Analysis of runoff, sediment dynamics and sediment yield of subcatchments in the highly erodible Isábena catchment, Central Pyrenees
Analysis of runoff, sediment dynamics and sediment yield of subcatchments in the highly erodible Isábena catchment, Central Pyrenees
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比利牛斯山脉中部高度易侵蚀的伊萨贝纳流域的子流域径流、泥沙动力学和产沙量分析
DOI：
10.1007/s11368-014-0990-5
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发表时间：
1920
影响因子：
3.6
通讯作者：
J. A. López-Tarazón
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
T. Francke;S. Werb;E. Sommerer;J. A. López-Tarazón
摘要目的：西班牙的Isábena流域（445公里）具有高度多样的空间异质性，土地利用，岩性和降雨。因此，在水和泥沙产量方面的相对贡献在其子流域之间变化很大，而且在时间上也是如此。本研究综合了Isábena及其出口的五个主要子流域约2.5年的降雨量、流量和悬浮泥沙浓度（SSC）监测。材料与方法：从2011年6月至2013年11月，收集了集水区出口的连续排放、9个翻斗降雨量和自动SSC采样器（辅以手动采样）。使用贝叶斯回归得出的额定曲线将水位记录转换为流量。为了重建产沙量，需要对间断SSC采样的数据进行插值。我们采用非参数多元回归（分位数回归森林，QRF）使用流量和降雨量数据加上不同的聚集水平，这些作为辅助预测。随后的蒙特卡罗模拟可以确定每月的沉积量及其不确定性。结果和讨论：水位流量额定曲线显示出较宽的可信区间为较高的阶段，具有很大的不确定性与流量率，特别是在洪水期间。子集水区的产水量差异很大。整个流域的输出占主导地位的最北端的子流域（~ 360毫米年）。较小的南部子集水区具有更高的变异性和较低的径流率（55-250毫米年）。SSC表现出广泛的范围，并可以超过100克升的中央子流域，其中大部分的荒地位于。对于sedigraphs的重建，QRF方法证明是合适的，Nash-Sutcliffe指数为0.50至0.84。特定的产沙量从高度植被的北部相对较低（32吨公里年）到许多荒地形成地区的高值（3，651吨公里年）不等。结论：Isábena集水区表现出高度的侵蚀动态，在空间和时间上具有很大的变化性，即使在相邻的子集水区之间也存在鲜明的对比。自然条件使水和沉积物监测和仪器非常具有挑战性;流量的测量特别容易出现相当大的不确定性。用于重建沉积图和月产量的QRF方法证明非常适合这项任务。
Abstract Purpose: The Isábena catchment (445 km), Spain, features highly diverse spatial heterogeneity in land use, lithology and rainfall. Consequently, the relative contribution in terms of water and sediment yield varies immensely between its subcatchments, and also temporally. This study presents the synthesis of~ 2.5 years of monitoring rainfall, discharge and suspended sediment concentration (SSC) in the five main subcatchments of the Isábena and its outlet. Materials and methods: Continuous discharge at the subcatchment outlets, nine tipping bucket rainfall and automatic SSC samplers (complemented by manual samples), were collected from June 2011 until November 2013. The water stage records were converted to discharge using a rating curve derived with Bayesian regression. For reconstructing sediment yields, the data from the intermittent SSC sampling needed to be interpolated. We employed non-parametric multivariate regression (Quantile Regression Forests, QRF) using the discharge and rainfall data plus different aggregation levels of these as ancillary predictors. The subsequent Monte Carlo simulations allowed the determination of monthly sediment yields and their uncertainty. Results and discussion: The stage-discharge rating curves showed wide credibility intervals for the higher stages, with great uncertainties associated with the discharge rates, especially during floods. The water yield of the subcatchments differed considerably. The entire catchment's output was dominated by the northernmost subcatchment (~ 360 mm year). The smaller, southern subcatchments featured much higher variability and lower runoff rates (55-250 mm year). The SSCs exhibited a wide range and can exceed 100 gl for the central subcatchments, where most of the badlands are located. For the reconstruction of the sedigraphs, the QRF method proved suitable with Nash-Sutcliffe indices of 0.50 to 0.84. The specific sediment yield ranges from relatively low (32 t km year) in the highly vegetated north to high values (3,651 t km year) in areas with many badland formations. Conclusions: The Isábena catchment shows high erosion dynamics with great variability in space and time, with stark contrasts even between adjacent subcatchments. The natural conditions make water and sediment monitoring and instrumentation very challenging; the measurement of discharge is particularly prone to considerable uncertainties. The QRF method employed for reconstructing sedigraphs and monthly yields proved well suited for the task.
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