Hyporheic exchange is a crucial control of the type and rates of streambed biogeochemical processes, including metabolism, respiration, nutrient turnover, and the transformation of pollutants. Previous work has shown that increasing discharge during an individual peak flow event strengthens biogeochemical turnover by enhancing the exchange of water and dissolved solutes. However, due to the nonsteady nature of the exchange process, successive peak flow events do not exhibit proportional variations in residence time and turnover, and in some cases, can reduce the hyporheic zones' biogeochemical potential. Here, we used a process‐based model to explore the role of successive peak flow events on the flow and transport characteristics of bedform‐induced hyporheic exchange. We conducted a systematic analysis of the impacts of the events' magnitude, duration, and time between peaks in the hyporheic zone's fluxes, penetration, and residence times. The relative contribution of each event to the transport of solutes across the sediment‐water interface was inferred from transport simulations of a conservative solute. In addition to temporal variations in the hyporheic flow field, our results demonstrate that the separation between two events determines the temporal evolution of residence time and that event time lags longer than the memory of the system result in successive events that can be treated independently. This study highlights the importance of discharge variability in the dynamics of hyporheic exchange and its potential implications for biogeochemical transformations and fate of contaminants along river corridors.

中文翻译：

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连续峰值流量事件对疏水交换和停留时间的影响

疏水交换是对流化生物地球化学过程的类型和速率的关键控制，包括代谢，呼吸作用，养分周转和污染物转化。先前的工作表明，在单个峰值流量事件期间增加排放量，可以通过增加水和溶解性溶质的交换来增强生物地球化学转换。但是，由于交换过程的不稳定特性，连续的峰值流量事件在停留时间和周转率上不会表现出成比例的变化，并且在某些情况下，会降低流变带的生物地球化学潜力。在这里，我们使用基于过程的模型来探索连续峰值流事件对床型诱导的低交换性水流和输运特性的作用。我们对事件的影响进行了系统的分析 流变区通量，渗透率和停留时间的峰值之间的大小，持续时间和时间。从保守溶质的运移模拟可以推断出每个事件对溶质在沉积物-水界面中的运移的相对贡献。除了流变流场中的时间变化之外，我们的结果还表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。流变区通量，渗透率和停留时间的峰值之间的时间。从保守溶质的运移模拟可以推断出每个事件对溶质在沉积物-水界面中的运移的相对贡献。除了在流变流场中的时间变化之外，我们的结果表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。流变区通量，渗透率和停留时间的峰值之间的时间。从保守溶质的运移模拟可以推断出每个事件对溶质在沉积物-水界面中的运移的相对贡献。除了在流变流场中的时间变化之外，我们的结果表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。从保守溶质的运移模拟可以推断出每个事件对溶质在沉积物-水界面中的运移的相对贡献。除了在流变流场中的时间变化之外，我们的结果表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。从保守溶质的运移模拟可以推断出每个事件对溶质在沉积物-水界面中的运移的相对贡献。除了流变流场中的时间变化之外，我们的结果还表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。除了在流变流场中的时间变化之外，我们的结果表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。除了在流变流场中的时间变化之外，我们的结果表明，两个事件之间的分离决定了驻留时间的时间演变，并且事件时间的滞后时间比系统记忆导致的连续事件的滞后时间更长，这些事件可以独立处理。这项研究强调了流量可变性在流变交换动力学中的重要性及其对生物地球化学转化和沿河走廊污染物命运的潜在影响。