圣海伦斯火山爆发对图特河北汊河床演变的影响

受1980年美国华盛顿州圣海伦斯火山爆发的影响,图特河北汊的流域特性、水沙条件和河床边界条件均发生了巨大变化,河流的调整和响应十分迅速,为研究河流受突发剧烈扰动后的河床再调整过程提供了一个很好的范例。本文选取图特河北汊上中游14个测量断面为研究对象,收集了近30年来的水文泥沙和断面资料,对河道的垂向、横向及纵向的形态调整过程进行了全面分析。结果表明,图特河北汊在火山爆发后前3年内的调整最为迅速,后期调整逐渐减缓,并向平衡状态发展,显示了河流受到扰动后调整速率逐渐衰减的重要特征,这一特点是冲积河流自动调整的反映。图特河北汊河床的调整在空间上呈现上冲下淤的特点,河流正是通过河床上冲下淤的调整方式,使得河道比降整体不断变缓,水流能量降低,上游河道冲刷减弱,进而使河流逐渐向平衡状态发展。此外,河岸崩塌展宽也是图特河北汊调整的重要方面,上游源区段和峡谷段的河岸侵蚀主要由河床持续冲刷下切导致,而宽谷段河岸的崩塌主要是由于河道的横向摆动引起。

图特河北汊对圣海伦斯火山爆发响应过程的模拟

受1980年圣海伦斯火山爆发的影响,图特河北汊(North Fork Toutle River)河道被掩埋深度达140多米,重新发育河道在时空上均表现出冲淤交替的调整特点。以往研究方法仅能模拟河床高程单调上升或下降的变化趋势,而不能模拟火山爆发后30多年间河道冲淤交替的动态调整过程。本文收集了图特河北汊近30年来的水沙资料和断面形态资料,采用河床演变的滞后响应模型,对图特河北汊的河床高程及河道冲淤过程进行了模拟。结果表明,滞后响应模型的不同计算模式均能较好地模拟图特河北汊对火山爆发的响应调整过程,模型计算精度较高。由于滞后响应模型考虑了前期水沙条件对河道演变的累计影响,因此该模型能够较好模拟河道由扰动后的非平衡状态向平衡状态调整的全过程,可用于模拟和预测河流受突发剧烈扰动后的动态调整路径。