JGR Earth Surface：模拟沉积物在河流中的移动

岩石表面的凹凸不平和沉积块是捕捉河流中沉积物颗粒运动的关键。

预测河流如何随着自然或人为引起的水流、沉积物供给、沉积物类型（例如砾石与沙子）和参考海拔（例如海平面）变化而演变仍然具有挑战性。尽管河流动力学研究最近取得了进展，但物理过程可能非常复杂，经验关系对于制定模型仍然至关重要。这种关系的典型例子是对那些由于河床表面的凹凸引起的河床不规则性与流体流动之间的相互作用进行建模。近年来，在对河床完全被松散沉积物覆盖的河流（冲积河流）的演化建模方面取得了重大进展，但对河床和河岸没有完全被松散沉积物覆盖的河流(基岩河流)的沉积物输运、侵蚀和沉积的研究却少得多。

新西兰帕图纳峡谷基岩上的一处沉积块。
图片来源：Stewart, Adobe Stock

描述基岩河流中沉积物输移、侵蚀和沉积的模型未能捕捉到一些重要的动态。特别是，这些模型不能预测沉积块（sediment patches，即裸露基岩表面特定位置的砾石堆积）的形成或在陡坡存在的情况下从基岩到冲积河段的突然过渡，这两种情况在自然界和实验中都已经观察到。对此类行为进行建模非常重要，因为这些行为可能对河流栖息地的质量以及暴风雨期间的水和沉积物通量产生重大影响。

先前的实验观察表明，其中一些行为可能与河床粗糙度的变化有关。Cho和 Nelson [2024a] 在他们的第一篇论文中介绍了一种计算河床粗糙度的公式，该公式在两个方面都是新颖的。首先，它考虑了基岩表面上存在的移动颗粒和几何不规则性（隆起和凹陷），这可能导致形成类似砾石坝的大型沉积块。其次，它考虑到这些大的沉积块会影响河流输沙的能力。

在第二篇论文中，Cho 和 Nelson [2024b] 描述、测试并验证了他们的新模型。他们证明，当运用新的公式时，该模型可以捕获冲积河道中砾石坝的形成和基岩河道中沉积块的形成。该模型还显示了以前的模型无法捕捉到的其他复杂行为。这项工作对于那些旨在了解和预测河流栖息地（例如，对鱼类产卵至关重要的砾石块）和沉积物通量如何响应未来自然或人为引起的降雨强度、水流或土地利用变化的人来说具有重要意义。

以上点评英文原文发表于：AGU Eos Editors' Highlights，中文翻译仅供参考。

点评编辑：Enrica Viparelli, Associate Editor, and Mikaël Attal, Editor, JGR: Earth Surface

原文链接：https://eos.org/editor-highlights/having-a-rough-time-modeling-sediment-grains-moving-in-rivers
Text © 2024. The authors. CC BY-NC-ND 3.0

论文原文

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https://doi.org/10.1029/2023JF007292

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https://doi.org/10.1029/2023JF007293

关于期刊

JGR Earth Surface 聚焦于研究所有时间和空间尺度上，对固态地球表面的形态和功能造成影响的物理、化学和生物过程，包括河流、风力和海岸沉积物的搬运作用，山体滑坡活动，冰川和冰缘区活动，风化和成土作用，火山作用和板块构造作用的地表显现等。

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