TY - JOUR A1 - Iturrizaga, Lasafam A1 - Charrier G., Reynaldo T1 - Sudden glacier advances in the Cachapoal Valley, Southern Central Andes of Chile (34 degrees S) JF - Journal of South American earth sciences N2 - Throughout the Andes Mountains of South America, a general trend of glacier shrinkage has taken place in modern times. However, a few glaciers have undergone considerable temporally advances or even surged during the mid-19th to 20th century CE. These valley glaciers are mainly located in the Central Andes of Chile and Argentina. The research presented here focuses on the changes of the Cachapoal Glacier in the Southern Central Andes of Chile. Spectacular glacier advances occurred at least three times in historical times, which lead to river blockages and successive lake outburst floods. The glacier advances were reconstructed with a multi-method approach including geomorphological mapping, Be-10 cosmogenic exposure dating of moraines, multi-temporal comparison of historical and recent photographs and paintings as well as the interpretation of aerial photographs and satellite images and the analysis of early travel reports. The article highlights the diversity of environmental conditions for the formation of glaciers in terms of the topographical and climatic setting and the resulting distinct glacier behavior along the Andes Mountains. It is argued for the Cachapoal Glacier that the glacier advances are intrinsic to the glacier type and may not be necessarily climate-dependent. This is characteristic for avalanche-fed glaciers of which the glacier dynamic is strongly controlled by the topographic setting and sudden inputs of ice and rock avalanches as well as by the specific debris transfer system and hydrological drainage pattern. At the regional level, the fluctuations of the Cachapoal Glacier are compared with glaciers of neighboring mountain ranges in the Southern Central Andes and at the global scale with those of the Karakoram Mountains in High Asia with a similar dynamic glacier behavior. KW - Cachapoal Glacier KW - Glacier surges KW - Topography-controlled glacier KW - advances KW - Glacier lake outbursts KW - Debris-covered glaciers KW - Central KW - Andes KW - Chile Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jsames.2020.102787 SN - 0895-9811 SN - 1873-0647 VL - 105 PB - Elsevier CY - Oxford ER - TY - JOUR A1 - Korup, Oliver A1 - Mohr, Christian Heinrich A1 - Manga, Michael M. T1 - Bayesian detection of streamflow response to earthquakes JF - Water resources research : an AGU journal N2 - Detecting whether and how river discharge responds to strong earthquake shaking can be time-consuming and prone to operator bias when checking hydrographs from hundreds of gauging stations. We use Bayesian piecewise regression models to show that up to a fifth of all gauging stations across Chile had their largest change in daily streamflow trend on the day of the M-w 8.8 Maule earthquake in 2010. These stations cluster distinctly in the near field though the number of detected streamflow changes varies with model complexity and length of time window considered. Credible seismic streamflow changes at several stations were the highest detectable in eight months, with an increased variance of discharge surpassing the variance of discharge following rainstorms. We conclude that Bayesian piecewise regression sheds new and unbiased insights on the duration, trend, and variance of streamflow response to strong earthquakes, and on how this response compares to that following rainstorms. KW - Bayesian analysis KW - Chile KW - discharge KW - earthquake KW - streamflow changes Y1 - 2021 U6 - https://doi.org/10.1029/2020WR028874 SN - 0043-1397 SN - 1944-7973 VL - 57 IS - 7 PB - Wiley CY - Hoboken, NJ ER - TY - THES A1 - Blume, Theresa T1 - Hydrological processes in volcanic ash soils : measuring, modelling and understanding runoff generation in an undisturbed catchment T1 - Hydrologische Prozesse in vulkanischen Ascheböden : Messung, Modellierung und Verständnis der Abflussbildung in einem ungestörten Einzugsgebiet N2 - Streamflow dynamics in mountainous environments are controlled by runoff generation processes in the basin upstream. Runoff generation processes are thus a major control of the terrestrial part of the water cycle, influencing both, water quality and water quantity as well as their dynamics. The understanding of these processes becomes especially important for the prediction of floods, erosion, and dangerous mass movements, in particular as hydrological systems often show threshold behavior. In case of extensive environmental changes, be it in climate or in landuse, the understanding of runoff generation processes will allow us to better anticipate the consequences and can thus lead to a more responsible management of resources as well as risks. In this study the runoff generation processes in a small undisturbed catchment in the Chilean Andes were investigated. The research area is characterized by steep hillslopes, volcanic ash soils, undisturbed old growth forest and high rainfall amounts. The investigation of runoff generation processes in this data scarce area is of special interest as a) little is known on the hydrological functioning of the young volcanic ash soils, which are characterized by extremely high porosities and hydraulic conductivities, b) no process studies have been carried out in this area at either slope or catchment scale, and c) understanding the hydrological processes in undisturbed catchments will provide a basis to improve our understanding of disturbed systems, the shift in processes that followed the disturbance and maybe also future process evolution necessary for the achievement of a new steady state. The here studied catchment has thus the potential to serve as a reference catchment for future investigations. As no long term data of rainfall and runoff exists, it was necessary to replace long time series of data with a multitude of experimental methods, using the so called "multi-method approach". These methods cover as many aspects of runoff generation as possible and include not only the measurement of time series such as discharge, rainfall, soil water dynamics and groundwater dynamics, but also various short term measurements and experiments such as determination of throughfall amounts and variability, water chemistry, soil physical parameters, soil mineralogy, geo-electrical soundings and tracer techniques. Assembling the results like pieces of a puzzle produces a maybe not complete but nevertheless useful picture of the dynamic ensemble of runoff generation processes in this catchment. The employed methods were then evaluated for their usefulness vs. expenditures (labour and financial costs). Finally, the hypotheses - the perceptual model of runoff generation generated from the experimental findings - were tested with the physically based model Catflow. Additionally the process-based model Wasim-ETH was used to investigate the influence of landuse on runoff generation at the catchment scale. An initial assessment of hydrologic response of the catchment was achieved with a linear statistical model for the prediction of event runoff coefficients. The parameters identified as best predictors give a first indication of important processes. Various results acquired with the "multi-method approach" show that response to rainfall is generally fast. Preferential vertical flow is of major importance and is reinforced by hydrophobicity during the summer months. Rapid lateral water transport is necessary to produce the fast response signal, however, while lateral subsurface flow was observed at several soil moisture profiles, the location and type of structures causing fast lateral flow on the hillslope scale is still not clear and needs to be investigated in more detail. Surface runoff has not been observed and is unlikely due to the high hydraulic conductivities of the volcanic ash soils. Additionally, a large subsurface storage retains most of the incident rainfall amount during events (>90%, often even >95%) and produces streamflow even after several weeks of drought. Several findings suggest a shift in processes from summer to winter causing changes in flow patterns, changes in response of stream chemistry to rainfall events and also in groundwater-surface water interactions. The results of the modelling study confirm the importance of rapid and preferential flow processes. However, due to the limited knowledge on subsurface structures the model still does not fully capture runoff response. Investigating the importance of landuse on runoff generation showed that while peak runoff generally increased with deforested area, the location of these areas also had an effect. Overall, the "multi-method approach" of replacing long time series with a multitude of experimental methods was successful in the identification of dominant hydrological processes and thus proved its applicability for data scarce catchments under the constraint of limited resources. N2 - Die Abflussdynamik in Mittel- und Hochgebirgen wird durch die Abflussbildungsprozesse im Einzugsgebiet bestimmt. Diese Prozesse kontrollieren damit zu großen Teilen den terrestrischen Teil des Wasserkreislaufs und beeinflussen sowohl Wasserqualität als auch -quantität. Das Verständnis von Abflussbildungsprozessen ist besonders wichtig für die Vorhersage von Hochwasser, Erosion und Massenbewegungen (z.B. Erdrutsche) da hydrologische Systeme oft Schwellenwertverhalten aufweisen. Im Falle weit reichender Umweltveränderungen, wie z.B. Klima- oder Landnutzungsänderungen kann das Verständnis der Abflussbildungsprozesse ein verantwortungsvolleres Management sowohl der Ressourcen als auch der Risiken ermöglichen. In dieser Studie wurden die Abflussbildungsprozesse in einem kleinen, anthropogen unbeeinflussten Einzugsgebiet in den Chilenischen Anden untersucht. Das Untersuchungsgebiet ist durch steile Hänge, vulkanische Ascheböden, ungestörten Naturwald und hohe Niederschlagsmengen charakterisiert. Die Erforschung von Abflussbildungsprozessen ist hier von besonderem Interesse, da a) wenig über das hydrologische Verhalten der hochporösen und hochleitfähigen jungen Ascheböden bekannt ist, b) in dieser Region bisher keine Studien auf Hang- oder Einzugsgebietsskala durchgeführt wurden, und c) das Prozessverständnis in ungestörten Einzugsgebieten als Basis zum besseren Verständnis bereits anthropogen beeinflusster Gebiete dienen kann. Das hier untersuchte Gebiet hat daher das Potential zum Referenzgebiet für zukünftige Studien und Forschungsprojekte. Bedingt durch die Kürze der vorliegenden Abfluss- und Niederschlagszeitreihen war es nötig, den bestehenden Datenmangel durch eine Vielzahl von experimentellen Methoden und Ansätzen auszugleichen. Dieser Ansatz wird im Folgenden der "Multi-Methoden-Ansatz" genannt. Die ausgewählten Methoden sollten dabei so viele Aspekte der Abflussbildung abdecken wie möglich. Es wurden daher nicht nur Zeitreihen von Abfluss, Niederschlag, Bodenfeuchte- und Grundwasserdynamik gemessen, sondern auch eine große Zahl an Kurzzeitmessungen und Experimenten durchgeführt. Diese beinhalteten u.a. Messung des Bestandesniederschlags, Bestimmung der Wasserchemie, Bestimmung bodenphysikalischer Parameter und der Bodenmineralogie, sowie geophysikalische Messungen und Tracermethoden. Die Synthese der Resultate gleicht dem Zusammensetzen eines Puzzles. Das so entstandene Bild des dynamischen Prozess-Ensembles ist trotz möglicher fehlender Puzzlestücke hochinformativ. In einem nächsten Schritt wurden die ausgewählten Methoden im Hinblick auf Erkenntnisgewinn und Kosten (d.h. finanzielle Kosten und Arbeitszeit) evaluiert. Das durch die experimentellen Ergebnisse gewonnene Bild der Abflussbildung wurde anschließend mit Hilfe des physikalisch basierten Modells Catflow überprüft. Weiterhin wurde mit dem prozessbasierten Modell Wasim-ETH der Einfluss der Landnutzung auf die Abflussbildung auf Einzugsgebietsskala untersucht. Die Ergebnisse des "Multi-Methoden-Ansatzes" zeigen, dass die Abflussreaktion in diesem Gebiet sehr schnell erfolgt. Vertikales präferenzielles Fliessen ist hier von großer Bedeutung und wird in den Sommermonaten noch durch Hydrophobizitätseffekte verstärkt. Schneller lateraler Fluss im Untergrund ist eine weitere Vorraussetzung für die schnelle Reaktion des Abflusses (Oberflächenabfluss ist hier aufgrund der hohen hydraulischen Leitfähigkeiten unwahrscheinlich). Obwohl bei der Untersuchung der Bodenfeuchtedynamik in einigen Profilen laterale Fließmuster beobachtet wurden, ist die Art und Lage der Untergrundstrukturen, die auf der Hangskala schnellen lateralen Fluss verursachen, noch unklar und sollte genauer untersucht werden. Die Tatsache, dass bei Niederschlagsereignissen der Großteil der Niederschlagsmenge nicht zum Abfluss kommt (>90%, oft auch >95%), sowie der kontinuierliche Abfluss selbst nach Wochen der Trockenheit, lassen auf einen großen unterirdischen Speicher schließen. Der Wechsel von Winter (nass) zu Sommer (trocken) scheint Veränderungen im Prozess-Ensemble hervorzurufen, die sich in der Änderung von Fließmustern, von Grundwasser-Oberflächenwasser-Interaktionen, sowie veränderter Reaktion der Wasserchemie auf Niederschlagsereignisse beobachten ließ. Die Modellstudie bestätigte die Bedeutung der schnellen Fließwege. Als Folge von Informationsdefiziten über die Strukturen des Untergrunds ließ sich jedoch die Abflussbildung noch nicht vollständig reproduzieren. Die Untersuchung zur Bedeutung der Landnutzung für die Abflussbildung mit Hilfe eines Einzugsgebietsmodells zeigte die Zunahme der maximalen Abflüsse mit zunehmender Entwaldung. Weiterhin erwies sich auch die Lage der abgeholzten Flächen als ein wichtiger Faktor für die Abflussreaktion. Der "Multi-Methoden-Ansatz" lieferte wichtige Erkenntnisse zum Verständnis der Abflussbildungspozesse in den Anden Südchiles und zeigte sich als adäquates Mittel für hydrologische Prozess-Studien in datenarmen Gebieten. KW - Abflussbildungsprozesse KW - vulkanische Ascheböden KW - ungesättigte Zone KW - Chile KW - hydrological processes KW - data scarcity KW - volcanic ash soils KW - subsurface flow KW - Chile Y1 - 2008 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-16552 ER -