河流下切过程是探究气候变化和构造抬升在地表过程耦合作用的重要窗口，也是制约青藏高原河谷区重大工程布局的关键。地貌学家从区域尺度对气候和构造驱动地貌演化开展了大量研究。但是，在承载人类重大工程和活动的小流域尺度内，气候变化和构造抬升如何在多时效尺度下协同控制河床冲洪积物的形成、堆积和下切，及其对当前气候变化背景下山区小流域的防灾减灾具有怎样的启示，尚缺乏基于过程证据的定量化研究。
河流下切速率是量化河流下切的直接指标，也是估算构造抬升速率、斜坡侵蚀速率等地表过程指标的关联性指标。但是目前在如何准确计算河流下切速率依然存在诸多问题。其中一个关键的热点问题是河流下切速率的 “Sadler”效应，即同一地区利用新老阶地计算得到的量值不一致。对于为什么存在这个问题（机制），以及如何解决这个问题依然存在很大争议。前人对于“Sadler”效应机制的认知主要集中在由于河流下切过程的时间随机性，或者河床基底高差在历史演化中的空间随机性所致。但是由于这些观点是基于随机性的认识，对于具体是什么因素影响，以及这些因素怎么影响缺乏过程追踪证据，也就难以准确解答和解决。
为了定量化揭示气候变化和构造抬升对河流下切的耦合作用过程，及其对河流下切速率“Sadler”效应的作用机制，中国科学院地质与地球物理研究所页岩气与地质工程院重点实验室王学良副研究员、祁生文研究员、李丽慧研究员，联合中国科学院地理科学与资源研究所兰恒星研究员，吉林大学张文教授，加拿大西蒙菲莎大学J.Clague教授，意大利米兰-比克卡大学G.B Crosta教授、P.Frattini副教授等，以青藏高原澜沧江断裂带典型小流域为基本单元，利用光释光、碳14等测年技术，厘定了晚更新世以来冰期-间冰期气候转变与冲洪积物运移、阶地形成和河床加积的时间关系。利用卫星遥感、机载和地基雷达等探测技术，精细获取和识别了全流域河流阶地、河床沟道等的空间和形貌几何特征，进而计算了流域内不同空间的河流下切速率和水力学参数等量值。
研究成果显示：所研究流域内河流阶地的形成、河床加积和下切过程具有明显的气候和构造效应特征。（1）气候效应。晚更新世以来冰期-间冰期（MIS1-MIS6）气候对于流域内二十余处河流阶地的形成起着主要的控制作用（图1）。在降水偏少的冰期，冲洪积物源主要堆积在山前坡脚等位置；随着间冰期雨水的增多，这些物源物质不断被冲进沟道。尤其在由冰期到间冰期转化的初始阶段，是所研究流域内大量阶地形成的关键期。也就是说在这个转化的初始阶段，冰期的堆积物将随着突然增多的雨水被运移，或堆积在沟道或冲出流域。（2）构造效应。澜沧江构造缝合带恰好穿过所研究小流域，导致断层上下盘出现了明显差异的河流下切速率和沟道水力学参数量值（图1B）。断层下盘（逆冲盘）的下切速率均值比上盘增加4倍，河流陡峭指数、河床坡度、宽度等参数也呈现出1-2倍的差异值。这些数据表明澜沧江构造缝合带对当前流域内河道演化依然在起着主要的驱动作用。
图1 流域内阶地形成、河流下切特征与气候、构造的时空关系图。(A)阶地形成与晚更新世以来冰期和间冰期的关系；（B）澜沧江断裂上下盘阶地时空分布和河流下切特征
研究团队得出：在气候效应作用下，大量的冲洪积物将被不断冲进沟道进行堆积，抬高河床，滞缓构造抬升作用下的河流下切过程。这个气候效应所造成滞缓过程的时间尺度在102-105 年。构造抬升效应将持续控制河流下切过程，这个效应的时间估计在大于106年。基于气候和构造作用的过程证据分析，建立了气候加积(
)与构造驱动(II
)的河流下切耦合作用模型（图2A，II-）。该模型可以定量化计算气候变化和构造抬升对河流下切速率的控制作用。基于该模型，可以清晰地看到新老阶地在量化河流下切速率中的偏差现象即河流下切速率的“Sadler”效应问题（图2B）。因此，气候短周期的多次加积滞缓了构造长周期的下切效应是河流下切速率“Sadler”效应产生的原因。该现象可以通过对气候累积效应的计算进行厘定校准。
图2 （A）河流下切气候-构造耦合作用模型；（B）河流下切速率与阶地时间变化关系（河流下切速率的“Sadler”效应）
此项研究的意义在于：
1. 首次从流域尺度，对气候和构造耦合控制河流下切过程的关键科学证据进行了精细化识别和定量化计算；
2. 创新性提出了基于过程的河流下切气候-构造耦合作用模型，破解了河流下切速率 “Sadler”效应的机制问题。为解决该问题提供了方案；
3. 所研究流域位于我国水电开发的重点区。地球现阶段正处于由MIS2末次冰期到MIS1间冰期转化的初始阶段，基于该阶段是流域内大量冲洪积物被运移、堆积的研究认识，我们需要对青藏高原其它类似小流域的极端巨型冲洪积灾害提高防灾减灾意识。
研究成果发表于国际学术期刊Geology（王学良*，John J. Clague, Paolo Frattini, 祁生文, 兰恒星, 张文, 李丽慧, 孙娟娟, Giovanni Battista Crosta. Effect of short-term, climate-driven sediment deposition on tectonically controlled alluvial channel incision [J]. Geology, 2023, DOI: 10.1130/G51671.1）。该研究受第二次青藏高原综合科学考察研究和国家自然科学基金项目(42172304, 42041006 和41941019)的资助。
