Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 基于泥沙记录和坡面示踪的祁连山现代地表侵蚀速率研究 | |
| 耿豪鹏 | |
| 出版年 | 2014 |
| 学位类型 | 博士 |
| 导师 | 潘保田 |
| 学位授予单位 | 兰州大学 |
| 中文摘要 | 在长尺度地貌演化过程中,构造、气候、地形与地表侵蚀之间存在一个相互作用与制约的反馈机制,而不同时空尺度的地表侵蚀速率与构造、气候和地形的关系是探索这种相互作用与反馈机制的关键,也是理解地貌是如何演化的基础。近年来,国际地球科学界在活动造山带广泛开展了针对构造、气候、地形与地表侵蚀之间关系的研究与探讨,然而对于不同时间尺度与空间尺度的地表侵蚀速率受控于构造、地形还是气候这个关键问题,还存在很大的分歧。在构造活动强烈的山地,较高的地形梯度造成了显著的气候垂直地带性分布,流域高差与局地高差也十分显著,为此类问题的探讨提供了独特的研究条件与场所。 位于青藏高原东北缘的祁连山北部地区,为河西走廊三大内陆河流域的发源地,同时也是构造活动强烈的山地。该区域地形起伏明显,气候地带性显著,是研究活动造山带地表侵蚀速率及其对构造、地形与气候响应的理想地区。在祁连山北部地区,己有的地表侵蚀速率研究包括了地质尺度上的地表剥露速率和千年尺度上的流域平均侵蚀速率,以及万年尺度的河流下切速率,但是现代尺度地表侵蚀的相关研究依然薄弱。在长尺度地貌演化过程中,构造与气候通过控制地表侵蚀过程与速率进而影响地表形态变化。在现代尺度上,地形和气候特征的差异性同样会影响到地表侵蚀过程的类型与速率。因此在现代尺度上对地表侵蚀速率、过程及其控制因素的深入探讨,可以为揭示长尺度构造、气候、地形和地表侵蚀之间的相互作用提供参考。 基于上述研究背景,本研究首先对祁连山北部地区现代地表侵蚀速率进行了估算,其次分析了流域尺度与坡面尺度侵蚀速率的空间分布差异及其控制因素,然后通过地表过程的野外识别与模型验证分析了研究区主导的地表过程；最后分析了不同时间尺度地表侵蚀速率的主要控制因素。本文主要结论和创新点如下： 流域尺度上,11个水文站泥沙连续记录估算的祁连山现代流域平均侵蚀速率介于0.02-0.20mm/a之间,平均值为0.08mm/a。流域平均侵蚀速率的空间展布表现出中段较高,而东段与西段较低的特点；进一步的地形与气候因子分析表明,平均局地高差是控制现代流域平均侵蚀速率空间分布差异的主要因素,而径流量则控制着流域平均侵蚀速率的年际变化。 坡面尺度上,基于137Cs示踪法估算的祁连山东段西营河流域现代坡面侵蚀速率介于0.05-0.26mm/a之间,平均值为0.14mm/a。21个研究坡面具有不同的气候与地形特征,其与坡面侵蚀速率的对比结果表明,现代坡面侵蚀速率的空间分布差异主要受控于局地坡度,而气候因素(降雨和植被)对其具有一定的调节作用,同时也影响到侵蚀速率在坡面尺度上的波动性。为了验证21个坡面是否能够代表西营河流域坡面侵蚀速率的空间分布特征,本研究基于野外考察与地表过程识别,划分了主要地表过程的类型与分布范围。结果表明,坡面流水侵蚀是研究区的主导地表过程,4个不同气候植被带内的研究坡面可以大致代表坡面侵蚀速率在流域内的变化。以坡面侵蚀速率的估算结果为基础,进一步对其地表过程进行了模拟验证,结果表明了流水作用的片流侵蚀是研究坡面的主导地表过程,这一结论符合流域尺度泥沙侵蚀速率的年际变化与径流量的正相关关系。在片流侵蚀作用下,坡面侵蚀速率与局地坡度存在理论上的线性关系。在祁连山北部地区,两种时间尺度相同(现代尺度)但是空间尺度不同(流域尺度-坡面尺度)的地表侵蚀速率均显示出了地形控制的特征。 在祁连山北部地区,现代流域平均侵蚀速率与平均局地高差之间存在一个线性关系,这与世界其他地区的泥沙研究结果一致。利用137Cs估算的坡面侵蚀速率与坡度的线性关系,我们尝试对祁连山北部地区流域平均坡面侵蚀速率进行了预测,结果表明流域尺度上坡面侵蚀速率的预测值与泥沙记录的观测值相当。然而,当区域的局地高差或者坡度处于坡地的临界稳定状态时,现代尺度侵蚀速率的估算无法完全捕捉到极端侵蚀与搬运过程,也就妨碍了不同时间尺度地表侵蚀速率的对比与解读。为此我们进一步对祁连山的局地高差进行了分析,结果表明研究区整体的局地高差并未达到滑坡、崩塌快速地表过程发生的临界值。 祁连山北部地区现代尺度与千年尺度流域平均侵蚀速率的对比表明,两种时间尺度不同的地表侵蚀速率具有很高的一致性。由此在现代尺度和千年尺度上,地表侵蚀速率的空间分布差异均受控于地形(坡度与局地高差)的差异性。地质尺度地表剥露速率和万年尺度河流下切速率的空间分布差异同样与地形分布特征相符。因此祁连山北部地区不同时间尺度上的地表侵蚀速率均受控于地形。 综上所述,地形控制着研究区不同空间尺度与时间尺度的地表侵蚀速率。现代地形的区域对比暗示了祁连山北部地区现代地形格局是由构造抬升驱动的。同时河流下切速率均大于其他侵蚀速率,由此推断研究区的地貌演化主要是在构造抬升驱动下河谷逐渐加深的过程。构造抬升与河流下切控制着局地高差的变化,局地高差进一步控制着侵蚀速率的空间分布差异,因此祁连山的地貌演化过程符合年轻上升山地的抬升-下切-侵蚀模式。 |
| 中文关键词 | 祁连山 ; 侵蚀速率 ; 泥沙记录 ; ~(137)Cs示踪 ; 地貌演化 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| URL | http://kns.cnki.net/kns/detail/detail.aspx?FileName=1014297834.nh&DbName=CDFD2015 |
| 来源机构 | 兰州大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/255471 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 耿豪鹏. 基于泥沙记录和坡面示踪的祁连山现代地表侵蚀速率研究[D]. 兰州大学,2014. |
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