伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)前研究生杰弗里·光(Jeffrey Kwang)的一项新研究，现在马萨诸塞大学阿姆赫斯特分校(University of Massachusetts, Amherst);堪萨斯州立大学的阿比盖尔·兰斯顿;伊利诺斯州土木与环境工程教授Gary Parker仔细研究了河流侵蚀和排水模式的垂直和横向(深度和宽度)组成部分。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

 

“树的树突结构的存在是为了为叶子生长提供新鲜的末端，并收集尽可能多的光线，”帕克说。“如果你砍掉一些树枝，它们会重新长出树枝状的形状。在我们的研究中，我们想知道河流系统在路径改变时是否会表现出类似的行为，尽管现有的数值模型无法复制这一点。”

 

在之前伊利诺斯州进行的一项研究中，Parker和Kwang用沙盒和水流景观模型进行了实验，模型上刻有蜿蜒的s形溪流。随着时间的推移，随着水的流动，系统最终改变了s形通道的路线，变成了我们所熟悉的树枝状模式——这是数值模型无法预测的。

 

“这告诉我们在数值模型中缺少了一些关键元素，”Kwang说。“我观察到的一件事是，模型沙箱河中的河道横向移动，或者穿过景观，重新组织排水网络。这种横向迁移已经在其他研究人员的实验中被观察到，杏耀的信誉但没有被数值模型捕捉到。我认为这就是数值模型和物理模型的不同之处。”

 

帕克和邝意识到这一点后不久，邝和兰斯顿在明尼苏达大学圣安东尼福尔斯实验室的地表动力学夏季研究所相遇。他们发现了共同感兴趣的横向河流侵蚀。

 

“通过研究现有的河流排水模型，Jeffrey和我发现景观演化模型的初始条件被忽视了，”Langston说。“通常，他们从一个平坦的、无特征的表面开始，表面有非常小的、随机的凸起。我们想知道引入更复杂的初始条件，比如杰弗里在早期实验中使用的曲流印记，是否会对数值模型产生很大的影响。”

 

改变初始建模条件也使研究人员重新思考了横向侵蚀与垂直侵蚀的重要性，挑战了专注于垂直侵蚀的传统建模实践。他们决定使用垂直侵蚀和另一组同时使用垂直和横向侵蚀进行数值模拟。

 

结合这些新想法，该团队创建了一个景观演化模型，模拟具有初始s形河道和垂直侵蚀的河网。Kwang说，在模型运行到500万年以后，河流雕刻出了一个很深的峡谷，仍然保持着s形的图案，这不是很现实。

 

在500万年的时候，研究小组引入了由兰斯顿和科罗拉多大学博尔德分校的格雷戈里·塔克教授开发的垂直和横向侵蚀模型。河道开始迁移，并将河网重新组织成更真实的树枝状。

 

在1000万年的时候，这个模型开始像一棵树，并继续变得更像树枝状，直到1500万年的时候模型结束。

 

Kwang说:“我们的工作表明，河道的横向迁移，这一在景观演化模型中通常被忽略的机制，有可能彻底重组河网。”

 

研究小组计划研究沉积物类型和地质特征，如山脉、断层和裂缝在这一过程中所起的作用。研究人员说，有些地方的潜在地质情况对排水模式有巨大的影响， 杏耀客户端IOS不能下载 ，在模型中考虑这些因素是有必要的。

 

研究人员说，了解河流如何自然演变或在工程措施改变它们的路线后如何反弹，将有助于决策者规划未来的土地使用。他说:“例如，在规划有毒废物的储存时，重要的是要向前看几十年、几百年甚至几千年。”“随着时间的推移，附近河流的横向迁移可能会造成重大威胁。”

 

帕克说:“我们已经知道山区河流的横向迁移很多年了，杏耀yl但是没有人想到把它放入一个模型中，在几百、几千、几百万年的时间里运行它。”“这是第一次有人尝试这样做，我们对结果感到非常兴奋。”

 

国家科学基金会支持这项研究。