在瞬息万变的世界中管理蜿蜒的水道

就像水在河流中流动一样，河流本身也在景观中流动。它们开凿山谷和峡谷，形成洪泛区和三角洲，并将沉积物从高地输送到海洋。

加州大学圣巴巴拉分校（UC Santa Barbara）的一篇新论文介绍了是什么推动了蜿蜒河流的迁移速度。两位作者编制了这些水道的全球数据集，分析了植被和沉积物负荷如何影响河道运动。“我们发现河流携带的沉积物量与它们迁移的速度之间存在全球趋势，在所有变量中，”主要作者、地理系博士生埃文格林伯格说。

他们的研究结果发表在《地球与行星科学快报》（Earth and Planetary Science Letters）杂志上，与之前强调植被稳定作用的工作形成鲜明对比。在本文中，研究人员强调了蜿蜒河流的活动是如何从沉积物沉积和植被稳定河岸之间的相互作用中产生的。世界上一些最重要的水道是蜿蜒的河流，因此正确理解它们的行为对于在不断变化的世界中管理这些自然现象至关重要。

两种力，称为杆推力和河岸拉力，作用在河弯上。当弯道内侧的沉积物形成沙洲时，就会引起钢筋推力，沙洲将曲线向外推。同时，对岸的侵蚀将弯道拉得更远。沉积物负荷对前者的影响较强，而植被的稳定存在对后者的影响更大。

科学家们提出了各种假设，说明哪个因素对蜿蜒的迁移影响更大。“这是一个非常有争议的话题，并且一直在来回讨论，”格林伯格的顾问、地理系副教授、资深作者瓦姆西·甘蒂（Vamsi Ganti）说。

为了研究这些动态，Greenberg和Ganti整理了现有的河流迁移率测量值，并增加了大约60条河流的数据。他们总共收集了全球139条蜿蜒河流的数据，这些河流跨越了不同的地区、气候、大小和植被状况。研究人员使用卫星图像将每条河道建模为一系列线段。然后，他们可以跟踪这些河段如何随时间变化，以测量河流的迁移。

主要范式是植被通过稳定外岸防止侵蚀来减缓这种迁移。这与实验证据表明沉积物负荷可能是一个影响因素形成鲜明对比。在未植被的河流中，河岸拉力更强，但正如格林伯格和甘蒂所发现的那样，这些河流往往也具有更高的沉积物供应，因此很难区分这两个过程的相对贡献。

但格林伯格和甘蒂的分析揭示了一个明显的趋势：相对于其大小，携带大量沉积物的河流的迁移速度更快。该模型还显示植被减缓了河流的迁移，正如以前的研究表明的那样。然而，这种影响要温和得多，未植被的河流的迁移速度是类似大小的河流的四倍，而不是他们的一些同事报告的10倍增长。这表明，与河岸拉力相比，酒吧推力对蜿蜒河流的影响更强。

也就是说，河流行为来自这两个过程的汇合。“你不能让一个人在蜿蜒的河流中支配另一个人，”甘蒂说。“如果你没有足够的沉积物供应，河岸的拉力将超过酒吧的推力，你最终会得到一条辫状的河流。因此，正是酒吧推力和河岸拉力之间的平衡创造了这些稳定的蜿蜒河流。

迁徙的红河蜿蜒曲折，位于俄克拉荷马州和德克萨斯州的边界上丹尼森大坝上游。
图片来源：Evan Greenberg 等人。

大坝为研究这两种机制的贡献提供了一个现成的案例研究，因为这些结构可以捕获沉积物，但几乎不会影响植被。当作者观察著名大坝上方和下方的三条北美河流的运动时，他们发现迁徙速度放缓，河流缺乏沉积物。他们现在可以确定沉积物负荷正在推动弯曲迁移。

格林伯格正在进一步研究大坝不仅对蜿蜒河流的影响，而且对所有类型的河流都有洪泛区的影响。“我们想知道大坝对河流的迁移有什么影响，”他说。

甘蒂说，世界上许多最重要的水道都是蜿蜒的河流，数亿人生活在洪泛区。“因此，了解河流的流动方式对于管理河岸迁移带来的风险非常重要。

在之前的论文中，甘蒂记录了海平面上升和沉积物供应的变化如何影响未来的河流动态。研究结果描绘了一幅更活跃、更不可预测的河流图景，特别是当与更极端的天气和不断变化的土地利用相结合时。例如，科学家预测，许多河流的沉积物供应将增加。“更多的沉积物意味着河流可以做更多的事情，”他说。

Ganti 计划扩大其模型的范围。他说，虽然地理学家和地球科学家历来关注蜿蜒的河流，但地球上的大部分水道都是游荡的多线河流。他和格林伯格正在研究量化河流的流动性，跨越许多类别的河流。理想情况下，他们希望开发一个模型来描述河流的迁移，因为它沿着从源头到海洋的整个长度改变类型。