stringtranslate.com

Гипорейная зона

Зона гипореи — это область осадка и пористого пространства под и вдоль русла реки , где происходит смешивание неглубоких грунтовых вод и поверхностных вод . Динамика потока и поведение в этой зоне (называемой гипореическим потоком или нижним потоком ) признаны важными для взаимодействия поверхностных вод и грунтовых вод, а также для нереста рыб и других процессов. [1] Как инновационная практика управления городскими водными ресурсами , зона гипореиче может быть спроектирована инженерами и активно управляться для улучшения как качества воды, так и прибрежной среды обитания. [2]

Совокупности организмов , населяющие эту зону, называются гипореосами .

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

Гипорейная зона и гидрология

Процесс гипорейной зоны

Зона гипореи представляет собой область быстрого обмена, где вода перемещается в русло реки и из него, перенося с собой растворенный газ и растворенные вещества, загрязняющие вещества, микроорганизмы и частицы. [4] В зависимости от геологии и рельефа глубина зоны гипореи может составлять всего несколько сантиметров или простираться до десятков метров в поперечном направлении или в глубину.

Концептуальная структура гипорейной зоны как зоны смешивания и хранения является неотъемлемой частью изучения гидрологии . Первая ключевая концепция, связанная 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 потока. Время пребывания воды влияет на скорость переработки питательных веществ и углерода. Более длительное время пребывания способствует удержанию растворенных веществ, которые позже могут быть выпущены обратно в канал, задерживая или ослабляя сигналы, производимые руслом потока. [5]

Другая ключевая концепция — это гипорейный обмен [6] [7] или скорость, с которой вода входит или выходит из подповерхностной зоны. Речная вода временно входит в гипорейную зону, но в конечном итоге речная вода возвращается в поверхностное русло или способствует накоплению грунтовых вод. Скорость гипорейного обмена зависит от структуры русла реки, при этом более короткие пути потока воды создаются неровностью русла реки. [8] [9] Более длинные пути потока вызваны геоморфологическими особенностями, такими как меандры ручьев, последовательности перекатов, крупные плотины из древесного мусора и другие особенности.

Зона гипореи и ее взаимодействия влияют на объем воды в ручье, перемещаемой вниз по течению. Приростные участки указывают на то, что грунтовые воды сбрасываются в поток по мере того, как вода перемещается вниз по течению, так что объем воды в главном русле увеличивается от верхнего течения к нижнему. И наоборот, когда поверхностные воды просачиваются в зону грунтовых вод (тем самым приводя к чистой потере поверхностной воды), то этот участок потока считается «теряющим» воду.

Зона гипореи обеспечивает ряд экологических преимуществ. Примеры включают: [10]

Изучение 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 латеральнее основного русла. Поскольку гипорейная зона лежит под поверхностными водами, ее может быть трудно идентифицировать, количественно оценить и наблюдать. Однако гипорейная зона является зоной биологической и физической активности и, следовательно, имеет функциональное значение для экосистем ручья и реки. [12] Исследователи используют такие инструменты, как скважины и пьезометры , консервативные и реактивные трассеры, [13] и транспортные модели, которые учитывают адвекцию и дисперсию 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

Зона гипореи представляет собой экотон между потоком и недрами: это динамическая область смешивания поверхностных и грунтовых вод на границе раздела осадок-вода. С биогеохимической точки зрения грунтовые воды часто содержат мало растворенного кислорода, но содержат растворенные питательные вещества. Напротив, вода потока из основного русла содержит больше растворенного кислорода и меньше питательных веществ. Это создает биогеохимический градиент, который может существовать на разных глубинах в зависимости от протяженности зоны гипореи. Часто в зоне гипореи доминируют гетеротрофные микроорганизмы, которые перерабатывают растворенные питательные вещества, обмениваемые на этой границе.

Гипорейная зона: основные характеристики и причины гипорейного обмена

Основные различия между поверхностными и грунтовыми водами касаются концентрации кислорода, температуры и pH. [15] Как область интерфейса между основным потоком и грунтовыми водами гипорейная зона подвержена физико-химическим градиентам, генерирующим биохимические реакции, способные регулировать поведение химических соединений и водных организмов в пределах области обмена. [16] Гипорейная зона вносит важный вклад в ослабление загрязняющих веществ, растворенных в воде канала [17], и в цикл энергии, питательных веществ и органических соединений. [18] Более того, она оказывает существенное влияние на перенос загрязняющих веществ через речной бассейн. [19]

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

Ссылки

  1. ^ Левандовски, Йорг (2019). «Имеет ли гипорейная зона значение за пределами научного сообщества?». Вода . 11 (11): 2230. doi : 10.3390/w11112230 . hdl : 20.500.11850/382125 .
  2. ^ Лоуренс, Дж. Э.; М. Скольд; ФА Хуссейн; Д. Сильверман; В. Х. Реш; Д. Л. Седлак; РГ Люти; Дж. Э. МакКрей (14 августа 2013 г.). «Зона гипореи в городских ручьях: обзор и возможности повышения качества воды и улучшения водной среды обитания путем активного управления». Environmental Engineering Science . 47 (8): 480–501. doi :10.1089/ees.2012.0235.
  3. ^ Оргидан, Т. (1959). «Ein neuer Lebensraum des unterirdischen Wassers: Der hyporheische Biotop». Архив гидробиологии . 55 : 392–414.
  4. ^ Bencala, Kenneth E. (2000). "Гидравлические процессы гипорейной зоны". Гидрологические процессы . 14 (15): 2797–2798. Bibcode :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. (1984-04-01). «Обмен между интерстициальной и поверхностной водой: последствия для метаболизма потока и круговорота питательных веществ». Hydrobiologia . 111 (3): 219–228. doi :10.1007/BF00007202. ISSN  1573-5117. S2CID  40029109.
  6. ^ Findlay, Stuart (1995). "Важность поверхностно-подповерхностного обмена в речных экосистемах: гипорейная зона". Лимнология и океанография . 40 (1): 159–164. Bibcode :1995LimOc..40..159F. doi : 10.4319/lo.1995.40.1.0159 . ISSN  1939-5590.
  7. ^ Бенкала, Кеннет Э. (2006), «Гипорейные обменные потоки», Энциклопедия гидрологических наук , Американское онкологическое общество, doi :10.1002/0470848944.hsa126, ISBN 9780470848944
  8. ^ Касахара, Тамао; Вондцелл, Стивен М. (2003). «Геоморфный контроль над гипорейным обменным потоком в горных ручьях». Water Resources Research . 39 (1): SBH 3–1–SBH 3-14. Bibcode : 2003WRR....39.1005K. doi : 10.1029/2002WR001386 . ISSN  1944-7973.
  9. ^ Харви, Джадсон В.; Бенкала, Кеннет Э. (1993). «Влияние топографии русла реки на поверхностный и подземный водообмен в горных водосборах». Water Resources Research . 29 (1): 89–98. Bibcode : 1993WRR....29...89H. doi : 10.1029/92WR01960. ISSN  1944-7973.
  10. ^ Гипорейный справочник: справочник по интерфейсу грунтовых вод и поверхностных вод и гипорейной зоне для менеджеров по охране окружающей среды . Агентство по охране 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 статей». Журнал Североамериканского бентоведческого общества . 12 (1): 48–60. doi :10.2307/1467685. JSTOR  1467685. S2CID  84122703. Получено 15.03.2019 .
  12. ^ Boulton, Andrew J.; Findlay, Stuart; Marmonier, Pierre; Stanley, Emily H.; Valett, H. Maurice (1998-11-01). «Функциональное значение гипорейной зоны в ручьях и реках». Annual Review of Ecology and Systematics . 29 (1): 59–81. doi :10.1146/annurev.ecolsys.29.1.59. ISSN  0066-4162.
  13. ^ Малхолланд, Патрик Дж.; Танк, Дженнифер Л .; Санзоне, Дайан М.; Вулхейм, Вильфред М.; Петерсон, Брюс Дж.; Вебстер, Джексон Р.; Мейер, Джуди Л. (2000). «Цикл азота в лесном ручье, определяемый добавлением трассера 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 ручье с ручьем: модель временного хранения». Water Resources Research . 19 (3): 718–724. Bibcode : 1983WRR....19..718B. doi : 10.1029/WR019i003p00718. hdl : 2027/uc1.31210024756569 . ISSN  1944-7973.
  15. ^ Гипорейный справочник: справочник по интерфейсу грунтовых вод и поверхностных вод и гипорейной зоне для менеджеров по охране окружающей среды . Агентство по охране окружающей среды. 2009. ISBN 9781849111317.
  16. ^ Брунке, Маттиас; Гонсер, Том (1997). «Экологическое значение обменных процессов между реками и грунтовыми водами». Freshwater Biology . 37 (1): 1–33. Bibcode :1997FrBio..37....1B. doi : 10.1046/j.1365-2427.1997.00143.x . ISSN  1365-2427.
  17. ^ Gandy, CJ; Smith, JWN; Jarvis, AP (15 февраля 2007 г.). «Ослабление загрязняющих веществ, образующихся в результате горнодобывающей деятельности, в гипорейной зоне: обзор». Science of the Total Environment . 373 (2): 435–446. Bibcode : 2007ScTEn.373..435G. doi : 10.1016/j.scitotenv.2006.11.004. ISSN  0048-9697. PMID  17173955.
  18. ^ Уайт, Дэвид С. (1 марта 1993 г.). «Перспективы определения и разграничения гипорейных зон». Журнал Североамериканского бентоведческого общества . 12 (1): 61–69. doi :10.2307/1467686. ISSN  0887-3593. JSTOR  1467686. S2CID  83923428.
  19. ^ Смит, JWN; Сурридж, BWJ; Хэкстон, TH; Лернер, DN (15 мая 2009 г.). «Ослабление загрязняющих веществ на границе раздела грунтовые и поверхностные воды: схема классификации и статистический анализ с использованием данных по нитратам в национальном масштабе». Журнал гидрологии . 369 (3): 392–402. Bibcode : 2009JHyd..369..392S. doi : 10.1016/j.jhydrol.2009.02.026. ISSN  0022-1694.
  20. ^ Харви, Ф. Эдвин; Ли, Дэвид Р.; Рудольф, Дэвид Л.; Фрейп, Шон К. (ноябрь 1997 г.). «Определение местонахождения разряда грунтовых вод в крупных озерах с использованием картирования электропроводности донных отложений». Water Resources Research . 33 (11): 2609–2615. Bibcode : 1997WRR....33.2609H. doi : 10.1029/97WR01702. S2CID  131345414.
  21. ^ Freeze, R. Allan; Witherspoon, PA (1967). "Теоретический анализ регионального потока грунтовых вод: 2. Влияние конфигурации уровня грунтовых вод и изменения проницаемости подземных вод". Water Resources Research . 3 (2): 623–634. Bibcode : 1967WRR.....3..623F. doi : 10.1029/WR003i002p00623. ISSN  1944-7973.
  22. ^ Winter, Thomas C. (1995). «Последние достижения в понимании взаимодействия грунтовых и поверхностных вод». Reviews of Geophysics . 33 (S2): 985–994. Bibcode : 1995RvGeo..33S.985W. doi : 10.1029/95RG00115. ISSN  1944-9208.
  23. ^ Пиндер, Джордж Ф.; Зауэр, Стэнли П. (1971). «Численное моделирование изменения волны паводка из-за эффектов накопления воды в берегах». Water Resources Research . 7 (1): 63–70. Bibcode : 1971WRR.....7...63P. doi : 10.1029/WR007i001p00063. ISSN  1944-7973.
  24. ^ Харви, Джадсон В.; Бенкала, Кеннет Э. (1993). «Влияние топографии русла реки на поверхностный и подземный водообмен в горных водосборах». Water Resources Research . 29 (1): 89–98. Bibcode : 1993WRR....29...89H. doi : 10.1029/92WR01960. ISSN  1944-7973.
  25. ^ Карденас, М. Баяни (2009). "Модель бокового гипорейного потока на основе уклона долины и извилистости русла". Water Resources Research . 45 (1): W01501. Bibcode : 2009WRR....45.1501C. doi : 10.1029/2008WR007442. ISSN  1944-7973.

Внешние ссылки

Найдите значение слова «гипорейный» в Викисловаре, бесплатном словаре.


  • в
  • т
  • е