Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Hyporheic зона является областью осадка и порового пространства под и рядом с ручья , где есть смешивание мелкой грунтовых вод и поверхностных вод . Динамика потока и поведение в этой зоне (называемый hyporheic поток или опустошение ) признается, что важно для поверхностных вод / подземных взаимодействий, а также рыб нерест , среди других процессов. [1] В качестве новаторской практики управления водными ресурсами в городах гипорейная зона может быть спроектирована инженерами и активно управляться для улучшения как качества воды, так и прибрежной среды обитания. [2]

Совокупность организмов , населяющих эту зону, называется гипореосом .

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

Гипорейская зона и гидрология [ править ]

Гипорейный зональный отросток

Гипорейная зона - это область быстрого обмена, где вода перемещается в русло потока и из него и уносит с собой растворенный газ и растворенные вещества, загрязнители, микроорганизмы и частицы. [4] В зависимости от геологии и топографии, лежащей в основе, гипорейная зона может быть глубиной всего несколько сантиметров или простираться до десятков метров в поперечном направлении или на глубину.

Концептуальная основа гипорейной зоны как зоны смешения и хранения является неотъемлемой частью изучения гидрологии . Первое ключевое понятие, относящееся к зоне гипореи, - это время пребывания ; вода в канале движется с гораздо большей скоростью по сравнению с гипорейной зоной, поэтому этот более медленный поток воды эффективно увеличивает время пребывания воды в канале потока. Время пребывания в воде влияет на скорость обработки питательных веществ и углерода. Более длительное время пребывания способствует удерживанию растворенных веществ, которые позже могут высвобождаться обратно в канал, задерживая или ослабляя сигналы, производимые каналом потока. [5]

Другая ключевая концепция - это гипорейный обмен [6] [7] или скорость, с которой вода входит или выходит из подповерхностной зоны. Вода из ручья временно попадает в гипорейную зону, но в конечном итоге вода из ручья снова входит в поверхностный канал или способствует накоплению грунтовых вод. На скорость гипорейного обмена влияет структура русла, с более короткими путями потока воды, создаваемыми неровностями русла. [8] [9] Более длинные пути потока вызваны геоморфическими особенностями, такими как меандры ручьев, водоемы, большие плотины из древесного мусора и другие особенности.

Гипорейная зона и ее взаимодействия влияют на объем воды в ручье, которая перемещается вниз по течению. Пределы водосбора указывают на то, что грунтовые воды сбрасываются в поток по мере того, как вода движется вниз по течению, так что объем воды в основном канале увеличивается от верхнего к нижнему течению. И наоборот, когда вода просачивается в зону грунтовых вод, приводя к чистой потере поверхностных вод, считается, что в районе протока вода «теряется».

Гипорейная зона дает следующие преимущества: [10]

  • Привычка и укрытие для разных видов рыб, водных растений и межклеточных организмов;
  • Снижение концентрации растворенных загрязняющих веществ в сточной воде;
  • Контроль за обменом воды и растворенных веществ между основным потоком и грунтовыми водами;
  • Снижение температуры речной воды.

Изучение Hyporheic Zone [ править ]

Экосистема ручья или реки - это больше, чем просто текущая вода, которую можно увидеть на поверхности: реки связаны с прилегающими прибрежными территориями. [11] Следовательно, ручьи и реки включают динамическую гипорейную зону, которая находится ниже и сбоку от основного русла. Поскольку гипорейная зона находится под поверхностью воды, ее может быть трудно идентифицировать, количественно оценить и наблюдать. Однако гипорейная зона является зоной биологической и физической активности и, следовательно, имеет функциональное значение для речных и ручьевых экосистем. [12] Ученые-исследователи используют такие инструменты, как скважины и пьезометры , консервативные и реактивные индикаторы, [13]и транспортные модели, которые учитывают адвекцию и дисперсию воды как в русле ручья, так и под поверхностью. [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 [ править ]

Гипорейная зона - это экотон между ручьем и недрами: это динамическая область смешения поверхностных и грунтовых вод на границе раздела наносов и воды. С биогеохимической точки зрения грунтовые воды часто содержат мало растворенного кислорода, но содержат растворенные питательные вещества. И наоборот, вода из основного русла содержит больше растворенного кислорода и меньше питательных веществ. Это создает биогеохимический градиент, который может существовать на разной глубине в зависимости от протяженности гипорейной зоны. Часто в гипорейной зоне преобладают гетеротрофные микроорганизмы, которые перерабатывают растворенные питательные вещества, обмениваемые на этой границе раздела.

Гипорейная зона: основные характеристики и причины гипорейного обмена [ править ]

Основные различия между поверхностными и грунтовыми водами касаются концентрации кислорода, температуры и pH. [15] На границе раздела между основным потоком и грунтовыми водами гипорейная зона подвергается физико-химическим градиентам, вызывающим биохимические реакции, способные регулировать поведение химических соединений и водных организмов в зоне обмена. [16] Гипорейная зона вносит важный вклад в уменьшение количества загрязняющих веществ, растворенных в воде канала [17], и в круговорот энергии, питательных веществ и органических соединений. [18] Более того, он демонстрирует значительный контроль над переносом загрязняющих веществ через бассейн реки. [19]

Основные факторы, влияющие на результаты гипорейного обмена: [20]

  • Геометрия и гидравлические свойства водоносного горизонта; [21] [22]
  • Временное изменение высоты уровня грунтовых вод; [23]
  • Топографические характеристики и проницаемость русла реки; [24]
  • Горизонтальные градиенты, вызванные изменением контурной морфологии основного русла. [25]


Ссылки [ править ]

  1. ^ Левандовски, Йорг (2019). «Имеет ли значение гипорейская зона за пределами научного сообщества?» . Вода . 11 (11): 2230. DOI : 10,3390 / w11112230 .
  2. ^ Лоуренс, JE; М. Скольд; Ф.А. Хуссейн; Д. Сильверман; VH Resh; Д.Л. Седлак; RG Luthy; Дж. Э. МакКрей (14 августа 2013 г.). «Зона гипореи в городских ручьях: обзор и возможности для улучшения качества воды и улучшения водной среды обитания путем активного управления». Инженерная экология . 47 (8): 480–501. DOI : 10,1089 / ees.2012.0235 .
  3. ^ Orghidan, Т. (1959). "Ein neuer Lebensraum des unterirdischen Wassers: Der hyporheische Biotop". Archiv für Hydrobiologie . 55 : 392–414.
  4. ^ Bencala, Кеннет Е. (2000). «Гидрологические процессы гипорейной зоны». Гидрологические процессы . 14 (15): 2797–2798. Bibcode : 2000HyPr ... 14.2797B . DOI : 10.1002 / 1099-1085 (20001030) 14:15 <2797 :: АИД-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: влияние на метаболизм потока и круговорот питательных веществ». Hydrobiologia . 111 (3): 219–228. DOI : 10.1007 / BF00007202 . ISSN 1573-5117 . S2CID 40029109 .  
  6. ^ Финдли, Стюарт (1995). «Важность обмена поверхность-подповерхность 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. ^ Bencala, Кеннет Е. (2006), "Hyporheic Обмен потоки", Энциклопедия гидрологических наук , Американское онкологическое общество, DOI : 10.1002 / 0470848944.hsa126 , ISBN 9780470848944
  8. ^ Касахара, Тамао; Вондзелл, Стивен М. (2003). «Геоморфологические регуляторы гипорейного обменного потока в горных ручьях» . Исследование водных ресурсов . 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 на водообмен между поверхностными и подземными водами в горных водосборах». Исследование водных ресурсов . 29 (1): 89–98. Bibcode : 1993WRR .... 29 ... 89H . DOI : 10.1029 / 92WR01960 . ISSN 1944-7973 . 
  10. ^ The hyporheic handbook: справочник по границе раздела подземных и поверхностных вод и зоне гипореи для менеджеров по охране окружающей среды . Агентство окружающей среды. 2009. ISBN. 978-1-84911-131-7.
  11. ^ "Экосистемная перспектива аллювиальных рек: связность и гипорейный коридор | Scinapse | Академическая поисковая машина для бумаги" . Сцинапс . Проверено 15 марта 2019 .
  12. ^ Бултон, Эндрю Дж .; Финдли, Стюарт; Мармонье, Пьер; Стэнли, Эмили Х .; Валетт, Х. Морис (1998-11-01). «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 .; Санзоне, Дайан М .; Wollheim, Wilfred M .; Петерсон, Брюс Дж .; Webster, Jackson R .; Мейер, Джуди Л. (2000). «Круговорот азота в лесном ручье, определяемый добавлением 15n изотопного индикатора». 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. ^ Bencala, Kenneth E .; Уолтерс, Рой А. (1983). «Моделирование переноса растворенных веществ в горных водоемах и ручьях: модель временного хранения». Исследование водных ресурсов . 19 (3): 718–724. Bibcode : 1983WRR .... 19..718B . DOI : 10.1029 / WR019i003p00718 . HDL : 2027 / uc1.31210024756569 . ISSN 1944-7973 . 
  15. ^ The hyporheic handbook: справочник по границе раздела подземных и поверхностных вод и зоне гипореи 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. DOI : 10.1046 / j.1365-2427.1997.00143.x . ISSN 1365-2427 . 
  17. ^ Ганди, CJ; Смит, JWN; Джарвис, AP (15 февраля 2007 г.). «Ослабление горных загрязняющих веществ в зоне гипореи: обзор». Наука об окружающей среде в целом . 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 бентологического общества . 12 (1): 61–69. DOI : 10.2307 / 1467686 . ISSN 0887-3593 . JSTOR 1467686 .  
  19. ^ Смит, JWN; Сурридж, BWJ; Haxton, TH; Лернер, Д. Н. (15 мая 2009 г.). «Ослабление загрязняющих веществ на границе раздела подземных и поверхностных вод: 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 .; Фрапе, Шон К. (ноябрь 1997 г.). «Определение места разгрузки подземных вод в крупных озерах с использованием карт электропроводности донных отложений». Исследование водных ресурсов . 33 (11): 2609–2615. Bibcode : 1997WRR .... 33.2609H . DOI : 10.1029 / 97WR01702 .
  21. ^ Фриз, Р. Аллан; Уизерспун, Пенсильвания (1967). «Теоретический анализ регионального стока подземных вод: 2. Влияние конфигурации уровня грунтовых вод и изменения подземной проницаемости». Исследование водных ресурсов . 3 (2): 623–634. Bibcode : 1967WRR ..... 3..623F . DOI : 10.1029 / WR003i002p00623 . ISSN 1944-7973 . 
  22. Перейти ↑ Winter, Thomas C. (1995). «Последние достижения в понимании взаимодействия подземных и поверхностных вод». Обзоры геофизики . 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 воздействия хранилища банка». Исследование водных ресурсов . 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 на водообмен между поверхностными и подземными водами в горных водосборах». Исследование водных ресурсов . 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» . Исследование водных ресурсов . 45 (1): W01501. Bibcode : 2009WRR .... 45.1501C . DOI : 10.1029 / 2008WR007442 . ISSN 1944-7973 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Статья о гипорейной зоне ручьев и очистке воды . Включает схему.