Runoff generation in a pre-alpine catchment: A discussion between a tracer and a shallow groundwater hydrologist

• H.J. van Meerveld ^[1] ; B.M.C. Fischer ^[1] ; M. Rinderer ^[2] ; M. Stahli ^[3] ; J. Seibert ^{[1] [4]}
  1. [1] University of Zurich

     University of Zurich

     Zürich, Suiza

     
  2. [2] University of Freiburg

     University of Freiburg

     Stadtkreis Freiburg im Breisgau, Alemania

     
  3. [3] Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research

     Swiss Federal Institute for Forest, Snow and Landscape Research

     Birmensdorf (ZH), Suiza

     
  4. [4] Uppsala University

     Uppsala University

     Uppsala domkyrkoförs., Suecia

     

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• Localización: Cuadernos de investigación geográfica: Geographical Research Letters, ISSN-e 1697-9540, ISSN 0211-6820, Vol. 44, Nº 2, 2018, págs. 429-452
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Generación de escorrentía en una cuenca pre-alpina: una discusión entre un hidrólogo utilizando trazadores y otro interesado en aguas subterráneas poco profundas
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• Resumen
  • español

    Los mecanismos de generación de escorrentía varían entre cuencas y a pesar de décadas de investigación en numerosas cuencas, estos mecanismos todavía no se entienden completamente. En este trabajo se discuten los mecanismos de generación de escorrentía en las cuencas prealpinas de Alptal, Suiza, caracterizadas por fuertes pendientes. Estas cuencas, que presentan respuestas rápidas, poseen suelos poco permeables sobre estratos del flysch. Junto con unas precipitaciones abundantes y frecuentes, esto se traduce en la existencia de condiciones predominantemente húmedas. En muchas zonas, la capa freática está cerca de la superficie del suelo. En este trabajo se revisan los principales resultados de los estudios recientes (2009-2016) llevados a cabo en estas cuencas que utilizaron datos sobre isótopos y química del caudal así como datos hidrométricos. Estos estudios de campo se centraron en los patrones espaciales y temporales de los niveles freáticos, en los patrones espaciales de la composición isotópica y química del flujo de base, así como en la respuesta del caudal y su composición isotópica durante eventos pluviométricos. La combinación de todos estos resultados destaca la conectividad que se establece entre áreas con una posición topográfica diferente y con diferentes usos del suelo durante eventos pluviométricos. También muestra la importancia que tienen los flujos de agua en la mayor conductividad que se produce en las capas de suelo más superficiales para la generación de escorrentía, y la ocurrencia frecuente de escorrentía superficial. Las diferencias espaciales en la dinámica de los niveles freáticos están relacionadas con la topografía. La respuesta del caudal está principalmente afectada por las características de la lluvia; las diferencias de caudal y química del agua entre cuencas con diferentes fracciones de cubierta forestal, prados y humedales fueron relativamente pequeñas. Sin embargo, las variaciones en la química del flujo de base en diferentes secciones del cauce en una misma cuenca fueron considerables. Ante todo estos estudios destacan el valor de combinar datos sobre patrones espaciales de niveles freáticos y química del agua con serie largas de datos de caudal para obtener una imagen más completa de los principales mecanismos de generación de escorrentía.

  • English

    Runoff generation mechanisms vary between catchments and despite decades of research in many catchments, these mechanisms are still not fully understood. In this paper, runoff generation mechanisms in the steep pre-alpine catchments in the Alptal, Switzerland, are discussed. These fast responding catchments are characterized by low permeability soils on top of flysch bedrock. In combination with the high and frequent precipitation, this results in predominantly wet conditions. In many areas, the water table is close to the surface. We review the main results of recent (2009-2016) studies in these catchments that used isotope, stream chemistry and hydrometric data. These field studies focused on the spatial and temporal patterns in groundwater levels, spatial patterns in the isotopic composition and chemistry of streamflow during baseflow conditions, as well as the responses of streamflow and its isotopic composition during rainfall events. The combined results of these studies highlight the establishment of connectivity of areas with a different topographic position and areas with a different land use during rainfall events. They also show the importance of flow in higher conductivity near surface soil layers for runoff generation, as well as the frequent occurrence of surface runoff. Spatial differences in groundwater dynamics are related to topography. Streamflow responses are mainly affected by the rainfall characteristics; differences in streamflow and hydrochemistry between catchments with different portions of forest, meadows and wetlands, were relatively small. However, variations in the chemistry of baseflow along stream reaches within a catchment were considerable. Above all, these studies highlight the value of combining data on spatial patterns of groundwater levels and stream chemistry with long term data on streamflow to derive a more complete picture of the dominant runoff generation mechanisms.