Morphodynamic modelling of sedimentation rates in a large riverine reservoir

方法

Delft3D-FM二维地貌动力学模型，Sentinel-2泥沙输移、137Cs

发现

全湖平均淤积1.5 cm/yr但空间高度不均，支流三角洲前缘可达10 cm/yr，入侵植被改变局部水

机会点

可将Sentinel-2泥沙反演与地貌模型耦合框架移植到农业灌区水库与塘坝，评估淤积对灌溉蓄水能力的长期影响。

水库淤积对全球淡水储存能力和水生生态系统构成严峻挑战。由于周期性地形-水深测量数据往往难以获取，将基于过程的数值模拟与遥感和沉积柱分析相结合，为量化淤积速率和预测水库演变提供了有效途径。本研究针对美国塞米诺尔湖（Lake Seminole）构建了一个二维深度平均地貌动力学模型（Delft3D-Flexible Mesh）。该湖为浅水水库，位于水文特征迥异的查塔胡奇河（Chattahoochee River）与弗林特河（Flint River）交汇处。这两条支流水文特征不同，呈现出不同的淤积特征：受高度调控的查塔胡奇河发育活跃的陆上三角洲，而自然状态的弗林特河则表现为水下沉积。模型综合了水坝调度、基于Sentinel-2影像获取的分粒径组泥沙输移以及入侵植被分布范围。模型采用原位流速、悬移质泥沙浓度和137Cs-derived堆积速率进行校准。模拟结果准确再现了两种截然不同的沉积格局，估算总淤积量为5.1×10⁷ m³（与野外估算的7.3×10⁷ m³相符），相当于自1954年蓄水以来年均库容损失0.38%。尽管全湖平均淤积速率为1.5 cm yr⁻¹（接近实测值1.23 cm yr⁻¹），表明淤积总体上并非关键问题，但沉积分布高度非均匀。查塔胡奇河三角洲前缘的淤积速率达10 cm yr⁻¹，说明常用的全湖平均指标遗漏了重要的空间信息。此外，校准结果揭示入侵植被从根本上改变了局部水动力条件和泥沙输移路径。通过解析空间沉积动力学，该集成框架为研究三角洲演变、预测淤积热点、理解上游管理影响以及指导水库可持续运行提供了可靠工具。