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地理科学进展 >

2024 , Vol. 43 >Issue 4: 784 - 798

DOI: https://doi.org/10.18306/dlkxjz.2024.04.012

研究论文

藏东南帕隆藏布流域冲积扇地貌发育特征及空间分异研究

  • 韩盼 , 1, 2 ,
  • 余国安 , 1, * ,
  • 侯伟鹏 1, 2
展开
  • 1.中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101
  • 2.中国科学院大学，北京 100049
*余国安(1978— )，男，安徽怀宁人，副研究员，博士，研究方向为泥沙运动、河流地貌及灾害。E-mail:

韩盼(2001— )，女，陕西西安人，硕士生，研究方向为泥沙运动、河流地貌及灾害。E-mail:

收稿日期: 2023-09-05

  修回日期: 2023-12-10

  网络出版日期: 2024-04-25

基金资助

国家自然科学基金项目(42371015)

国家自然科学基金项目(41971010)

第二次青藏高原综合科学考察研究项目(2019QZKK0903)

收起

Geomorphological development characteristics and spatial differentiation of alluvial fans in high mountain canyon areas: A case study in the Parlung Tsangpo Basin, southeast Tibet

  • HAN Pan , 1, 2 ,
  • YU Guo'an , 1, * ,
  • HOU Weipeng 1, 2
Expand
  • 1. Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China
  • 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received date: 2023-09-05

  Revised date: 2023-12-10

  Online published: 2024-04-25

Supported by

National Natural Science Foundation of China(42371015)

National Natural Science Foundation of China(41971010)

The Second Tibetan Plateau Scientific Expedition and Research Program(2019QZKK0903)

Fold

摘要

冲积扇是山区河流(沟谷)出口常见的堆积地貌形态。发育成熟、稳定的冲积扇是山区生产生活的良好区域，但同时也是山洪、泥石流等灾害的潜在易发区。研究冲积扇的地貌特征及成因有助于山洪泥石流灾害合理防控和土—水资源的可持续利用，有重要的科学价值和实践意义。论文以中国藏东南帕隆藏布流域冲积扇为研究对象，结合Google Earth、遥感影像以及野外踏勘调查，统计分析区域冲积扇地貌发育特征、空间分异及主要类型和成因，并探讨气候影响下区域冲积扇变化，结果发现：① 帕隆藏布流域冲积扇面积较坡降空间波动剧烈，干流冲积扇整体较支流冲积扇小且陡；三大支流冲积扇从上游曲宗藏布到下游易贡藏布面积中值呈增大趋势，而坡降中值呈减小趋势；扇体面积与流域面积呈弱正相关，扇体坡降与流域面积呈负相关且与流域崎岖度呈正相关，4个分析区域冲积扇与流域形态参数之间的拟合关系存在明显差异。② 流域内洪积扇、泥石流扇和坡积扇三类扇体地貌特征差异大，且与其来源流域的联系不同，表现为泥石流扇与流域形态参数之间的拟合相关性均最强，而坡积扇的相关性很弱。③ 扇体发育受降水、物源供给、主导动力机制及主河作用等因素影响，气候变化(如升温、强降雨事件增多等)背景下，流域不断新生冲积扇且原有冲积扇规模(甚至类型)发生变化。

关键词： 冲积扇; 地貌特征; 空间分异; 发育成因; 帕隆藏布流域

本文引用格式

韩盼 , 余国安 , 侯伟鹏 . 藏东南帕隆藏布流域冲积扇地貌发育特征及空间分异研究[J]. 地理科学进展, 2024 , 43(4) : 784 -798 . DOI: 10.18306/dlkxjz.2024.04.012

Abstract

Alluvial fans are common deposition landforms at the outlets of mountain streams (gullies). Maturely developed and stable alluvial fans are favorable sites for work and daily life in mountainous areas, but they are also potentially prone to debris flows and flash floods. The study of the geomorphic characteristics and development causes of alluvial fans can help to prevent and control geohazards and to rationally utilize soil and water resources, which has important scientific value and practical significance. Taking alluvial fans in the Parlung Tsangpo Basin, southeast Tibet as case samples and combining Google Earth, remote sensing images, and field surveys, we statistically analyzed the geomorphic characteristics, spatial differences, and main types of the regional alluvial fans, preliminarily examined the causes for their spatial diversity, and discussed the changes of the regional alluvial fans under the influence of climate change. The following conclusions were drawn: 1) The alluvial fan area fluctuates sharply in comparison with the slope in the Parlung Tsangpo Basin, and the mainstem alluvial fans are in general smaller and steeper than those developed in major tributaries; the alluvial fans of the three tributaries show a trend of increasing in area (in median values) from the upstream to the downstream (that is, fan areas of Quzong < Bodui < Yigong), while the slope shows a tendency of decrease; the fan area is weakly correlated with the contribution basin area, the fan slope is negatively correlated with the basin area and positively correlated with the ruggedness of the basin, and there are obvious differences in the fitting relationships between the alluvial fans of the four analyzed areas and the morphometric parameters of the basins. Alluvial fan-basin morphology parameters in the four analyzed areas shows obvious differences in the fitting relationships. 2) The morphological characteristics of the three types of fans in the basin, namely, fans formed by flood, debris flow, or colluvial processes, are quite different, and their links with the basins from which they originate are different, as shown by the fact that the correlation between the debris flow fans and the basin morphology parameters is the strongest, while that of the colluvial fans is very weak. 3) Fan development is affected by factors such as precipitation, sediment supply, dominant dynamic processes and the role of the main river, among others. Under the influence of climate change (for example, warming, increased heavy rainfall events, and so on), new alluvial fans are constantly created in the basin and the size (or even type) of the original alluvial fans is changing.

Key words： alluvial fan; geomorphologic features; spatial differentiation; developmental genesis; Parlung Tsangpo Basin

山区河流(或沟谷)出口附近由于侧向约束消失、流体速度降低导致物质大量沉积，流道经淤积抬升与反复改道后形成延伸较广且坡度较缓的扇形堆积体，即冲积扇(alluvial fan)，是河流(沟谷)出山口处常见的地貌形态[1⇓-3]。作为物源补给高地和沉积物容纳盆地之间的过渡带，冲积扇能够记录山区河流泥沙输运、堆积和侵蚀过程，也是解释和重建古代沉积盆地构造和地层演变的重要工具[4⇓⇓⇓-8]。冲积扇坡地相对平缓，地形开阔，水热条件较好，生物生产力高，因而发育成熟、稳定的扇体常成为山区人民居住、农业耕作、道路交通和城镇建设的良好场所。但另一方面，冲积扇又是山洪、泥石流等灾害的易发多发区，其潜在灾害威胁较大。研究冲积扇的地貌发育特征、空间分异及成因有助于促进山洪泥石流灾害合理防控和土—水资源的可持续利用，有重要的科学价值和实践意义。
目前国内外学者针对冲积扇发育平面形态[9⇓⇓⇓⇓-14]、地貌特征[15⇓⇓⇓-19]和影响因素[20⇓⇓⇓⇓-25]等已开展不少研究工作，并根据扇体地貌形态、流域特征、沉积过程等要素对冲积扇地貌和类型进行统计分类[26⇓⇓⇓-30]，通过冲积扇与流域地貌形态统计关系进一步分析冲积扇发育特征与流域环境的相关性[31⇓⇓⇓-35]，进而探究流域地质构造、基岩岩性、气候等环境因素对冲积扇发育的影响[36⇓⇓⇓⇓-41]。不过，已有研究主要集中于干旱半干旱区已经发育成熟或步入老年期的扇体[42⇓⇓⇓⇓-47]，对湿润环境特别是高海拔或高纬度山区(简称高山区)冲积扇地貌的研究相对不足。在全球气候变化的大背景下，高山区升温趋势显著，强降雨事件增多，其潜在孕灾环境将可能更易于成灾，山洪、泥石流等强输沙事件易于发生，因而这一区域冲积扇地貌的发育将进入新的活跃期[48⇓-50]。
帕隆藏布流域位于中国藏东南，为典型的高山峡谷区，流域降水丰沛且海洋性冰川广布，在冰川和降水侵蚀共同作用下，流域水系密布，沟口冲积扇广泛发育。本文分析该流域冲积扇地貌特征及空间分异，可以明晰区域降水、物源供给、发育动力过程及主河作用等因素对冲积扇地貌的影响，并在此基础上探讨气候变化影响下冲积扇未来演变趋势，以期为区域土水资源利用和山洪泥石流灾害防控提供参考。

1 研究区及研究方法

1.1 研究区概况

帕隆藏布流域位于藏东南雅鲁藏布江大拐弯北部，是雅鲁藏布江下游最大一级支流(图1a)，其流域面积约2.86万km2，全长约266 km，落差约3380 m，平均坡降12.7‰，多年平均径流量约300亿m3 [51-52]。
帕隆藏布流域地处东喜马拉雅构造结——雅鲁藏布江缝合带，地壳运动活跃、地震活动频繁[53]。因地处西南季风进入青藏高原的重要水汽通道[54]，帕隆藏布流域降水丰沛，且降水量在空间上呈下游向上游递减的特征，海洋性冰川广布[55]，流域内冲积扇广泛发育。在全球气候变化大背景下，帕隆藏布流域气温和降水均发生变化，总体上呈上升趋势(图1b)，冰川快速消融退缩使得大量松散冰碛物外露[56]，从而促进了山洪、泥石流等灾害的发生[57]，改变和影响区域河流/河谷地貌变化过程。
图1 帕隆藏布流域示意图及气候特征

数据来源：中国气象科学数据中心(https://data.cma.cn)。

Fig.1 Schematic diagram and climate characteristics of the Parlung Tsangpo Basin

1.2 研究方法

为了明晰帕隆藏布流域冲积扇地貌空间分异特征并在此基础上探讨其发育成因和主控因素，共采集流域内发育的129个有效冲积扇样本(图2a)，本文统计和分析依据这些样本展开。为了更好地对比冲积扇地貌形态并探究其空间分异特征，按照冲积扇所处地理位置的不同将其划分为4个区域，即帕隆藏布干流区域(冲积扇73个，图2b)、曲宗藏布区域(冲积扇21个，图2c)、波堆藏布区域(冲积扇23个，图2d)和易贡藏布区域(冲积扇12个，图2e)。
图2 帕隆藏布流域不同区域冲积扇分布

Fig.2 Distribution of alluvial fans in different regions of the Parlung Tsangpo Basin

通过Google Earth软件收集流域内冲积扇样本，勾勒冲积扇和相应来源流域轮廓，获得扇体面积Af和流域面积Ad；沿流域主沟道绘制主沟道线，将主沟道线最高点和最低点之间的高程差作为流域海拔高差Hd；沿冲积扇扇顶向扇缘绘制3条纵剖线，取3条纵剖线坡降平均值作为扇体坡降Sf (图3)。
图3 古乡沟冲积扇测量示意图

Fig.3 Schematic diagram of the measurement of the alluvial fan in Guxiang gully

结合遥感影像，前往藏东南进行野外实地踏勘。运用GPS定点，使用无人机(DJI Phantom 4 Pro)航拍典型冲积扇。利用图帕斯激光测距仪(TruPulse 200，量程1000 m±20 cm)和高精度RTK系统(合众思壮G970ⅡPro，精度15 mm±1 ppm)对帕隆藏布流域典型冲积扇纵剖线、边缘线、沟道主流线以及主河岸边线等进行测量，获取数据与Google Earth测量结果进行对比，进一步分析冲积扇地貌发育时空变化。
以位于曲宗藏布左岸帕雄村一典型冲积扇为例，高精度RTK系统野外实测和Google Earth软件测量结果对比如表1和图4。从帕雄村冲积扇表面纵坡降来看，两种方法获得的扇体纵坡降大小相近，相对误差在5%以下，说明本文基于Google Earth定量分析冲积扇与流域地貌形态参数是可靠的。
表1 帕雄村冲积扇纵坡降测量结果对比

Tab.1 Comparison of longitudinal gradient measurements for the alluvial fan at Paxiong Village

纵剖线 RTK测量
结果/%		 Google Earth
测量结果/%		 相对误差/%
纵剖线1 12.0 11.7 2.5
纵剖线2 12.0 12.2 1.7
纵剖线3 12.3 12.7 3.3
图4 曲宗藏布帕雄村冲积扇两种地貌测量方式对比

注：图b中底图为无人机航拍照片，蓝色圆点为测点位置，1、2等为测点编号。

Fig.4 Comparison of two ways of morphological survey for the alluvial fan at Paxiong Village in Quzong Tsangpo

冲积扇与来源流域形态参数之间的相关分析可分为扇体面积—流域面积、扇体坡降—流域面积、扇体坡降—流域崎岖度三方面，基于已有研究提供的基本表达式利用Origin软件对冲积扇—流域形态参数关系进行统计分析确定其相关性及拟合系数、指数[33,58]。
A f = c A d n
S f = a A d - b
S f = x ( H d / A d ) y
式中：c、n、a、b、x、y均为待定系数/指数， H d / A d为流域崎岖度。
通过分析帕隆藏布流域不同区域冲积扇与流域形态参数之间的相关性及拟合系数、指数差异，阐明冲积扇地貌发育特征和空间分异；按扇体发育的主导动力过程对冲积扇进行分类，分析其发育成因及影响因素，在此基础上进一步探讨气候变化大背景下流域冲积扇的未来变化。

2 结果与分析

2.1 冲积扇总体地貌特征

帕隆藏布流域冲积扇的总体地貌特征具有明显的空间分异，流域不同区域冲积扇地貌空间波动性强弱不同(图5)。干流两岸冲积扇规模发育在空间上波动大，由扇体面积和坡降中值来看，干流冲积扇较支流冲积扇规模小且坡降较大，流域三大支流从偏上游的曲宗藏布到偏下游的易贡藏布冲积扇面积呈增大趋势，而不同于扇体面积，曲宗藏布和波堆藏布冲积扇坡降整体上大于易贡藏布冲积扇。帕隆藏布从上游到下游，环境条件(如降水、温度等)差异明显，从而冲积扇发育的动力过程不同(最上游以颗粒侵蚀、崩塌等就地堆积的坡积过程占主导，而下游以泥石流过程占主导)，这也进一步促成流域冲积扇地貌发育的多样性。
图5 帕隆藏布流域冲积扇面积(Af)和坡降(Sf)分布特征

Fig.5 Distribution characteristics of alluvial fan area (Af) and slope gradient (Sf) in the Parlung Tsangpo Basin

由图5可以看出，帕隆藏布流域特别是干流冲积扇面积和坡降存在异常值，例如面积最大的扇体位于波堆藏布(Af =9.1 km2)，坡降最陡的扇体位于帕隆藏布干流(Sf =48.6%)，这些异常值的存在说明冲积扇的发育除了受流域层面本底地质、环境等因素的制约，可容纳空间、主河作用、人类活动等其他可能因素的影响也不容忽视。另外，流域冲积扇扇体面积相较于坡降空间波动更加剧烈，由此可以推测在冲积扇形成过程中，影响其扇体面积发育的因素更多，同时帕隆藏布流域本身地形复杂，不同区域冲积扇可利用的堆积空间存在差异，冲积扇面积扩展受到的影响不同(有些强束缚，有些弱约束甚至可能无束缚)，进而加剧其地貌发育的不确定性。

2.2 扇体—流域形态统计关系

对帕隆藏布流域129个冲积扇及其来源流域形态参数进行统计分析，与已有研究结果类似[1-2,20,23,32-33]，冲积扇扇体面积与流域面积呈正相关，扇体坡降与流域面积呈负相关、与流域崎岖度呈正相关(图6)。三大支流冲积扇扇体面积与流域面积、扇体坡降与流域崎岖度之间拟合相关性相比(图6b、6f、表2)，易贡藏布最弱，波堆藏布次之，曲宗藏布最强；扇体坡降与流域面积之间拟合相关性相比，易贡藏布仍最弱，但曲宗藏布次之，波堆藏布最强(图6d、表2)。帕隆藏布流域不同区域冲积扇发育历史不同，冲积扇与流域形态参数之间相关性强弱不同很可能是流域地貌环境及扇体发育过程和历史差异共同作用的结果。
图6 冲积扇—流域形态特征统计关系

Fig.6 Statistical relationships between alluvial fan-basin morphological features

表2 帕隆藏布流域冲积扇—流域形态参数回归关系

Tab.2 Regression relationships for alluvial fan-basin morphology parameters in the Parlung Tsangpo Basin

区域 A f = c A d n S f = a A d - b S f = x ( H d / A d ) y
c n R2 P值 a b R2 P值 x y R2 P值
流域整体 0.57 0.36 0.21 <0.001 0.26 0.26 0.64 <0.001 0.20 0.70 0.53 <0.001
帕隆藏布干流 0.32 0.42 0.24 <0.001 0.27 0.24 0.59 <0.001 0.22 0.68 0.47 <0.001
曲宗藏布 0.74 0.27 0.25 0.010 0.23 0.26 0.57 <0.001 0.19 0.65 0.63 <0.001
波堆藏布 1.42 0.19 0.09 0.105 0.26 0.31 0.74 <0.001 0.18 0.51 0.54 <0.001
易贡藏布 1.01 0.25 0.07 0.772 0.20 0.21 0.40 0.045 0.14 0.42 0.17 0.206

注：R为相关系数。

冲积扇与流域形态参数之间拟合系数、指数的差异表明流域冲积扇形态存在空间分异(图6、表2)。扇体面积与流域面积关系式中，系数c范围为0.32(帕隆藏布干流)~1.42(波堆藏布)，这一系数范围与已有的研究结果相符(大多介于0.1~1.0之间，少数大于1)[58]，同时也意味着对于给定的来源流域面积，帕隆藏布干流扇体通常比其支流扇体面积小。指数n范围为0.19(波堆藏布)~0.42(帕隆藏布干流)，表明干流冲积扇扇体面积对于来源流域面积更加敏感。相比其他干旱半干旱地区(0.7~1.1)，该指数范围偏小[35]，可见，帕隆藏布流域冲积扇扇体面积除了受控于上游来水来沙，丰沛的降水也可以通过调节主河水流能量来影响冲积扇堆积的完整性，主河水流能量不断增加会使扇体表面沉积减弱而侵蚀增强，甚至破坏扇体形态。
扇体坡降与流域面积关系式中，系数a在0.20~0.27之间，指数b在0.21~0.31之间。从指数b来看，波堆藏布相比其他区域扇体坡降对流域面积更加敏感。另外，4个分析区域各冲积扇对应的来源流域面积存在明显差异，但“扇体坡降—流域面积”的总体拟合系数、指数相近，说明流域面积并非冲积扇坡降的核心影响因素，流域内不同区域冲积扇扇体坡降可能更多取决于其动力过程(如河流或泥石流沉积过程)。
扇体坡降与流域崎岖度关系式中，各区域冲积扇统计变量相近，系数x范围为0.14(易贡藏布)~0.22(帕隆藏布干流)，指数y范围为0.42(易贡藏布)~0.68(帕隆藏布干流)。需要指出，与流域其他分析区域相比，易贡藏布扇体—流域形态特征统计的3个拟合关系式相关系数R值均最低，且并未通过显著性检验。我们认为可能有两方面的原因：一是1900年和2000年易贡下游扎木弄沟大规模滑坡泥石流堵江形成易贡湖[59]，易贡藏布湖区河道溯源淤积，侵蚀基准显著抬升，湖区两岸的冲积扇扇体面积、坡降均相应变小；二是野外踏勘和Google Earth影像显示，易贡藏布流域大部分冲积扇受到人类活动(农田开垦、建筑物等)的影响。因此，这两方面因素叠加干扰了易贡藏布扇体与流域形态参数之间的统计关系。
已有研究认为，相较其他“扇体—流域形态”统计关系，扇体面积与流域面积通常相关性最强[46]，但本文显示，帕隆藏布流域冲积扇扇体坡降与流域面积、流域崎岖度之间的相关性较强(R2分别为0.64和0.53，表2、图6)，而扇体面积与流域面积之间的相关性最弱(R2=0.21，表2、图6)。从流域内的不同区域来看，除易贡藏布外，其他3个子区域及流域整体的扇体坡降与流域形态参数之间的拟合关系均通过显著性检验，且P<0.001，相比之下，扇体面积与流域面积相关统计的P值稍大(表2)。
山区河流出口的冲积扇地貌发育一方面与其流域自身的泥沙输移和径流过程密切相关；另一方面又受流域出口可容纳空间及其入汇主河的径流泥沙过程影响。相较于扇体坡降，区域冲积扇扇体面积与流域面积之间的的关系并没有那么显著，说明了流域出口可容纳空间及其入汇主河的径流泥沙过程对冲积扇面积的影响不容忽视。通过野外实地踏勘，我们发现帕隆藏布流域作为典型的高山峡谷区，无约束自由发育的扇体很少，部分冲积扇由于沟口相邻较近，在发育过程中会不断靠近并受到邻近扇体的横向限制；主河两侧发育的冲积扇会延伸至主河，则其扇体远端发育受到主河制约。在排除75个“发育明显受限”扇体后，相对自由发育的54个冲积扇扇体面积与流域面积之间呈现出更好的回归关系，R2达到了0.38(图7)，这也进一步说明了区域冲积扇规模发育的不确定性与其堆积特征(可容纳空间、主河作用等)有很大关系。另外，利用95%的置信区间识别出“异常”扇体(即产生于小流域(Ad <4 km2)出口的超大扇)，这些扇体的形态特征往往很难用拟合关系来表征，因而会对帕隆藏布冲积扇面积与流域面积之间的相关性产生干扰。
图7 不同限制情况冲积扇面积—流域面积统计关系

Fig.7 Statistical relationships between alluvial fan area-basin area under different limiting scenarios

2.3 冲积扇地貌发育的影响因素

2.3.1 降水

降水影响区域产汇流和侵蚀产沙过程，并通过补充沟道径流促进山洪、泥石流等地质灾害事件的发生，由此引发的高强度泥沙输移对冲积扇发育产生重要影响。由于雅鲁藏布大峡谷水汽通道的存在及其延伸影响，帕隆藏布流域年降水存在显著空间差异，总体上沿河谷走向自下游向上游递减[54]，如在帕隆藏布下游通麦的雨量实测数据显示，2022年3月18日—2023年2月15日(约11个月)降水量为1107 mm，而通麦上游约90 km的波密2022年全年降水量为1007.7 mm①(① 西藏自治区气象局， http://xz.cma.gov.cn/zfxxgk_85277/zwgk/qxbg/202302/t20230224_5326504.html。)。
降水的空间差异使流域冲积扇地貌空间分异性显著，波密下游较波密上游冲积扇扇体规模大且表面相对平缓(表3)。降水量的增加一方面促进侵蚀产沙，为冲积扇发育提供了丰富的物源供给，有利于出山口泥沙堆积，从而形成面积较大的冲积扇；另一方面会增加冲积扇发育过程中的水分介入，如波密下游降水量丰富，其冲积扇发育往往以泥石流和山洪过程为主，而波密上游冲积扇发育则更多以冰川运动、干燥崩塌体/碎屑流堆积为主，在其主导下发育的冲积扇表面坡降往往更大。因此，帕隆藏布流域不同区域冲积扇形态特征空间差异明显。
表3 帕隆藏布流域波密上下游冲积扇地貌特征空间差异

Tab.3 Spatial differences in morphological features of alluvial fans upstream and downstream of Bomi in the Parlung Tsangpo Basin

区域 Af / km2 Sf / %
最大值 最小值 中值 最大值 最小值 中值
波密上游 3.4 0.1 0.4 48.6 3.4 20.1
波密下游 9.1 0.1 0.9 38.3 4.4 14.6

2.3.2 物源供给

区域降水主要通过控制泥沙产输来影响冲积扇发育所需的物源供给，而相应来源流域上游的物源储量对冲积扇发育规模也有重要影响。以帕隆藏布流域古乡沟和天摩沟冲积扇为例(图8)，Google Earth测量结果显示古乡沟冲积扇面积为4.6 km2，相比之下，天摩沟冲积扇面积小很多，仅0.5 km2，这主要是因为古乡沟位于帕隆藏布右岸，为山体阳坡，沟谷上游多发育有冰斗和冰蚀围谷，围谷内堆积有大量冰碛物，沟谷内冰川因接受更多日照而更易消融，为扇体发育提供了充足的物源，从而形成较大规模的冲积扇，而处于帕隆藏布左岸的天摩沟，日照相较于右岸少、冰川消融量少，导致上游物源供给较少，因而难以形成规模更大的冲积扇。
图8 帕隆藏布古乡沟和天摩沟冲积扇分布对比

Fig.8 Comparison of the distribution of alluvial fans in Guxiang and Tianmo gullies in the Parlung Tsangpo Basin

2.3.3 动力机制

冲积扇的发育在根本上是颗粒侵蚀/崩塌、滑坡、泥石流、洪水等不同动力过程所造成的泥沙输移堆积和侵蚀的竞争性过程。帕隆藏布流域复杂的地理环境蕴含了多种在不同动力机制主导下发育的冲积扇。
末次冰盛期时，全球气温偏低，冰川面积广布，冰川运动占据主导地位，冰碛垄常沿沟谷向下运动深入主河，形成冰碛坝，目前帕隆藏布左岸仍分布众多冰碛坝遗迹。帕隆藏布上游(如然乌湖附近河段)由于水分介入少，冲积扇发育主要由干燥碎屑流沉积控制，发生就地或极短距离搬运后沉积形成坡积扇(图9a)。进入全新世，气候不断转暖变湿，泥石流运动逐渐占据主导地位，泥石流扇表面通常有泥石流沟道、堆积龙头和叶状(或耳垂状)堆积形态，堆积物多为石块、卵砾石和泥沙混杂，颗粒大小悬殊无分选，磨圆度差，无沉积构造几何定向，例如天摩沟泥石流扇(图9c)。除了前两类扇体，帕隆藏布流域历史上发生洪积过程堆积形成洪积扇，如曲宗藏布入汇帕隆藏布处洪积扇(图9b)，这类扇体表面存在流道痕迹且十分平坦(坡降小)，沉积物较为均匀，具有明显的层理构造。帕隆藏布冲积扇样本经分类得到坡积扇12个、泥石流扇103个、洪积扇14个(图10)。
图9 不同动力过程典型冲积扇沉积特征

Fig.9 Deposition characteristics of typical alluvial fans formed by different dynamic processes

图10 帕隆藏布流域不同类型冲积扇分布

Fig.10 Distribution of different types of alluvial fans in the Parlung Tsangpo Basin

不同动力机制主导形成的冲积扇地貌特征具有显著差异，且冲积扇与流域形态参数之间的关系也有所不同。由表4、图11来看，扇体面积与流域面积关系式中，洪积扇拟合系数c值最大，这表明在来源流域面积一定的情况下，以河流过程主导形成的洪积扇扇体规模往往比泥石流扇和坡积扇大。扇体坡降与流域面积关系式及流域崎岖度关系式中，坡积扇拟合系数a值和x值最大，说明相比洪积扇和泥石流扇，坡积扇扇体坡降往往较大。
表4 不同类型冲积扇—流域形态参数统计回归关系

Tab.4 Regression relationships of alluvial fan-basin morphology parameters for different types of alluvial fans

冲积扇类型 A f = c A d n S f = a A d - b S f = x ( H d / A d ) y
c n R2 P值 a b R2 P值 x y R2 P值
泥石流扇 0.60 0.33 0.12 <0.001 0.23 0.18 0.36 <0.001 0.19 0.46 0.33 <0.001
洪积扇 1.51 0.12 0.01 0.804 0.13 0.18 0.24 0.067 0.08 0.15 0.19 0.101
坡积扇 0.20 0.16 0.05 0.357 0.32 0.14 0.11 0.345 0.36 0.02 0.00 0.913
图11 不同类型冲积扇—流域形态参数统计关系

Fig.11 Statistical relationships between different types of alluvial fan-basin morphology parameters

帕隆藏布流域内不同类型冲积扇扇体—流域形态参数之间的拟合相关系数R值对比显示(表4)，泥石流扇的相关性均最好，且均通过显著性检验(P<0.001)。洪积扇扇体与流域形态参数的相关性较弱，未能通过5%显著性水平检验，我们认为其原因可能是，流域内的洪积扇多为历史遗存，而并非处在新生发育阶段，扇体地貌形态(面积、坡降)等受后期其他因素影响(径流侵蚀、植被作用、主流对扇体的切割、人类活动等)的扰动而使样本自身存在较大不确定性。另外，坡积扇扇体与流域形态参数之间的相关性很弱，且均未通过显著性检验，其原因是坡积扇的发育主要受控于局部山体崩塌或颗粒侵蚀过程，通常无水分(或很少水分)介入，多为就地堆积，因而坡积扇的发育过程与其来源流域之间的联系并不密切。

2.3.4 主河作用

不同动力过程产生的泥沙输移是冲积扇地貌发育的核心驱动力，同时主河径流过程对冲积扇形态调整也发挥着重要作用。一方面，主河径流作用使冲积扇扇体边缘不断蚀退；另一方面，主河局部河床高程下降(侵蚀基准降低)，引起冲积扇沟道不断溯源侵蚀下切。例如天摩沟沟口冲积扇(图8、图9c)由2007—2018年4场大规模泥石流堆积形成，2018年以来的泥石流间歇期，主河(帕隆藏布)径流强烈淘蚀冲刷河床，切割天摩沟扇体边缘，并造成沟道溯源下切，目前其扇体边缘已形成近23 m的陡坎(图12)。
图12 天摩沟冲积扇扇缘与主河河床高差变化

Fig.12 Changes in elevation difference between the fan edge of alluvial fan in Tianmo gully and the main river bed

2.4 冲积扇发育未来变化

作为典型的高山峡谷区，在全球气候变化(升温和强降雨事件增多)大背景下，藏东南高山区大量冰碛物逐渐外露，潜在孕灾环境更易于成灾，泥石流成为主要的灾害类型和物质输移方式，由此产生的高强度泥沙输移在沟口堆积会导致新生冲积扇发育(如色东普沟，图13a)。从帕隆藏布流域来看，近几十年来，泥石流由以前的主要发育于主河河谷阳坡开始转向河谷阴坡发育(如天摩沟，图13b)，这也说明了在气候变化影响下，高山区物质输移的主要方式由以冰川运动为主转变为滑坡、泥石流等强输沙过程主导。原有冲积扇的发育受气候变化影响进入新的活跃期，具体表现在冲积扇发育动力类型转变以及扇体规模不断扩大(图14)。
图13 藏东南地区部分新生冲积扇

Fig.13 Some nascent alluvial fans in southeast Tibet

图14 气候变化大背景下帕隆藏布流域典型冲积扇发育规模及动力机制变化

Fig.14 Changes in spatial scale and development dynamics of typical alluvial fans in the Parlung Tsangpo Basin in the context of climate change

3 结论

本文统计分析了藏东南帕隆藏布流域冲积扇地貌发育特征空间分异、主要类型和成因，并探讨气候影响下区域冲积扇发育变化，主要结论如下：
(1) 在流域冲积扇地貌特征(面积、坡降)空间分布上，扇体面积较坡降空间分异更剧烈；与3个支流流域相比，干流扇体面积总体上规模小且空间波动强，而扇体坡降整体较大；3个支流流域从上游曲宗藏布到下游易贡藏布扇体面积有增大趋势，而坡降有减小趋势。在扇体—流域形态特征拟合关系上，扇体面积与流域面积呈正相关，扇体坡降与流域面积呈负相关且与流域崎岖度呈正相关，其中扇体面积较坡降与流域形态参数之间的拟合相关性弱；与其他3个分析区域相比，易贡藏布冲积扇与流域形态参数之间的拟合相关性最弱；流域4个区域不同参数之间的拟合系数、指数存在明显差异。
(2) 流域内洪积、泥石流堆积和坡积3类动力过程发育的冲积扇相比较，洪积扇发育规模大且表面平缓；泥石流扇与流域形态参数之间的拟合相关性均最强，而坡积扇的相关性很弱，说明区域泥石流扇的发育与其来源流域之间的联系密切，而坡积扇的发育则与其来源流域关系不大。
(3) 冲积扇的发育受区域气候(降水、气温)、物源供给及主河作用影响，更受泥沙输移动力过程主导。随着全球气候变暖，泥石流成为流域冲积扇发育的重要驱动力，流域不断新生冲积扇且原有扇体类型、规模不断变化。未来应持续关注气候变化下帕隆藏布流域冲积扇演变趋势及其对河谷地貌的影响。

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