基于临界坡度的横断山区坡体侵蚀分析

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近年来,造山带的地貌演化研究主要关注冰川、河流侵蚀与构造抬升的耦合作用。然而坡体侵蚀作为一种重要的地表过程在地貌的形成演化中同样扮演着不可取代的角色,特别是在深切峡谷为主的地区,滑坡等主导的坡体侵蚀过程控制着地貌演化走向和进程。坡度是坡体稳定性的重要指标,当超过稳定的临界坡度时,坡体的侵蚀速率会显著增加并以滑坡等形式迅速地进行自我调整。本文以山高谷深、滑坡等地质灾害频发且勘探资料丰富的横断山区作为研究区域,以临界坡度理论为基础,使用多种统计方法提取出横断山区临界坡度范围,较为系统地分析了过剩地形在横断山区坡体侵蚀过程研究中的指示作用,并进一步论证了坡体侵蚀在地貌演化中的重要作用。得到的主要结论如下:(1)尽管岩性、降雨、地震条件等区域差异明显,但横断山区六大流域范围内的坡度频率分布十分类似,且平均坡度值均为25°-30°之间。其中,河谷附近坡度为30±5°的区域占比高达82%。因此,30±5°是横断山区临界坡度的合理取值范围。(2)过剩地形量与临界坡度值负相关,其空间分布规律与临界坡度值无关,均沿着河道分布,且均在深切峡谷内部取得峰值。当取临界坡度值为30°时,横断山区过剩地形平均厚度达32.2m,对应于至少6.7万年的侵蚀量。岷江流域、大渡河中下游及三江并流区过剩地形大量分布,说明这些区域的坡体侵蚀能力较强。(3)与横断山区实际的4430个滑坡样本进行对比分析,发现约71%的滑坡位于过剩地形分布区,且48%处于高度超过50m的过剩地形中。表明,过剩地形不仅意味着潜在的山体不稳定区,也可以用来指示已经发生过的滑坡。横断山区六大流域的过剩地形量与宇生核素10Be测定的侵蚀速率均表现出较强的线性相关性,说明横断山区的侵蚀量很大程度归因于坡体,且过剩地形的分布可间接反映区域坡体侵蚀能力的空间差异。横断山区的过剩地形与表征河道侵蚀速率的河道陡峭指数的相关性仅在地形起伏较小的部分区域有所体现,说明对于横断山区的部分区域而言,坡体侵蚀不仅是响应河道侵蚀下切的被动过程,更是高效的主动侵蚀单元。(4)滑坡等主导的坡体侵蚀作为极端地质灾害,通过对坡体、流域、河流纵剖面等形态的调节,对河流泥沙通量的影响迅速地破坏地貌的均衡状态,深刻改变横断山区地貌演化的走向和进程,对正常地貌演化的扰动能够持续100-104年,是联结短尺度地貌过程和长尺度地貌过程的关键纽带和研究对象,应给予充分的关注。(5)过剩地形可为理解高原抬升机制和坡体侵蚀过程提供突破口,具有指示坡体侵蚀和地形稳定性的独特优势,可服务于工程建设及防灾减灾工作。
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