河流阶地形成演化数值模拟研究——以祁连山东段沙沟河为例

河流阶地是构造活动、气候变化、侵蚀基准面升降等因素综合作用的结果。关于控制河流阶地发育的主要外部因素，围绕着构造活动和气候变化，一直是地学界长期争议的焦点。本研究拟选择青藏高原东北部祁连山东段，有可靠年代控制的沙沟河阶地序列，进行长尺度河流阶地形成发育的数值模拟。在已完成的流域地貌演化模型的基础上，引入岸崩及侧蚀过程，构建河段尺度的阶地形成演化数值模型；结合研究区的环境记录和构造活动资料，通过进行一系列数值实验，探讨气候变化和构造抬升对河流阶地形成发育的作用及其相互关系，以及河流系统对外部因素变化的响应。该研究对于深入理解河流阶地发育模式和河流系统中各要素相互作用的机理具有重要意义。

河流阶地是一种重要的河流地貌形态，关于阶地的成因及其发育演化，长期以来一直是地貌学界关注的焦点问题。利用野外考察和环境代用指标可以获得河流阶地序列与气候等环境因素变化序列的时相关系，从而对上述问题进行探讨。然而，地貌是多种地表过程综合作用的结果，因此很难从现在所获得的信息中分析气候变化、构造活动等外部因素分别在河流阶地形成中起到的作用。鉴于数值模拟方法的引入可在一定程度上解决上述问题，本项目选取祁连山东段沙沟河流域作为研究区，通过构建河流阶地演化模型并结合一系列数值实验，探讨了河流阶地形成演化过程及河流对外部因素变化的响应，并形成如下初步认识：1）构造抬升/侵蚀基准面下降是河流下切的主要驱动力，地表沉积物颗粒组成对河流行为的影响主要体现在空间差异上，坡面过程扩散速率对河道过程的影响很小；2) 单因子数值试验结果表明，只有气候变化或只有构造抬升的情况均不能形成阶地，说明阶地形成是由气候变化和构造活动共同作用造成的；3）在强烈构造抬升作用下，河流阶地的形成受到构造抬升的控制，反映的是构造活动的影响；4）当构造抬升速率较快时，河流系统能够对气候变化做出响应，但不能形成阶地。5) 当构造抬升速率较小时，河流阶地的形成更可能是由气候变化所控制的。