在不断变化的世界中管理蜿蜒的水道

发布时间：2024-05-22 16:55:07 栏目：精选知识

导读 就像水在河中流动一样，河流本身也在地表上流动。它们雕刻出山谷和峡谷，形成洪泛平原和三角洲，并将高地的沉积物输送到海洋。加州大学圣巴...

就像水在河中流动一样，河流本身也在地表上流动。它们雕刻出山谷和峡谷，形成洪泛平原和三角洲，并将高地的沉积物输送到海洋。



加州大学圣巴巴拉分校的一篇新论文介绍了驱动蜿蜒河流迁移率的因素。两位作者编制了这些水道的全球数据集，分析了植被和沉积物负荷如何影响河道运动。 “我们发现，在所有变量中，河流携带的沉积物量与沉积物迁移速度之间存在全球范围内的趋势，”主要作者、地理学系博士生埃文·格林伯格说。

他们的研究结果发表在《地球与行星科学快报》上，与之前强调植被稳定作用的研究形成了鲜明对比。在这篇论文中，研究人员强调了蜿蜒河流的活动是如何从沉积物沉积和植被稳定河岸之间的相互作用中产生的。世界上一些最重要的水道都是蜿蜒的河流，因此正确理解它们的行为对于在不断变化的世界中管理这些自然现象至关重要。

河湾上作用有两种力，称为杆推力和岸拉力。当弯道内侧的沉积物形成沙坝，将弯道向外推时，就会引起沙坝推挤。与此同时，对岸的侵蚀将弯道进一步向外拉。泥沙负荷对前者的影响更大，而植被的稳定存在对后者的影响更大。

关于哪种因素对曲流迁移影响更大，科学家们提出了各种假设。 “这是一个非常有争议的话题，并且一直存在争议，”资深作者、格林伯格的顾问兼地理系副教授瓦姆西·甘蒂(Vamsi Ganti)说。

为了研究这些动态，格林伯格和甘蒂整理了现有的河流迁移率测量结果，并添加了大约 60 条其他河流的数据。他们总共收集了全球 139 条蜿蜒河流的数据，这些河流跨越不同的地区、气候、规模和植被状况。研究人员利用卫星图像将每条河道建模为一系列线段。然后他们可以跟踪这些部分如何随着时间的推移而变化，以测量河流的迁移。

主要范例是植被通过稳定外岸免受侵蚀来减缓这种迁移。这与表明沉积物负荷可能是一个影响因素的实验证据形成鲜明对比。在没有植被的河流中，河岸拉力更强，但正如格林伯格和甘蒂发现的那样，这些河流往往也有更高的沉积物供应，因此很难区分这两个过程的相对贡献。

但格林伯格和甘蒂的分析揭示了一个明显的趋势：相对于其规模而言，携带大量沉积物的河流的迁移速度更快。正如之前的研究表明的那样，该模型还显示植被减缓了河流的迁移。然而，效果要小得多，没有植被的河流的迁移速度是同等规模河流的四倍，而不是一些同事报告的 10 倍。这表明，坝推力对蜿蜒河流的影响比岸拉力更大。

也就是说，河流的行为源于这两个过程的汇合。 “在一条蜿蜒的河流中，你不可能让一个人支配另一个人，”甘蒂说。 “如果没有足够的沉积物供应，河岸拉力将超过坝推力，最终会形成辫状河。因此，正是酒吧推力和河岸拉力之间的平衡创造了这些稳定的蜿蜒河流。”

水坝为研究这两种机制的作用提供了一个现成的案例研究，因为这些结构可以截留沉积物，但几乎不会影响植被。当作者观察北美三条著名水坝上方和下方河流的运动时，他们发现下游的迁移速度减慢，因为河流缺乏沉积物。他们现在可以肯定，沉积物负荷是推动弯道迁移的原因。

格林伯格正在进一步调查大坝不仅对蜿蜒河流的影响，而且对所有有洪泛区的河流的影响。“我们想知道大坝对河流迁移的影响，”他说。

甘蒂说，世界上许多最重要的水道都是蜿蜒的河流，数亿人生活在洪泛区沿岸。 “因此，了解河流如何移动对于管理河岸迁移带来的风险非常重要。

在之前的论文中，甘蒂记录了海平面上升和沉积物供应的变化如何影响未来河流的动态。研究结果描绘了一幅更加活跃、更难以预测的河流的图景，特别是当与更加极端的天气和不断变化的土地利用相结合时。例如，科学家预测许多河流的沉积物供应量将会增加。 “更多的沉积物意味着河流可以做更多的事情，”他说。

甘蒂计划扩大他们模型的范围。他说，虽然地理学家和地球科学家历来关注蜿蜒的河流，但地球上的大部分水道都是蜿蜒的多线河流。他和格林伯格正在致力于量化多种河流类别的河流流动性。理想情况下，他们希望开发一个模型来描述河流从源头到海洋整个长度上类型变化的迁移过程。