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地理 / floodplain

洪泛平原

洪泛平原是河流沿岸的低洼地带,由河道迁移和泥沙沉积塑造,并会周期性地被洪水淹没。

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洪泛平原是毗邻河流或溪流、相对平坦且地势低洼的区域,会周期性地遭受洪水淹没。它由流水、侵蚀和泥沙沉积相互作用形成,并通过地表和地下水流与河道保持联系。洪泛平原既是一种地貌,也是发挥多种功能的环境:它容纳洪水、储存泥沙,并维系适应干湿交替条件的生物群落。其实际范围不一定与按某一洪水风险标准划定的边界一致。(en.wikipedia.org)

形成与演变

洪泛平原的发育主要涉及两个密切相关的过程:河道的侧向迁移,以及洪水漫过河岸时的沉积。在具有河曲的河流中,弯道外侧的侵蚀与内侧的沉积使河道逐渐在河谷内迁移。泥沙在弯道内侧堆积形成点坝;随着河道迁移,这些沉积物留在原处。当洪水漫过河岸时,便会向邻近陆地扩散,进一步堆积物质。(pubs.usgs.gov)

这些由河流沉积的物质称为冲积物,包括砾石、砂、粉砂和黏土。它们形成的层状结构反映了水流和沉积环境的变化。因此,洪泛平原并不是一层均匀铺开的细粒沉积物:以砂质沉积为主的旧河道可能紧邻泥质洼地,而接连发生的洪水又会在现有地表上增添薄薄的沉积层。洪泛平原的发育既包括沉积带来的堆积,也包括侵蚀造成的改造。(pubs.usgs.gov)

洪泛平原也可能与塑造它的过程脱离。如果河流向下切入河谷中的填充沉积物,旧洪泛平原的残余部分可能留在现今活动河道上方,成为河流阶地。这些阶地记录了河流过去的高度位置,其高程以及与现今洪水的联系都不同于当代洪泛平原。(pubs.usgs.gov)

典型地貌

虽然洪泛平原整体上看起来较为平坦,但细微的高程差异就能显著影响排水和淹没状况。常见地貌包括:

  • **天然堤:**河道两侧的低矮垄脊,由漫岸洪水沿河流呈带状堆积泥沙而形成。
  • **堤后沼泽:**天然堤后方排水不畅的洼地,细粒沉积物和有机物在此积聚。
  • **牛轭湖:**河曲被截断、与主河道分离后,在废弃弯道中形成的水体。
  • **决口扇:**洪水冲破堤岸并向洪泛平原扩散时形成的扇形或舌状沉积体。
  • **废弃河道:**河流过去的流路,可能长期以洼地形式存在,也可能逐渐被泥沙填满。(pubs.usgs.gov)

现代密西西比河水系中,可以见到这些地貌共存的实例。它们的分布使地势相对较高的地表、季节性受淹的地带和常年存在的水体交错排列,而非形成一片单一、毫无变化的平原。(pubs.usgs.gov)

水文与生态功能

洪泛平原的淹没状况取决于河流流量、河道几何形态、河岸高度和局部地形。河流与洪泛平原之间的连通,不一定始于水流均匀漫过河岸:洪水可能先经由低矮的鞍部和支汊进入,再向较高的地面扩散。在其他时候,即便没有地表洪水,通过地下水发生的水分交换也能维持河流与周围沉积物之间的联系。(pubs.usgs.gov)

洪泛平原能够暂时储水,并为水流通过提供额外空间。植被和起伏不平的地形可以减缓水流,而储存在洼地或冲积物中的水则可能在水位下降时重新流入河流。这些功能可以推迟下游洪峰的到达或降低洪峰,但作用大小取决于可用的蓄水空间、洪水发生前的饱和程度,以及整个流域内各处水流汇集的时间。因此,洪泛平原的蓄水作用并不能始终保证避免洪灾。(nepis.epa.gov)

洪泛平原通常包含湿地、森林及其他生境,它们也是更广阔的河岸带的一部分。泥沙、营养物质、有机物和生物的交换,将这些区域与河流的生态系统联系起来。洪泛平原中的水域可为鱼类和其他动物提供觅食与幼体生长的生境,而有机物则为水生食物网提供物质来源。营养物质的滞留与转化、水质调节和洪水蓄存,都是洪泛平原提供的生态系统服务。(nepis.epa.gov)

人类利用与改造

洪泛平原为农业、林业、休闲活动和聚居提供了空间,使生产性土地利用与洪水淹没风险在同一地区并存。在洪泛平原上修建的建筑物和基础设施,所处地貌的自然运行过程本就包括洪水淹没,在某些地点还包括河道迁移。因此,洪泛平原管理既要关注洪灾损失,也要关注水资源和生态功能的保护。(fema.gov)

人工堤防可以将洪泛平原上的土地与河流隔开,从而改变淹没的频率和空间分布格局。生态恢复可能致力于恢复河道与邻近生境之间的联系。其中一种方式是堤防后退:在距离河道更远的位置重建堤防,让河流能够进入更大范围的洪泛平原。其效果取决于当地河流的作用过程,以及可供恢复连通的土地面积。(usgs.gov)

制图与洪水概率

可以依据地形、河岸高程和数字地形模型绘制洪泛平原地图。遥感和地理信息系统有助于识别低洼地表,并计算河道和洪泛平原的尺度。地貌学意义上的洪泛平原地图描述的是地形;洪水风险地图则展示在特定流量条件下预计会被淹没的区域。(usgs.gov)

一种广泛采用的基准是“百年一遇洪水”,指在任意一年内,发生达到或超过某一规模洪水的概率为1%,而不是指这种洪水会固定每隔一个世纪发生一次。同等规模的洪水可能连续两年发生。相应的淹没边界是基于统计和水力学分析作出的估计,其准确性部分取决于流量记录的时长,以及记录中包含的极端事件。河流调控方式或水流模式的变化,也可能改变估算的洪水发生频率。(usgs.gov)