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本文由Saraswati Thapa、Hugh D. Sinclair、Maggie J. Creed、Alistair G. L. Borthwick、C. Scott Watson和Manoranjan Muthusamy共同撰写，分别来自爱丁堡大学、格拉斯哥大学、普利茅斯大学、利兹大学和Floodflash等机构。该研究于2024年发表在《Water Resources Research》期刊上，题为“Sediment Transport and Flood Risk: Impact of Newly Constructed Embankments on River Morphology and Flood Dynamics in Kathmandu, Nepal”。

该研究的主要科学领域为河流地貌学与洪水风险管理，旨在评估尼泊尔加德满都Nakkhu河新修建的堤坝对河流形态和洪水动态的影响。近年来，气候变化和土地利用变化加剧了洪水风险，尤其是堤坝建设对河流的约束作用可能改变河流的泥沙输运和河道几何形态，进而影响洪水的传播和淹没范围。因此，研究团队通过高分辨率数字高程模型（DEM）和CAESAR-LISFLOOD景观演化模型，模拟了不同洪水情景下堤坝对泥沙输运、河道几何形态、输水能力和洪水淹没的影响，旨在为堤坝设计和洪泛区规划提供科学依据。

研究的主要目标包括：（1）评估堤坝建设对Nakkhu河泥沙输运和河道形态的影响；（2）分析堤坝对不同重现期洪水淹没范围的影响；（3）探讨泥沙输运在洪水风险预测中的重要性；（4）提出堤坝设计和洪水管理中的改进建议。

研究流程分为以下几个步骤：
1. 数据收集与预处理：研究团队利用Pleiades卫星影像构建了2米分辨率的DEM，并结合尼泊尔水文与气象部门（DHM）提供的流量数据和现场测量的泥沙粒度分布数据，为模型提供输入。
2. 模型构建与验证：采用CAESAR-LISFLOOD模型模拟洪水淹没和泥沙输运。模型包括地表DEM和基岩DEM两层，以准确反映堤坝建设后的地形变化。模型通过现场观测的河道侵蚀和沉积数据进行验证，结果显示模拟结果与观测数据具有较高的一致性（R²=0.75）。
3. 情景模拟：研究团队模拟了四种洪水情景（25年、50年、100年和1000年重现期洪水），分别在有堤坝和无堤坝条件下进行，并考虑了泥沙输运的影响。
4. 结果分析：通过对比不同情景下的洪水淹没范围和泥沙输运量，评估堤坝对洪水风险的影响。

研究的主要结果如下：
1. 堤坝对洪水淹没的影响：堤坝显著减少了设计洪水（25年重现期洪水）的淹没范围，淹没面积从22.5公顷减少到0.3公顷，降幅达99%。然而，对于极端洪水（1000年重现期洪水），堤坝的防洪效果有限，淹没面积仅减少15%。
2. 堤坝对泥沙输运的影响：堤坝建设增加了下游泥沙输运量，所有洪水情景下泥沙输运量增加超过32%。泥沙输运导致河道沉积，显著降低了河道的输水能力，增加了堤坝溢流和溃坝的风险。
3. 泥沙输运对洪水风险的影响：在考虑泥沙输运的情况下，25年重现期洪水的淹没面积比不考虑泥沙输运时增加了五倍。特别是在河道弯曲或平坦地形区域，泥沙沉积对河道几何形态的改变尤为显著。
4. 河道几何形态的变化：泥沙输运导致河道侵蚀和沉积的显著变化，特别是在河道外弯处，侵蚀可能威胁堤坝的稳定性。

研究的结论表明，堤坝建设虽然能够有效控制设计洪水的淹没范围，但在极端洪水情景下，其防洪效果有限，且可能加剧下游泥沙输运和河道沉积，增加洪水风险。因此，研究建议在堤坝设计和洪泛区规划中充分考虑泥沙输运的影响，并采用动态的洪水管理策略，以应对气候变化和土地利用变化带来的挑战。

该研究的科学价值在于首次通过高分辨率模型系统评估了堤坝建设对河流形态和洪水动态的综合影响，为河流工程和洪水风险管理提供了新的视角。其应用价值体现在为尼泊尔及其他类似地区的堤坝设计和洪水管理提供了科学依据，特别是在高泥沙输运河流的治理中具有重要意义。

研究的亮点包括：（1）采用高分辨率DEM和CAESAR-LISFLOOD模型，提高了模拟的精度；（2）首次在洪水风险预测中系统考虑了泥沙输运的影响；（3）提出了堤坝设计中应纳入泥沙输运分析的建议，为未来的洪水管理提供了新的思路。

此外，研究还强调了极端洪水情景下泥沙输运对河道几何形态和洪水风险的显著影响，为全球范围内的河流治理和洪水管理提供了重要参考。