在不断变化的世界中管理蜿蜒的水道

研究地点和河流示例。来源：《地球与行星科学快报》（2024）

侵蚀将陡峭的河岸拉过，同时沉积将沙坝推到对面。一起把河向左弯曲。来源：Matt Perko

　　就像水在河流中流动一样，河流本身也在景观中流动。它们雕刻山谷和峡谷，形成泛滥平原和三角洲，并将沉积物从高地输送到海洋。

　　加州大学圣巴巴拉分校的一篇论文介绍了弯曲河流迁移率的驱动因素。两位作者汇编了这些水道的全球数据集，分析了植被和泥沙负荷如何影响河道运动。

　　首席作者、地理系博士生Evan Greenberg说：“我们发现，在所有变量中，河流携带的沉积物量和迁移速度之间存在全球范围的趋势”。

　　他们的研究结果发表在《地球与行星科学快报》杂志上，与之前强调植被稳定作用的工作形成了对比。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。

　　两种力，称为杆推和岸拉，作用在河湾上。当弯道内侧的沉积物形成沙洲，向外推动弯道时，就会产生压杆现象。与此同时，对岸的侵蚀将弯道拉得更远。泥沙负荷对前者的影响较大，植被的稳定存在对后者的影响较大。

　　关于哪一个因素对曲流迁移的影响更大，科学家们提出了各种假设。格林伯格的顾问、地理系副教授、资深作者瓦姆西·甘蒂说：“这是一个非常有争议的话题，而且一直在反复”。

　　为了研究这些动态，Greenberg和Ganti整理了现有的河流迁移率测量值，并添加了大约60条额外河流的数据。他们总共汇编了全球139条蜿蜒河流的数据，这些河流跨越了不同的地区、气候、大小和植被状况。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，他们可以追踪这些河段如何随着时间的推移而变化，以测量河流的迁移。

　　主要的范例是植被通过稳定外海岸免受侵蚀来减缓这种迁移。这与实验证据形成对比，实验证据表明泥沙负荷可能是一个影响因素。在没有植被的河流中，河岸拉力更强，但正如Greenberg和Ganti发现的那样，这些河流的沉积物供应量也往往更高，因此很难区分这两个过程的相对贡献。

　　但Greenberg和Ganti的分析揭示了一个明显的趋势：相对于其大小，携带大量沉积物的河流迁移速度更快。该模型还显示，正如先前的研究所表明的那样，植被减缓了河流的迁移。然而，这种影响要小得多，没有植被的河流迁移速度是同类河流的四倍，而不是他们的一些同事报告的10倍。这表明，推沙对蜿蜒河流的影响比推沙对河岸的影响更大。

　　也就是说，河流的行为来源于这两个过程的汇合。甘蒂说：“在蜿蜒的河流中，你不可能让一个主宰另一个”。“如果你没有足够的泥沙供应，岸边的拉力将超过坝推，你最终会形成一条辫状河。因此，正是坝推和岸边的拉力之间的平衡创造了这些稳定的蜿蜒河流。”

　　大坝为研究这两种机制的作用提供了现成的案例研究，因为大坝结构捕获沉积物，但几乎不会影响植被。当作者观察北美三条河流在著名水坝上方和下方的流动时，他们发现下游的迁移速度减慢，因为那里的河流缺乏沉积物。他们现在可以确定，沉积物负荷正在推动弯曲迁移。

　　格林伯格正在进一步研究大坝不仅对蜿蜒的河流，而且对所有有泛滥平原的河流的影响。他说：“我们想知道大坝对河流迁移有什么影响”。

　　甘蒂说，世界上许多最重要的水道都是蜿蜒的河流，数亿人生活在泛滥平原上。“因此，了解河流的流动方式对于管理银行移民带来的风险非常重要。

　　在之前的论文中，Ganti记录了海平面上升和沉积物供应的变化如何影响未来的河流动力学。

　　研究结果描绘了一幅更活跃、更不可预测的河流图景，尤其是当与更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将增加。“更多的泥沙意味着河流可以做更多的事情，”他说。

　　甘蒂计划扩大他们模式的范围。他说，虽然地理学家和地球科学家历来关注蜿蜒的河流，但地球上的大多数水道都是蜿蜒的多线程河流。他和格林伯格正在致力于量化多种河流的总体河流流动性。

　　理想情况下，他们希望开发一个模型，能够描述河流从源头到大海的整个长度上的迁移类型。

　　更多信息：Evan Greenberg等人，《受河流沉积物供应影响的全球河流蜿蜒速度》，《地球与行星科学快报》(2024)