地表过程与景观演变(112.163/12.463)04年秋季——K.惠普尔实验4：基岩河床河道剖面模型（1-D）(40pts)截止日期：11月19日在这堂课中你将用Matlab方法（detach_ftfs.m）来解释地质学及气候因素在控制河道剖面及河流地貌上的作用。Detach_ftfs.m方法是模拟河道在一系列过程作用及边界条件（地质及气候条件）下发育过程的源代码，是简单的河流功率模型。目的在于让大家了解一点数字模拟的知识并且扩展对于河流改造地形动力学的理解。以下给出一系列的实验来指导你如何分析河道在各种条件下发育中的影响因子。某些问题属于稳定状态对河道系统的响应，其它则是瞬时现象。用一般思考来决定是该分析（例如：matlab稳定状态的解决方案或其它电子数据）还是用数字方法来解释每个问题。例如：考虑到稳定状态，分析解决最为方便，对于瞬时现象，数字求算是最需要的。回答以上所有问题。若不清楚含义或范围，向你的讲师或助教请教。每个实验你都要回答以下问题：（a）打印出能够证明你的发现的剖面模型，包括所使用的完整的模型参数（使用数字或标题以增强可读性）；（b）简短解释（1）为什么要选择你所采用的参数（是用的分析还是数字求算方案）和（2）对于结果的解释；（c）直接简短回答以下问题（即所有问题）。完成要求但不要太多----这是一个实验室练习，并不要求每个练习都写长篇大论：每个问题控制在1到2段。只要包括用以佐证你的回答或发现的数据即可。不要上交大量你的讲师告诉你的东西。后三个练习较前两个要多写些。练习1.边界条件(5pts)所有的数值解案都是完全依赖于边界条件。有两个界线来处理：分界线（x=0）及出口处（x=L）。哪个是正确的边界线？在河流上游末端参数Xcrit决定了第一个求解点的位置。你的报告应该包括河流上游末端的三个边界条件。河流上游末端的参数：（1）决定出水处海拔常量；（2）降低出水处的固定速率；（3）最后两个点的坡度值。对于以下所有的问题，初始条件是线性倾斜坡度：islope=0.1；L=3000m；m/n=0.5；n=1；U=0.001m/yr；K=0.00005.1．假设Xcrit=0（解决所有来划分排水区域近于零），假设出水处为一固定的坡面(bcflag=3)。假设上升到１毫米／年。是否达到稳定状态？对于不同的上升率河流是如何反应？为什么？2．假设Xcrit=0并且出水处为一固定的坡面(bcflag=1)。假设上升到１毫米／年。是否达到稳定状态？对于不同的上升率河流是如何反应？为什么？3．假设Xcrit=300米并且出水处为一固定的坡面(bcflag=1)。假设上升到１毫米／年。是否达到稳定状态？对于不同的上升率河流是如何反应？为什么？4．假设Xcrit=300米并且出水处为一较低的变化率=1毫米/年(bcflag=2)。假设上升到0毫米／年。是否达到稳定状态？这个求解值与情况3的结果相比较，有什么区别？练习2..稳定状态的分析解验证对于稳定状态的Matlab方法（这种情况下的初始条件（icflag=3）且可以在合适的位置13/8/2005地表过程与景观演变(112.163/12.463)04年秋季——K.惠普尔试验的）。做出关系示意图（或者是zvs.x，或者是Svs.A——或者两种都有）以比较一系列的模型参数的数值。如果需要的话可以做模型修正。边界条件：Xcrit=300米；在底部固定出口（bcflag=1）。确定稳定状态的数值解是否在任何条件下都与分析解相匹配（尝试：平的表面；初期的平面；初期的平原）。评价结果（即对△x的敏感度）。练习3.海拔，河流地貌及剥蚀率(10pts)某些研究者（如：Pazzaglia和Brandon,1996：盆地研究）声称一个合理的、简化的模型是将长期侵蚀率与海拔变化成正比来处理的。研究稳定状态的河流景观，在侵蚀率与集水区海拔之间有什么样的关系？在不同集水区的排水盆地地貌或平均海拔及侵蚀率之间有什么样的关系（具有不同的岩性、气候或是岩石抬升率）？影响不稳定地区（侵蚀率、某点海拔及侵蚀率与盆地地貌）的上升条件（上升率的瞬间增大）及倾斜条件（上升率的瞬间降低）是什么？如果有必要的话，完成必要的分析来扩展回答这些问题的视野。通过推理来回答这些问题是很简单的，然而你必须找到能够帮助你思考的有益的假设。练习4.对于空间上上升不均匀的响应(10pts)考虑空间上不同上升率对于平衡河道剖面及坡面面积的关系。用一些模型来探讨以下条件如何响应：（1）从出水处到分界线处的增长（线性）；（2）从出水处到分界线处的下降（线性）。对于指数n的敏感度如何？