《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Hydraulic mechanisms of landform genesis during catastrophic outburst floods in the middle Yarlung Tsangpo River, Tibetan Plateau
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本研究通过沉积学分析、OSL测年及HEC-RAS水力建模，揭示中雅鲁藏布江晚第四纪溃坝洪水的水文特性及地貌效应，证实多次洪水事件对“珍珠串”地貌形成的关键作用。
董晓璐|易双文|秦晓琳|杨龙|潘宝田|赵志军|卢华宇|王先艳
南京大学地理与海洋科学学院及关键地球物质循环前沿科学中心，中国南京210023
摘要
自然坝溃决洪水是高起伏造山地貌中最强大的周期性地质作用力之一。然而，洪水水力学与由此产生的地貌之间的直接定量关系仍不明确，尤其是在青藏高原地区。本研究结合了沉积学分析、光释光（OSL）测年技术和二维水动力建模（HEC-RAS），重建了晚第四纪雅鲁藏布江中游地区灾难性溃决洪水的时间序列、水力学特征及地貌影响。野外调查在16个关键剖面识别出四种典型的洪水相关地貌（巨石滩、砾石滩和基岩侵蚀面）。通过考虑部分漂白和信号饱和效应对OSL数据进行解读，发现多次古洪水事件的存在，而非单一离散事件。对于保存完好的约11千年前Jiedexiu堰塞湖溃决事件，HEC-RAS模拟显示峰值流量约为4.1×10^5立方米/秒，床面剪切应力为1–6千帕，这些参数超过了移动米级巨石和引发基岩侵蚀的阈值。侵蚀和沉积的空间分布受到河谷地形的严格控制：狭窄的峡谷集中了水流能量（以侵蚀为主），而宽阔的河谷则促进了能量扩散和沉积。这些多阶段的洪水在塑造“珍珠串”状河谷地貌（交替出现的峡谷和宽阔河谷）以及产生脉冲式高量沉积物通量方面发挥了关键作用，突显了它们在活跃造山带地貌演化中的重要性。本研究为高起伏地区洪水水力学与地貌生成之间的直接联系提供了基于过程的框架。
引言
自然坝溃决洪水由滑坡、冰碛或冰川坝的失稳引发，是地球上最具破坏性的淡水事件之一，峰值流量可达10^6立方米/秒（Carling和Fan，2020；Baker和Carling，2022；O'Connor等，2022）。这类高幅度、低频率的事件可在数小时至数天内重塑地貌，改变河流沉积物输送机制，并影响区域沉积物预算（Baynes等，2015；Lapotre等，2016；Larsen和Lamb，2016；Norris等，2021；Lehnigk等，2024）。尽管高纬度地区（如沟槽状荒地、阿尔泰山脉）的晚第四纪冰川湖溃决洪水已被广泛研究（Bretz，1923；Baker，2009；Lehnigk和Larsen，2022；Pico等，2022），但在活跃造山带发生的类似事件仍缺乏定量研究。造山带地区以陡峭的地形、构造活动和临界坡度为特征，这些因素放大了洪水能量，形成了独特的侵蚀和沉积地貌（Korup和Montgomery，2008；Korup等，2010；Lang等，2013；Cook等，2018）。然而，将这类洪水的水力过程与其沉积和地貌记录直接定量联系起来的研究仍存在空白，限制了对它们地貌效应的机制理解。青藏高原以其极端地形和冰川作用历史，为研究造山溃决洪水提供了理想环境。特别是雅鲁藏布江中游地区，有明确的古湖泊形成和灾难性排水的证据（图1；Montgomery等，2004；Korup和Montgomery，2008；Korup等，2010；Enkelmann等，2011；Zhu等，2013；Wang等，2024c）。Jiacha峡谷是古洪水研究的关键点，该处地形和水力条件特殊（图1；Schmidt等，2015；Wang等，2024c）。上游的Shannan宽阔河谷中的沉积序列表明曾存在大型Jiedexiu古湖泊（图1；Kaiser等，2010；Han等，2017；Wang等，2024a；Wang等，2024c；Yang等，2025）。下游的高海拔巨石滩和缓流水沉积物证明了灾难性洪水的存在（图1；Wu，2021；Yang等，2022；Wang等，2024c；Yang等，2025；Xie等，2026）。尽管以往研究已识别出这些特征并提出了大致年龄（图1；Wu等，2020；Yang等，2022；Wang等，2024c），但尚未有全面、定量的重建将洪水水力学参数（如流速、剪切应力）与详细的沉积记录和侵蚀痕迹联系起来。为填补这一空白，本研究整合了：（1）古洪水沉积物和侵蚀地貌的详细沉积学和地貌分析；（2）OSL测年以确定古洪水事件的时间；（3）二维水动力建模（HEC-RAS）以定量重建洪水传播和水力参数。我们的目标是：（1）综合多个溃决洪水事件的证据；（2）对一次灾难性溃决洪水进行详细的地貌和水力学分析；（3）量化水力过程与地貌生成之间的联系。通过建立沉积和侵蚀记录与形成它们的物理过程之间的直接定量联系，本研究为评估巨型洪水在塑造河谷地貌和沉积物动态中的作用提供了可靠的、基于过程的框架。
地质背景
雅鲁藏布江向东流经青藏高原南部，全长约1400公里（图1）。其中游和下游河谷呈现出典型的“珍珠串”地貌，即宽阔的沉积河谷（宽2–6公里）与深切的狭窄峡谷（宽50–100米）交替出现（图1）。该河段包括日喀则宽阔河谷、岳居峡谷、Shannan宽阔河谷、Jiacha峡谷和Tsangpo峡谷（图1）。
野外调查与采样
野外调查在雅鲁藏布江中游的Jiacha峡谷和Lang峡谷进行。选择了16个代表性剖面（YRM-01至YRM-16）进行详细研究（表1；图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8）。按照既定协议进行了露头级别的沉积学记录，以识别沉积结构、确定相类型并推断沉积过程（Carling，2013）。同时记录了位置、海拔高度等空间参数。地层和沉积学特征
暴露地层的沉积学特征沿水流方向存在明显变化。不同的水流模式（如床沙流和悬移流）以及不同的水动力位置（如河道主流和河岸）导致了不同的地层和沉积学记录。洪水期间的沉积和侵蚀证据反映了水动力变化。水力过程与地貌生成的关联
基于HEC-RAS的水动力模拟显示Jiedexiu事件的峰值流量约为4.1×10^5立方米/秒。这一数值与其他已知的造山带冰川湖溃决洪水一致，例如阿尔泰山脉（约10^6立方米/秒（Agatova等，2020）和喜马拉雅山脉（例如尼泊尔约3–5×10^4立方米/秒（Cook等，2018）及安第斯山脉（Kougkoulos等，2018））。尽管低于某些最大的第四纪巨型洪水（如Missoula洪水），但仍属于高幅度事件。结论
本研究聚焦于Jiedexiu堰塞湖溃决洪水，系统地关联了沉积记录（如巨石滩和砾石滩）、年代数据（OSL测年）和水力参数（峰值流量、流速、剪切应力）。研究揭示了青藏高原深切峡谷地区古洪水的典型特征：高能量动态过程（流量超过10^5立方米/秒，剪切应力约为1–6千帕）塑造了显著的地貌特征（如巨石滩）。CRediT作者贡献声明
董晓璐：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，验证，监督，软件应用，方法论，调查，数据分析，概念化。
易双文：撰写 – 审稿与编辑，监督，软件应用，方法论。
秦晓琳：撰写 – 审稿与编辑，方法论，数据管理。
杨龙：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论，调查，数据分析，数据管理。
潘宝田：撰写 – 审稿与编辑，调查。
资助
本研究得到了国家自然科学基金（42430513，42021001）和第二次青藏高原科学考察计划（2019QZKK0205）的支持。
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢南京大学“地貌过程小组”的所有成员提供的建设性意见和野外协助。
