On subsurface stormflow: an analysis of response times

ABSTRACT

A simple theory for predicting the response times of unsaturated and saturated flows on hillslopes, based on kinematic wave equations, is presented. The sensitivity of unsaturated zone lag and time of concentration of the saturated zone to hillslope and soil parameters, antecedent moisture and input rates is examined. It is shown that for many combinations of parameters subsurface response times are too long to be considered as stormflow; but that the combinations of high hydraulic conductivities, shallow soils and wet initial conditions that lead to fast responses are quite reasonable when compared with field studies of subsurface stormflows. It is suggested that the kinematic theory provides a basis for a practically useful predictive model.

RESUME

On présente une théorie simple pour la prédétermination des temps de réponse de l'écoulement provenant des zones non saturées et saturées sur les pentes des collines, cette théorie est basée sur les sensibilités du temps de réponse de la zone non saturée et du temps de concentration de la zone saturée à la pente des collines, aux paramètres caractéristiques du sol, à l'humidité du sol avant l'averse et à l'intensité de l'averse. On démontre que pour de nombreuses combinaisons des paramètres, les temps de réponse hypodermiques sont trop longs pour être considérés comme de l'écoulement d'averse mais que la combinaison de fortes conductivités hydrauliques, de sols peu épais et de conditions initiales humides qui conduisent à des réponses rapides sont tout a fait raisonnables lorsque on les compare aux études de terrain de l'écoulement hypodermique dû aux orages. On propose que la théorie cinématique fournisse une base pour établir un modèle de prédétermination que l'on puisse utiliser dans la pratique.