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Constraining the stream power law: a novel approach combining a landscape evolution model and an inversion method

Authors :
Jean Braun
Thomas Croissant
Géosciences Rennes (GR)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 1 (UR1)
Université de Rennes (UNIV-RENNES)-Université de Rennes (UNIV-RENNES)
Tectonique reliefs et bassins
Institut des Sciences de la Terre (ISTerre)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PRES Université de Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])
Dubigeon, Isabelle
Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Observatoire des Sciences de l'Univers de Rennes (OSUR)
Université de Rennes (UR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Rennes 2 (UR2)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut Français des Sciences et Technologies des Transports, de l'Aménagement et des Réseaux (IFSTTAR)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR219-PRES Université de Grenoble-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Earth Surface Dynamics, Earth Surface Dynamics, Vol 2, Iss 1, Pp 155-166 (2014), EGU General Assembly 2014, EGU General Assembly 2014, Apr 2014, Vienne, Austria. pp.EGU2014-10657, 2014, Earth surface dynamics, 2014, Vol.2(1), pp.155-166 [Peer Reviewed Journal]
Publication Year :
2014

Abstract

In the past few decades, many studies have been dedicated to the understanding of the interactions between tectonics and erosion, in many instances through the use of numerical models of landscape evolution. Among the numerous parameterizations that have been developed to predict river channel evolution, the stream power law, which links erosion rate to drainage area and slope, remains the most widely used. Despite its simple formulation, its power lies in its capacity to reproduce many of the characteristic features of natural systems (the concavity of river profile, the propagation of knickpoints, etc.). However, the three main coefficients that are needed to relate erosion rate to slope and drainage area in the stream power law remain poorly constrained. In this study, we present a novel approach to constrain the stream power law coefficients under the detachment-limited mode by combining a highly efficient landscape evolution model, FastScape, which solves the stream power law under arbitrary geometries and boundary conditions and an inversion algorithm, the neighborhood algorithm. A misfit function is built by comparing topographic data of a reference landscape supposedly at steady state and the same landscape subject to both uplift and erosion over one time step. By applying the method to a synthetic landscape, we show that different landscape characteristics can be retrieved, such as the concavity of river profiles and the steepness index. When applied on a real catchment (in the Whataroa region of the South Island in New Zealand), this approach provides well-resolved constraints on the concavity of river profiles and the distribution of uplift as a function of distance to the Alpine Fault, the main active structure in the area.

Details

ISSN :
2196632X
Database :
OpenAIRE
Journal :
Earth Surface Dynamics, Earth Surface Dynamics, Vol 2, Iss 1, Pp 155-166 (2014), EGU General Assembly 2014, EGU General Assembly 2014, Apr 2014, Vienne, Austria. pp.EGU2014-10657, 2014, Earth surface dynamics, 2014, Vol.2(1), pp.155-166 [Peer Reviewed Journal]
Accession number :
edsair.doi.dedup.....3246c55cd4eff27c019ab2ad6c1c1ca0