The role of run-on for overland flow and the characteristics of runoff generation in the Loess Plateau, China

摘要

The Loess Plateau in China is overlain by deep and loose soil. As in other semi-arid regions, convec-tive precipitation produces storms, typically of short duration, relatively high intensity and limited areal extent. Infiltration excess (Hortonian mechanism) of precipitation is conventionally assumed to be more prominent than saturation excess (Dunne mechanism) for storm runoff generation. This assumption is true at a point during the storm. However, the runoff generation mechanism is altered when the runoff is conditioned by a lateral redistribution movement of water, i.e. run-on, as the spatial scale increases. In the Loess Plateau, the effects of run-on may be significant, because of the deep and loose surface soil layer. In this study, the role of run-on for overland flow in the Upper Wei River basin, located in the Loess Plateau, is evaluated by means of a simple numerical model at the hillslope scale. The results show that almost all the Hortonian overland flow infiltrates into the soil along the flat hillslope and dry gully before it reaches the river channel. Most of the runoff is generated from the saturated soil near the river channel and from the subsurface. The run-on process takes much longer than the infiltration, facilitating rainfall-runoff modelling at a daily time step. A hydrological model is employed to investigate the characteristics of runoff generation in the Upper Wei River basin. The analysis shows that the subsurface flow contribution to total streamflow is more than 53% from October to March, while the overland flow contribution exceeds 72% from April to September.%Le plateau de lœss en Chine est couvert par un sol profond et meuble. Comme dans d'autres régions semi-arides, les précipitations convectives produisent des orages, de durée courte, d'intensité relativement élevée et d'extension limitée. Le ruissellement par refus d'infiltration (mécanisme hortonien) des précipitations est classiquement considéré comme étant plus important que le ruissellement par excès de saturation (mécanisme de Dunne) pour la production d'écoulement de pluies d'orages. L'hypothèse est vraie â un moment donné au cours de l'orage. Cependant, le mécanisme de génération d'écoulement est modifié quand l'écoulement est conditionné par un mouvement de redistribution latéral du ruissellement, au fur et â mesure que l'échelle spatiale augmente. Les effets du ruissellement latéral semblent significatifs sur le plateau de lœss, en raison de la couche superficielle du sol profond et meuble. Dans cette étude, on évalue le rôle du ruissellement latéral dans l'écoulement de surface dans le bassin supérieur de la rivière Wei, sur le plateau de lœss, â l'aide d'un modèle numérique simple â l'échelle du versant. Les résultats montrent que presque toute l'eau issue de l'écoulement hortonien s'infiltre dans le sol le long des versants plats et des ravines sèches, avant qu'elle n'atteigne le chenal principal de la rivière. La majeure partie de l'écoulement dans la rivière est générée â partir du sol saturé près du lit de la rivière et de la sub-surface. Le processus de redistribution d'écoulement latéral prend plus de temps que l'infiltration, ce qui facilite la modélisation pluie-débit au pas de temps journalier, qui a été utilisée pour étudier les caractéristiques de la production d'écoulement dans le bassin supérieur de la rivière Wei. L'analyse montre que la contribution de l'écoulement dernsub-surface â l'écoulement total est de plus de 53% d'octobre â mars, tandis que la part de l'écoulement de surface dépasse 72% d'avril â septembre.