青藏高原东缘数字高程剖面及其对晚新生代河流下切深度和下切速率的约束

文章利用数字高程剖面将青藏高原东缘分为4个大尺度地貌单元,即青藏高原地貌区、龙门山高山地貌区、山前冲积平原区(成都盆地)和四川盆地东部隆起区。根据数字高程剖面中的最高海拔高程点剖面与最低海拔高程点剖面之间的高差,定量计算了该地区河流下切深度;结合成都盆地岷江最古老冲积扇沉积物提供的青藏高原东缘河流形成的时间(3.6M aB.P.),定量计算了河流下切速率为1.29mm/a;在约束局部侵蚀基准面和气候变化对河流下切速率控制作用的基础上,建立了青藏高原东缘河流下切速率与表面隆升速率之间的定量关系,结果表明河流下切速率约为表面隆升速率的4倍。基于龙门山在表面隆升速率和下切速率等方面均大于青藏高原内部,认为青藏高原东缘的边缘山脉是剥蚀隆升和构造隆升两者叠加的产物。

末次冰期河流下切行为对气候变化的响应模式

末次冰期是距离人类最近的一次冰期,气候异常寒冷且存在高频高幅波动,河流系统如何响应冰期气候的变化值得关注与研究。基于河流系统对气候变化的敏感响应,传统的经典地貌理论认为河流下切在河流阶地形成过程中起着至关重要的作用,河流的下切行为发生在间冰期或者冰期向间冰期的过渡阶段,堆积行为发生于冰期,然而近年来最新的河流地貌研究成果表明,末次冰期河流下切较为普遍。首先对河流阶地形成的传统模式进行总结分析,认为单纯的构造驱动模式存在不合理性,气候也发挥着重要的调节作用;单一的气候变化无法驱动多级且高差较大阶地的形成,地壳抬升往往是必要因素;气候变化是引发河流堆积-下切行为转换形成河流阶地的关键因素。其次通过前人的研究案例总结出末次冰期河流下切行为响应气候变化的三种模式:(1)气候的高度不稳定性引发大规模的洪水事件驱动河流快速下切;(2)快速隆升区气候高频波动叠加构造抬升驱动河流下切;(3)沿海平原地区海平面大幅度下降驱动河流下切。这三种模式对于理解末次冰期河流系统对短尺度高频气候变化的响应以及对河流阶地成因的判断具有十分重要的指导意义。

渭河流域河流下切速率及其构造意义

基于河流阶地高度和阶地形成年代数据,通过二者的线性拟合方法得到了渭河不同河段及其支流的下切速率,结果表明河流在陇西盆地的下切速率明显高于渭河盆地,可能反应了西秦岭北麓构造活动西高东低的特点。

构造活动与地表作用耦合下的河流演化过程及动力学机制——以青海湖和倒淌河为例

新生代以来,青海湖在河流侵蚀与构造活动耦合下由外流湖泊转化为内流湖泊,但其动力学成因一直悬而未决。倒淌河作为青海湖由外流转换为内流的关键通道,其动力学演化历史记录着这一重要的构造与地貌转变地质事件。基于最新开发的地貌演化有限体积法数值计算程序,模拟山脉隆升与河流下切共同作用下的河流倒淌形成与演化过程,定量分析隆升速率和河流下切系数对不同的流域演化模式的影响,探讨倒淌河演化的动力学机制,为认识倒淌河流域形成过程与青海湖形成成因提供支撑。结果表明,倒淌河流域的水系重组和倒淌河流向的转变主要受到由日月山断层活化引起的山脉快速隆升与河流下切影响;日月山隆升速率是影响倒淌河流域能否发生水系重组的控制因素;当河流被隆升的山脉阻挡而倒淌时,河流下切系数是控制流域重组速率的因素。

人工阶梯-深潭改善下切河流水生栖息地及生态的作用

本文通过野外试验研究了人工阶梯-深潭对下切河流水生栖息地及生态的作用,试验河段位于西南山区的吊嘎河上150m侵蚀下切严重的河段,布置15级人工阶梯,对水流(水深、流速、水面宽、流量)、河床底质、河床微地貌和水生底栖动物物种及数量变化进行了5个月监测。试验结果表明,人工阶梯-深潭能有效控制河床冲刷下切,维持较为稳定的河床环境,塑造多样性的水生栖息地。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,人工阶梯-深潭布置后,随水生栖息地多样性上升,单位面积水生生物密度、物种丰度及生物群落多样性指数均呈上升趋势,河流生态得到改善。

应用人工阶梯-深潭治理下切河流——吊嘎河的尝试

在我国西南山区下切河流——吊嘎河上利用人工阶梯-深潭进行河流治理的野外试验。吊嘎河河床严重侵蚀下切,由此引发塌岸、滑坡甚至泥石流灾害,河流生态环境变化剧烈,水生生态受到抑制。在吊嘎河中上游选取长约150m河段,模仿自然阶梯-深潭的地貌及结构特点,布置人工阶梯-深潭,并对河流微地貌、水生栖息地环境及生态进行了5个月的观测。人工阶梯-深潭布置后,试验段河床持续冲刷下切的趋势得到有效控制;维持了较为稳定的水生栖息地环境,同时水生栖息地多样性增加。采用大型底栖无脊椎动物评价河流生态显示,吊嘎河的水生生态也得到明显改善。吊嘎河野外试验初步表明,人工阶梯-深潭系统是山区下切河流综合治理中的一个有效方法。

下切性河流的床沙响应与纵剖面调整机制

天然河流中一些下切性河流具有独特的河床演变规律,如不规则形式的纵剖面等。通过现场调查、资料统计和GIS分析等方式,探讨了河道自然下切过程中河床演变相关机理及其对河流纵剖面的影响,揭示了其中蕴含的定量规律。分析结果表明,下切性河流系统存在床沙的响应与补偿机制,是河流系统由下切转为平衡的重要动力因素之一。响应调整后深切河段的床沙能消耗更多侵蚀能量,从而维持高比降的陡坡河道。因此,下切深度的沿程分布与一些特殊的纵剖面形态有关。经统计发现,流量与床沙(下垫面条件)是最重要的纵剖面控制性因素,引入量纲一参数可与比降建立良好的线性关系。

梯级开发对生态环境的影响

生态良好的河流上建坝对生态的负面影响大,而生态较差的山区河流上建坝改善生态。三峡和葛洲坝阻挡洄游鱼类,改变水文影响鲤科鱼类产卵。西南河流梯级开发与河狸建设的水坝和堰塞坝群的影响类似。青藏高原、云贵高原、黄土高原的河流下切导致地质灾害频发,堰塞坝群把河流阶梯化、消减灾害能量。在下切河流上建设梯级坝群符合自然规律,具有自然坝群相似的减灾效果。水库群形成串糖葫芦栖息地,支持较高生物多样性。高原河流梯级开发既减少灾害,又改善生态。

新疆色帕巴依—柯坪地区中—晚更新世孢粉组合特征及其对古气候的指示

【研究目的】塔西北中—晚更新世古环境变化的研究相对薄弱,西南天山作为亚洲气候环境变化的敏感区域,其古环境的研究对于预测未来气候意义重大,孢粉组合特征所指示的古植被演替规律已然成为该地区古气候研究亟待解决的重要问题。【研究方法】本文通过对新疆色帕巴依—柯坪地区河流阶地典型剖面样品孢粉鉴定和光释光定年测试,探讨了该区中—晚更新世孢粉组合特征及其对古气候的指示意义。【研究结果】划分出中—晚更新世三个孢粉组合带:第Ⅰ孢粉组合带:Quercus(栎)-Graminae(禾本科)-Chenopodiaceae(藜科)孢粉组合带;第Ⅱ孢粉组合带:Ephedra(麻黄)-Betula(桦)-Labiatae(唇形科)孢粉组合带;第Ⅲ孢粉组合带:Pinus(松属)-Ephedra(麻黄)-Chenopodiaceae(藜科)孢粉组合带。【结论】孢粉组合指示西南天山中—晚更新世总体气候干旱,呈干冷—暖湿—干冷的气候震荡趋势,其中65~16 ka期间存在明显的降水丰富的潮湿气候阶段;河流下切作用形成的阶地地貌受构造和气候双因素控制。

若尔盖沼泽湿地的萎缩机制

1960年以来,若尔盖沼泽湿地的快速萎缩严重影响黄河上游水量补给和当地湿地生态系统,但其机制尚不清晰。基于2010—2013年野外调查、气象水文资料和遥感影像,分析若尔盖沼泽退化的主要原因与机制。尽管气温的缓慢升高,但降水量并未减少,考虑到沼泽的季节性特征,气候变暖对沼泽萎缩影响相当有限,但不是主要原因。经遥感判读和统计,共识别现有920 km的人工渠道,其疏干的沼泽面积约648.3 km2,占总萎缩面积的27%。人工开渠作为强烈的人类活动干扰,是若尔盖沼泽快速萎缩的重要原因。自然水系的溯源侵蚀长期疏干沼泽、降低地下水水位和放射状地向沼泽内部切穿是沼泽萎缩的重要机制。人工开渠连通自然水系强化沼泽内河床下切和排水作用。

滇西哀牢山-点苍山形成的构造和地貌过程

青藏高原东南边缘规模最大的一条新生代走滑剪切带沿云南滇西的哀牢山-点苍山山脉分布。构造和地貌证据表明，该山脉的形成可能经历了4个阶段：第1阶段发生在中新世早中期（22．17百万年），以差异性大规模的隆升为特征，同时伴随着剥蚀，成因是剪切带的左行走滑运动；第2阶段发生在20．10百万年，以区域性侵蚀为特征，山体的大部分与周边地体同时被夷平；第3阶段发生在中新世中晚期（13-9百万年），以区域性隆升和河流快速下切为特征，差异性的侵蚀导致山体雏形的形成；第4阶段始于晚新生代（5百万年），以差异性隆升为特征，其中，点苍山的隆升是构造成因，而哀牢山山体的形成可能与红河的下切相辅相成，有限的隆升是地壳发生均衡反弹造成的。

汶川地震引发的山地灾害以及堰塞湖的管理方略

汶川地震触发了大规模的崩塌与滑坡等山地灾害,形成众多堰塞湖。为分析其风险与应对措施,本文通过野外考察、卫星影像与数据分析等方法,研究了灾后堆积体与堰塞湖的稳定性,以及它们与下切性河流之间的关系。结果显示,山地灾害在不同程度上释放了潜在势能,其中滑坡释放能量最大,因此滑坡堆积体的稳定性较好,而崩塌堆积体稳定性较差。从长期治理角度看,若能控制河床下切则可避免部分灾害的产生。堰塞湖管理方略包括两种:对于风险高的堰塞湖应以拆除为主,而对于风险很小的堰塞湖则应予以保留。震区大部分河流处于不稳定的下切拓宽阶段。保留堰塞湖可以加大河床阻力,使河流提前达到平衡,降低未来地震中山地灾害发生的风险。

基于参数反演的保扎滑坡变形破坏机理研究

大型复杂滑坡的复活变形机理研究,是目前滑坡地质灾害研究热点之一。针对恩施地区典型大型复杂滑坡-保扎滑坡,在系统研究其工程地质条件的基础上,分析了该滑坡的形成机制。建立二维计算模型,利用Flac软件,依据钻孔位移监测数据,通过位移反分析反演岩土体参数。对滑坡天然状态、河流不同下切深度进行了三种工况的模拟分析,结果表明:①保扎滑坡为牵引式滑坡。滑坡发育于志留系易滑岩组,滑坡形成的诱发因素是前缘老沟河的不断侵蚀下切与掏蚀,滑塌变形不断向中后部发展,从而引发整体滑动。②目前影响保扎滑坡变形与稳定性的主要因素为滑坡前缘河流下切及降雨;③保扎滑坡目前处于整体稳定状态。随着河流下切深度的增加,该滑坡将产生渐进式牵引破坏。建议对滑坡前缘进行治理。

怒江干流堰塞坝特征及稳定河床机制

滇西怒江是青藏高原东缘地形急变带内深切河流的典型代表,因崩塌、滑坡和泥石流等地质灾害在干流形成数百个稳定堰塞坝,有效抑制了河流下切。为探究怒江堰塞坝发育及提升河床稳定性的负反馈机制,通过野外考察和卫星影像,总结了怒江干流沿程和堰塞坝地貌特征,基于地貌水力特性对堰塞坝分类,并量化评估不同类别堰塞坝的稳定性和消能率特征。研究结果表明,怒江干流的堰塞坝分布密度较高,且与单宽水流能量正相关。干流堰塞坝可分为崩塌滑坡(崩滑)堰塞坝与泥石流堰塞坝。崩滑堰塞坝可在特大洪水中保持稳定,泥石流堰塞坝则可在一般性洪水中稳定。两类堰塞坝的消能率接近自然阶梯-深潭结构。崩滑堰塞坝消能率随单宽水流能量增大而提高,而泥石流堰塞坝则因较大的河谷横向空间汛期单宽水流能量增长较慢。干流堰塞坝的稳定性和消能特点均与当地单宽水流能量特点匹配,从而持久高效地消耗水流能量,提升河床整体稳定性。

中更新世以来北天山的向北扩展

利用深部地球物理结果与浅部地质调查结果进行对比,并基于DEM的地貌分析,研究了中更新世以来北天山向北扩展的造山过程.中更新世以来,北天山地壳中存在南倾的低角度滑脱面,滑脱面之上,逆断裂和褶皱带组成的山前活动构造带整体向北滑脱并缩短变形.中更新世早期,气候暖湿,基岩山脉剥蚀强烈,在山前形成了大规模的洪泛平原.中更新世中期以来,持续的构造活动一方面使山前盆地卷入变形,另一方面使盆地遭受分隔,天山北麓地壳以阶梯式的形式自南向北逐步抬升.中更新世中期约600ka以来,气候越来越干旱,山前盆地地表仅遭受了轻微剥蚀,地壳抬升全部转换为自南向北的地表隆起,隆起的北部向天山靠拢,隆起的南部逐渐成为山系,与天山相连,北天山得以向北扩展.中更新世以来的掀斜隆起造成山麓至盆地高差达1000多米的坡面,为30ka以来的河流下切提供了坡度条件,造成了深达300多米的河流强烈下切.

地震滑坡在山脉地貌演化中的作用

构造活跃区的山脉地貌演化也是构造抬升、河流下切、气候变化和山体滑坡等过程相互作用的共同结果。构造抬升和河流下切作用能够导致流域起伏变大、山坡变陡,当山坡陡峭达到重力失衡的阈值时,形成各类大大小小的山体滑坡,由其造成的山坡侵蚀作用能进一步限制流域的起伏(Burbank et al,1996;Montgomery and Brandon,2002;Larsen and Montgomery,2012)。

青海省格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题

格拉沟位于青海省内陆滩地,其形成演化反映了西北地区典型的水土流失过程。文章在收集大量野外资料的基础上,研究了格拉沟的形成演化机制,并对该沟道主要工程地质问题进行了探讨。分析认为,格拉沟形成演化是该地区特殊的内因外因共同作用的结果,基于此对其发育演化阶段进行了划分与预测。该沟主要工程地质问题为边坡稳定性、渗透稳定性、河流侵蚀等。其中边坡稳定性主要包括天然岸坡整体稳定性及崩塌、坠溜、滑塌等;渗透稳定性主要包括潜蚀与管涌;河流下切与溯源侵蚀则成为岸坡失稳破坏的重要诱发因素。探讨格拉沟形成演化机制及其主要工程地质问题,对于研究西北地区水土流失机理及其产生的环境问题具有一定的借鉴作用。

构造与气候共同作用下天山北麓中更新世以来构造地貌演化过程

强烈的缩短构造变形使天山北麓地壳掀斜抬升，大规模的洪积砾石层和黄土堆积增加了地表高程，干旱化条件下局限在狭谷河道的下切使山麓地表总体保持稳定，在不同时间尺度上的构造变形与气候变化的共同作用下，天山得以向北扩展，继续着造山过程。

古沉积盆地下切引发的泥石流侵蚀和波状流动耦合过程

青藏高原的持续抬升导致黄河干流下切,带动支流大河坝河溯源下切,使得同德盆地由沉积区变为侵蚀区,泥石流开始群发,研究群发机理对古沉积盆地泥石流的防灾减灾意义重大.通过野外监测结合室内水槽试验,系统分析了同德盆地卵石夹砂沉积层的土力学性质,切沟发育阶段和泥石流的侵蚀、运动过程.卵石夹砂沉积层分选好,磨圆度高,无胶结,利于水流下切和物源能量的累积.大河坝河溯源下切,卵石夹砂物源能量往大河坝河上游传递,导致大河坝河不同河段的切沟发育阶段和泥石流发育趋势不同.卵石夹砂沉积层的厚度和下切深度决定了泥石流的侵蚀强度和发育趋势.水流下切、泥石流侵蚀、卵石夹砂分选和崩滑堵溃过程造成了泥石流龙头能量来源的间歇性和周期性,助推了龙头运动的波动性.

河流阶地演化与构造抬升速率——以天山北麓晚第四纪河流作用为例

构造地貌学重点关注构造和地表过程对于地形地貌演化的差异化作用,构造活动速率则是评估这种影响的一个重要指标.利用河流阶地数据计算河流下切速率从而约束构造抬升速率是常用的方法,但由于阶地成因复杂,这一方法具有不确定性.对于山前河流地貌序列,基于背斜段与未变形段的阶地拔河高度差以及阶地面形成年龄,计算得到的河流下切速率可在一定程度上消除气候等因素的影响,因此可用于估算背斜自阶地形成以来的平均抬升速率.基于该方法,本文通过研究天山北麓乌鲁木齐河、塔西河、玛纳斯河、金钩河、安集海河及奎屯河等河流在背斜段发育的主要阶地,分析了背斜抬升速率及其时空特征.天山北麓发育3排逆断裂-背斜带,结果表明位于第Ⅱ排逆断裂-背斜带的吐谷鲁背斜自约13ka以来的抬升速率为3.52mm/a,同时期霍尔果斯背斜构造抬升速率为4.8mm/a,玛纳斯背斜东端的抬升速率相对较小,为＜2mm/a；第Ⅲ排构造带中的独山子背斜全新世抬升速率仅为1.2～ 1.9mm/a.这可能表明,自山前向盆地方向晚第四纪背斜抬升速率大致呈减小趋势,与背斜地壳缩短量的空间分布规律基本一致.更多的阶地年龄数据有助于更好地揭示天山北麓晚第四纪背斜构造活动特征.