Oppervlakafloop

Oppervlakafloop (ook bekend as oorlandvloei) is die vloei van water wanneer 'n oormaat stormwater, smeltwater of ander bronne oor die aardoppervlak vloei. Dit kan plaasvind wanneer die grond 'n versadigingspunt bereik, wanneer reën vinniger kom as wat die grond dit kan absorbeer, of wanneer die afloopwater van ondeurdringbare gebiede (dakke en sypaadjies) na omliggende grond gevoer word wat dit nie kan absorbeer nie. Oppervlakafloop is 'n hoofkomponent van die waterkringloop en die primêre agent van gronderosie deur water.Robert E. Horton, The Horton Papers (1933)Keith Beven, Robert E. Horton's perceptual model of infiltration processes, Hydrological Processes, Wiley Intersciences DOI 10:1002 hyp 5740 (2004)

 Oorsake 
regs|duimnael|260x260px|Oppervlakafloop teen 'n skuinste nadat die grond versadig is
Oppervlakafloop kan deur reën, sneeu of deur smeltende sneeu of gletsers veroorsaak word.

Sneeu- en gletsersmelting word slegs in gebiede aangetref wat koud genoeg vir die permanente vorming daarvan is. Sneeusmelting bereik gewoonlik 'n hoogtepunt in die lente, en gletsersmelting in die somer, en lei tot 'n maksimumvloei in die riviere wat daardeur geaffekteer word.

In gebiede waar dit nie sneeu nie, sal afloop in die vorm van reënval plaasvind. Nie alle reënval sal egter tot afloop lei nie, want die opbergruimte  van grond kan ligte buie absorbeer. In die antieke grond van Australië en Suid-Afrika,McMahon T.A. and Finlayson, B.; Global Runoff: Continental Comparisons of Annual Flows and Peak Discharges  kan proteoïde wortels met hulle uiters digte wortelhaarnetwerke soveel reënvalwater absorbeer dat afloop nie plaasvind nie, self wanneer aansienlike hoeveelhede reën val.

 Onversadigde oorlandvloei 
Dit vind plaas wanneer die reënvaltempo die tempo oorskry waarteen water die grond kan infiltreer, en die holtes reeds gevul is. Dit kom meer dikwels in ariede en semi-ariede streke voor waar reënvalintensiteit hoog is en die grond se infiltrasiekapasiteit as gevolg van oppervlakverdigting verlaag is, asook in geplaveide areas. Dit word hoofsaaklik in stede aangetref waar sypaadjies verhoed dat water geabsorbeer word.

 Versadigde oorlandvloei 
Wanneer die grond versadig en die holtes vol is, en dit steeds reën, sal die reënval tot onmiddellike oppervlakafloop lei. Hierdie afloop word versadigde oorlandvloei genoem.

 Voorafgaande grondvog 
Na afloop van 'n reënbui behou die grond 'n mate van vog. Hierdie oorblywende vog affekteer die grond se infiltrasiekapasiteit. Hoe hoër die vlak van voorafgaande grondvog is, hoe vinniger sal die grond versadig word. Sodra die grond versadig is, vind afloop plaas.

 Ondergrondse deurvloei 
Nadat water die grond teen 'n helling van 'n heuwel geïnfiltreer het, vloei die water lateraal deur die grond, en eksfiltreer nader aan 'n kanaal. Dit word ondergrondse deurvloei genoem.

Gedurende die vloei kan die hoeveelheid afloopwater op verskillende maniere, byvoorbeeld evaporasie en infiltrasie, verminder word. Uiteindelik sal enige oorblywende oppervlakwater 'n ontvangende watermassa soos 'n rivier, meer, strandmeer of oseaan bereik.Nelson, R. (2004).

 Menslike invloed 
regs|duimnael|231x231px|Stedelike oppervlakafloop
Verstedeliking verhoog oppervlakafloop aangesien meer ondeurdringbare oppervlakke soos sypaadjies en geboue opgerig word wat voorkom dat water deur die grond afsyfer en die waterdraer bereik. In plaas daarvan word dit direk na strome of stormwaterdreine gedwing. Verhoogde afloop verminder grondwateraanvulling. Dit lei weer tot 'n verlaagde watertafel en kwaaier droogtes, veral vir boere en ander wat van putte gebruik maak.

Wanneer menslike besmettingstowwe in afloopwater opgelos word, kring die menslike impak uit en vind waterbesoedeling plaas. Hierdie besoedelende lading kan verskeie ontvangende watermassas bereik en chemiese veranderinge aan hierdie waterstelsel en hulle ekosisteme aanbring.

Solank mense voortgaan om die klimaat deur die vrystelling van kweekhuisgasse in die atmosfeer te verander, sal neerslagpatrone verander aangesien die atmosferiese kapasiteit vir waterdamp verhoog. Dit sal direkte gevolge vir afloophoeveelhede inhou.

 Gevolge van oppervlakafloop 

 Erosie en afsetting 
Oppervlakafloop kan erosie van die aardoppervlak veroorsaak; geërodeerde materiaal kan oor 'n aansienlike afstand gedra word voordat dit afgeset word. Daar is vier hoofsoorte gronderosie deur water: spatsel-erosie, laag-erosie, sloot-erosie en donga-erosie. Spatsel-erosie is die gevolg van meganiese botsing van reëndruppels met die grondoppervlak: gronddeeltjies wat deur die impak verwyder is, word deur die oppervlakafloop weggevoer. Laag-erosie is die vervoer van sediment deur afloop sonder dat daar 'n goed gedefinieerde kanaal is. Grondoppervlakgrofheid kan veroorsaak dat afloop nouer vloeipaadjies vorm: namate insnyding plaasvind, vorm klein, maar goed gedefinieerde kanaaltjies wat slootjies genoem word. Namate verdere insnyding plaasvind en die slootjies vergroot, kan dongas gevorm word. Donga-erosie kan groot hoeveelhede geërodeerde materiaal binne 'n kort tydjie vervoer.
duimnael|Gronderosie deur water op intensief-bewerk landbougrond.duimnael|Wilgerheining wat met latbundels versterk is om afloop te beperk, noorde van Frankryk.
Erosie lei gewoonlik tot verlaagde landbouproduktiwiteit, en hierdie uitwerking word op die gebied van grondbewaring bestudeer. Groter deeltjies word oor kort afstande afgeset terwyl klein deeltjies oor lang afstande in die waterkolom gedra word. Op die hoë sentrale plato van Madagaskar, wat ongeveer tien persent van die eiland se landbougebied uitmaak, is feitlik die hele landskap sonder plantegroei, met eroderende dongaslote van meer as 50 meter diep en een kilometer breed. Erosie lei tot die verlies van die vrugbare bogrond, verlaag die grond se vrugbaarheid en verswak die gehalte van landbouprodukte.

Moderne industriële landbou is nog 'n vername oorsaak van erosie.

 Omgewingseffekte 
Die belangrikste omgewingskwessies wat met afloop geassosieer word, is die impak daarvan op oppervlakwater, grondwater en grond deur middel van die afvoer van besoedelingstowwe na hierdie stelsels. Hierdie impakte veroorsaak uiteindelik gesondheidsrisiko's, versteurings in die ekostelsel, en estetiese impakte op waterhulpbronne. Sommige van die besoedelingstowwe wat die grootste impak op oppervlakwater het, is petroleumstowwe, onkruiddoders en kunsmis. In die geval van oppervlakwater lei die impakte tot waterbesoedeling. Wanneer oppervlakwater as drinkwater gebruik word, kan dit gesondheidsrisiko's inhou en die waterestetika (reuk, kleur en troebelheid) aantas. Besmette oppervlakwater kan ook die metaboliese prosesse van die akwatiese spesies aantas; hierdie veranderinge kan fataal wees (bv. visvrektes veroorsaak), of die balans van verskillende spesies versteur.

Oppervlakafloop wat in woude plaasvind, kan mere van groot hoeveelhede minerale stikstof en fosfor voorsien wat tot eutrofikasie lei. Afloopwater in dennewoude is ook ryk aan humussure en kan die humifikasie van watermassas tot gevolg hê.Klimaszyk Piotr, Rzymski Piotr "Surface Runoff as a Factor Determining Trophic State of Midforest Lake" Polish Journal of Environmental Studies, 2011, 20(5), 1203–1210

In die geval van grondwater is drinkwaterbesmetting die grootste vraagstuk, veral indien die waterdraer vir menslike gebruik ontgin word. Wat grondbesmetting betref, kan afloopwater twee probleme inhou. In die eerste plek kan afloopwater besmettingstowwe uit die grond onttrek en dit in die vorm van waterbesoedeling na selfs meer sensitiewe akwatiese habitatte dra. Tweedens kan besmettingstowwe in ongerepte grond afgeset word en gesondheids- of ekologiese gevolge inhou.

 Landboukwessies 
Die ander konteks van landboukwessies behels die vervoer van landbouchemikalieë (nitrate, fosfate, plaagdoders, onkruiddoders, ens.) via oppervlakafloop. Dit kom veral tydens hoë neerslag voor wanneer chemiese gebruik oormatig of swak beplan is. Die gevolglike besoedelde afloopwater verteenwoordig nie net 'n vermorsing van landbouchemikalieë nie, maar hou ook 'n omgewingsbedreiging vir stroomafwaartse ekostelsels in.

 Oorstroming 
Oorstromings kom voor wanneer 'n stroom nie die hoeveelheid afloop kan dra nie. Die frekwensie waarteen dit plaasvind, word deur 'n terugkeerperiode beskryf. Oorstromings is 'n natuurlike proses wat die samestelling en prosesse van ekostelsels in stand hou, maar dit kan ook deur grondgebruikverandering soos riviersingenieurswese gewysig word. Oorstromings kan samelewings bevoordeel of skade aanrig. Landbou-aktiwiteite op die Nyl-vloedvlakte het voordeel geput uit die seisoenale oorstromings wat voedingstowwe afset wat voordelig vir gewasse is. Namate die hoeveelheid en vatbaarheid van nedersettings toeneem, hou oorstromings egter toenemend 'n groter gevaar in. In stedelike gebiede is oppervlakafloop die primêre oorsaak van stedelike oorstromings.Center for Neighborhood Technology, Chicago IL “The Prevalence and Cost of Urban Flooding.” Nadelige impakte behels lewensverlies, skade aan eiendom, oesskade, sosiale ontwrigting en tydelike dakloosheid. Oorstromings is een van die mees vernietigende natuurrampe.

 Vermindering en hantering 
regs|duimnael|Afloophoudamme (North Bend, Washington)
Die vermindering van nadelige impakte van afloop kan verskeie vorms aanneem:
 Die ontwikkeling van grondgebruikmaatreëls wat op die minimalisering van ondeurdringbare oppervlakke in stedelike gebiede gemik is
 Erosiebeheermaatreëls vir boerdery- en konstruksieterreine
 Vloedbestuur en retropas-programme soos groen infrastruktuur
 Chemiese gebruiks- en behandelingsmaatreëls in landbou, landskapsonderhoud, industriële gebruik, ens.
Grondgebruikmaatreëls. Verskeie regulerende agentskappe wêreldwyd bevorder navorsing oor metodes vir die minimalisering van totale oppervlakafloop deur die vermyding van onnodige harde landskappe (hardscape).U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Baie munisipaliteite het riglyne en kodes (sonerings- en verwante regulasies) vir grondontwikkelaars ingestel wat minimumbreedte sypaadjies, die gebruik van ingelegde plaveistene vir opritte en paadjies, en ander ontwerptegnieke vir maksimum waterinfiltrasie in stedelike opsette aanmoedig.Urban Runoff , City of Santa Monica website.

Die eerste erosiebeheermaatreëls is reeds in die Middeleeue ingestel toe boere die belangrikheid van kontoerboedery vir die beskerming van grondhulpbronne besef het. Sedert die 1950's het hierdie landboumetodes toenemend meer gesofistikeerd geraak. In die 1960's het sekere staats- en plaaslike owerhede hulle op die vermindering van konstruksie-afloop toegespits deur van bouers te vereis om erosie- en sedimentmaatreëls te implementeer. Dit behels tegnieke soos die gebruik van strooibale en versperrings om afloop teen hellings te vertraag, en die installasie van slikheinings.

Reeds vanaf die eerste helfte van die twintigste eeu was vloedbestuurprogramme kwantitatief in hulle voorspellings van die piekvloei van rivierstelsels. Progressiewe strategieë is ontwikkel om piekvloei te minimaliseer en om kanaalsnelhede te verlaag. Sommige van die tegnieke wat algemeen gebruik word, is die konstruksie van houdamme om piekvloei van riviere te buffer, die gebruik van energiedissipeerders in kanale om stroomsnelheid te verlaag en grondgebruikmaatreëls om afloop te verminder.Channel Stability Assessment for Flood Control Projects U.S. Army Corps of Engineers, (1996) 

Chemiese gebruik en behandeling. State en stede is vandag meer waaksaam wat die berging van giftige chemikalieë betref ten einde vrystelling en lekkasies te voorkom. Metodes wat algemeen gebruik word, is vereistes vir die dubbele insluiting van ondergrondse bewaartenks, registrasie van die gebruik van gevaarlike materiale, die vermindering van die toegelate hoeveelheid plaagdoders en strenger regulering van kunsmis en onkruiddoders in landskaponderhoud. In baie industriële gevalle is die vooraf behandeling van afval 'n vereiste om die ontsnapping van besoedelingstowwe in sanitêre of stormwaterriole te minimaliseer.

 Sien ook 
 Agricultural wastewater
 Agricultural nutrient runoff
 Catchwater
 Flood forecasting
 Hydrological modelling
 Nationwide Urban Runoff Program (NURP) – U.S. Research program
 Nonpoint source pollution
 Runoff curve number
 Runoff model (reservoir)
 Soil conservation
 Soil contamination
 Stormwater
 Trophic state index
 Urban flooding
 Water pollution

 Verwysings 

 Eksterne skakels 
 USDA NRCS National Engineering Handbook, Stage Discharge Relationships, Ch. 14 
 http://www.waterlog.info/software.htm provides free download of a conceptual model (RainOff) on rainfall-runoff relations based on a nonlinear reservoir.
 NutrientNet, an online nutrient trading tool developed by the World Resources Institute, designed to address water quality issues related to surface runoff and other pollution. See also the PA NutrientNet  website designed for Pennsylvania's nutrient trading program.
 Bioretention  as a low impact development method of treating surface runoff
 EPA Stormwater Permit Program 
 EPA – Menu of Stormwater Best Management Practices 
 Automatic Calibration of a Rainfall-Runoff Model Using a Fast and  Elitist Multi-objective Particle Swarm  Algorithm
 Automatic calibration of  a rapid flood spreading model using  multiobjective optimisations
 Sensitivity analysis and automatic calibration of a rainfall-runoff model using multi-objectives
 Stormwater Permits: Status of EPA's Regulatory Program Congressional Research Service

Kategorie:Hidrologie