径流变化下长江源复杂辫状河道形态动力过程的模拟方法研究

River networks are densely distributed in the Yangtze River source, in particular braided channels broadly developed. It is of scientific significance to reveal the long-term evolution processes by studying these complex braided channels under natural state. Due to the high altitude, harsh natural environment and traffic inconvenience, at present studies on the alluvial channel evolution of the Yangtze River source remain very weak. To fill that void, this project focuses on the modelling methodology and morphodynamic processes of complex braided channels in the Yangtze River source, integrating with remote sensing images, low-altitude UAV aerial survey, field investigation, physical model experiment and numerical simulation. Specifically, it is to derive the instability theory of braided channel morphology in different time scales, exploring the morphodynamic processes in difference space scales, predicting the adjustment of sediment transport capacity of braided river system and its response mechanism to runoff change. This study pays more attention to the transformation of river patterns in future, i.e. braided-anastomosing, braided-anabranching and braided-meandering channel and the corresponding critical water-sediment-vegetation conditions, and the numerical simulation and methodology for the morphodynamic processes of complex braided channels in different time scales. These studies will greatly promote the understanding of complex braided channels of the Yangtze River source and provides scientific basis for the quality of river environment and river-wetland protection.

长江源区河网水系密布且广泛发育辫状河道，研究这些自然状况的复杂辫状河道对认识径流变化下长江源河流长期演变规律具有至关重要的科学意义。由于地势高亢、自然条件恶劣和交通不便，目前对于长江源冲积河道演变研究仍相当薄弱。本项目将聚焦于长江源的辫状河道形态动力过程与模拟方法研究，综合运用遥感影像、无人机低空航测、野外调查、实体模型实验和数值模拟，研究不同时间尺度下辫状河道形态的不稳定性理论和不同空间尺度下形态动力过程演变规律、辫状河道系统的输沙能力调整，以及对径流量变化的复杂响应机理。特别关注未来辫状河道向网状或分汊或弯曲河道的河型转化及转化的水流-泥沙-植被临界条件，以及不同时间尺度下辫状河道形态动力过程的数值模拟。这些研究工作将极大地促进长江源辫状河道的科学认识，为长江源河流环境质量与河流湿地保护提供宏观参考。

长江源区河网水系密布且广泛发育辫状河道，研究这些自然状况的复杂辫状河道对认识径流变化下长江源河流长期演变规律具有至关重要的科学意义。本项目聚焦于长江源的辫状河道形态动力过程与模拟方法研究，综合运用遥感影像、无人机低空航测、野外调查、实体模型实验和数值模拟，研究不同时间尺度下辫状河道形态的不稳定性理论和不同空间尺度下形态动力过程演变规律、辫状河道系统的输沙能力调整，以及对径流量变化的复杂响应机理。促进长江源辫状河道的科学认识，为长江源河流环境质量与河流湿地保护提供宏观参考。.围绕本项目的关键科学问题、研究目标和研究内容，同时考虑历次重大研究计划专家组评议意见，项目组对长江源辫状河道开展野外考察、遥感影像解译、UAV航测、物理模型实验和数值模拟工作。收集了含沱沱河站、直门达站等的径流资料，分析了长江源区的STRM的DEM高程数据和全部的长时间序列Landsat遥感影像；采用UAV航测10多个河段的水上地形数据，并实现了测量数据的共享。基于无人机航测的长江源辫状河形态表征与三维地形重构，研究结果提出了长江源辫状河道内的边滩可分为稳定边滩、亚稳定边滩和活动边滩，揭示了长江源通天河局部辫状河段的平面形态特征与分汊强度的时空变化规律，并揭示了横向水流切割对于辫状河道形态复杂度的作用，提出了径流值作为标签结合DCGAN机器学习算法所建立的辫状河道汊道生成模型。根据长江源辫状河道的实际特征，开展了长江源典型辫状河道对径流变化的响应机制研究，提出了辫状强度和活动谷宽度是辫状河流的两个新的形态参数，并提出存在4种不同的但均可表征辫状河的辫状特性的能力辫状指数，揭示了水文过程对辫状河形态特征的累积影响随时间和空间而变化，阐明了冰川融化增加并没有显着增加辫状河流的沉积物供应，悬移质没有存储在辫状沟道和/或砾石沙洲中；此外，开发了辫状河道形态演变数值模型，可实现径流变化下复杂辫状河段的形态演变的数值模拟。.在本项目的支持下，已累计发表学术论文18篇，其中：SCI收录10篇，EI收录2篇，CSCD论文6篇；培养了博士研生1名、硕士研究生1名，课题组2人获省级人才称号、4人晋升副教授职称。本研究成果主要支撑重大计划指南3.1“径流变化和梯级开发下的泥沙过程演变规律”，提出了辫状河道模拟方法，建立了辫状河道数值模型，可实现径流变化下的河道演变模拟。