Factors controlling the temporal variability of streamflow transit times in tropical alpine catchments
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Date
2022-06-17
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Universidad de Cuenca
Abstract
The mean transit time (MTT) of water is an essential descriptor of streamflow generation
and catchment water storage. Research on how MTTs fluctuate over time and the
variables influencing such variation is limited. In this study bi-weekly stable isotopic data
in precipitation and streamflow are presented, together with daily records of precipitation
amount, streamflow, and climatological information. The data were collected over an 8-
year period in a nested system of 8 tropical alpine catchments in the Zhurucay
Ecohydrological Observatory in southern Ecuador, situated at an elevation of 3400 to
3900 m a.s.l. Isotopic data were used to investigate the temporal variability of streamflow
MTTs estimated using yearly periods and a 1-month moving window (i.e., 81 yearly
calculated MTTs per catchment). The factors controlling the temporal variability of MTTs
were identified using simple and multiple linear regression models between estimated
MTTs and hydrometeorological variables. Results reveal that streamflow MTTs at all
catchments were short (<1 year) and varied little among catchments (191.30±47.10
days), suggesting that a yearly time span for estimating the temporal variability of MTTs
is appropriate. A combination of hydrometeorological variables (i.e., precipitation,
streamflow, and runoff coefficient) over antecedent periods up to 1 year was found to
control MTT temporal variability among catchments. Overall, these findings point to the
prevalence of steady-state conditions in the investigated hydrological system. Our study
is key to provide insights into the factors controlling the temporal variability of streamflow
MTT in tropical catchments, overcoming data limitations of past investigations. It also
provides an increase in the process-based knowledge of the hydrology of high Andean
Páramo catchments, with significant implications for improved water supply management
Resumen
El tiempo medio de tránsito (MTT) del agua es un descriptor esencial de la generación
de caudales y del almacenamiento de agua en las cuencas. La investigación sobre cómo
fluctúan los MTTs a lo largo del tiempo y los factores que influyen en dicha variación es
limitada. En este estudio se presentan datos isotópicos estables quincenales en la
precipitación y el caudal, junto con registros diarios de la cantidad de precipitación,
caudal e información climatológica. Los datos se recogieron durante un período de 8
años en un sistema anidado de 8 cuencas alpinas tropicales en el Observatorio
Ecohidrológico de Zhurucay, en el sur de Ecuador, situado a una altitud de 3400 a 3900
m s.n.m. Los datos isotópicos se utilizaron para investigar la variabilidad temporal de los
MTTs de los caudales estimados utilizando períodos anuales y una ventana móvil de 1
mes (es decir, 81 MTTs calculados anualmente por cuenca). Los factores que controlan
la variabilidad temporal de los MTTs se identificaron mediante modelos de regresión
lineal simple y múltiple entre los MTTs estimados y las variables hidrometeorológicas.
Los resultados revelan que los MTT de los caudales en todas las cuencas fueron cortos
(<1 año) y variaron poco entre ellas (191.30±47.10 días), lo que sugiere que un lapso de
tiempo anual para estimar la variabilidad temporal de los MTTs es apropiado. Una
combinación de variables hidrometeorológicas (precipitación, caudal y coeficiente de
escorrentía) durante periodos anteriores de hasta 1 año controlan la variabilidad temporal
de los MTTs entre cuencas. En general, estos resultados apuntan a la prevalencia de
condiciones de estado estacionario en el sistema hidrológico investigado. Nuestro
estudio es clave para proporcionar información sobre los factores que controlan la
variabilidad temporal de los MTTs de los caudales en las cuencas tropicales, superando
las limitaciones de datos de las investigaciones anteriores. También proporciona un
aumento en el conocimiento basado en procesos hidrológicos de las cuencas del Páramo
alto andino, con implicaciones significativas para una mejor gestión del suministro de
agua
Keywords
Ingeniería Hídrica, Variación climática, Fuentes hídricas, Páramo
Citation
Código de tesis
Código de tesis
TM4;1954