Spatially distributed hydro-chemical data with temporally high-resolution is needed to adequately assess the hydrological functioning of headwater catchments

Demostramos el gran valor de los datos hidroquímicos distribuidos espacialmente y de alta resolución temporal para mejorar el conocimiento sobre la variabilidad intracaptura de los procesos de flujo y la composición de la escorrentía de tormentas individuales en un ecosistema alpino tropical (Páramo). En este estudio, las fuentes de agua (lluvia, agua de manantial y agua de las capas de suelo de Histosoles y Andosoles) y las corrientes anidadas se muestrearon cada dos semanas (2013–2014), incluidos tres eventos de alta resolución de tormenta (5–240 min). Las muestras de agua se analizaron para detectar 14 trazadores, incluida la conductividad eléctrica (CE) y los elementos traza de tierras raras, y se utilizaron como entrada para realizar el Análisis de mezcla de miembros finales (EMMA). Los miembros finales identificados para la salida podrían explicar el comportamiento hidrológico de cuatro de los cinco afluentes, indicando procesos hidrogeoquímicos similares y características geomórficas dentro de las cuencas. Las contribuciones de la fuente de escorrentía de las subcuencas individuales variaron entre (por ejemplo, Andosols ~ 40% en afluentes y ~ 25% en la salida) y dentro de los eventos de tormenta (por ejemplo, Histosols 15% más en el evento de descarga pico pequeño), lo que indica una variable de tiempo composición de flujos de corriente. Esto último también se reflejó en la interacción de diferentes fuentes y la cronología de las rutas de flujo en el espacio EMMA, evidenciando una conectividad más rápida con las laderas en las subcuencas superiores en comparación con las subcuencas inferiores. Encontramos patrones de histéresis en sentido antihorario de tormentas en las cuencas inferiores y bucles de histéresis en sentido horario en las cuencas superiores. La última bidireccionalidad puede estar relacionada con pendientes más bajas, áreas ribereñas más amplias y la mayor proporción de histosoles en las cuencas más bajas en comparación con los sitios superiores.Abstract We demonstrated the great value of spatially distributed and temporally high-resolution hydro-chemical data to enhance knowledge about the intra-catchment variability of flow processes and the runoff composition of individual storms in a tropical alpine (Paramo) ecosystem. In this study, water sources (rainfall, spring water, and water from soil layers of Histosols and Andosols) and nested streams were sampled bi-weekly (2013–2014), including three storm high-resolution events (5–240 min). Water samples were analyzed for 14 tracers including electrical conductivity (EC) and rare earth trace elements and used as input to perform End-Member Mixing Analysis (EMMA). End-members identified for the outlet could explain the hydrological behavior of four out of the five tributaries, indicating similar hydro-geochemical processes and geomorphic features within the catchments. The runoff source contributions of the individual sub-catchments varied among (e.g. Andosols ~40% in tributaries and ~25% at the outlet) and within storm events (e.g. Histosols 15% higher in small peak discharge event), indicating a time-variable composition of streamflows. The latter was also reflected by the interaction of different sources and the chronology of flow paths in EMMA-space, evidencing a faster connectivity with hillslopes in the upper sub-catchments compared to the lower sub-catchments. We found counter-clockwise hysteresis patterns of storms in the lower catchments and clockwise hysteresis loops in the upper catchments. The latter bi-directionality can be related to lower slopes, wider riparian areas and the higher proportion of Histosols in the lower catchments compared to the upper sites