсер, Том (1997). «Экологическое значение обменных процессов между реками и подземными водами». Пресноводная биология . 37 (1): 1–33. дои : 10.1046/j.1365-2427.1997.00143.x . ISSN  1365-2427.
  17. ^ Ганди, CJ; Смит, JWN; Джарвис, AP (15 февраля 2007 г.). «Ослабление выбросов загрязняющих веществ горнодобывающей промышленности в гипорейной зоне: обзор». Наука об общей окружающей среде . 373 (2): 435–446. Бибкод : 2007ScTEn.373..435G. doi : 10.1016/j.scitotenv.2006.11.004. ISSN  0048-9697. ПМИД  17173955.
  18. ↑ Уайт, Дэвид С. (1 марта 1993 г.). «Перспективы определения и разграничения гипорхейных зон». Журнал Североамериканского бентологического общества . 12 (1): 61–69. дои : 10.2307/1467686. ISSN  0887-3593. JSTOR  1467686. S2CID  83923428.
  19. ^ Смит, JWN; Сурридж, BWJ; Хэкстон, TH; Лернер, Д.Н. (15 мая 2009 г.). «Ослабление загрязнения на границе раздела грунтовых и поверхностных вод: схема классификации и статистический анализ с использованием данных по нитратам в национальном масштабе». Журнал гидрологии . 369 (3): 392–402. Бибкод : 2009JHyd..369..392S. doi :10.1016/j.jгидрол.2009.02.026. ISSN  0022-1694.
  20. ^ Харви, Ф. Эдвин; Ли, Дэвид Р.; Рудольф, Дэвид Л.; Фрапе, Шон К. (ноябрь 1997 г.). «Определение разгрузки подземных вод в крупных озерах с помощью картирования электропроводности донных отложений». Исследования водных ресурсов . 33 (11): 2609–2615. Бибкод : 1997WRR....33.2609H. дои : 10.1029/97WR01702. S2CID  131345414.
  21. ^ Фриз, Р. Аллан; Уизерспун, Пенсильвания (1967). «Теоретический анализ регионального потока подземных вод: 2. Влияние конфигурации зеркала грунтовых вод и изменения проницаемости недр». Исследования водных ресурсов . 3 (2): 623–634. Бибкод : 1967WRR.....3..623F. дои : 10.1029/WR003i002p00623. ISSN  1944-7973.
  22. ^ Зима, Томас К. (1995). «Последние достижения в понимании взаимодействия подземных и поверхностных вод». Обзоры геофизики . 33 (С2): 985–994. Бибкод : 1995RvGeo..33S.985W. дои : 10.1029/95RG00115. ISSN  1944-9208.
  23. ^ Пиндер, Джордж Ф.; Зауэр, Стэнли П. (1971). «Численное моделирование изменения волн паводка из-за эффектов берегового хранения». Исследования водных ресурсов . 7 (1): 63–70. Бибкод : 1971WRR.....7...63P. дои : 10.1029/WR007i001p00063. ISSN  1944-7973.
  24. ^ Харви, Джадсон В.; Бенкала, Кеннет Э. (1993). «Влияние топографии русла на поверхностный и подземный водообмен в горных водосборах». Исследования водных ресурсов . 29 (1): 89–98. Бибкод : 1993WRR....29...89H. дои : 10.1029/92WR01960. ISSN  1944-7973.
  25. ^ Карденас, М. Баяни (2009). «Модель латерального гипорейного потока, основанная на уклоне долины и извилистости канала». Исследования водных ресурсов . 45 (1): W01501. Бибкод : 2009WRR....45.1501C. дои : 10.1029/2008WR007442. ISSN  1944-7973.

Внешние ссылки

Поищите слово «гипорей» в Викисловаре, бесплатном словаре.


  • в
  • т
  • е