河流堰塞的地貌响应

堰塞作为一种极端地表过程,深刻影响着河流地貌的变化,特别是河流纵剖面的变化。其对河流纵剖面的影响主要体现在两方面:一方面,堰塞坝将抬高局地的侵蚀基准面,阻碍了上游河道侵蚀,形成河流裂点;另一方面,堰塞坝溃决往往形成大型/巨型洪水,造成下游河道和岸坡的剧烈侵蚀。稳定的堰塞坝形成后,在1~105 a的时间尺度上对河流裂点的发育以及河流纵剖面变化上甚至会超过构造、气候和岩性作用,占据主导。本文在简要概述堰塞地貌相关概念的基础上,介绍了部分河流堰塞的研究方法和案例,以及河流堰塞的发育过程和研究意义。目前多仅从堰塞坝与河流纵剖面的空间关系的相关性来论证其地貌响应,并且发现一些堰塞坝与河流纵剖面的相关性,但是也有一些古堰塞坝对现代河流纵剖面的影响并不显著,原因可能与堰塞坝规模、溃决洪水次数、堵江的持续时间和距今年代的不同有关,目前还缺乏深入研究。     

北祁连山和东昆仑山的地貌特征对比及其对构造抬升的指示意义

东昆仑山和北祁连山是青藏高原东北部的两条重要边界山脉,其构造活动特征是理解高原形成与扩展的关键基础。目前研究认为,北祁连山第四纪以来构造抬升活跃,而东昆仑山北坡第四纪以来构造抬升是否活跃还存在争议。针对这一问题,我们从地貌指标的角度出发,以两地地貌形态特征为主要研究对象,通过提取形态特征指标：面积-高程积分、山前弯曲度、河流陡峭指数、裂点以及河流纵剖面形态,对东昆仑山北坡和北祁连山北坡进行对比分析。结果显示,东昆仑山北坡的面积-高程积分以及河流陡峭指数均小于祁连山北坡,山前弯曲度大于祁连山北坡。两地河流纵剖面形态也有较大差别,具体表现为东昆仑山北坡流域的河流纵剖面形态多为平滑下凹形态且鲜有裂点,而祁连山北坡流域的河流纵剖面形态较平直且裂点较多。且通过对裂点成因的讨论,东昆仑山北坡河流的裂点是由岩石抗侵蚀能力差异导致的,而非构造成因的裂点。所有证据都表明构造活动可能是导致两山脉之间地貌指数差异的主要因素。此外,两个区域的河流阶地特征和流域侵蚀速率特征也表明,东昆仑山北坡的逆冲断裂现已处于不活跃状态,指示北祁连山是高原东北部正在活动的主要边界。     

西秦岭嘉陵江上游瞬时地貌发育特征

西秦岭位于青藏高原东北缘,是青藏高原晚新生代构造扩展的前缘部位。西秦岭地区发育的一系列河流水系作为高原物质向外扩展的载体,记录了高原扩展过程中的地貌演化信息。本文选取西秦岭嘉陵江上游的支流作为研究对象,以河流纵剖面的形态和陡峭指数的空间分布为基础数据,初步分析了嘉陵江上游的地貌特征及其影响因素。结果表明,嘉陵江上游地貌演化处于瞬时状态,裂点以上的低陡峭指数区域代表了残余地貌,裂点以下高陡峭指数区域是裂点响应基准面下降后形成的新地貌。通过对比区域岩性和降水条件发现,岩性和降水对河流裂点发育以及陡峭指数的影响是有限的,河流裂点的发育和陡峭指数的变化主要受控于区域构造抬升引起的基准面下降。陡峭指数的空间分布特征表明构造作用对地貌发育起了重要的塑造作用。西秦岭瞬时地貌的发育是对印度板块与欧亚板块碰撞汇聚以来的远程效应的响应。     

藏南仲巴裂谷带地貌和断裂活动特征研究

仲巴裂谷位于藏南裂谷系的西侧,其断层发育、断错地貌清晰. 但目前,该断裂活动性研究尚属空白,制约了对整个藏南裂谷系变形机制的探索.基于GIS空间分析技术,利用数字高程模型数据系统提取该区的河流地貌参数,包括地形坡度、地形起伏度、河流陡峭指数和裂点等. 对该裂谷两侧36个流域盆地的地形参数结果进行统计和分析后发现:地形坡度与k_sn之间具有一致性,仲巴裂谷西侧北、中段坡度陡峭,k_sn值较高,南段支流中间部分陡峭,两端较缓,对应k_sn值中间高两端低;东侧坡度和k_sn分布呈现中段陡峭,两端变缓的特征. 河流纵剖面上表现出裂点上下陡峭系数的差异,东西两侧河流均在出水口处河段有最高河道陡峭系数,向上游段减小,总体上西侧河道陡峭系数大于东侧. 综合地形坡度、河流纵剖面及裂点分析结果,认为仲巴裂谷西侧断裂的构造活动性可能强于东侧.      

青藏高原东南缘新生代的三期构造隆升——来自河流纵剖面分析的证据

青藏高原东南缘新生代期间经历了多阶段隆升过程,但其主要隆升阶段、时代及其在地貌上的响应等仍不清晰。本文针对金沙江上游流域(石鼓以上),对青藏高原东南缘新生代期间构造隆升的响应过程及特征进行研究,利用数字高程模型,提取分析了金沙江上游段的河流纵剖面形态、集水区坡度和陡峭指数(k_sn)等构造地貌指标,发现金沙江上游存在三个主要裂点,将金沙江干流由NW至SE分为曲麻莱、玉树、沙东和奔子栏四个具有不同河道参数的河段。除曲麻莱段外,各段支流河道也可划分为不同的河段,剖面以及河道参数呈现不同的特征,其中上游河段陡峭指数、河道坡度值均为南部大,北部小;中上游与中下游河段,陡峭指数、河道坡度值南北部差异不大;下游河段,地貌上表现为陡峭指数与河道坡度值北部较大,南部较小。此外,在对裂点的成因进行分析后发现,青藏高原东南缘的构造隆升过程是该区河流地貌特征的主控因素。结合前人的热年代学数据,研究认为,金沙江上游的三个区域性裂点的形成可能指示或响应了青藏高原东南缘在新生代以来发生的三期构造隆升事件,且隆升时间从早到晚分别在20～30 Ma、9～15 Ma、3～6 Ma间,这表明构造地貌分...     

基于河长—坡降指数的滑坡堵江事件自动识别

由于本身特征的复杂差异性和背景环境信息干扰,目前地质灾害自动识别难度较大,尚无法满足应用需求。利用算法自动提取某类地质灾害普遍具备且明显区别于周围地物的特征,是实现地质灾害自动识别的有效途径。一定规模的滑坡堵江事件常通过链式过程在山间河谷形成裂点等诸多微地貌特征,成为其遥感解译和现场调查的重要标志。本文从河流地貌演化角度出发,以河流裂点作为滑坡堵江的普遍地貌特征,提出了基于河长-坡降指数（Stream Length-gradient index,SL) 的滑坡堵江事件自动识别方法,并通过GIS程序设计和编写提供了相应功能模块。以DEM、遥感影像和区域地质图为数据源,利用该方法在西藏亚东县康布麻曲上游流域开展应用分析,得到以下结论:针对1:5万DEM数据,采样点计算间隔设定为300m比较合理,能够同时满足降低数据误差和突出地形差异的要求;研究区中不同因素按照对河流地貌的改造程度,排序为滑坡堵江>基岩变化>构造活动;经验证研究区滑坡堵江事件自动提取的正确率达85.71%,表明在高山峡谷地区,基于河长—坡降指数开展滑坡堵江事件自动识别具有可行性,效果理想。     

河套盆地北缘色尔滕山河流地貌参数特征及其成因分析

地貌形态是构造和地表过程相互作用的复杂产物,主要通过构造活动和岩石的抗侵蚀能力等来调节。构造活动相对较弱的古老造山带往往可以忽略构造驱动的岩石抬升,使得研究岩石抗侵蚀能力对其地貌雕刻的贡献成为可能。但是目前大多数活动造山带地貌研究的结果显示地貌主要受控于活动构造,关于岩性对地貌演化影响的报道较少。色尔滕山山前断裂为河套盆地北缘的一条重要控盆断裂,全新世以来该断裂的活动性较强,曾发生过两次较大震级地震（M6. 4和M5. 9）。前人活动构造研究表明该断裂的活动性具有空间差异,中部乌加河镇活动性最强,两端逐渐减弱。但相对河套盆地北缘其他大型断裂（如狼山山前断裂、乌拉山北缘断裂和大青山山前断裂）,该断裂的地貌参数研究较少。同时其地貌演化特征及发育机理仍然不清楚,这些均制约了对该断裂的变形动力学理解。本文基于30 m分辨率的DEM数据对该断裂进行详细的河流地貌学参数研究,包括使用Arcgis和Matlab脚本提取色尔滕山山前33条河流的子流域盆地面积 高程积分（HI）和相应河道陡峭指数（Ksn）、河道纵剖面及其裂点等地貌学参数。结果表明研究区河流HI值大部分处于0. 40~0. 66之间,其中乌加河镇附近具有高值,流域盆地处于发育的壮年期。瞬态河道和稳态河道均沿着色尔滕山山前断裂走向分布,可能表明色尔滕山山前大部分河道目前处于瞬时地貌向均衡地貌演化阶段,并且通过对比发现瞬态河道裂点成因存在岩性和构造共同控制的现象。河道陡峭指数空间分布差异性较大,乌加河镇附近（S13~S20）陡峭指数较大,向两边陡峭指数逐渐减小,在S8河流以西又有增大的趋势。通过结合岩性和降雨情况分析发现,河道陡峭指数除了受岩性抗侵蚀能力影响外,其分布还与色尔滕山山前断裂垂直滑移速率分布和垂直位错分布基本一致。综合来看,地貌参数的空间分布是岩性差异和色尔滕山山前断裂活动分段差异性共同控制的结果,表明该地区岩性和构造对地貌的协同塑造作用。     

九龙江北溪流域河流特征及其构造指示意义

本文利用DEM数据,运用基岩河道侵蚀模型提取九龙江北溪流域的河流下凹程度、陡峭指数和蜿蜒度等地貌指数研究北溪流域地质构造活动特点。通过对流域地貌参数的分析发现九龙江北溪流域陡峭指数存在自NW向SE递减的规律,陡峭指数和蜿蜒度有很好的对应关系.排除气候因素和基岩性质等影响因子,认为河道陡峭指数的分布特征揭示了九龙江北溪流域的地壳抬升速率自西北向东南递减的分布特征,此认识与前人采用精密水准资料计算地壳垂直运动速率结果相一致。     

岷江上游流域裂点分布及成因分析

均衡状态时的基岩河道纵剖面表现为平滑形态,然而自然界的河道纵剖面常因地球各种内外动力作用的影响而呈现出以裂点为特征的不均衡状态,因此不均衡的河道剖面及裂点的特征可以用于指示外界环境的扰动。位于青藏高原东缘造山带的岷江上游流域水系普遍呈现不均衡的特征,且广泛发育有裂点。文章基于数字高程模型,提取裂点空间分布特征,通过裂点成因分析后发现,这些裂点的形成受到岩性、冰川作用、构造等因素的影响：因岩性形成的裂点主要位于花岗岩与其他地层的交界线上;而高海拔裂点主要受到冰川作用的控制,位于地形起伏度较低的区域;流域内低海拔区域成层分布的坡断型裂点可能主要因多期次区域构造隆升而形成;岷江上游下段流域的阶梯状垂阶型裂点则主要因地震滑坡形成。这一结果增进了对岷江流域的河流地貌发育及其影响因素的理解。此外,研究结果也说明在对河道纵剖面分析时有必要更多考虑到滑坡及冰川等因素对现代河道纵剖面产生的重要影响,为进一步理解造山带地貌演化及控制因素提供了参考视角。     

疏勒河上游河流地貌特征及其演化

疏勒河上游位于中祁连地块,受到中祁连南缘断裂带、中祁连北缘断裂带的差异控制,其地貌是青藏高原隆升的结果.本文以疏勒河上游为研究对象,应用ArcGIS水文分析工具,提取河流纵剖面、Hack剖面、SL参数以及HI,分析了河流的形态特征;提取流域边界高程剖面,分析了流域演化遗留的地貌证据.研究结果表明,疏勒河上游河流纵剖面以线性函数为最佳拟合函数,说明疏勒河上游河段整体上处于河流发育早期阶段;Hack剖面呈明显的凸形,说明第四纪以来流域所在地区处于强烈的构造抬升;河流流向转折、SL异常值以及河流纵剖面裂点具有良好的一致性,从流域边界剖面识别的垭口又与上述三者具有对应关系.综合上述河流特征及流域边界剖面所反映的信息,推测研究区发生过3次袭夺事件.古疏勒河、古昌马河以及古野马河的重组塑造了现在的疏勒河流域.     

Knickpoints along the upper Indus River,Pakistan: an exploratory survey of geomorphic processes

This article summarizes an exploratory study carried out to investigate the significance of various geomorphic features on the formation of observed knickpoints along the upper Indus River in northern Pakistan. These features include bedrock lithology, active faults, sediment flux from tributary channels, and landslide dams which have blocked the main channel. The knickpoints and their related geomorphic parameters (channel profile, concavity, drainage area and normalized steepness index, etc.) were extracted from Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection (ASTER) Global Digital Elevation Models (GDEMs) with 30 m resolution using ArcGIS, River Tools, and Matlab software. A total of 251 major and minor knickpoints were extracted from the longitudinal profile along a ~ 750 km reach upstream of Tarbela Reservoir. The identified knickpoints and their respective normalized steepness index (k_sn values) were compared with bedrock lithology, mapped faults, regional landslide/rockslide inventory, and the locations of historic landslide dams. The analyses revealed that the knickpoints do not correlate with the bedrock lithology except where major unit boundaries coexist with mapped faults, especially in reaches criss-crossed by active thrust faults in the Nanga Parbat Haramosh (NPHM) region. Neither did the river’s major confluences exhibit any notable knickpoints, but the correlations between knickpoints, mapped landslides, and historic rockslide avalanche dams accounted for approximately 75% of the observed knickpoints, a surprising finding. These observations suggest that more detailed studies aided by high resolution data should be undertaken to further explore the characteristics of knickpoints triggered by tectonic uplift, local fault offset, bedrock erodibility, and landslide/rockslide dams.     

Application of River Longitudinal Profile Morphometrics to Reveal the Uplift of Lushan Mountain

The stream power model was applied to Lushan Mt. in South China in order to verify its capability of interpreting the uplift of a small block mountain. On a log-log plot, the longitudinal profiles of 9 rivers derived from a 30m DEM exhibit primary characteristics similar to those derived from a 5m DEM; however, the 5m DEM clearly reveals more minor knickpoints, and the positions of knickpoints are pinpointed more accurately. All of the studied rivers on the block mountain are in a transient state due to geological perturbations. Some of them exhibit two segments in steady state separated by a slope-break knickpoint. Such rivers generally develop in a longitudinal valley, which are less perturbed by substrate inhomogeneities. The similar heights of the slope-break knickpoints and the similar uplift rate indicated by the ksn values demonstrate an almost simultaneous headward erosion induced by the fall in base level. This modelling result is consistent with the mode of formation of this particular block mountain. Our study demonstrates that the stream power model is applicable to a small tectonically-active massif only if the channel segments are in a steady state.     

循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征及其构造意义

青藏高原东北缘循化-贵德地区晚新生代构造活动强烈,同时晚新生代黄河的发育和演化也提供了研究高原构造隆升扩展以及黄河侵蚀下切过程的理想场所。黄河水系通过调整河流纵剖面的形态在垂向上响应不同的构造隆升以及河床岩性的变化。利用数字高程模型数据,提取黄河水系河流纵剖面形态,利用基岩河道河流水力侵蚀模型（stream-power incision model）为依托,尝试揭示晚新生代以来强烈构造活动在黄河水系河流纵剖面形态特征上的表现。分析发现,在循化-贵德地区岩性分布均匀的新生代盆地内部,黄河水系纵剖面在河流水力侵蚀模型坡度-面积双对数图解中大部分表现为上凸特征,即基岩河道的河床随时间的变化为正值,指示了基岩的隆升速率大于河流的下切侵蚀速率。在河流流经盆地内部不同岩性地区,特别是前新生界地层区,河流纵剖面也表现为一定的上凸特征,表明了新生界与前新生界地层岩性差异对河流纵剖面的控制作用。综合来看,青藏高原东北缘循化-贵德地区黄河水系河流纵剖面形态特征是晚新生代强烈构造活动和岩性差异共同控制的结果,揭示了循化-贵德地区造山系统地形发育仍然处于前均衡或接近均衡状态,同时也从侧面表明青藏高原东北缘地区是整个高原隆升扩展的最新和最前缘部位的时空格局特征。     

Stream analysis of small drainage basins in an ancient landform,Korean Peninsula

Much of the topography of Korea is ancient, but many Quaternary fault outcrops and marine terraces have been observed in the southeastern part of the Korean Peninsula. Sufficient evidence of a Quaternary fault is lacking in the geological features of the commercially developed Jukbyun and Uljin areas. Knickpoints that develop on streams can be formed by tectonic activity such as faulting and folding, or can result simply from the differential erosion rates of bedrock. In this study, we investigated the relationship between stream steepness and faults in the Jukbyun area. Stream profile analyses of the Bugu and Namdae basins were performed using a digital elevation model to estimate Quaternary tectonic movements. Stream parameters obtained from analysis of the longitudinal stream profiles of the Bugu and Namdae drainage basins in the northeastern part of the Korean Peninsula indicated neotectonic movement. Thirty of the thirty-nine knickpoints that developed in the downstream areas of the fluvial channels corresponded to fault zones. It is thought that fault activity results in knickpoints in river systems. The normalized relative slope (K_sn) value (54.9) of the BS1 stream in the Bugu drainage basin was higher than that (28.8–36.3) of the other streams in both basins, despite a similar lithology to NS1 and NS2. Therefore, we concluded that stream steepness might be a result of tectonic forcing rather than a product of rock strength in the study area and that stream parameters could provide indirect evidence of Quaternary tectonics in ancient landforms.     

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。