新的模型详细说明了主要河流将如何应对不断变

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新的模型详细说明了主要河流将如何应对不断变

从尼罗河到密西西比河,从亚马逊河到长江,人类文明与人类社会的发展息息相关。但是河流是多变的,当河流改道时,它们所带来的好处很快就会变成灾难。

科学家们正致力于了解环境变化是如何改变河流动态的。加州大学圣塔芭芭拉分校的地貌学家Vamsi Ganti在《美国国家科学院院刊》上发表了一项新的研究,该研究概述了决定河流改道或崩塌频率的因素,以及这些因素对三角洲的影响。研究结果有望帮助科学家和规划人员为未来海平面上升和土地利用变化做好准备。

三角洲通过积累沉积物来抵消海平面上升的影响,而这些沉积物大多发生在河道附近。每隔一段时间,河流就会转换河道,形成崩裂,并在其他地方形成三角洲。第一作者奥斯汀·查德威克(Austin Chadwick)是明尼苏达大学(University of Minnesota)的博士后学者。

“我们要问的问题是,河流自然地改变河道的频率有多高,”他继续说,“随着气候变化和人类的干预,这将如何改变。”

不幸的是,对于河流如何应对气候变化,此前并没有达成共识。一些科学家认为崩裂率会随着海平面的上升而上升,而另一些科学家则预测崩裂率会下降。“没有统一的理论来解释河流崩裂频率是如何依赖于海平面的,”Ganti说。

为了澄清这一情况,甘迪、查德威克和他们的合著者、加州理工学院的迈克尔·兰姆结合了地质和历史记录的观察结果和河流动力学的数学模型。通过关注这个具体问题,他们的目的是最终得到明确的答案和有用的预测。

大河在接近海洋时往往会变平并减速。过了某一点,下游海平面的状况开始影响河流的行为,科学家称之为回水流体动力学。“这是海岸带河流发生沉积和侵蚀的动态地带,”Ganti解释说。

在之前的一篇论文中,该团队已经表明,撕毁发生在这个闭塞地区,可以延伸到相当远的内陆地区。例如,密西西比河的回水区距离海岸有500公里。更深,更平坦的河流,如密西西比河,有更大的回水区,因此有更大的三角洲。

研究人员这项研究的目的是应用他们对回水流体力学影响的新认识来了解撕脱的频率本身。

利用这个模型,并将他们的结果与实地数据进行比较,该团队发现三角洲可以通过三种方式来应对海平面上升,这取决于海平面变化速度与河流提供的泥沙之间的平衡。

第一个:当一条河流有很多泥沙,而海平面上升相对缓慢时。根据该模型,这些河流对海平面上升具有弹性,崩裂率保持稳定。中国的黄河就是一个例子。

第二种情况发生在河流沉积物较少或者海平面上升更快的时候。在这种情况下,诅咒变得更加频繁。海水的上升促进了泥沙的淤积,一旦一个渠道被填满到一定的深度,河水就会跳过它的河道。

第三种情况代表了海平面上升速度超过河流沉积泥沙能力的极端情况。随着海水渗入三角洲,河流将达到最大撕裂率,整个系统将开始向内陆迁移。科学家们之前并不知道这种情况,这三种状态的发现一起解释了之前科学文献中的不一致。

研究人员将观察结果和数据输入到他们的模型中,以观察不同的河流三角洲在预测的气候条件下是否会有不同的表现。“对大多数人来说,答案是肯定的,”查德威克说。“许多河流将经历更频繁的洪水泛滥,一些河流也将在更远的内陆遭遇洪水泛滥。”

河流骚乱具有巨大的社会影响,可能引发经济和社会动荡。考古学家认为,印度西部印度河的流向改变直接导致了青铜时代哈拉帕文明的衰落。更近一些,这种诅咒导致了1877年的黄河洪水和1931年的中国洪水,这是现代历史上最致命的两场自然灾害。

崩裂可能会对像密西西比河这样的河流造成可怕的后果。自1963年以来,密西西比河上有一个叫做“旧河流控制结构”的系统阻止了河流改道。如果回水地区迁移到内陆,河流可能会从设施上游改变路线,完全绕过它。每分钟将有数百万加仑的水流经以前干涸的陆地,而河道的下游部分将完全干涸。

作者将他们的模型提供给任何想要使用它的人。他们甚至能够通过实施一些关于河流状况和动力学的基本假设,将几个公式简化为一个方程。

查德威克说:“像陆军工程兵和内政部这样的组织可以使用这个工具来应用于任何三角洲地区。”“希望它能为我们在这些地方应对气候变化的决策提供信息。”