Isotopic hydrograph separation in two small mountain catchments during multiple events
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[1] Slovak Academy of Sciences
Slovak Academy of Sciences
Eslovaquia
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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. 453-473
- Idioma: inglés
- Títulos paralelos:
- Separación isotópica del hidrograma de crecida en dos pequeñas cuencas de montaña durante múltiples eventos
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Resumen
- español
Se llevó a cabo una separación isotópica del hidrograma en dos componentes con el fin de determinar la proporción de agua de lluvia y de agua preexistente de un único evento de crecida. Su aplicación para varios eventos sucesivos requiere la determinación reiterada de las señales isotópicas de los distintos componentes (precipitación, agua preexistente) para cada evento. La existencia de varias señales posibles conlleva diferencias en el cálculo de las contribuciones de los distintos componentes. Este artículo responde a la pregunta de cuánto de grandes podrían ser las diferencias debidas a la aplicación de diferentes métodos para la determinación de las señales de los distintos componentes en una pequeña cuenca de montaña. Se analizó la composición isotópica de la lluvia diaria y a escala de evento, a diferentes altitudes en dos cuencas localizadas en los Cárpatos en julio de 2014. La composición isotópica del caudal, muestreado cada 4-6 h, también se analizó. Los gradientes altitudinales de δ18O y δ2H en la precipitación durante el periodo de estudio fueron 0.18 ‰ 100 m-1 y -1.1 ‰ 100 m-1. También se observó un gradiente altitudinal en el exceso de deuterio (0.29 ‰ 100 m-1). La precipitación en la cara norte de las montañas fue isotópicamente más ligera de lo esperado para una altitud dada. Cinco eventos de gran magnitud fueron registrados durante el periodo de estudio en la cuenca de Jalovecký (Tatras Occidentales, 22.2 km2 de superficie) y la cuenca de cabecera de Škaredý (Altos Tatras, 1.4 km2 de superficie). La separación isotópica del hidrograma en dos componentes se llevó a cabo utilizando ocho opciones para el cálculo de las señales del agua de lluvia y del agua preexistente. La señal isotópica de la precipitación fue representada mediante los datos obtenidos en altitudes altas y bajas. El agua preexistente fue representada mediante el caudal previo a la crecida y mediante un valor estadístico de los datos sobre la composición isotópica del caudal tomados a largo plazo. Ambos isótopos, δ18O y δ2H, fueron utilizados para calcular las fracciones de agua de lluvia durante los picos de crecida de los eventos individuales. Estas fracciones estuvieron por debajo de 0.2-0.3 en la mayoría de los eventos. No obstante, las diferencias en el cálculo de las fracciones de agua de lluvia para diferentes composiciones isotópicas de los distintos componentes fue significativa, incluso sin tener en cuenta posibles cambios en la composición isotópica durante eventos pluviométricos individuales. El coeficiente de variación para las fracciones de agua de lluvia, calculado para las diferentes opciones, varió entre 0.14 y 0.36. Estos resultados sugieren que seguramente es más adecuado usar un rango de posibles valores en vez de un único valor a la hora de interpretar los resultados de la separación del hidrograma. La separación del hidrograma mediante 18O and 2H arrojó resultados similares.
- English
Two-component isotopic hydrograph separation (IHS) was developed to determine the event- and pre-event components of a single storm event. Its application for several sucessive events requires repeated determination of isotopic signatures of end-members (precipitation, pre-event component) for each event. The existence of several possible alternative signatures results in differences in calculated contributions of event-/pre- event components. This article addresses the question of how big the differences could be in small mountain catchments with different methods for detemining the end member signatures. We analyzed data on isotopic composition of daily/event precipitation at different elevations in two catchments located in the highest part of the Carpathians in July 2014.The isotopic composition of streamflow sampled every 4-6 hours was analyzed as well. Elevational gradients of δ18O and δ2H in precipitation in the study period were -0.18 ‰ 100 m-1 and -1.1 ‰ 100 m-1, respectively. An elevation gradient in deuterium excess (0.29 ‰ 100 m-1) was also found. Precipitation on the windward side of the mountains was isotopically lighter than expected for a given rain gauge elevation. Five large rainfall-runoff events occurred in the study period in the meso-scale catchment of the Jalovecký creek (Western Tatra Mountains, area 22.2 km2) and in the headwater catchment of the Škaredý creek (High Tatra Mountains, area 1.4 km2). Isotopic hydrograph separation was conducted using eight options for the isotopic signatures of event and pre-event water. The isotopic signature of the event water (rainfall) was alternatively represented by data from high or low elevations. Pre-event water was represented either by the streamflow before the event or by the value taken from the statistics of the long-term data on isotopic composition of the stream. Both isotopes (18O and 2H) were used to calculate event water fractions during peak flows of individual events. Calculated peak flow event water fractions were below 0.2-0.3 for most events. However, the differences in calculated event water fractions for alternative isotopic composition of end-members were significant even if we did not take into account changes in isotopic composition during individual rainfalls. Coefficients of variation for event water fractions calculated for various options varied during individual events from 0.14 to 0.36. It is therefore perhaps better to use a range of possible values instead of a single accurate number to interpret the IHS results. Hydrograph separations based on 18O and 2H provided similar results.
- español
