整合DEM（数字高程模型）和流变应力因子，以识别东喜马拉雅山麓地区的沉积-搬运作用带

喜马拉雅山麓地带河流沉积与搬运过程受构造活动显著控制，基于纵向地形剖面与地形差异分析结合实地调查，揭示了喜马拉雅前缘冲断层（HFT）对中游沉积（年沉积速率27.54cm）与下游侵蚀（年侵蚀速率4.9cm）的差异化影响机制，提出构造应力与水流剪切力的耦合驱动模型。

Rakesh Das | Pranay Paul | Moumita Saha | Rumki Sarkar

地理系，Raiganj大学，乌塔拉·迪纳杰普尔，西孟加拉邦，733134，印度

摘要

喜马拉雅山麓的河流流域表现出高度动态的沉积和沉积物输送过程。活跃的构造带进一步调节了山麓喜马拉雅地区的沉积机制和河流动力学。Neora河长约60公里，其约60%的流经达尔杰林喜马拉雅山麓区域，并穿越多个不同的构造推覆带。然而，将该地区的次级观测结果与野外验证相结合的研究较少，这凸显了明确识别界面区域的必要性。本研究利用纵向剖面分析和差异DEM（DoD）分析方法，结合季风后的野外调查来验证遥感结果，揭示了Neora河流域的沉积物负荷动态。研究结果表明，山麓喜马拉雅地区的推覆带——尤其是喜马拉雅前缘推覆带（HFT）——对沉积物动态具有显著的地貌控制作用。研究结果还表明，中游（HFT上游）的关键剪切应力约为流速剪切应力的0.85–13.35倍，而下游则以流速剪切应力为主，并存在空间变异性。这种应力变异性驱动了不同的地貌动态，导致中游河床物质沉积（约27.54厘米/年）和下游河床物质侵蚀（约4.9厘米/年）。对该流域床沙行为和洪水频率的综合分析为制定有效的河流管理策略提供了宝贵见解，旨在维持河道能力和河流稳定性。

引言

喜马拉雅山麓是一个地貌不稳定的区域，其特征是众多短而坡度陡峭的溪流，这些溪流积极输送沉积物到山前地带（Chakraborty和Ghosh，2010；Sinha等人，2019）。东喜马拉雅盆地的山前地带以地震活跃的推覆断层的存在为特征，这些断层也表现为沿河流纵向剖面的突变点（Sinha等人，2019）。此外，该地区还存在贯穿多个河流流域的新构造断层线，影响河道形态、沉积物路径和河道调整（Starkel等人，2008b）。虽然流经山前地带的河流主要由较粗的碎屑物质组成，但可以观察到该区域下游物质大小的突然变化（Pitlick等人，2008；Sinha等人，2019）。该地区河流碎屑的输送和沉积动态随季节性流量模式、水力因素和地貌因素（包括河道坡度、流速、应力因素、物质直径和水密度等）而变化（Maity和Maiti，2016）。因此，下游地貌景观及相关过程受到特定河流沉积物供应的影响（Jain和Wasson，2022）。

在喜马拉雅地区，陡峭的降雨梯度通常会导致高地表径流，尤其是在季风期间（Burbank等人，2003）。受地形效应驱动，喜马拉雅山前地带在陡峭斜坡上产生快速径流，使其在雨季极易发生山洪（Bookhagen和Burbank，2010）。山麓喜马拉雅地区强烈的降水率引发的动态流量模式促进了较粗物质的沿河床迁移，这些物质通常在高流量期间才会移动。大多数针对东喜马拉雅山前地带的研究集中在洪水灾害管理和风险评估上（Jain等人，2022；Sinha等人，2019）。同样，一些水文建模研究主要关注气候对喜马拉雅山前地带盆地的影响（Bookhagen和Burbank，2010；Sinha等人，2019）。此外，一些研究试图将河流过程与沉积作用联系起来。然而，针对山麓地区沉积物动态和输送的具体研究仍然有限。河流纵向剖面为评估地质和地貌过程之间的相互作用以及连接河流过程提供了基础（Sonam和Jain，2018）。通过比较纵向剖面分析，可以量化河流过程对底层地质和地震活动的响应效率，进一步展示了河流过程与构造调整的耦合效应对河道剖面调整的影响。

河床和流域系统中的沉积和输送过程对于理解河流动力学至关重要（Salas和Shin，1999）。山前地带存在多个推覆断层（Starkel等人，2008b），使其适合进行山麓喜马拉雅地区的沉积学分析。在东喜马拉雅的第四纪山前地带，这些推覆断层始终处于活跃状态（Mullick等人，2009），因此其形态和过程直接与构造控制相关，并伴随着河流的快速动态变化（Starkel等人，2008a；Ayaz和Dhali，2020）。

右岸的Matiali冲积扇为研究沉积物扩散和沉积提供了关键的地貌背景（C. Goswami等人，2012）。此外，该地区的气候敏感性和流量模式的突然变化使其独特地关联了沉积物流动性与推覆断层位置及其沉积和输送趋势。因此，本研究考察了河床物质的输送和沉积，划定出一个被认定为构造活跃的过渡带。颗粒大小受沉积过程、输送机制和水动力条件的影响，以及统计参数如中值颗粒大小（D₅₀）、分选指数（σ）和细度模数，提供了沿河流路径的输送路径和沉积过程的见解。同时，河流盆地中的物质流动性也受到作用在河床上的应力因素的驱动；极端流量压力与较大物质的移动有关，而最小流量压力与河床物质的沉积有关，这与山麓喜马拉雅河流中的物质直径（D₅₀）相对应（Sinha等人，2019）。由于气候因素，该地区在季风季节经历大量降水，这强烈影响了流量和沉积物运动的动态。因此，本研究旨在弥合沉积学分析与流量动态之间的差距，增强对喜马拉雅山前地带沉积物-流量关系的理解。这种方法也有助于更广泛地理解喜马拉雅山前地带的过程，并为该地区的灾害缓解提供有价值的见解。

本研究试图全面分析印度西孟加拉邦Neora河流域的山麓河流行为。尽管之前的喜马拉雅地区研究主要关注洪水动态、构造控制或沉积物特性，但对特定河段的沉积过程的综合理解仍然有限。为解决这一差距，采用了基于遥感的差异DEM（DOD）分析和水力流应力因素的综合方法来划分特定河段的沉积区域。此外，水力几何特征、下游方向的颗粒大小统计以及颗粒大小的细度模数有助于理解复杂的河流过程。

研究区域

Neora河是Teesta河的支流，位于达尔杰林喜马拉雅山脉。Neora河流域属于现代印度河-恒河-布拉马普特拉河流域的前陆盆地，该盆地形成于约2百万年前，伴随着MFT的形成（Wesnousky，1999）。这条河流经两个主要的推覆带，包括主边界断层（MBF）和喜马拉雅前缘推覆带（HFT），并由于持续的构造运动而与区域扰动相关（Mullick等人，2009；

Neora河的纵向剖面

分析河流的纵向剖面对于解释下游河道行为模式和相关地貌调整至关重要（Lee和Henson，1977；Ambili和Narayana，2014；Gao等人，2020）。Neora河发源于小喜马拉雅山脉，并在此之后受到结构控制和构造运动的影响而发生变化（Goswami等人，2013；Ghosh，2019）。这条河流的长度仅约60公里；实际上，其

沉积物运动的应力诱导的空间变异性

河流系统中的沉积物运动是将河道形态与水流动态联系起来的基本功能。对河流纵向剖面、流速剪切应力和沉积物颗粒大小的综合分析表明这些变量之间存在强烈的相互关系，这些关系又受到底层构造活动的调节。例如，下游颗粒大小的减小通常对应于沿河流方向的剪切应力减小，但某些段落

结论

Neora河流域的水文-沉积学分析显示了明显的时空变化。从Neora河流域收集的所有关于水量和沉积物负荷的数据——特别是在Kalimpong和Jalpaiguri地区的中间和下游河段——为流域尺度的沉积和输送机制提供了关键见解。研究结果表明，中值颗粒大小（D₅₀）的沉积

CRediT作者贡献声明

Rakesh Das：撰写——审阅与编辑、原始草稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源获取、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Pranay Paul：撰写——审阅与编辑、可视化、验证、方法论、调查、正式分析、数据管理。Moumita Saha：验证、软件使用、调查、数据管理。Rumki Sarkar：可视化、验证、监督、资源获取、方法论、调查、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

作者感谢GEOGloWS ECMWF Streamflow Services、NASA SRTM和ESA Copernicus计划提供的开放访问数据集，这些数据集对本文的水文分析至关重要。作者还衷心感谢匿名审稿人的深刻和建设性评论，并感谢编辑提供的宝贵指导和支持，这些都有助于手稿的改进。