流出（水文学）

水循環（または水文循環）は、地球の表面、上空、地下のさまざまな貯水池における水の形態の継続的な変化を伴う生物地球化学的循環です。地球上の水の質量は、時間の経過とともにほぼ一定に保たれています。^{[ 2 ]}しかし、氷、淡水、塩水、大気水といった主要な貯水池への水の分配は変動し、気候変数に依存します。水は、さまざまな物理的および化学的プロセスによって、河川から海洋へ、または海洋から大気へなど、ある貯水池から別の貯水池へと移動します。これらの移動、つまりフラックスを促進するプロセスは、蒸発、蒸散、凝縮、降水、昇華、浸透、表面流出、および地下流です。その過程で、水は液体、固体（氷）、蒸気というさまざまな相を経ます。海洋は、世界の蒸発の 86% の発生源であるため、水循環において重要な役割を果たしています。^{[ 3 ]}

水循環は、異なる相間の熱伝達という形でのエネルギー交換によって駆動されます。相変化中に放出または吸収されるエネルギーは、温度変化を引き起こす可能性があります。^{[ 4 ]}水が蒸発によって液体から気体相に変化する際に熱が吸収されます。この熱は蒸発潜熱としても知られています。^{[ 5 ]}逆に、水が固体の氷から凝縮または融解する際には、エネルギーと熱が放出されます。地球規模では、水は海洋循環を介して熱帯から極地へ熱を伝達する上で重要な役割を果たしています。^{[ 6 ]}

水循環の蒸発段階は、液体相に存在する塩やその他の粒子から水分子を分離することで、浄化プロセスとしても機能します。^{[ 7 ]}大気中の凝結段階は、陸地に淡水を補充します。液体の水の流れは、地球全体に鉱物を運びます。また、風化、侵食、堆積のプロセスを通じて、地球の地質学的特徴を再形成します。水循環は、地球上のほとんどの生命と生態系の維持にも不可欠です。

人間の活動は水循環に大きな影響を与えています。森林伐採、都市化、地下水の汲み上げなどの活動は自然景観を変え（土地利用の変化）、すべて水循環に影響を与えます。^{[ 8 ] : 1153}さらに、気候変動は水循環の激化につながっています。研究によると、地球温暖化は降水パターンの変化、異常気象の頻度の増加、降雨のタイミングと強度の変化を引き起こしています。^{[ 9 ] : 85}これらの水循環の変化は、生態系、水の利用可能性、農業、人間社会に影響を与えます。

表面流出（地表流または陸地流出とも呼ばれる）は、水路流出（または河川流）とは対照的に、地表を流れる水の非拘束流です。これは、過剰な雨水、雨水流出、融雪水、またはその他の水源が、土壌に十分に速やかに浸透できなくなったときに発生します。これは、土壌が水で飽和状態になり、雨が土壌の吸収速度よりも速く降った場合に発生する可能性があります。表面流出は、屋根や舗装などの不浸透性領域が地面への水の浸透を妨げているために発生することがよくあります。さらに、流出は自然プロセスまたは人為的プロセスによって発生する可能性があります。^{[ 10 ]}

地表流出は水循環の主要な構成要素です。それは水による土壌侵食の主な原因です。^{[ 11 ] [ 12 ]}共通の地点に流れ込む流出水を生み出す土地の領域は、流域と呼ばれます。

水路に到達する前に地表で発生する流出水は、人為的な汚染物質や自然由来の汚染物質（腐った葉など）を運ぶ可能性があるため、非点源汚染源となる可能性があります。流出水に含まれる人為的な汚染物質には、石油、農薬、肥料などがあります。^{[ 13 ]}農業汚染の多くは地表流出水によって悪化し、富栄養化を引き起こす栄養汚染など、下流に多くの影響をもたらします。

都市部における地表流出水は、水の浸食や汚染を引き起こすだけでなく、都市型洪水の主な原因でもあり、その結果、建物の損壊、地下室の湿気やカビの発生、道路の冠水などを引き起こす可能性がある。

河川流量、または水路流出とは、河川やその他の水路における水の流れであり、水循環の主要な要素です。これは、陸地から水域への水の移動である流出の構成要素の1つであり、もう1つの構成要素は表面流出です。水路を流れる水は、隣接する丘陵斜面からの表面流出、地中からの地下水流出、およびパイプから排出される水から生じます。水路を流れる水の流量は、水位計を使用して測定するか、マニングの式で推定することができます。時間の経過に伴う流量の記録は、ハイドログラフと呼ばれます。洪水は、水の量が水路の容量を超えたときに発生します。

流出モデル、または降雨流出モデルは、流域（集水域または流域）において降雨がどのように流出に変換されるかを記述するものです。より正確には、降雨イベントに応じて表面流出ハイドログラフを生成します。このハイドログラフは、降雨量グラフとして表され、入力されます。降雨流出モデルは、使用する前に較正する必要があります。

よく知られた流出モデルとして線形貯水池モデルがありますが、実際には適用範囲が限られています。非線形貯水池モデルはより汎用性が高いものの、降雨量がほぼ均一に分布しているとみなせる流域の表面積に限定されます。したがって、流域の最大サイズは地域の降雨特性によって決まります。研究対象地域が大きすぎる場合は、流域を複数の小流域に分割し、洪水追跡技術を用いて様々な流出ハイドログラフを組み合わせることができます。