祁连山东段西营河流域坡面侵蚀过程及其对构造和气候的响应研究

In tectonically active mountain ranges, tectonic and climatic regimes governed the hillslope erosion processes, which in turn influence the landforms. Therefore, how these processes response to tectonic and climatic regimes is crucial to understand the long-term landscape evolution. This project is designed to address this issue by studying the hillslope erosion processes with varying topographic and climatic regimes in the Xiying Basin, Eastern Qilian Mountains. To do this, we will use a 1-D hillslope evolution model combined with 137Cs technique to predict the erosion rates of different processes. Identifying the dominant processes for all the study slopes, then enables us to establish the variability of different processes, and reveal interactions of these processes. By examining the impact of tectonic and climatic factors on the spatial distribution of the dominant processes and erosion rates, we could explore how hillslope erosion processes response to tectonic and climatic regimes. This project will provide hillslope erosion processes evidences for inferring of the interactions of tectonic, climate and erosion, which is significant in applying the landscapes evolve model in these study areas.

在活动造山带，构造和气候通过对坡面侵蚀过程的控制，影响着流域内的坡面形态和地貌格局，因此造山带的坡面侵蚀过程及其对构造和气候的响应，就成为了认识区域地貌演化的关键问题。本项目拟在位于祁连山东段的西营河流域内，研究不同抬升速率和气候条件影响下的坡面侵蚀过程。首先基于坡面侵蚀过程的野外定性研究，结合坡面流水侵蚀速率的定量估算，借助坡面演化模型对坡面形态进行模拟，以反演出不同过程的速率及其空间变化；然后通过侵蚀速率判别坡面主导侵蚀过程的类型，探明坡面侵蚀过程的空间变化规律，并揭示不同过程之间的相互作用；最后分析构造和气候因素对坡面主导侵蚀过程的类型、速率和空间变化规律的影响，据此探讨坡面侵蚀过程对构造和气候的响应。项目的完成将为认识构造、气候和侵蚀之间的相互作用提供坡面侵蚀过程的证据支持，同时为地貌演化模型在祁连山的应用奠定工作基础。

造山带的坡面侵蚀过程及其对构造和气候的响应是认识区域地貌演化的关键问题。本研究结合野外调查、无人机测绘与遥感制图等方法，对祁连山东段西营河流域的坡面侵蚀过程进行了识别与划分，结果显示坡面侵蚀过程的类型具有显著的垂直地带性，体现了气候与植被对侵蚀过程的控制。因此我们在流域内选取了21个气候与植被具有差异的坡面，利用137Cs示踪估算了侵蚀速率，并借助坡面侵蚀模型模拟了主导侵蚀过程及其通量方程参数，以呈现侵蚀过程在坡面上的变化。结果显示流水侵蚀是研究坡面的主要侵蚀方式，当坡长小于5 m时，雨滴击溅的贡献率大于片流侵蚀，当坡长超过200 m时，片蚀的贡献率约为95%，表明降雨诱发的片蚀为其主导侵蚀过程。而祁连山全域的降雨具有明显的地带性，GPM卫星数据显示降雨随海拔升高而单调增加，基于9个分析条带（swath）内的地形与降水关系，结合区域已有的不同时空尺度侵蚀速率证据，我们提出了判识稳定态与瞬时态地貌的新方法：当地形、高差与降雨三个变量在空间上呈现出正相关关系时，指示地貌处于稳定状态，反之则处于瞬时状态。祁连山的瞬时地貌发育区主要响应着区域的构造抬升，此类区域的坡面侵蚀过程频率高、幅度大，是探讨侵蚀过程响应构造与气候的关键区域。在构造活跃区，滑坡成为主导侵蚀过程，西营河滑坡过程的频率幅度与ksn在空间上表现为较好的对应关系，但是滑坡面积的时序变化却很好的响应了区域降水的增加。此外寒冻风化作用在祁连山广泛发育，并为坡面侵蚀提供了可搬运的碎屑物质，施密特锤硬度值所代表的基岩风化强度结果显示，黑河流域的风化强度随海拔的升高而增强，并在3800 m附近呈现出最大值，之后随着海拔升高而减弱，表明寒冻风化强度主要受控于温度变化。本研究探明了坡面侵蚀过程的空间分布规律，分析了滑坡、寒冻风化等过程对构造和气候的响应，并利用模型揭示了侵蚀过程之间的相互作用，有效弥补了造山带坡面侵蚀过程研究的不足，为造山带演化的数值模拟研究奠定了工作基础。