乌鲁木齐河源区侵蚀沉积动力地貌学研究

在全球变暖背景下，高山冰川区因冰川消融加剧和河川径流增加造成的河流侵蚀与沉积作用越来越显著。已有研究表明：冰川侵蚀和产汇流过程在高山区河流地貌演化过程中所起的作用还不甚清楚，需对其机理做进一步深入研究。.该项目在天山乌鲁木齐河源区已有研究的基础上，通过对沉积物来源的观测，分析冰川消融加剧、降水增加条件下，冰川侵蚀和产汇流过程对河源区河流地貌演化的影响；结合不同产汇流过程时空变化的实时监测，揭示泥沙（推移质、悬移质及溶解质）运移的动力学过程；对河床表面特征（卵砾石的颗粒成分、粒径及排列等）的观测，探索河流地貌对泥沙输移过程的响应机制。该研究为进一步建立和完善山区河流卵砾石推移质输沙模型提供重要参数，为高山区河流地貌演化对气候变化（冰川消融加剧、降水增加等）响应机理的研究增添新的内容。同时，对山区河流卵砾石河床水力学研究和水电等工程建设具有重要的理论意义和实践意义。

项目运用2011-2013年间野外实测数据、结合水文气象资料，探讨了全球变化对乌河上游水文、气象等因素的影响，了解了推移质输移和临界切应力的相互关系，而且能够深入分析卵砾石河床河流的侵蚀沉积过程；同时，对物质运移的时序特征进行了详细的研究；提出了一个推移质输移的“简易公式”。. 研究工作主要取得了以下成果：. 1）应用GPD极值模型和MCMC方法，分析了乌河出山径流极值变化，并对径流极值重现期进行了估算。表明，在当前气候变化背景下, 乌鲁木齐河上游在2058年前后可能发生断流现象。此外，还运用交叉小波对乌鲁木齐河上游1958-2006 年的月均气温（MMT）、月降水量（MP）和月均径流量(MMR)变化进行了多时间尺度特征分析。. 2）河流梯度是构成粒径分布的主要因素，形状因子系数在冰川峡谷中的分布相对分散，而在后峡和南台子则比较集中；粗化层颗粒沿水流方向呈叠瓦状排列；而颗粒长轴（a轴）与水流方向存在一定的夹角；f轴和a轴，v轴和c轴，v轴和a轴之间存在着明显的相关性。. 3）探讨了乌鲁木齐河水力分析方法，得出：①经过对断面流速的平均化处理；②平均流速、径流深和单宽流量三个参数存在很好的相关性；③单宽推移质输沙率和单宽流量之间存在着幂数关系；④悬移质输沙率和降水量以及悬移质输沙量和溶解质输沙量之间相关性并不明显；⑤溶解质输移量和悬移质输沙量之间存在指数关系。. 4）得出了三种物质输移类型和流量之间的关系，推导出了一些泥沙输移的经验公式和关系式。总结如下：①在冰蚀谷，推移质输沙率和河宽、推移质输沙率和平均流速之间存在着幂数关系；②导出了推移质输移量(Qb)与流量(Q)和宽度(W)的关系式，即Qb= 60Q2/W；③悬移质和溶解质与流量的幂数关系式分别为Qsusp ≈23Q1.8 and Qdiss≈27Q0.76。. 5）乌鲁木齐河上游总输移约为1.6× 108 kg/yr, 其中，悬移质约为1.46 × 108 kg/yr (89%), 推移质约为0.144× 108 kg/yr (8.9%)，溶解质约为0.034× 108 kg/yr (2.1%)。流域的平均输沙率约为0.17 kg/m2/yr，平均侵蚀率约为0.06 mm/yr。