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研究人员获得有关河流动力学的新见解

河流唯一不变的属性是变化。正如希腊哲学家赫拉克利特(Heraclitus)所说:“没有人两次踏入同一条河。” 尽管这种动态的特性通常是看不见的,但忘记它却导致了许多历史性的灾难。

最近,加州大学圣塔芭芭拉分校的地貌学家瓦姆西·甘蒂(Vamsi Ganti)及其合作者发表了一项研究,发现海平面上升将导致河流比过去更频繁地在三角洲上跳河或伏伏。现在,他的团队发现,一次完美的风暴(包括更大的洪水和更细的沉积物尺寸)将使这些破坏性事件越来越多地发生在内陆。他们的研究结果发表在《地球物理研究快报》上,警告说,重大灾难可能会袭击许多历史上从未为这些问题担心的城市中心。

甘蒂解释说,在相对平坦的大河上,撕裂往往发生在死水地区。“这是河水感觉到海平面影响的区域。” 该区域始于河口,可以向内陆延伸较远。例如,密西西比河的死水段距海岸500公里。

该团队正在通过卫星和遥感数据寻找历史破坏,并发现了马达加斯加独特的三角洲。岛上有许多条短河,这些河从山上流下来,并带有非常好的沉积物。这是由于腐殖质土壤(由淤泥和崩解的岩石制成的松软的土壤)支配着该国的高地。主要作者,地理学系博士后山姆·布鲁克说,由于岛上猖de的森林砍伐加剧,裸露的土壤为岛上浑浊的红河供食,使其成为地球上侵蚀最快的地方之一。

布鲁克使用1970年代后期以来拍摄的多个卫星图像,制作了时间序列动画,以传达马达加斯加河三角洲的发展速度。利用这些数据,他能够获得河流的流量以及洪水期间河道保持满水的时间。

将数据与卫星图像相结合得出了令人惊讶的结论。河流的回水区附近没有发生撕脱。布鲁克回忆说:“相反,它们是(上游)上游的大约20倍,超出了我们期望它们以简单回水比例为基础的模型的范围。” 研究人员意识到,他们必须更新三角洲上发生撕脱的地方的模型。

更好的模型

团队扩展的理论可以归结为简单的关系。河道中有两个过程在起作用—洪水的持续时间以及河流适应变化所花费的时间。这些现象的相对时间尺度决定了撕脱发生的位置。

如果洪水短于河水调整所需的时间,则侵蚀和沉积仅限于回水区。但是,如果洪水持续的时间超过了调整河流所需的时间,则洪水期间的侵蚀会流到河口的上游,这使得河流有可能向更远的内陆扩张。

像密西西比河这样的大型平坦河道变化缓慢,但是陡峭的河道中沉积有大量的细小泥沙可以很快地进行调整。甘蒂说:“在给定的洪水中,整个通道都可以在死水区域内被重铺表面,侵蚀会向上游传播得更远。” 像马达加斯加的河流一样,这是相对陡峭且沉积物很多的河流。

当河流携带足够的水以超过其河岸时,洪水泛滥。而在其大部分长度中,洪水淹没的水道将做到这一点。但是水位受到河口附近通过回水区的海平面的限制。因此,洪水期间增加的水量开始更快地运动,增加了侵蚀,并使河床冲刷得更深。

然后,随着洪水条件的继续,这波侵蚀浪潮会向上游扩散,使河流向远离回水区的上游抽水-比预期的要远得多。

出现预兆

甘蒂说:“气候模型预测,在变暖的世界中,极端洪水的发生频率会更高。” 结果,撕脱可能开始在世界范围内的河流上向更远的内陆移动。

但是温室气体排放并不是影响河流的唯一人类活动。沙子和砾石是建筑和基础设施的重要组成部分,人类现在正在大规模开采这些资源。不幸的是,这些物质占冲积沉积物的大部分,这意味着我们的活动导致许多地方的沉积物变得更细。河流可以携带更多的这种细颗粒物质,而增加的负荷会减少改变渠道[?]所需的时间。再一次,这使得撕脱发生在更上游。

更重要的是,海平面上升正在将回水区本身推向内陆。这三个因素结合在一起,为在三角洲更远的内陆发生重大撕脱创造了理想的方法,Ganti解释说。这可能导致由于极端洪灾而导致房屋,生命和生计丧失的趋势在增加,这可能是在历史上从未必须应对这些危害的地方。

根据研究小组的前一篇论文,随着海平面上升,这些事件也将变得更加频繁。

瓦姆西警告说:“将来,我们应该做好准备,避免遭受严重的洪灾。”

三角洲一直是人类的重要资源,被农业,运输和工业所利用。许多文明大城市都沿着世界大水道的河岸发展。研究人员说,它们的活力一直给社会带来挑战,但是研究人员说,由于河流变得越来越难以预测且更加动荡,我们将需要采取更多的预防措施来确保我们的安全和福祉。

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