Methods for estimating peak discharge and flood boundaries of streams in Utah /

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Relationships between rainfall intensity, duration and suspended particle washoff from an urban road surface

A basic understanding of the relationships between rainfall intensity, duration of rainfall and the amount of suspended particles in stormwater runoff generated from road surfaces has been gained mainly from past washoff experiments using rainfall simulators. Simulated rainfall was generally applied at constant intensities, whereas rainfall temporal patterns during actual storms are typically highly variable. This paper discusses a rationale for the application of the constant-intensity washoff concepts to actual storm event runoff. The rationale is tested using suspended particle load data collected at a road site located in Toowoomba, Australia. Agreement between the washoff concepts and measured data is most consistent for intermediate-duration storms (duration <5 h and >1 h). Particle loads resulting from these storm events increase linearly with average rainfall intensity. Above a threshold intensity, there is evidence to suggest a constant or plateau particle load is reached. The inclusion of a peak discharge factor (maximum 6 min rainfall intensity) enhances the ability to predict particle loads.

Impact of physical processes on the chlorophyll distribution in the Bay of Bengal

Satellite-derived chlorophyll a concentration (chl a) maps show three regions with high chl a in the Bay of Bengal. First among these is close to the coast, particularly off river mouths, with high values coinciding with the season of peak discharge; second is in the southwestern bay during the northeast monsoon, which is forced by local Ekman pumping; and the third is to the east of Sri Lanka in response to the summer monsoon winds. Chlorophyll-rich water from the mouths of rivers flows either along the coast or in an offshore direction, up to several hundred kilometers, depending on the prevailing ocean current pattern. The Irrawady River plume flows toward offshore and then turns northwestward during October–December, but it flows along the coast into the Andaman Sea for the rest of the year. From the Ganga-Brahmaputra river mouth, chl a–rich water flows directly southward into the open bay during spring but along the Indian coast during summer and winter. Along the Indian coast, the flow of chl a–rich water is determined by the East India Coastal Current (EICC). Whenever the EICC meanders off the Indian coast, it leads to an offshore outbreak of chl a–rich water from the coastal region into open ocean. The EICC as well as open ocean circulation in the bay is made up of several eddies, and these eddies show relatively higher chl a. Eddies near the coast, however, can often have higher chl a because of advection from the coastal region rather than generation within the eddy itself. The bay experiences several cyclones in a year, most of them occurring during October–November. These cyclones cause a drop in the sea surface temperature, a dip in the sea level, and a local increase in chl a. The impact of a cyclone is weaker in the northern part of the bay because of stronger stratification compared to the southern parts.

Flood of September 20-23, 1969 in the Gadsden County area, Florida

The center of low pressure of a tropical disturbance which moved northward in the Gulf of Mexico, reached land between Panama City and Port St. Joe, Florida, on September 20, 1969. This system was nearly stationary for 48 hours producing heavy rainfall in the Quincy-Havana area, 70-80 miles northeast of the center. Rainfall associated with the tropical disturbance exceeded 20 inches over a part of Gadsden County, Florida, during September 20 through 23, 1969, and the maximum rainfall of record occurred at Quincy with 10.87 inches during a 6-hour period on September 21. The 48-hour maximum of 17.71 inches exceeded the 1 in 100-year probability of 16 inches for a 7-day period. The previous maximum rainfall of record at Quincy (more than 12 inches) was on September 14-15, 1924. The characteristics of this historical storm were similar in path and effect to the September 1969 tropical disturbance. Peak runoff from a 1.4-square mile area near Midway, Florida, was 1,540 cfs (cubic feet per second) per square mile. A peak discharge of 45,600 cfs on September 22 at the gaging station on the Little River near Quincy exceeded the previous peak of 25,400 cfs which occurred on December 4, 1964. The peak discharge of 89,400 cfs at Ochlockonee River near Bloxham exceeded the April 1948 peak of 50,200 cfs, which was the previous maximum of record, by 1.8 times. Many flood-measurement sites had peak discharges in excess of that of a 50-year flood. Nearly $200,000 was spent on emergency repairs to roads. An additional $520,000 in contractual work was required to replace four bridges that were destroyed. Agricultural losses were estimated at $1,000,000. (44 page document)

Streamflow response of a small forested catchment on different timescales

The hydrological response of a catchment to rainfall on different timescales is result of a complex system involving a range of physical processes which may operate simultaneously and have different spatial and temporal influences. This paper presents the analysis of streamflow response of a small humid-temperate catchment (Aixola, 4.8 km(2)) in the Basque Country on different timescales and discusses the role of the controlling factors. Firstly, daily time series analysis was used to establish a hypothesis on the general functioning of the catchment through the relationship between precipitation and discharge on an annual and multiannual scale (2003-2008). Second, rainfall-runoff relationships and relationships among several hydrological variables, including catchment antecedent conditions, were explored at the event scale (222 events) to check and improve the hypothesis. Finally, the evolution of electrical conductivity (EC) during some of the monitored storm events (28 events) was examined to identify the time origin of waters. Quick response of the catchment to almost all the rainfall events as well as a considerable regulation capacity was deduced from the correlation and spectral analyses. These results agree with runoff event scale data analysis; however, the event analysis revealed the non-linearity of the system, as antecedent conditions play a significant role in this catchment. Further, analysis at the event scale made possible to clarify factors controlling (precipitation, precipitation intensity and initial discharge) the different aspects of the runoff response (runoff coefficient and discharge increase) for this catchment. Finally, the evolution of EC of the waters enabled the time origin (event or pre-event waters) of the quickflow to be established; specifically, the conductivity showed that pre-event waters usually represent a high percentage of the total discharge during runoff peaks. The importance of soil waters in the catchment is being studied more deeply.

Anomalous atmospheric circulation and large winter floods in six subregions of the southwestern United States

EXTRACT (SEE PDF FOR FULL ABSTRACT): We examined atmospheric circulation conditions conducive to occurrence of winter floods that exceed the 10-year peak discharge on rivers in six hydroclimatic subregions in Arizona, southern Utah, Nevada, and California. ... This relationship between flooding and broad-scale atmospheric patterns in the modern record will aid in paleoclimatic interpretations of paleoflood records over the last few thousand years.

浑太流域洪涝灾害及其治理方略

Hunhe, Taizihe rivers originating from the east mountain areas of Liaoning Province are the biggest tributaries of the left bank of Liaohe River. From the initial stage of New China to the early 1990s, the frequency of flood damage had decreased, but recently the disasters have upgraded and changed from trunk stream to tributary basins. In July 1995, Dongzhouhe, a tributary of Hunhe River, suffered from a heaviest flood since establishing the document of floods in Hunhe basin. Meanwhile, a peak discharge, almost beyond double defending ability, occurred at Dadongshanpu Station of Beishahe River, a tributary of Taizihe River. Besides the continued heavy rainstorm, no controllable water conservancy projects and ecological damages caused by quickly decreasing forest cover and water and soil loss are the two main causes of flood damage. In addition, the low flood protection standard is also one of causes. According to the above analyses, some strategies of synthetic controlling for flood damages were put forward: 1) Establishing the system of ecological engineering to defend floods and reduce disasters; 2)Setting up storage and detention areas; 3) Establishing flood controlling information system; 4) Improving the accuracy of media short period and short period rainstorm forecast and flood forecast; 5) Insurance of flood protection.

Einfluß der Gewässerversauerung auf Hyporheos und Bryorheos: Untersuchungen an zwei Waldbächen im Westharz

Im Rahmen der Fallstudie Harz sollte an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung ein Beitrag zur Klärung der Frage geleistet werden, inwieweit zwei Zuläufe der Sösetalsperre im Westharz versauert bzw. versauerungsgefährdet sind; aus diesem Stausee wird Trinkwasser für mehrere Gemeinden in Norddeutschland gewonnen. Die Belastung des fast vollständig bewaldeten Einzugsgebiets der Sösetalsperre mit luftbürtigen Schadstoffen (Saurer Regen) zählte zu den höchsten in Mitteleuropa. An jeweils drei Untersuchungsstellen der beiden Bäche Alte Riefensbeek (R1 bis R3) und Große Söse (S1 bis S3) wurden zwischen März 1987 und November 1988 Proben aus Moospolstern und dem hyporheischen Interstitial entnommen und physikalisch, chemisch und biologisch untersucht. Ergänzend wurden Wasserproben zwischen März 1986 und Oktober 1991 sowie vom April 1998 ebenso wie qualitative Fänge von Makroinvertebraten zwischen November 1986 und Juli 1990 sowie vom April 1998 ausgewertet. Die Analyse der tierischen Besiedlung der Moos- und Interstitialproben beschränkte sich auf die taxonomischen Gruppen Turbellaria (Strudelwürmer), Mollusca (Weichtiere), Amphipoda (Flohkrebse), Ephemeroptera (Eintagsfliegen), Plecoptera (Steinfliegen), Heteroptera (Wanzen), Megaloptera (Schlammfliegen), Coleoptera (Käfer), Trichoptera (Köcherfliegen) und Diptera (Zweiflügler). Der Grundsatz, daß normalverteilte und nicht normalverteilte Daten statistisch unterschiedlich behandelt werden müssen, wurde konsequent angewandt. Am Beispiel der Choriotopstruktur wurde gezeigt, daß die Auswahl des Analyseverfahrens das Ergebnis der ökologischen Interpretation multivariater statistischer Auswertung beeinflußt. Die Daten der Korngrößen-Verteilung wurden vergleichend einer univariaten und einer multivariaten statistischen Analyse unterworfen. Mit dem univariaten Verfahren wurden die Gradienten der ökologisch relevanten Korngrößen-Parameter eher erkannt als mit dem multivariaten Verfahren. Die Auswirkungen von Gewässerversauerung sowie anderer Umweltfaktoren (insgesamt 42 Faktoren) auf die Lebensgemeinschaften wurden anhand der Parameter Artenzahl, Besiedlungsdichte, Körpergröße und Biomasse untersucht. Abundanz, Biomasse und Körpergröße sowie die Umweltfaktoren wurden auf einem horizontalen Gradienten, d.h. im Längslauf der Bäche, und auf einem vertikalen Gradienten, d.h. fließende Welle / Bryorheon / Benthon versus Hyporheon, untersucht. Es wurde ein terminologisches System für die Kompartimente in der Fließgewässer-Aue vorgeschlagen, das in sich einheitlich ist. Es wurde ein neuer Moos-Vitalitätsindex für die Moospolster vorgestellt. Es wurden Bestimmungsschlüssel für die Larven der Chloroperlidae (Steinfliegen-Familie) und der Empididae (Tanzfliegen) in den beiden Harzbächen entwickelt. Die untersuchten Bachstrecken waren frei von Abwasserbelastung. An zwei Stellen wurde Wasser für einen Forellenteich ausgeleitet. Abgesehen von zwei meterhohen Abstürzen in der Großen Söse waren wasserbauliche Veränderungen ohne große Bedeutung. Das Abfluß-Regime war insofern nicht mehr natürlich, als beide Bäche in das System der bergbaulichen Bewässerungsgräben des Oberharzes eingebunden sind. Die Söse hatte ein F-nivopluviales Abfluß-Regime, der abflußreichste Doppelmonat war der März / April, die Unregelmäßigkeit des Abfluß-Regimes war sehr hoch, die Vorhersagbarkeit sehr niedrig, die monatlichen Abfluß-Maxima wiesen eine sehr geringe Konstanz auf. Der Zeitraum der biologischen Probenahme wurde von überdurchschnittlich vielen Tagen mit mäßig erhöhten Abflüssen geprägt, sehr große Hochwasser-Wellen fehlten aber. Die Abfluß-Dynamik wurde statistisch beschrieben. Das hydraulische Regime wurde anhand der Meßgrößen Fließgeschwindigkeit, Fließkraft und FROUDE-Zahl dargestellt. Der Zusammenhang zwischen Abfluß und Fließgeschwindigkeit auf der einen Seite und der Korngrößen-Verteilung auf der anderen Seite wurde statistisch untersucht, ebenfalls zwischen dem Abfluß und dem Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel sowie dem Wasserchemismus. In den Phasen ohne Hochwasser hatte das Hyporheal die Funktion einer Senke für Feinstkörner. Das Bachbett der Alten Riefensbeek war stabiler als das der Großen Söse. Insgesamt gesehen war das hyporheische Sediment in den quellnahen Abschnitten grobkörniger und auf den quellfernen Strecken feinkörniger. Der prozentuale Anteil der Feinstkörner im Hyporheal und Benthal nahm aber im Längslauf der Bäche ab. Dies ist ungewöhnlich, konnte aber nicht plausibel mit geologischen und hydrologischen Meßgrößen erklärt werden. Beide Bäche waren sommerkalt. Der Einfluß der Wassertemperatur auf die Larvalentwicklung wurde beispielhaft an den Taxa Baetis spp. und Leuctra gr. inermis untersucht. Es gab eine Tendenz, daß der Kohlenstoff- und Stickstoff-Gehalt der Feinstpartikel vom Benthal in das Hyporheal anstieg. Dies war ein weiterer Hinweis darauf, daß das Hyporheal die Funktion einer Senke und Vorratskammer für Nährstoffe hat. Der Zusammenhang zwischen partikulärer und gelöster Kohlenstoff-Fraktion wurde diskutiert. Im Hyporheon war die Nitrifikation nicht stärker als in der fließenden Welle. Es gab Hinweise, daß die sauren pH-Werte in der Großen Söse die Nitrifikation hemmten. Die Valenzen der Moos- und Tier-Taxa bezüglich Fließgeschwindigkeit, pH-Wert, Alkalinität sowie der Gehalte von Sauerstoff, Calcium, Magnesium, Kalium und Natrium wurden zusammengestellt. Das hyporheische Sediment war sehr grob und hatte eine hohe Porosität. Der Austausch zwischen fließender Welle und hyporheischem Wasser konnte deshalb sehr schnell erfolgen, es gab keine intergranulare Sprungschicht, die physikalischen und chemischen Tiefengradienten waren in den meisten Fällen gar nicht ausgeprägt oder nur sehr flach. Die Wassertemperatur des Freiwassers unterschied sich nicht signifikant von derjenigen im hyporheischen Wasser. Es gab -- von wenigen Ausnahmen bei pH-Wert, Leitfähigkeit und Sauerstoffgehalt abgesehen -- keine signifikanten Unterschiede zwischen dem Wasserchemismus der fließenden Welle und dem des Hyporheals. Die physikalischen und chemischen Voraussetzungen für die Refugialfunktion des Hyporheons waren deshalb für versauerungsempfindliche Taxa nicht gegeben. In der Tiefenverteilung der untersuchten Tiergruppen im Hyporheal lag das Maximum der Abundanz bzw. Biomasse häufiger in 10 cm als in 30 cm Tiefe. Daraus läßt sich aber keine allgemeine Gesetzmäßigkeit ableiten. Es wurde durchgehend die Definition angewendet, daß die Gewässerversauerung durch den Verlust an Pufferkapazität charakterisiert ist. Saure Gewässer können, müssen aber nicht versauert sein; versauerte Gewässer können, müssen aber nicht saures Wasser haben. Maßstab für das Pufferungsvermögen eines Gewässers ist nicht der pH-Wert, sondern sind die Alkalinität und andere chemische Versauerungsparameter. Der pH-Wert war auch operativ nicht als Indikator für Gewässerversauerung anwendbar. Die chemische Qualität des Bachwassers der Großen Söse entsprach aufgrund der Versauerung nicht den umweltrechtlichen Vorgaben bezüglich der Parameter pH-Wert, Aluminium, Eisen und Mangan, bzgl. Zink galt dies nur an S1. In der Alten Riefensbeek genügte das Hyporheal-Wasser in 30 cm Tiefe an R2 bzgl. des Sauerstoff-Gehalts nicht den umweltrechtlichen Anforderungen. Nur im Freiwasser an R1 genügten die Ammonium-Werte den Vorgaben der EG-Fischgewässer-Richtlinie, der Grenzwert wurde an allen anderen Meßstellen und Entnahmetiefen überschritten. Das BSB-Regime in allen Entnahmetiefen an R2, im Freiwasser an R3 und S1, im Hyporheal an R1 sowie in 30 cm Tiefe an R3 genügte nicht den Anforderungen der Fischgewässer-Richtlinie. Der Grenzwert für Gesamt-Phosphor wurde an S3 überschritten. In der Großen Söse war der Aluminium-Gehalt so hoch, daß anorganisches und organisches Aluminium unterschieden werden konnten. Besonders hohe Gehalte an toxischem anorganischen Aluminium wurden an Tagen mit Spitzen-Abflüssen und Versauerungsschüben gemessen. Erst die Ermittlung verschiedener chemischer Versauerungsparameter zeigte, daß auch die alkalischen Probestellen R2 und R3 mindestens versauerungsempfindlich waren. Die Messung bzw. Berechnung von chemischen Versauerungsparametern sollte deshalb zum Routineprogramm bei der Untersuchung von Gewässerversauerung gehören. Zu Beginn des Untersuchungsprogramms war angenommen worden, daß die mittleren und unteren Abschnitte der Alten Riefensbeek unversauert sind. Dieser Ansatz des Untersuchungsprogramms, einen unversauerten Referenzbach (Alte Riefensbeek) mit einem versauerten Bach (Große Söse) zu vergleichen, mußte nach der Berechnung von chemischen Versauerungsindikatoren sowie der Analyse der Abundanz- und Biomasse-Werte modifiziert werden. Es gab einen Versauerungsgradienten entlang der Probestellen: R1 (unversauert) R2 und R3 (versauerungsempfindlich bis episodisch leicht versauert) S2 und S3 (dauerhaft versauert) S1 (dauerhaft stark versauert). An S1 war das Hydrogencarbonat-Puffersystem vollständig, an S2 und S3 zeitweise ausgefallen. Die Versauerungslage an R2 und R3 war also schlechter als vorausgesehen. Unterschiede im Versauerungsgrad zwischen den Meßstellen waren nicht so sehr in unterschiedlichen Eintragsraten von versauernden Stoffen aus der Luft begründet, sondern in unterschiedlichen Grundgesteinen mit unterschiedlichem Puffervermögen. Der Anteil der verschiedenen sauren Anionen an der Versauerung wurde untersucht, die chemischen Versauerungsmechanismen wurden mit Hilfe von Ionenbilanzen und verschiedenen Versauerungsquotienten analysiert. Die beiden untersuchten Bäche waren von anthropogener Versauerung betroffen. Dabei spielte die Schwefel-Deposition (Sulfat) eine größere Rolle als die Stickstoff-Deposition (Nitrat). Die Probestelle S1 war immer schon in unbekanntem Maß natürlich sauer. Dieser natürlich saure Zustand wurde von der hinzugekommenen anthropogenen Versauerung bei weitem überragt. Die wenigen gewässerökologischen Daten, die im Wassereinzugsgebiet der Söse vor 1986 gewonnen wurden, deuten darauf hin, daß die Versauerung in den 70er und in der ersten Hälfte der 80er Jahre vom Boden und Gestein in die Bäche durchgeschlagen war. Dieser Versauerungsprozeß begann vermutlich vor 1973 in den Quellen auf dem Acker-Bruchberg und bewegte sich im Laufe der Jahre immer weiter talwärts in Richtung Trinkwasser-Talsperre. Der Mangel an (historischen) freilandökologischen Grundlagendaten war nicht nur im Untersuchungsgebiet, sondern ist allgemein in der Versauerungsforschung ein Problem. Wenn sich das Vorkommen von nah verwandten Arten (weitgehend) ausschließt, kann dies an der Versauerung liegen, z.B. war die Alte Riefensbeek ein Gammarus-Bach, die Große Söse ein Niphargus-Bach; dieses muß aber nicht an der Versauerung liegen, z.B. fehlte Habroleptoides confusa im Hyporheos an R3, Habrophlebia lauta hatte dagegen ihr Abundanz- und Biomasse-Maximum an R3. Zugleich lag das Maximum des prozentualen Anteils von Grobsand an R3, eine mögliche Ursache für diese interspezifische Konkurrenz. Die biologische Indikation von Gewässerversauerung mit Hilfe der Säurezustandsklassen funktionierte nicht in den beiden Harzbächen. Es wurde deshalb ein biologischer Versauerungsindex vorgeschlagen; dieser wurde nicht am pH-Wert kalibriert, sondern an der chemischen Versauerungslage, gekennzeichnet durch die Alkalinität und andere chemische Meßgrößen der Versauerung. Dafür wurden aufgrund der qualitativen und quantitativen Daten die häufigeren Taxa in die vier Klassen deutlich versauerungsempfindlich, mäßig versauerungsempfindlich, mäßig versauerungstolerant und deutlich versauerungstolerant eingeteilt. Es reicht nicht aus, die biologischen Folgen von Gewässerversauerung sowie Veränderungen in der Nährstoff-Verfügbarkeit und im sonstigen Wasserchemismus nur anhand der Artenzahl oder des Artenspektrums abzuschätzen. Vielmehr müssen quantitative Methoden wie die Ermittlung der Abundanzen angewandt werden, um anthropogene und natürliche Störungen des Ökosystems zu erfassen. Es wurde eine Strategie für die behördliche Gewässergüteüberwachung von Bachoberläufen vorgeschlagen, die flächendeckend die Versauerungsgefährdung erfassen kann. Die Auswirkungen der zeitlichen Dynamik des Versauerungschemismus wurden am Beispiel des versauerungsempfindlichen Taxons Baetis spp. (Eintagsfliegen) dargestellt. An S2 und S3 kam es zu starken Versauerungsschüben. Baetis konnte sich nicht ganzjährig halten, sondern nur in versauerungsarmen Phasen im Sommer und im Herbst; es gab einen Besiedlungskreislauf aus Ausrottungs- und Wiederbesiedlungsphasen. Die temporäre Population von Baetis an S2 und S3 bestand nur aus ersten Larvenstadien. Die Probestellen wurden auf horizontalen Gradienten der Umweltfaktoren angeordnet. Bei einigen Parametern gab es keinen Gradienten (z.B. Sauerstoff-Gehalt), bei anderen Parametern waren die Meßstellen auf sehr flachen Gradienten angeordnet (z.B. C:N-Quotient der Feinstkörner), bei den restlichen Meßgrößen waren die Gradienten sehr deutlich (z.B. Alkalinität). Bei den Längsgradienten von Abundanz und Biomasse waren alle Möglichkeiten vertreten: Zunahme (z.B. Leuctra pseudosignifera), Abnahme (z.B. Gammarus pulex), Maximum an der mittleren Probestelle (z.B. Leuctra pseudocingulata) und kein signifikanter Trend (z.B. Nemoura spp.). Abundanz und Biomasse zahlreicher taxonomischer Einheiten hatten ihr Maximum im Längslauf an den quellnächsten Probestellen R1 und S1, z.B. Protonemura spp. und Plectrocnemia spp. Die Lebensgemeinschaften an R1 und S1 waren allerdings völlig unterschiedlich zusammengesetzt. Die häufig vertretene Annahme, versauerte Gewässer seien biologisch tot, ist falsch. Unter Anwendung des 3. biozönotischen Grundprinzips wurde das Maximum von Abundanz und Biomasse in den quellnahen Abschnitten mit dem eustatistischen (stabilen) Regime von Wassertemperatur, Abfluß und Protonen-Gehalt, in der Alten Riefensbeek auch von Alkalinität und ALMER-Relation erklärt. Aufgrund der natürlichen und anthropogenen Störungen war im Längslauf der untersuchten Bäche keine natürliche biozönotische Gliederung des Artenbestands erkennbar. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und der Taxazahl ergaben, daß in erster Linie versauerungsrelevante Parameter -- Gehalte saurer Anionen, basischer Kationen und von Metallen, Alkalinität usw. -- die höchsten Korrelationskoeffizienten mit der Taxa-Zahl hatten; unter den natürlichen Meßgrößen zählten nur die Gehalte von DOC und TIC sowie der Anteil der Sande zu der Gruppe mit den höchsten Korrelationskoeffizienten. Die Korrelationsberechnungen zwischen den Umweltfaktoren und den Abundanzen ergab dagegen, daß die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft nicht nur durch die anthropogene Gewässerversauerung, sondern mindestens genauso durch einige natürliche Meßgrößen beeinflußt wurde. Es gab in den Harzbächen keinen ökologischen Superfaktor, der die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft überwiegend bestimmte. Auch die Meßgrößen der anthropogenen Gewässerversauerung waren nicht solch ein Superfaktor. Einen ähnlich hohen Einfluß auf die quantitative Zusammensetzung der Lebensgemeinschaft hatten die geologisch bestimmten Umweltfaktoren Leitfähigkeit und TIC-Gehalt, der von der Landnutzung bestimmte DOC-Gehalt sowie der Chlorid-Gehalt, der geologisch, möglicherweise aber auch durch den Eintrag von Straßensalz bestimmt wird. Die Mischung von anthropogenen und natürlichen Faktoren wurde in einem Modell der Wirkung von abiotischen Faktoren auf Bryorheos und Hyporheos dargestellt. Als Beispiel für die zeitliche Nutzung ökologischer Nischen wurde die Verteilung der Larven und Adulten der Dryopidae (Hakenkäfer) im Hyporheos und Bryorheos untersucht. Die Larven wurden vorzugsweise im Hyporheon, die Adulten im Bryorheon angetroffen. Die untersuchten Taxa wurden in die Varianten bryorheobiont, bryorheophil, bryorheotolerant, bryorheoxen und bryorheophob bzw. hyporheobiont, hyporheophil, hyporheotolerant, hyporheoxen und hyporheophob eingeteilt, um ihre räumliche Nutzung ökologischer Nischen zu beschreiben. Die gängige Lehrmeinung, daß das Hyporheon die Kinderstube benthaler Makroinvertebraten ist, konnte für zahlreiche Taxa bestätigt werden (z.B. Habrophlebia lauta). Für die bryorheophilen Taxa (z.B. Gammarus pulex und Baetis spp.) trifft diese Lehrmeinung in den beiden Harzbächen nicht zu. Vielmehr übernimmt das Bryorheon die Funktion einer Kinderstube. Die Larven von Plectrocnemia conspersa / geniculata sowie von Baetis spp. und Amphinemura spp. / Protonemura spp. neben Gammarus pulex zeigten eine Habitatbindung, die erstgenannte Gattung an das Hyporheal, die letztgenannten 3 Taxa an untergetauchte Moospolster (Bryorheal). Die Idee von der Funktion des Hyporheals als Kinderstube der Larven und Jungtiere, als Schutzraum gegen die Verdriftung durch Strömung und vor Fraßdruck durch Räuber sowie als Ort hohen Nahrungsangebots mußte für die letztgenannten 3 Taxa abgelehnt werden. Für sie übernahm das Bryorheal diese Aufgaben. Zwar waren die beiden Bäche oligotroph und die Nahrungsqualität der Feinstkörner im Hyporheal war niedrig. Die Abundanz- und Biomasse-Werte im Bryorheos und Hyporheos gehörten aber zu den weltweit höchsten. Es wurde das Paradoxon diskutiert, daß im Hyporheon der beiden Bäche Diatomeen-Rasen gefunden wurden, obwohl das Hyporheon lichtlos sein soll. Das Hyporheon wurde als ein Ökoton zwischen Benthon / Rheon und Stygon angesehen. Es wurden vier Haupttypen des Hyporheons beschrieben. Wegen des sehr unterschiedlichen Charakters des Hyporheons in verschiedenen Fließgewässern gibt es keinen einheitlichen Satz von abiotischen und biotischen Faktoren, mit denen das Hyporheon vom Benthon und Stygon abgegrenzt werden kann. In den beiden Harzbächen ähnelte das Hyporheon mehr dem Benthon als dem Stygon. Es konnte nicht anhand der chemischen Meßgrößen vom Benthon abgegrenzt werden, sondern anhand der physikalischen Meßgrößen Trübung und der Anteile von Feinsand und Schluffe/Tone sowie anhand der biologischen Parameter Summen-Abundanz und Summen-Biomasse. Aus der Typologie des Hyporheons folgt, daß ein bestimmtes Hyporheon nicht alle in der Literatur beschriebenen Funktionen innerhalb der Fließgewässer-Aue übernehmen kann. Es wurde ein Schema entwickelt, mit dem sich die optimale Liste der Parameter für die Untersuchung eines bestimmten Hyporheons auswählen läßt. Der Tendenz in der Fließgewässer-Ökologie, immer neue Konzepte zu entwickeln, die allgemeingültig sein sollen, wurde das Konzept vom individuellen Charakter von Fließgewässer-Ökosystemen entgegengestellt.

Salt marsh morphodynamics: An investigation of tidal flows and marsh channel equilibrium

Although numerous field studies have evaluated flow and transport processes in salt marsh channels, the overall role of channels in delivering and removing material from salt marsh platforms is still poorly characterised. In this paper, we consider this issue based on a numerical hydrodynamic model for a prototype marsh system and on a field survey of the cross-sectional geometry of a marsh channel network. Results of the numerical simulations indicate that the channel transfers approximately three times the volume of water that would be estimated from mass balance considerations alone. Marsh platform roughness exerts a significant influence on the partitioning of discharge between the channel and the marsh platform edge, alters flow patterns on the marsh platform due to its effects on channel-to-platform transfer and also controls the timing of peak discharge relative to marsh-edge overtopping. Although peak channel discharges and velocities are associated with the flood tide and marsh inundation, a larger volume of water is transferred by the channel during ebb flows, a portion of which transfer takes place after the tidal height is below the marsh platform. Detailed surveys of the marsh channels crossing a series of transects at Upper Stiffkey Marsh, north Norfolk, England, show that the total channel cross-sectional area increases linearly with catchment area in the inner part of the marsh, which is consistent with the increase in shoreward tidal prism removed by the channels. Toward the marsh edge, however, a deficit in the total cross-sectional area develops, suggesting that discharge partitioning between the marsh channels and the marsh platform edge may also be expressed in the morphology of marsh channel systems.

Integration of remote sensing and GIS for modelling flash floods in Wadi Hudain catchment, Egypt

This paper presents a new approach to modelling flash floods in dryland catchments by integrating remote sensing and digital elevation model (DEM) data in a geographical information system (GIS). The spectral reflectance of channels affected by recent flash floods exhibit a marked increase, due to the deposition of fine sediments in these channels as the flood recedes. This allows the parts of a catchment that have been affected by a recent flood event to be discriminated from unaffected parts, using a time series of Landsat images. Using images of the Wadi Hudain catchment in southern Egypt, the hillslope areas contributing flow were inferred for different flood events. The SRTM3 DEM was used to derive flow direction, flow length, active channel cross-sectional areas and slope. The Manning Equation was used to estimate the channel flow velocities, and hence the time-area zones of the catchment. A channel reach that was active during a 1985 runoff event, that does not receive any tributary flow, was used to estimate a transmission loss rate of 7·5 mm h−1, given the maximum peak discharge estimate. Runoff patterns resulting from different flood events are quite variable; however the southern part of the catchment appears to have experienced more floods during the period of study (1984–2000), perhaps because the bedrock hillslopes in this area are more effective at runoff production than other parts of the catchment which are underlain by unconsolidated Quaternary sands and gravels. Due to high transmission loss, runoff generated within the upper reaches is rarely delivered to the alluvial fan and Shalateen city situated at the catchment outlet. The synthetic GIS-based time area zones, on their own, cannot be relied on to model the hydrographs reliably; physical parameters, such as rainfall intensity, distribution, and transmission loss, must also be considered.

The October 1998 Flood of the Upper Guadalupe River System, Central Texas

The October 1998 flood on the upper Guadalupe River system was produced by a 24-hour precipitation amount of 483 mm at one station, over 380 mm at several other stations, and up to 590 mm over five days, precipitation amounts greater than the 100-year storm as prescribed in Weather Bureau Technical Papers 40 (1961) and 49 (1964). This study uses slope-area discharge estimates and published discharge and precipitation data to analyze flow characteristics of the three major branches of the Guadalupe River on the Edwards Plateau. The main channel of the Guadalupe has a single large flood-control structure at Canyon Dam and five flood dams on the tributary Comal River. On the upper San Marcos River there are five detention dams that regulate 80% of its drainage. The Blanco River, which has no structural controls, generated a peak discharge of 2,970 m3/s from a 1,067 km2 basin. Downstream of Canyon Dam, the Guadalupe River generated a peak discharge greater than 3,000 m3/s from an area of 223 km2. The event exceeded the capacity of both the Comal River and San Marcos flood-control projects and produced spills that inundated areas greater than the 100-year floodplain defined by the Federal Emergency Management Agency.

LARGE SCALE LANDSLIDE ON THE ONTONAGON RIVER, MICHIGAN

In 2003, a large landslide occurred along the Ontonagon River, located in the Upper Peninsula of Michigan, and adjacent to US-45 in Ontonagon County. The failure took place during the springtime, when the river reached a peak discharge that was the second highest on record. The volume of the slide has been estimated to be approximately 1,400,000 cubic yards. The colluvium blocked the river, forcing a new channel to be carved around the debris. The landslide consisted of a silt layer at its base, overlain by a coarsening upward sand sequence, and finally a varved glacio-lacustrine clay with sparse dropstone inclusions making up the upper section of hillside.

Reconstruction of a flash flood with large wood transport and its influence on hazard patterns in an ungauged mountain basin

The reconstruction of past flash floods in ungauged basins leads to a high level of uncertainty, which increases if other processes are involved such as the transport of large wood material. An important flash flood occurred in 1997 in Venero Claro (Central Spain), causing significant economic losses. The wood material clogged bridge sections, raising the water level upstream. The aim of this study was to reconstruct this event, analysing the influence of woody debris transport on the flood hazard pattern. Because the reach in question was affected by backwater effects due to bridge clogging, using only high water mark or palaeostage indicators may overestimate discharges, and so other methods are required to estimate peak flows. Therefore, the peak discharge was estimated (123 ± 18 m3 s–1) using indirect methods, but one-dimensional hydraulic simulation was also used to validate these indirect estimates through an iterative process (127 ± 33 m3 s–1) and reconstruct the bridge obstruction to obtain the blockage ratio during the 1997 event (~48%) and the bridge clogging curves. Rainfall–Runoff modelling with stochastic simulation of different rainfall field configurations also helped to confirm that a peak discharge greater than 150 m3 s–1 is very unlikely to occur and that the estimated discharge range is consistent with the estimated rainfall amount (233 ± 27 mm). It was observed that the backwater effect due to the obstruction (water level ~7 m) made the 1997 flood (~35-year return period) equivalent to the 50-year flood. This allowed the equivalent return period to be defined as the recurrence interval of an event of specified magnitude, which, where large woody debris is present, is equivalent in water depth and extent of flooded area to a more extreme event of greater magnitude. These results highlight the need to include obstruction phenomena in flood hazard analysis.

Flood triggering in Switzerland: the role of daily to monthly preceding precipitation

Determining the role of different precipitation periods for peak discharge generation is crucial for both projecting future changes in flood probability and for short- and medium-range flood forecasting. In this study, catchment-averaged daily precipitation time series are analyzed prior to annual peak discharge events (floods) in Switzerland. The high number of floods considered – more than 4000 events from 101 catchments have been analyzed – allows to derive significant information about the role of antecedent precipitation for peak discharge generation. Based on the analysis of precipitation times series, a new separation of flood-related precipitation periods is proposed: (i) the period 0 to 1 day before flood days, when the maximum flood-triggering precipitation rates are generally observed, (ii) the period 2 to 3 days before flood days, when longer-lasting synoptic situations generate "significantly higher than normal" precipitation amounts, and (iii) the period from 4 days to 1 month before flood days when previous wet episodes may have already preconditioned the catchment. The novelty of this study lies in the separation of antecedent precipitation into the precursor antecedent precipitation (4 days before floods or earlier, called PRE-AP) and the short range precipitation (0 to 3 days before floods, a period when precipitation is often driven by one persistent weather situation like e.g., a stationary low-pressure system). A precise separation of "antecedent" and "peak-triggering" precipitation is not attempted. Instead, the strict definition of antecedent precipitation periods permits a direct comparison of all catchments. The precipitation accumulating 0 to 3 days before an event is the most relevant for floods in Switzerland. PRE-AP precipitation has only a weak and region-specific influence on flood probability. Floods were significantly more frequent after wet PRE-AP periods only in the Jura Mountains, in the western and eastern Swiss plateau, and at the outlet of large lakes. As a general rule, wet PRE-AP periods enhance the flood probability in catchments with gentle topography, high infiltration rates, and large storage capacity (karstic cavities, deep soils, large reservoirs). In contrast, floods were significantly less frequent after wet PRE-AP periods in glacial catchments because of reduced melt. For the majority of catchments however, no significant correlation between precipitation amounts and flood occurrences is found when the last 3 days before floods are omitted in the precipitation amounts. Moreover, the PRE-AP was not higher for extreme floods than for annual floods with a high frequency and was very close to climatology for all floods. The fact that floods are not significantly more frequent nor more intense after wet PRE-AP is a clear indicator of a short discharge memory of Pre-Alpine, Alpine and South Alpine Swiss catchments. Our study poses the question whether the impact of long-term precursory precipitation for floods in such catchments is not overestimated in the general perception. The results suggest that the consideration of a 3–4 days precipitation period should be sufficient to represent (understand, reconstruct, model, project) Swiss Alpine floods.