แหล่งน้ำที่เปราะบางหมายถึง พื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวทางภูมิศาสตร์ (GIWs) และลำธารที่ไหลเฉพาะฤดูกาลและไหลเป็นช่วงๆ^{[ 1 ]}ลำธารที่ไหลเฉพาะฤดูกาลและไหลเป็นช่วงๆ จะไหลตามฤดูกาลและตั้งอยู่ใน ตำแหน่ง ต้นน้ำเป็นลำธารที่อยู่นอกสุดและเล็กที่สุดของเครือข่ายทางอุทกวิทยา พื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวตั้งอยู่นอกที่ราบน้ำท่วมถึงและมีการเชื่อมต่อกับลำธารสาขาหรือที่ราบน้ำท่วม ถึงบนพื้นผิวที่ไม่ดี พื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวทางภูมิศาสตร์ประกอบด้วย แอ่งน้ำอิ่มตัวซึ่งเป็นผลมาจาก กระบวนการทางธรณีสัณฐานวิทยา ของ แม่น้ำ ลม ธารน้ำแข็ง และ/หรือชายฝั่ง อาจเป็นลักษณะภูมิประเทศตามธรรมชาติหรือเป็นผลมาจากการแทรกแซงของมนุษย์^{[ 2 ]}แหล่งน้ำที่เปราะบางคิดเป็นสัดส่วนหลักของเครือข่ายแม่น้ำ^{[ 1 ]}

แหล่งน้ำเหล่านี้มีความเปราะบางต่อการรบกวนจากธรรมชาติและมนุษย์ เนื่องจากมีการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาที่ไม่ดี^{[ 1 ]}และมักตั้งอยู่ในเขตสีเทาของกรอบการกำกับดูแลแหล่งน้ำที่ได้รับการคุ้มครองของประเทศและรัฐ^{[ 3 ]}ในสหรัฐอเมริกา สถานะการคุ้มครองแหล่งน้ำสีเขียวและลำธารชั่วคราว/เป็นช่วงๆ ที่เกี่ยวข้องกับพระราชบัญญัติน้ำสะอาดกำลังได้รับการแก้ไข^{[ 1 ]}ในบริบทของคำสั่งกรอบน้ำของสหภาพยุโรป (EU) (WFD) ลำธารต้นน้ำขนาดเล็กถูกละเลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เกษตรกรรม^{[ 4 ]}

แหล่งน้ำเหล่านี้มีบทบาทสำคัญทางอุทกวิทยาและนิเวศวิทยาในระดับท้องถิ่นไปจนถึงระดับลุ่มน้ำ^{[ 5 ] [ 6 ]}พวกมันควบคุมการกักเก็บน้ำ ตะกอนในเครือข่ายระบายน้ำ^{[ 7 ] [ 6 ]}เพิ่มการกรองตะกอน^{[ 8 ]}และการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี^{[ 9 ]}นอกจากนี้ แหล่งน้ำที่เปราะบางยังช่วยเพิ่มความหลากหลายทางชีวภาพของภูมิทัศน์ เนื่องจากทำหน้าที่เป็นที่หลบภัยของสายพันธุ์เฉพาะถิ่น^{[ 10 ]}และเป็นเส้นทางสำหรับการอพยพ^{[ 11 ]}ลำธารต้นน้ำและพื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาและนิเวศวิทยาผ่านกระบวนการพื้นผิวที่ไม่ต่อเนื่องและกระบวนการน้ำใต้ดิน^{[ 2 ]}

ลำธาร ต้นน้ำหมายถึงช่องทางที่เล็กที่สุดของเครือข่ายแม่น้ำ ซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นของการไหลของน้ำ^{[ 12 ]}ถือเป็นลำธารลำดับที่หนึ่งถึงสามใน ระบบการจำแนกประเภทลำธารของ Strahler ^{[ 13 ]}การกำหนดลำธารแบบเป็นช่วงๆ และลำธารชั่วคราวหมายถึงความต่อเนื่องของการไหลของน้ำภายในหนึ่งปี^{[ 13 ]}ลำธารชั่วคราวจะไหลเป็นช่วงๆ หลังฝนตก ในขณะที่ลำธารแบบเป็นช่วงๆ จะไหลอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาหนึ่งของปี ในทั้งสองกรณี การแห้งของช่องทางเกิดจากการที่ระดับน้ำใต้ดิน ในพื้นที่ ลดลงต่ำกว่าผิวน้ำ ลำธารชั่วคราวและลำธารแบบเป็นช่วงๆ ส่วนใหญ่จะอยู่ในตำแหน่งต้นน้ำ แต่ในพื้นที่ราบลุ่ม ลำธารสาขาขนาดเล็กตามเครือข่ายแม่น้ำอาจเป็นลำธารชั่วคราวหรือลำธารแบบเป็นช่วงๆ ได้

พื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวทางภูมิศาสตร์ (GIWs) คือพื้นที่ชุ่มน้ำที่ล้อมรอบด้วยพื้นที่สูงทั้งหมด^{[ 2 ]} GIWs ได้รับน้ำจากพื้นที่สูงที่อยู่ติดกันและปริมาณน้ำฝน อย่างไรก็ตาม ไม่มีลำธารประเภทใดที่ส่งน้ำไปยัง GIWs แม้ว่า GIWs จะมีการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาที่ไม่ดีกับเครือข่ายลำธาร แต่ก็สามารถแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อใต้ดินหรือแม้แต่การไหลออกของน้ำผิวดินชั่วคราวไปยังพื้นที่ชุ่มน้ำหรือลำธารอื่น ๆ^{[ 13 ] [ 14 ]} GIWs ที่ขาดการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาบนพื้นผิวหรือใต้ดินอย่างสมบูรณ์กับแหล่งน้ำใด ๆ จะสูญเสียน้ำส่วนใหญ่จากการระเหยหรือไปยังน้ำใต้ดินที่ไม่เชื่อมต่อกับเครือข่ายลำธาร^{[ 13 ]} แม้จะไม่มีการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยา แต่ก็สามารถแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อทางชีวภาพและเคมีกับระบบแม่น้ำได้^{[ 13 ]}

พื้นที่ชุ่มน้ำ GIW ที่เชื่อมต่อทางอุทกวิทยา (โดยการเชื่อมต่อใต้ดินหรือการเชื่อมต่อบนพื้นผิวชั่วคราว) สามารถถือได้ว่าเป็นพื้นที่ชุ่มน้ำนอกเขตที่ราบน้ำท่วมถึง^{[ 13 ]}พื้นที่ชุ่มน้ำนอกเขตที่ราบน้ำท่วมถึงตั้งอยู่นอกเขตที่ราบน้ำท่วมถึงและแสดงให้เห็นถึงการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาแบบทิศทางเดียวกับลำธาร ซึ่งหมายความว่าน้ำจะไหลไปยังลำธารที่อยู่ระดับความสูงต่ำกว่าเท่านั้น^{[ 13 ]}การเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาระหว่างพื้นที่ชุ่มน้ำนอกเขตที่ราบน้ำท่วมถึงและลำธารเกิดขึ้นผ่านกระบวนการบนพื้นผิวหรือใต้ดิน^{[ 13 ]}การเชื่อมต่อบนพื้นผิวอาจเป็นลำธารชั่วคราวและไม่ต่อเนื่อง^{[ 15 ] [ 13 ]}

ในสหรัฐอเมริกา ประเภทของ GIWS ตามธรรมชาติ ได้แก่พื้นที่ชุ่มน้ำแอ่งน้ำในทุ่งหญ้าแพรี่ แอ่งน้ำพรุ แอ่งน้ำฝนและเนินทรายของเนแบรสกาแอ่งน้ำตามฤดูกาลชายฝั่งตะวันตกพื้นที่ชุ่มน้ำหลุมยุบอ่าวแคโรไลนา พื้นที่ชุ่มน้ำ ภายในเนินทรายและระหว่างเนินทรายบ่อน้ำพุทะเลทรายแอ่งปิดในเกรตเบซิน และแอ่งน้ำรูปหม้อในภูมิภาคที่มีธารน้ำแข็ง^{[ 2 ]}

พื้นที่ชุ่มน้ำที่ไม่ใช่ที่ราบน้ำท่วมถึงถูกจัดประเภทเป็น 3 ประเภท ซึ่งรวมถึง GIW ได้แก่ พื้นที่ชุ่มน้ำแบบแอ่ง พื้นที่ชุ่มน้ำบนเนิน และพื้นที่ชุ่มน้ำแบบราบ^{[ 13 ]}พื้นที่ชุ่มน้ำแบบแอ่งเกิดขึ้นในแอ่งภูมิประเทศที่มีหรือไม่มีทางออกสู่ผิวดิน^{[ 16 ]}พื้นที่ชุ่มน้ำแบบแอ่ง ได้แก่ หลุมหม้อ หลุมบ่อ สระน้ำชั่วคราว ทะเลสาบแพยา และอ่าวแคโรไลนา พื้นที่ชุ่มน้ำบนเนินตั้งอยู่ตามเนินเขาและส่วนใหญ่ได้รับการเติมเต็มจากน้ำใต้ดิน^{[ 16 ]}เฟนส์เป็นพื้นที่ชุ่มน้ำบนเนินประเภททั่วไป พื้นที่ชุ่มน้ำแบบราบเกิดขึ้นในพื้นที่ราบขนาดใหญ่ เช่นระหว่างแม่น้ำ พื้นทะเลสาบที่แห้ง หรือระเบียงที่ราบน้ำท่วมถึงขนาดใหญ่ แพยาขนาดใหญ่เป็นพื้นที่ราบประเภทหนึ่งที่มีดินแร่เป็นหลัก พื้นที่ชุ่มน้ำแบบราบยังสามารถเกิดขึ้นจากดินอินทรีย์ เช่นบึงพีทได้อีก ด้วย

พื้นที่ชุ่มน้ำที่เกิดจากธารน้ำแข็ง (GIWs) และพื้นที่ชุ่มน้ำที่ไม่ใช่ที่ราบน้ำท่วมถึง สามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการทางธรณีสัณฐานวิทยาอย่างใดอย่างหนึ่งหรือหลายอย่างรวมกัน ได้แก่ กระบวนการที่เกิดจากลม (แอ่งน้ำตื้น, ที่ราบแห้งแล้ง, แอ่งน้ำฝน, อ่าวแคโรไลนา, พื้นที่ชุ่มน้ำระหว่างเนินทราย), กระบวนการที่เกิดจากธารน้ำแข็ง (แอ่งน้ำขนาดเล็ก, หนองน้ำ), กระบวนการที่เกิดจากหินปูน (หลุมยุบ) และกระบวนการที่เกิดจากทะเลสาบ (อ่าวแคโรไลนา, แอ่งน้ำปิด)

ลำธารต้นน้ำชั่วคราวและไม่ต่อเนื่องและ GIW มีพื้นที่ระบายน้ำและความยาวลำธารสั้นที่สุด แต่เมื่อรวมกันแล้วอาจเป็นตัวแทนของเครือข่ายแม่น้ำและลุ่มน้ำ ส่วนใหญ่ ได้^{[ 13 ]}

ในสหรัฐอเมริกา ลำธารต้นน้ำคิดเป็นมากกว่า 60% ของความยาวเครือข่ายแม่น้ำ^{[ 17 ] [ 1 ]}และพื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวทางภูมิศาสตร์ครอบคลุมทรัพยากรน้ำจืดประมาณ 16% ^{[ 18 ] [ 1 ]}ใน 17 รัฐ มีลำธารที่มีอัตราส่วนความยาวลำธารที่ไหลเป็นช่วงๆ ต่อความยาวทั้งหมดสูงกว่า 82% ^{[ 12 ]}นอร์ทดาโคตา เซาท์ดาโคตาและมินนิโซตาเป็นสามรัฐที่มีพื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวทางภูมิศาสตร์มากที่สุด^{[ 18 ]}การศึกษาหลายชิ้นรายงานว่าแผนที่เครือข่ายอุทกศาสตร์ของสหรัฐอเมริกาประเมินการกระจายของลำธารต้นน้ำต่ำกว่าความเป็นจริง^{[ 13 ] [ 19 ]}

ความยาวโดยประมาณของลำธารลำดับที่หนึ่งถึงสามในโลกคือ 45,660,000, 22,061,000 และ 10,660,100 กม. ตามลำดับ และลำธารเหล่านี้เป็นตัวแทนของลำธารลำดับ Strahler ที่โดดเด่นในโลก^{[ 20 ]}

สถานะทางกฎหมายของลำธารต้นน้ำที่ไหลเฉพาะช่วงและไหลเป็นช่วงๆ รวมถึงแหล่งน้ำธรรมชาติ (GIW) แตกต่างกันไปในแต่ละกฎหมาย

ในสหรัฐอเมริกา หน่วยงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) มีหน้าที่รับผิดชอบในการควบคุมแหล่งน้ำของสหรัฐอเมริกาภายใต้พระราชบัญญัติน้ำสะอาด (CWA) ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2515 พระราชบัญญัติน้ำสะอาดซึ่งนำเสนอโดยประธานาธิบดีริชาร์ด นิกสันระบุไว้อย่างชัดเจนว่าแหล่งน้ำในทวีปควร "สามารถว่ายน้ำและจับปลาได้" สำหรับประชาชนชาวอเมริกัน^{[ 21 ]}นั่นเป็นก้าวสำคัญในการปกป้องแหล่งที่อยู่อาศัยในแม่น้ำและปรับปรุงคุณภาพน้ำ^{[ 22 ]}

เนื่องจากรัฐธรรมนูญของสหรัฐอเมริกา รัฐบาลกลางจึงสามารถคุ้มครองเฉพาะน่านน้ำระหว่างรัฐที่ใช้สำหรับการเดินเรือ ซึ่งนิยามไว้ว่าเป็น "น่านน้ำของสหรัฐอเมริกา" (WOTUS) ตั้งแต่ปี 1972 ถึง 2015 สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อม (EPA) ได้นิยาม WOTUS ไว้ดังนี้:

“[...] น่านน้ำเดินเรือแบบดั้งเดิม น่านน้ำระหว่างรัฐ (รวมถึงพื้นที่ชุ่มน้ำระหว่างรัฐ) น่านน้ำอื่นๆ ทั้งหมดที่อาจส่งผลกระทบต่อการค้าระหว่างรัฐหรือต่างประเทศ อ่างเก็บน้ำของน่านน้ำของสหรัฐอเมริกา ลำน้ำสาขา ทะเลอาณาเขต และพื้นที่ชุ่มน้ำที่อยู่ติดกัน” (CWA, (33 CFR 328.3; 40 CFR 122.2) ^{[ 1 ]}

CWA ได้กำหนดความหมายของพื้นที่ชุ่มน้ำไว้ดังนี้:

"[...] พื้นที่ที่ถูกน้ำท่วมหรืออิ่มตัวด้วยน้ำผิวดินหรือน้ำใต้ดินบ่อยครั้งและเป็นระยะเวลานานเพียงพอที่จะรองรับ และโดยปกติแล้วจะรองรับพืชพรรณที่ปรับตัวให้เข้ากับการดำรงชีวิตในสภาพดินอิ่มตัว พื้นที่ชุ่มน้ำโดยทั่วไปได้แก่ หนองน้ำ บึง หนองบึง และพื้นที่ที่คล้ายคลึงกัน" (CWA มาตรา 404) ^{[ 1 ]}

นิยามของ WOTUS ถูกท้าทายในศาลหลายครั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับการรวมพื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัว แต่จนถึงปี 2000 ศาลรัฐบาลกลางสหรัฐฯ ยังคงยึดถือนิยามเดิม โดยระบุว่าพื้นที่ชุ่มน้ำที่ราบน้ำท่วมถึงนั้นผูกพันกับลำธารที่อยู่ติดกัน^{[ 1 ]}ต่อมาในปี 2001 คำพิพากษาได้ตัดสินว่าพื้นที่ชุ่มน้ำที่แยกตัวไม่ได้รวมอยู่ในนิยามของ WOTUS เนื่องจากไม่ได้แสดงให้เห็นถึง "ความเชื่อมโยงที่สำคัญ" กับลำธารที่สามารถเดินเรือได้ ในปี 2006 ในคดี Rapanos vs. United States ความสับสนเกี่ยวกับนิยามของ WOTUS ก็เกิดขึ้นอีก ไม่มีคำตัดสินที่เป็นเอกฉันท์ เนื่องจากความเห็นหลักสองประการแบ่งผู้พิพากษาออกเป็นสองฝ่าย ฝ่ายแรกซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยผู้พิพากษาAntonin Scaliaคือขอบเขตของ CWA ครอบคลุมเฉพาะลำธารถาวรและพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีการเชื่อมต่อพื้นผิวที่สำคัญกับลำธารที่สามารถเดินเรือได้เท่านั้น ความเห็นที่สอง ซึ่งนำโดยผู้พิพากษาแอนโทนี เคนเนดี คือ น้ำจะมีสายสัมพันธ์ที่สำคัญกับน้ำที่สามารถเดินเรือได้ หากน้ำเหล่านั้นส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อความสมบูรณ์ทางเคมี ทางกายภาพ และทางชีวภาพ ของน้ำเหล่า นั้น

นิยามของ WOTUS กำลังอยู่ระหว่างการแก้ไข ประธานาธิบดีโดนัลด์ ทรัมป์ แห่งสหรัฐอเมริกา ได้ลงนามในคำสั่งบริหารหมายเลข 13778 (82 FR 12495, 3 มีนาคม 2017) โดยขอให้ EPA และกองทัพบกสหรัฐฯ ทบทวนนิยามของ WOTUS ในลักษณะที่สอดคล้องกับความเห็นของผู้พิพากษาแอนโทนิน สกาเลีย^{[ 1 ]}ความเห็นนี้เรียกร้องให้มีการปกป้องแหล่งน้ำถาวรและพื้นที่ชุ่มน้ำที่มีการเชื่อมต่อพื้นผิวกับแหล่งน้ำที่ค่อนข้างถาวร^{[ 1 ]}ซึ่งไม่รวม GIWS และลำธารชั่วคราว/เป็นช่วงๆ

ในสหภาพยุโรป (EU) ตั้งแต่ปี 2000 คำสั่งกรอบน้ำ (Water Framework Directive หรือ WFD) มีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์หลายประการในการปรับปรุงคุณภาพน้ำของทะเลสาบ แม่น้ำ และพื้นที่ชายฝั่ง^{[ 23 ]}วัตถุประสงค์หลัก ได้แก่ การปกป้องระบบนิเวศทางน้ำ โดยทั่วไป การปกป้องทรัพยากรน้ำดื่ม และการปกป้องแหล่งน้ำที่สามารถว่ายน้ำได้^{[ 23 ]}วัตถุประสงค์เหล่านี้บรรลุผลได้ผ่านมาตรการการจัดการแม่น้ำในระดับลุ่มน้ำ^{[ 4 ]} WFD กำหนดให้มีการกำหนดขอบเขตของแหล่งน้ำที่จะเป็นเป้าหมายสำหรับการวินิจฉัยและมาตรการจัดการเฉพาะ พื้นที่ที่เล็กที่สุดที่พิจารณาในการระบุแหล่งน้ำเหล่านั้นคือ 10 ถึง 100 ตารางกิโลเมตร เนื่องจากมีขนาดเล็ก ลำธารต้นน้ำจึงมักไม่ถูกระบุว่าเป็นหนึ่งในแหล่งน้ำที่เป็นเป้าหมายของ WFD และด้วยเหตุนี้จึงมีความเสี่ยงต่อกิจกรรมของมนุษย์มากขึ้น^{[ 4 ]}

สำนักงานคุ้มครองสิ่งแวดล้อมแห่งสหรัฐอเมริกา (EPA) จำแนกหน้าที่ทางนิเวศวิทยาของลำธารต้นน้ำ (รวมถึงลำธารชั่วคราว/เป็นช่วงๆ) และ GIW ออกเป็น 5 ประเภท ได้แก่ หน้าที่แหล่งกำเนิด หน้าที่แหล่งน้ำ หน้าที่หลบภัย หน้าที่การเปลี่ยนแปลง และหน้าที่หน่วงเวลา^{[ 13 ] [ 24 ]}หน้าที่เหล่านี้ขึ้นอยู่กับระดับการเชื่อมต่อ (ทางอุทกวิทยา ทางตะกอนวิทยา ทางชีววิทยา) ระหว่างส่วนประกอบย่อยของระบบแม่น้ำ (ช่องทางน้ำ ที่ราบน้ำท่วมถึงพื้นที่ชุ่มน้ำ ) ^{[ 25 ]}หน้าที่หลายอย่างพบได้ทั่วไปในลำธาร พื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำนอกที่ราบน้ำท่วมถึง มีการศึกษาวิจัยเกี่ยวกับบทบาทของลำธารต้นน้ำมากกว่า GIW มากมาย^{[ 13 ]}

ลำธารต้นน้ำและทางน้ำไหลลงสู่แม่น้ำเป็นแหล่งสำคัญของวัสดุและพลังงานในระบบแม่น้ำ โดยทำหน้าที่ลำเลียงน้ำ ตะกอน สารอาหาร เศษซากอินทรีย์ และสิ่งมีชีวิตจากพื้นที่สูงไปยังส่วนท้ายน้ำของระบบแม่น้ำ

ลำธารต้นน้ำเป็นแหล่งน้ำหลักในเครือข่ายแม่น้ำ^{[ 13 ]}พวกมันส่งน้ำไปยังปลายน้ำซึ่งจำเป็นต่อแหล่งที่อยู่อาศัยในน้ำ พวกมันมีส่วนทำให้เกิดน้ำท่วม และในการทำเช่นนั้นจะถ่ายโอนตะกอนและสารอาหารไปยังแหล่งที่อยู่อาศัยริมแม่น้ำที่อยู่ติดกัน ลำธารต้นน้ำมักเป็นเขตการกัดเซาะ^{[ 13 ]}พวกมันรวบรวมตะกอนจากการกัดเซาะตลิ่งและจากดินถล่มในพื้นที่ภูเขา การป้อนตะกอนจากลำธารต้นน้ำมีอิทธิพลต่อสมดุลไดนามิกระหว่างปริมาณน้ำไหลบ่าและความสามารถในการขนส่ง ซึ่งเป็นสาเหตุของการสะสมและการกัดเซาะของช่องทาง น้ำ ^{[ 26 ] [ 13 ]}ลำธารต้นน้ำยังรวบรวมไม้ สารอินทรีย์ สารอาหาร และอนุภาคละเอียดผ่านการกัดเซาะและน้ำท่วมของพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำ^{[ 13 ]}ลำธารต้นน้ำให้แหล่งน้ำที่มีสารอาหารอุดมสมบูรณ์ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อจุลินทรีย์ เช่น สาหร่ายและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง^{[ 13 ]}ตัวอย่างเช่น มีการแสดงให้เห็นว่าลำธารลำดับที่หนึ่งมีส่วนทำให้ไนโตรเจน 40% ไปถึงลำธารลำดับที่สี่และห้า^{[ 27 ] [ 13 ]}นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าลำธารต้นน้ำเป็นแหล่งของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังที่เป็นประโยชน์ต่อห่วงโซ่อาหาร ทั้งหมด ที่อยู่ปลายน้ำ: ปลาแซลมอนเป็นตัวอย่างที่ดีของสายพันธุ์ที่ได้รับประโยชน์^{[ 28 ] [ 13 ]}ลำธารต้นน้ำส่งสารอินทรีย์ไปยังปลายน้ำซึ่งจำเป็นต่อกระบวนการทางกายภาพและชีวภาพตลอดทั้งเครือข่ายแม่น้ำ นอกจากนี้ยังส่งท่อนไม้และเศษไม้ที่มีอิทธิพลต่อสัณฐานวิทยาของช่องทาง ความเร็วของน้ำไหลบ่า และการกระจายตัวของแหล่งที่อยู่อาศัยทางนิเวศวิทยา^{[ 29 ] [ 13 ]}

GIWs สามารถเป็นแหล่งกำเนิดของลำธารต้นน้ำได้ GIWs สามารถเป็นแหล่งน้ำหลักของลำธารในช่วงฤดูแล้งได้^{[ 30 ]}อย่างไรก็ตาม กระบวนการถ่ายเทน้ำจาก GIWs ไปยังลำธารขึ้นอยู่กับสภาพความชื้นก่อนหน้าที่มีอยู่ใน GIWs ภายใต้สภาวะอิ่มตัว GIWs จะจัดหาน้ำให้กับแหล่งน้ำปลายน้ำอื่นๆ รวมถึงลำธาร^{[ 13 ]}มีประชากรจุลินทรีย์ที่อุดมสมบูรณ์และหลากหลายใน GIWs ^{[ 31 ]}ค่า pH ต่ำ ความเค็มต่ำ และการมีอยู่ของสารอินทรีย์สร้างสภาวะที่เอื้อต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียที่ลดซัลเฟต^{[ 32 ]}แบคทีเรียเหล่านี้มีส่วนรับผิดชอบในการผลิตเมทิลเมอร์คิวรี^{[ 32 ]}ดังนั้น GIWs จึงเป็นแหล่งของเมทิลเมอร์คิวรี และสารประกอบอินทรีย์ที่ละลายน้ำอื่นๆ และกรดที่สามารถถูกขนส่งไปยังปลายน้ำโดยการไหลของผิวน้ำชั่วคราว แม้ว่าเมทิลเมอร์คิวรีจะเป็นสารมลพิษที่เป็นพิษอย่างยิ่ง แต่สารอินทรีย์ที่ละลายน้ำเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสิ่งมีชีวิตในน้ำที่อยู่ปลายน้ำในเครือข่ายแม่น้ำ^{[ 13 ]}

ฟังก์ชัน Sink หมายถึงการนำเข้าพลังงานและวัสดุสุทธิโดยรวมจากลำธารไปยัง สภาพแวดล้อม ริมฝั่งหรือภายนอกเครือข่ายลำธาร^{[ 13 ]}

ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ การแลกเปลี่ยนน้ำจำนวนมากเกิดขึ้นระหว่างลำธารต้นน้ำและสภาพแวดล้อมริมตลิ่ง แรงเสียดทานที่พื้นและแรงเสียดทานกับพื้นผิวริมตลิ่งระหว่างการไหลล้นตลิ่งส่งผลให้พลังงานการไหลลดลงสุทธิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในลำธารบนภูเขาที่มีตะกอนหยาบ^{[ 33 ]}ส่งผลให้ความสามารถในการกัดเซาะของลำธารในส่วนปลายน้ำลดลงสุทธิ^{[ 33 ]}ในเขตริมตลิ่ง แรงเสียดทานและความลึกของน้ำตื้นส่งผลให้ความเร็วการไหลลดลงและการสะสมของตะกอนแขวนลอย^{[ 34 ]}ในขณะเดียวกัน การสูญเสียน้ำสุทธิจากสภาพแวดล้อมริมตลิ่งที่ถูกน้ำท่วมสู่บรรยากาศสามารถเกิดขึ้นได้จากการระเหยหรือการคายน้ำของพืช^{[ 35 ]}การดูดซับไนโตรเจนโดยแบคทีเรีย เมื่อน้ำไหลบ่าที่มีสารอาหารแทรกซึมเข้าไปใน เขต ไฮโปไรอิกเป็นการแสดงให้เห็นถึงหน้าที่การดูดซับของลำธารต้นน้ำอีกประการหนึ่ง^{[ 36 ] [ 13 ]} Knight et al. (2010) ระบุว่าพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำที่ทำหน้าที่เป็นกันชนเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการบรรเทาผลกระทบของแหล่งมลพิษที่ไม่ใช่จุดไปยังลำธาร^{[ 37 ]}

พื้นที่ชุ่มน้ำแบบ GIW เช่นเดียวกับพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำ สามารถดักจับสารอาหารและสารมลพิษอื่นๆ จากแหล่งกำเนิดแบบจุด (เช่น คูน้ำ ท่อระบายน้ำ) หรือจากแหล่งกำเนิดแบบกระจาย (ไม่ใช่จุด) (เช่น การชะล้างจากพื้นที่เกษตรกรรม) กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการดักจับสารอาหารมีหลากหลายและรวมถึง: กระบวนการดีไนตริฟิเคชัน [ ^{31 ] การ}กักเก็บฟอสฟอรัสผ่านการดูดซึมของพืช^{[ 38 ]}และกระบวนการดูดซับ หรือการตกตะกอน ^{[ 13 ]}การกำจัดสารอาหารโดย GIW มีอิทธิพลอย่างมากต่อคุณภาพน้ำในเครือข่ายลำธาร^{[ 13 ]}การศึกษาโดย Dierberg และ Brezonik (1984) แสดงให้เห็นว่าพื้นที่ชุ่มน้ำป่าไม้ที่ไม่ใช่ที่ราบน้ำท่วมถึงมีส่วนรับผิดชอบในการกำจัดฟอสฟอรัส ไนเตรต แอมโมเนียม และไนโตรเจนทั้งหมด 95% หลังจากมีการปล่อยน้ำเสียจากมนุษย์^{[ 39 ]}ภายใต้สภาวะที่มีความอิ่มตัวต่ำ GIW จะกักเก็บน้ำแทนที่จะปล่อยออกมา การกักเก็บน้ำและการระเหยของน้ำในภายหลังจะส่งผลให้สูญเสียน้ำโดยรวมสำหรับเครือข่ายลำธาร^{[ 40 ]}

หน้าที่ของแหล่งหลบภัยหมายถึงการจัดเตรียมสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับสิ่งมีชีวิตในน้ำและบนบกหลายชนิด^{[ 13 ]}

ลำธารต้นน้ำและพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำเป็นที่หลบภัยจากการถูกล่า การแห้งแล้ง และอุณหภูมิที่รุนแรงสำหรับสิ่งมีชีวิตหลายชนิด เป็นแหล่งที่อยู่อาศัยที่จำเป็นต่อการดำเนินวงจรชีวิตบางส่วนหรือทั้งหมดของปลา^{[ 41 ]}สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาดใหญ่^{[ 42 ]}สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม นก และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก^{[ 43 ]}พื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำแสดงให้เห็นถึงแหล่งที่อยู่อาศัยที่หลากหลายเนื่องจากความไม่สม่ำเสมอของกระบวนการทางอุทกวิทยาและสัณฐานวิทยาในเชิงพื้นที่^{[ 44 ] [ 13 ]}ความหลากหลายของแหล่งที่อยู่อาศัยและความอุดมสมบูรณ์ของอาหาร (ดูฟังก์ชันแหล่งที่มา) ทำให้พื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำเป็นแหล่งอาหาร แหล่งเพาะพันธุ์ และแหล่งหลบภัยที่เหมาะสมสำหรับปลา^{[ 45 ] [ 46 ]}สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังขนาด ใหญ่ ^{[ 13 ]}พื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำยังเป็นแหล่งอาศัยของพืชหลากหลายชนิดอีกด้วย^{[ 13 ]}การไหลล้นตลิ่งภายในที่ราบน้ำท่วมถึงถูกใช้โดยพืชเพื่อกระจายเมล็ด^{[ 47 ]}ในทางกลับกัน สิ่งมีชีวิตมีส่วนช่วยสร้างความซับซ้อนเชิงพื้นที่และเวลาของระบบแม่น้ำ ซึ่งจำเป็นต่อการรักษาระดับการเชื่อมต่อที่สูงระหว่างลำธารและสภาพแวดล้อมของแม่น้ำ ตัวอย่างเช่น การสร้างเขื่อนโดยบีเวอร์ทำให้เกิดแอ่งน้ำตามลำธารต้นน้ำ ซึ่งในที่สุดจะกลายเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของปลาที่เหมาะสม^{[ 48 ]}และเพิ่มปฏิสัมพันธ์ ระหว่างน้ำใต้ดินกับ น้ำผิว ดิน ^{[ 49 ]}

GIW ได้รับการระบุว่าเป็นแหล่งเพาะพันธุ์ของนก^{[ 50 ]}ปลา^{[ 51 ]} สัตว์เลี้ยง ลูกด้วยนม (หนูมัสก์แรต นาก) สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก และสัตว์เลื้อยคลาน^{[ 13 ]}ปลาได้รับประโยชน์จากระดับน้ำที่เพิ่มขึ้นชั่วคราวและการสร้างการเชื่อมต่อพื้นผิวเพื่ออพยพจาก GIW ไปยังลำธารหรือพื้นที่ชุ่มน้ำอื่นๆ^{[ 51 ]}สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและนกทำหน้าที่เป็นพาหะในการแพร่กระจายเมล็ดพืช สาหร่าย^{[ 52 ]}และสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง^{[ 13 ]}

ฟังก์ชันการเปลี่ยนแปลงหมายถึงกระบวนการทางชีวธรณีเคมีของธาตุอินทรีย์และอนินทรีย์^{[ 13 ]}

สารอาหารที่เข้าสู่ลำธารต้นน้ำจะผ่านวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงหลายรอบผ่านกระบวนการทางชีวภาพและเคมี (การดูดซึมโดยสาหร่าย การย่อยโดยปลา การดูดซึมโดยแบคทีเรีย ฯลฯ) การหมุนเวียนของสารอาหารผ่านรูปแบบต่างๆ และส่วนต่างๆ ของระบบแม่น้ำเรียกว่า "การหมุนเวียนของสารอาหาร" สารอินทรีย์ก็จะผ่านวัฏจักรการเปลี่ยนแปลงในลำธารต้นน้ำเช่นกัน โดยส่วนใหญ่ผ่านการหายใจของสิ่งมีชีวิตและจุลินทรีย์^{[ 53 ]}กระบวนการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ของสารอินทรีย์ เช่น ใบไม้ที่ตายแล้ว รวมถึงการแช่^{[ 54 ]} การขัดถูทางกายภาพ^{[ 55 ]}และการย่อยสลายด้วยแสง^{[ 56 ] [ 13 ]}การแลกเปลี่ยนน้ำผ่าน เขต ไฮโปไรอิกของลำธารต้นน้ำยังสามารถควบคุมรูปแบบและการเคลื่อนที่ของสารมลพิษ ทำให้ความเข้มข้นของสารมลพิษลดลงในบริเวณปลายน้ำ^{[ 13 ]}ในพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำ กระบวนการเปลี่ยนแปลงจำนวนมากเกิดขึ้นซึ่งสารอาหารและสารประกอบอื่นๆ สูญเสียไปสู่ชั้นบรรยากาศ^{[ 57 ] [ 13 ]}หรือถูกกักเก็บไว้ในดินหรือพืชพรรณ

การเปลี่ยนรูปของปรอทธาตุไปเป็นเมทิลเมอร์คิวรีเกิดขึ้นโดยชุมชนจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ชุ่มน้ำที่เป็นกรด (ดูฟังก์ชันแหล่งที่มา) เมทิลเมอร์คิวรีเป็นปรอทรูปแบบที่เป็นพิษซึ่งเคลื่อนที่ได้ง่ายมากและสะสมอยู่ในห่วงโซ่อาหาร^{[ 13 ]}การลดไนเตรตเป็นกระบวนการเปลี่ยนแปลงอีกอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นใน GIW ^{[ 31 ]}

ฟังก์ชันการหน่วงหมายถึงการจัดเก็บพลังงานและวัสดุชั่วคราว เนื่องจากเป็นแหล่งน้ำหลักในเครือข่ายลำธาร^{[ 13 ]}ลำธารต้นน้ำและพื้นที่ชุ่มน้ำจึงมีผลกระทบอย่างมากต่อความถี่ ระยะเวลา และขนาดของการถ่ายโอนวัสดุและพลังงานไปยังปลายน้ำ ความเข้มข้นของฟังก์ชันการหน่วงมีความสัมพันธ์กับความอุดมสมบูรณ์และความหลากหลายขององค์ประกอบการจัดเก็บในท้องถิ่น (พื้นที่ชุ่มน้ำ ชั้นหินอุ้มน้ำตะกอน ตลิ่งลำธาร และที่ราบน้ำท่วมถึง) และระดับการเชื่อมต่อระหว่างองค์ประกอบเหล่านี้

ในลำธารต้นน้ำ น้ำที่ไหลจะโต้ตอบกับลักษณะพื้นของลำน้ำ ตลิ่ง และพืชพรรณ การโต้ตอบเหล่านี้ส่งผลให้ความเร็วการไหลลดลงและการกักเก็บน้ำใต้ดินชั่วคราว ซึ่งช่วยลดความรุนแรงของน้ำท่วมในช่วงที่มีฝนตกหนัก^{[ 13 ]}ในทางกลับกัน ในช่วงฤดูแล้ง การกักเก็บชั่วคราวและการถ่ายโอนน้ำใต้ดินไปยังลำธารที่ล่าช้าจะรักษาระดับน้ำพื้นฐานขั้นต่ำ^{[ 58 ] [ 59 ]}ซึ่งจำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำ กระบวนการเดียวกันนี้ใช้กับตะกอน สารอาหาร และสารอินทรีย์ที่ถูกขนส่งลงมาจากพื้นที่ตอนบนของลุ่มน้ำและถูกกักเก็บไว้ชั่วคราวในที่ราบน้ำท่วมถึง รวมถึงพื้นที่ชุ่มน้ำริมแม่น้ำ^{[ 13 ]}สิ่งมีชีวิตที่อยู่ในลำธารต้นน้ำมีส่วนช่วยในการชะลอการถ่ายโอนตะกอน สารอาหาร และสารอินทรีย์ลงสู่ปลายน้ำผ่านการบริโภค^{[ 53 ]}การดูดซึม^{[ 60 ]}และการรวมตัวทางชีวภาพ^{[ 61 ] [ 13 ]}

การกักเก็บน้ำชั่วคราวใน GIW ส่งผลให้ปริมาณน้ำฝนที่ไหลลงสู่ลำธารหรือแหล่งน้ำอื่นๆ ที่เชื่อมต่อกันช้าลง^{[ 2 ]}ฟังก์ชันดังกล่าวช่วยรักษาระดับน้ำพื้นฐานของลำธารและช่วยเติมน้ำใต้ดินในระดับท้องถิ่นและระดับภูมิภาค โดยเฉพาะในช่วงฤดูแล้ง^{[ 13 ] [ 30 ]}การกักเก็บน้ำชั่วคราวใน GIW ยังช่วยลดความรุนแรงของน้ำท่วมในช่วงที่มีฝนตกหนักหรือในช่วงที่หิมะละลาย^{[ 62 ] [ 40 ]} ในทางตรงกันข้าม เนื่องจากความจุในการกักเก็บน้ำส่วนใหญ่ถูกกำหนดโดยสภาพความชื้นก่อนหน้า GIW ที่อิ่มตัวจะส่งน้ำลงสู่ปลายน้ำอย่างรวดเร็ว ซึ่งอาจเพิ่มความรุนแรงของน้ำท่วมได้^{[ 40 ]}ตามแนวคิดนี้ GIW ยังสามารถลดปริมาณน้ำพื้นฐานได้ด้วยการกักเก็บและการระเหยเมื่อสภาพความอิ่มตัวต่ำ^{[ 40 ]}