长江源辫状河道内洲滩、汊道演变特征及基于机器学习的模拟研究

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长江源广泛发育辫状型河道,不同几何尺度的辫状河道内发育数量众多且大小不一的沙洲、边滩和江心洲,河道整体平面形态破碎,沙洲之间多汊道无规则地纵横交织,河道内冲淤变化强烈。开展长江源辫状河道内洲滩,汊道演变特征的研究,有助于进一步认知辫状河流演变特征和了解径流作用下的高原河流泥沙运动规律。本文基于Landsat系列遥感影像,通过引入洲滩形态参数和汊道形态参数并结合径流,分析辫状河道内局部洲滩及整体汊道的变化过程。最后,基于机器学习算法模拟河道内汊道演变过程,通过输入不同径流值模拟出河道内汊道分布特征。主要研究成果如下:长江源辫状河道内的边滩可分为稳定边滩、亚稳定边滩和活动边滩,影响活动边滩变化的因子包括径流量及高水位水流持续时间。边滩面积的骤减是由于洪水期漫滩水流在边滩上形成新汊道,水流沿新汊道的冲刷与切割作用促使原边滩分离成新边滩和新沙洲,枯水期汊道水位下降并且发生淤积,沙洲与边滩合并使边滩面积骤增,导致边滩变化剧烈。辫状河道内群体沙洲形态的不规则性是水流的切割作用造成的,群体沙洲发生水流切割的主要机制在于相邻汊道之间存在水位差,致使水流漫滩后易于发生表面冲刷和切割形成新汊道。辫状河道内汊道迅速消长,对宽谷辫状河段而言,河宽对汊道的发育无限制性作用,河宽较小的区域亦能发育形成多条汊道表现出多汊并行的平面特征。不同河宽的河段断面的汊道数NL随径流的增大存在临界值,来流量过大时,水流漫过沙洲以及沙洲的移动将导致汊道汇流,汊道数反而减少。洪水期间,主汊的过流量不断减小时主汊发生易位,相比大量级的洪水,中、小级洪水对河床的塑造能力更强。最后,将径流值作为标签结合DCGAN机器学习算法所建立的辫状河道汊道生成模型,通过向生成模型输入径流值之后,模拟生成的辫状河道汊道图像与真实的河道汊道遥感影像具有相似特征,可用于预测径流变化作用下辫状河道内汊道分布及演变特征。
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