PROPERTIES OF PREFERENTIAL WATER FLOW PATHS NETWORKS AND BACKGROUND FOR THEIR GENESIS IN THE SLOPES OF SMALL MOUNTAIN VALLEYS

Section
Monitoring, experimental and expeditionary research
(+) Abstract

For the case of small valleys in South Sikhote-Alin Ridge and Verkhnekolymskoye Highlands (Pacific Russia, Northeast Asia), there is given an analysis of systematic observations of big preferential flow paths of slope-scale, – subsurface shallow (not deeper than 1 m) watercourses, in which the most water migrates fast. The watercourses occur most often within the bodies of relic or active stony stripes ("block streams"). In some of the studied watercourses, there were estimated flow rates (0.23–6 l/s) and velocities (0.4–7.2 cm/s) that are quite comparable to the 1-order streamflow rates when low water periods. We suggest the biggest among such subsurface watercourses are to be controlled by geological structures of slope scale, namely sub-local fractures. Accounting for the results of relevant investigations by other authors and the water movement features revealed in the studied subsurface watercourses, we offer a variant of their division onto three main structural groups. They are 1) the main paths (conduits) with a length of hundreds to 1-2 thousand m and width of several meters, 2) the filtration flow domains with a length of 0.1 m to several dozen meters and width of up to 0.1 m, and 3) the matrix flow paths with a length of much less 10 cm and width of less 0.1 cm. Detailed studies for talus texture and water regime of the hillside watercourses would make it possible to prove a hypothesis on the significant role of small faults (fractures) and related to them the active or relic block streams in the concentration of slope flow. It could allow a deeper understanding of the flood generation in river basins, especially in the areas where severe intraseasonal moistening fluctuations as the Pacific belt of Asia.

(+) About the author(s) (+) References
1. Аржанова В.С., Елпатьевский П.В. Геохимия ландшафтов и техногенез. М.: Наука, 1990. 196 с.
2. Алексеев В.Р., Бояринцев Е.Л., Гопченко Е.Д., Сербов Н.Г., Завалий Н.В. Механизм криогенного регулирования стока в формировании водного баланса малых горных рек зоны многолетнемерзлых пород // Український гідрометеорологічний журнал. 2011. № 8. С. 182–194.
3. Бефани А.Н., Урываев П.А., Бефани Н.Ф., Одрова Т.В., Федорей В.Г. Экспериментальные исследования дождевого стока в Приморье / Тр. ДВНИГМИ. Вып. 22. Л.: Гидрометеоиздат, 1966. С. 3–123.
4. Болдескул А.Г., Шамов В.В., Гарцман Б.И., Кожевникова Н.К. Ионный состав генетических типов вод малого речного бассейна: стационарные исследования в центральном Сихотэ-Алине // Тихоокеанская геология. 2014. Т. 33, № 2. С. 90–101.
5. Василенко Н.Г. Гидрология рек зоны БАМ: экспедиционные исследования. СПб: Нестор-История, 2013. 672 с.
6. Виноградов Ю.Б. Вопросы гидрологии дождевых паводков на малых водосборах Средней Азии и Южного Казахстана. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 262 с.
7. Гаврилов А.А. Разрывные нарушения южного Приморья как зоны геодинамического риска (по данным геолого-геоморфологического изучения побережий залива Петра Великого) // Вестник ДВО РАН. 2006. № 4. С. 75–86.
8. Гарцман Б.И., Губарева Т.С., Лупаков С.Ю., Орляковский А.В., Тарбеева А.М., Шамов В.В., Шекман Е.А. Формы линейной организации склонового стока в среднегорье (на примере Сихотэ-Алиня) // Водные ресурсы. 2020. Т. 47. № 2. С. 123-132.
9. Гарцман Б.И., Шамов В.В. Натурные исследования стокоформирования в Дальневосточном регионе на основе современных средств наблюдений // Водные ресурсы. 2015. № 6. С. 589–599.
10. Гарцман И.Н., Лыло В.М., Черненко В.Г. Паводочный сток рек Дальнего Востока. Труды ДВНИГМИ. Вып. 34. Л.: Гидрометеоиздат, 1971. 264 с.
11. Геологический словарь: в 2-х томах. Том 1. А–М. / К.Н. Паффенгольц (отв. ред.). М.: Недра, 1978. 486 с.
12. Глотова Л.П., Глотов В.Е. Роль подземных вод в общем стоке малых горных рек бассейна реки Колымы // Известия Самарского НЦ РАН. 2012. Т. 14, № 1 (9). С. 2321–2324.
13. Говорушко С.М. Курумовый морфолитогенез. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1986. 120 с.
14. Губарева Т.С., Болдескул А.Г., Гарцман Б.И., Шамов В.В. Анализ природных трассеров и генетических составляющих стока в моделях смешения (на примере малых бассейнов в Приморье) // Водные ресурсы. 2016. Т. 43, № 4. С. 387–399.
15. Губарева Т.С., Гарцман Б.И., Шамов В.В., Луценко Т.Н., Болдескул А.Г., Кожевникова Н.К., Лупаков С.Ю. Компоненты стока малых водосборов Сихотэ-Алиня: обобщение результатов полевых измерений и трассерного моделирования // Известия РАН. Сер. геогр. 2019. № 6. С. 126–140.
16. Жильцов А.С. Гидрологическая роль горных хвойно-широколиственных лесов Южного Приморья. Владивосток: Дальнаука, 2008. 332 с.
17. Захаров В.С., Симонов Д.А., Гильманова Г.З., Диденко А.Н. Фрактальная геометрия речной сети и неотектоника южного Сихотэ-Алиня // Тихоокеанская геология. 2020. Т. 39. № 6. С. 48–64.
18. Карасёв И.Ф., Шумков И.Г. Гидрометрия. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 384 с.
19. Короткий А.М. Оледенения и псевдогляциальные образования юга Дальнего Востока СССР // Плейстоценовые оледенения Востока Азии. Магадан: СВКНИИ ДВНЦ АН СССР, 1984. С. 174–185.
20. Короткий А.М., Никольская В.В., Скрыльник Г.П. Сходство и различие в общем и частном морфолитогенезе в условиях муссонного и континентального климата // Климатическая геоморфология Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН СССР, 1976. С. 124–138.
21. Михайлов В.М. Пойменные талики Северо-Востока России. Новосибирск: ГЕО, 2013. 244 с.
22. Мудров Ю.В. Мерзлотные явления в криолитозоне равнин и гор. Основные понятия и определения. М.: Научный мир, 2007. 316 с.
23. Назаренко Л.Ф., Бажанов В.А. Геология Приморского края. Ч. 1. Стратиграфия. Препринт / Дальневост. геол. ин-т. Владивосток: ДВО АН СССР, 1989. 68 с.
24. Полунин Г.В. Динамика и прогноз экзогенных процессов. М.: Наука, 1989. 232 с.
25. Степанов В.М. Введение в структурную гидрогеологию. М.: Недра, 1989. 229 с.
26. Сорокина А.Т. Гидрогеологические структуры Приамурья, их эволюция и флюидный режим // Тихоокеанская геология. 1992. Т. 11, № 3. С. 123–133.
27. Сорокина А.Т. Роль разломов в формировании обводненных зон Алданской гидрогеологической области // Тихоокеанская геология. 2006. Т. 25, № 6. С. 57–66.
28. Тарбеева А.М., Гарцман Б.И. Морфогенез первичных звеньев гидрографической сети: натурные исследования в Центральном Сихотэ-Алине // География и природные ресурсы. 2017. № 4. С. 114–121.
29. Тимофеев Д.А. Терминология денудации и склонов. М.: Наука, 1978. 242 с.
30. Триас и юра Сихотэ-Алиня. Книга 1. Терригенный комплекс / Ред. Маркевич П.В., Захаров Ю.Д. Владивосток: Дальнаука, 2004. 417 c.
31. Тюрин А.И., Романовский Н.Н., Полтев Н.Ф. Мерзлотно-фациальный анализ курумов. М.: Наука, 1982. 150 с.
32. Умарова А.Б. Преимущественные потоки влаги в почвах: закономерности формирования и значение в функционировании почв. М.: ГЕОС, 2011. 266 с.
33. Ханчук А.И., Раткин В.В., Рязанцева М.Д., Голозубов В.В., Гонохова Н.Г. Геология и полезные ископаемые Приморского края: очерк. Владивосток: Дальнаука, 1995. 68 с.
34. Худяков Г.И., Денисов Е.П., Короткий А.М., Кулаков А.П., Никонова Р.И., Чернобровкина Е.И. История развития рельефа Сибири и Дальнего Востока. Юг Дальнего Востока. М.: Наука, 1972. 424 с.
35. Шепелёв В.В. Надмерзлотные воды криолитозоны. Новосибирск: Гео, 2011. 169 с.
36. Angermann L., Jackisch C., Allroggen N., Sprenger M., Zehe E., Tronicke J., Weiler M., Blume T. Form and function in hillslope hydrology: characterization of subsurface flow based on response observations // Hydrology and Earth System Sciences. 2017. No. 21. P. 3727–3748. https://doi.org/10.5194/hess-21-3727-2017.
37. Bense V.F., Gleeson T., Loveless S.E., Bour O., Scibek J. Fault zone hydrogeology // Earth Sci. Rev. 2013. No. 127. P. 171–192.
38. Brutsaert W. Hydrology. An Introduction. Cambridge: Cambridge Univer. Press, 2005. 605 p.
39. Caine J.S., Evans J.P., Forster C.B. Fault zone architecture and permeability structure // Geology. 1996. No. 24 (11). P. 1025-1028, 10.1130/0091-7613(1996)024<1025:FZAAPS>2.3.CO;2.
40. Galeani L., Vigna B., Banzato C., Lo Russo S. Validation of vulnerability estimator for spring protection areas: the B. VESPA index // J. Hydrol. 2011. No. 396. P. 233–245.
41. Gerke H.H., German P., Niebel J. Preferential and unstable flow: from the pore to the catchment scale // Vadose Zone Journal. 2010. No. 9. P. 207–212.
42. McGuire K.J., McDonnel J.J. Hydrological connectivity of hillslopes and streams: characteristic time scales and nonlinearities // Water Res. Res. 2010. V. 46, W10543, doi:10.1029.2010WR009341.
43. Pierce A.J., Stewart M.K., Sklash M.G. Storm runoff generation in humid headwater catchments. 1. Where does the water come from? // Water Res. Res. 1986. V. 22. No. 8. P. 1263–1272.
44. Seto M. Geomorphic processes since the later last glacial indicated by the formation of block deposition features in mid-latitude temperate zones / Matthew J.C. (ed.) // Weathering: Types, Processes and Effects. Nova Science Publishers: New York. 2011. P. 69–128.
45. Seto M., Kim S-H., Tanaka Y. Hydrological survey of the block stream in Mt. Maneo, South Korea // Фундаментальные и прикладные вопросы гидрогеологии / Отв. ред. С.В. Алекссев, В.В. Шепелёв. Якутск: Изд-во Института мерзлотоведения им. П.И. Мельникова СО РАН, 2015. С. 352–355.
46. Suzuki M., Inagaki H., Ueno S., Ujihara M., Ohno H., Ogawa K., Goto S., Nakamura Y., Hara S., Mima K. Large-scale slope failures and their mechanism due to heavy rainfall by Typhoon No.12 in 2011 in the Kii Peninsula of Japan // Proceedings of the 6th Civil Engineering Conference in the Asian Region. 2013. No. 1. P. 35–42.
47. Uchida T., van Meerveld I., McDonnell J.J. The role of lateral pipeflow in hillslope runoff response: an intercomparison of non-linear hillslope response // J. Hydrol. 2005. No. 311. P. 117–133.
48. Uhlenbrook S. Catchment hydrology – a science in which all processes are preferential // Hydrological Processes. 2006. No. 20. P. 3581–3585.
49. Weiler M. Macropores and preferential flow – a love-hate relationship // Hydrological Processes. 2017. No. 31. P. 15–19. doi: 10.1002/hyp.11074.
(+) Read online
Published
2022-03-10
How to Cite
Шамов, В. (2022). PROPERTIES OF PREFERENTIAL WATER FLOW PATHS NETWORKS AND BACKGROUND FOR THEIR GENESIS IN THE SLOPES OF SMALL MOUNTAIN VALLEYS. Hydrosphere. Hazard Processes and Phenomena, 3(3). Retrieved from http://hydro-sphere.ru/index.php/hydrosphere/article/view/93

Downloads

Download data is not yet available.