The hydrological function of organo-mineral soils in downstream flood risk

有机矿物土壤在下游洪水风险中的水文功能

基本信息

  • 批准号:
    1981784
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2018 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This project will seek to understand hydrological processes operating in upland organo-mineral soils and how their management and vegetation cover influences river flow peaks. This novel field, lab and modelling project will expand our knowledge on the function and hydrology of upland soils which are of high conservation value. The project will directly provide Natural England with urgently needed management decision-making evidence on upland soil management for flood peak reduction. Organo-mineral soils cover around 20 % of the UK, and are particularly common in upland areas with the main types being stagnohumic gleys and acid brown earths. Unlike peatlands, the function and hydrology of organo-mineral soils is globally very poorly understood with major gaps in the literature. These soils typically underlie upland heathland and grasslands in areas with high conservation value. It is unclear whether these soils are dominated by throughflow (and what their typical permeability range is), infiltration-excess overland flow or saturation-excess overland flow in different topographic contexts and rainfall events. It is also unclear how management of organo-mineral soils impacts their role in runoff generation.There is an urgent need for evidence on 'nature-based' flood management solutions, particularly in UK uplands - source areas for the UK's major rivers. Recent modelling work on peatlands by U. Leeds has shown that controlling overland flow velocities by changing the surface cover conditions in key spatially identifiable parts of the catchment can play an important role in reducing flood peaks (by up to 20 % for some rainfall events). However, we do not have data from organo-mineral soils, which are likely to function quite differently to peat, to inform such modelling and so practitioners have limited basis for upland management decisions which may benefit those downstream at risk of flooding.Study design: The above issues will be tackled through a combined monitoring, experimental and modelling approach providing PhD skills benefits involving: 1) Measure and determine the dominant hydrological pathways (e.g. overland flow, subsurface flow) through monitoring of flow volumes / rates though and over stagnohumic gleys and acid brown earths (controlling for slope position using the topographic index), moisture content & water-table depths; 2) permeability tests to measure the hydraulic conductivity (U. Leeds have a novel permeameter system allowing 25 soil samples to be tested simultaneously, allowing high throughput); 3) experimental overland flow velocity measurements by supplying water to plots and measuring the velocities for different slope angles, flow depths and vegetation conditions. The above three approaches will be used on areas of hillslope in Cumbria to test for differences in hydrological function related to soil condition and surface cover. The design will incorporate soils that have been assessed by Natural England to be in different states of degradation including high quality Atlantic Heath (dense dwarf shrubs with an understory of mosses), poor Atlantic heath, good acid grassland and acid grassland that has heavy grazing.The three field and laboratory steps above will then enable the student to: 4) modify a new spatially-distributed version of TOPMODEL recently developed by U. Leeds; 5) use the model to test different spatial organo-mineral land-cover scenarios to test optimal solutions to reduce downstream flow peaks.
该项目将设法了解高地有机-矿物土壤中的水文过程及其管理和植被覆盖如何影响河流流量峰值。这个新的领域,实验室和模拟项目将扩大我们对高地土壤的功能和水文知识,这些土壤具有很高的保护价值。该项目将直接为Natural England提供减少洪峰的高地土壤管理急需的管理决策依据。有机-矿物土壤覆盖了英国约20%的土地,在高地地区特别常见,主要类型是滞水腐殖土和酸性棕色土壤。与泥炭地不同,全球对有机矿物土壤的功能和水文学知之甚少,文献中存在重大空白。这些土壤通常位于具有高保护价值的地区的高地荒原和草原之下。目前还不清楚这些土壤是否占主导地位的通流(和他们的典型渗透性范围是什么),渗透过量地表径流或饱和过量地表径流在不同的地形背景和降雨事件。目前还不清楚有机-矿物土壤的管理如何影响它们在径流产生中的作用。迫切需要关于“基于自然”的洪水管理解决方案的证据,特别是在英国高地-英国主要河流的源头地区。最近,美国科学家在泥炭地上进行了建模工作。利兹已经表明,通过改变集水区关键空间可识别部分的地表覆盖条件来控制地表流速,可以在减少洪峰方面发挥重要作用(对于某些降雨事件,可减少高达20%)。然而,我们没有来自有机矿物土壤的数据,这些土壤的功能可能与泥炭完全不同,以告知这种建模,因此从业者对高地管理决策的基础有限,这可能会使下游面临洪水风险的人受益。研究设计:上述问题将通过综合监测,实验和建模方法来解决,提供博士技能优势,包括:1)通过监测滞水腐殖土和酸性棕壤的流量/流速(使用地形指数控制坡度)、含水量和地下水位深度,测量和确定主要的水文路径(如地表径流、地下径流); 2)渗透性测试,测量水力传导率(U.利兹有一个新的渗透系统,可以同时测试25个土壤样本,从而实现高通量); 3)通过向地块供水并测量不同坡度、水流深度和植被条件下的流速,进行实验性的地表水流速度测量。上述三种方法将用于坎布里亚郡的山坡地区,以测试与土壤条件和地表覆盖有关的水文功能的差异。该设计将纳入自然英格兰评估的不同退化状态的土壤,包括高质量的大西洋石南(茂密的矮灌木,林下有苔藓),大西洋石南,良好的酸性草地和酸性草地,有大量的放牧。上述三个实地和实验室步骤将使学生能够:4)修改了美国最新开发的空间分布的TOPMODEL模型。利兹; 5)使用该模型来测试不同的空间有机-矿物土地覆盖情景,以测试减少下游流量峰值的最佳解决方案。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
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专利数量(0)
The hydrological function of organo-mineral soil grasslands in UK uplands
英国高地有机矿质土壤草地的水文功能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Bond Stephanie Grace
  • 通讯作者:
    Bond Stephanie Grace
Seasonal vegetation and management influence overland flow velocity and roughness in upland grasslands
  • DOI:
    10.1002/hyp.13842
  • 发表时间:
    2020-07-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Bond, Stephanie;Kirkby, Mike J.;Holden, Joseph
  • 通讯作者:
    Holden, Joseph
Some examples of spurious correlation in the literature
文献中一些虚假相关的例子
  • DOI:
    10.1002/hyp.14348
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Kirkby M
  • 通讯作者:
    Kirkby M
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