Original paper
Modelling cliff development in South Wales: SAVIGEAR re-viewed
Kirkby, M. J.
Zeitschrift für Geomorphologie Volume 28 Issue 4 (1984), p. 405 - 426
20 references
published: Dec 12, 1984
ArtNo. ESP022002804002, Price: 29.00 €
Kurzfassung
Savigears (1952) gemessene Sequenzen von Kliffprofilen in Südwales werden häufiger als Beispiele für eine erfolgreiche Raum-Zeit-Substitution zitiert. Sie ergeben Ansätze und Fragestellungen zum Verständnis der Hangentwicklung, die hier im Kontext von Modellen der Hanggenese aufgegriffen werden. Im dargelegten Modell wird eine Limitierung durch Gekriech/Solifluktion und Abspülung als Prozesse des Transports simuliert. Das langfristige mittlere Verhalten von Massenbewegungen ist abhängig von dem Überschuß der Transportkapazität über dem tatsächlichen Massentransport und korrespondiert mit einem durch Verwitterung limitierten Modell der Kliffhänge; es erlaubt aber die Hangveränderung zu geringen Gefällswerten der Schwellenwerte. Das Modell wurde für drei Phasen durchlaufen: i) mit einer fixierten Basis, was etwa der Entwicklung in Tälern des Inlands während einer Zeit von 50000 bis 500000 Jahren mit vorwiegend periglazialem Klima bis zum Ende der letzten Kaltzeit entspricht, ii) mit Kliffrückgang eines festen Betrages für bis zu 10000 Jahren und iii) mit Hangfußablagerungen ohne Abfuhr für den Rest einer 10000 Jahre lange postglazialen Zeit. Meeresspiegelstände wurden nicht variiert, sondern auf die heutigen Strände bezogen, da die gleichförmigen Hangfußareale in Phase i) und ii) wenig durch die veränderte Basishöhe beeinflußt werden. Die beobachteten oberen konvexen Hangteile können nur in Phase i) entwickelt werden. Die dafür benötigte Zeit unter den angenommenen periglazialen Bedingungen beträgt 100000 Jahre oder mehr. Die entstandenen Hänge sind nicht abhängig von Abtragungsraten oder - über die lange Zeit gesehen - der Initialform des Hanges. Die Schwellenwerte für Rutsche und die Rückzugsraten helfen bei der Bestimmung (a) des Fußhanges in Phase ii) und (b) der Lebensdauer eines steilen Kliffs. Um dieses zu erreichen, wurde die Rate des Kliffrückgangs auf 0,001 (G-0,4) m/Jahr mit der Tangentialböschung G festgesetzt, was einem Winkel von 22° als Endstufe entspricht, ohne höhere Schwellenwerte zu berücksichtigen. Der zweite Wert, der die Raten von Rutschungen steuert, ist die mittlere Horizontaldistanz, die vor dem Ruhestadium durchlaufen wird, die auf 20/(0,7-G) m festgesetzt wird, was einem Winkel des Schutthanges von 35° entspricht. Mit diesen Werten können Kliffs 5000 Jahre mit nur geringer Abnahme der Hangneigung überdauern, und der Hangfußwinkel beträgt nach 150000 Jahren in Phase i) 32°. Diese Werte entsprechen den wichtigsten Hangfacetten, die Savigear beobachtete. In der Phase ii) ist anzunehmen, daß die Rate des Kliffrückganges durchschnittlich 5 mm/Jahr beträgt vor dem Aussetzen in Phase iii).
Abstract
A. G. Savigear’s (1952) sequence of South Wales cliff profiles measurements is a frequently quoted example of successful space-time substitution. It provides a challenge to our understanding of slope development, which is taken up here in the context of slope evolution models. The model presented simulates creep/solifluction and wash as transport-limited processes. The long-term average behaviour of mass movements is related to the excess of transporting capacity over actual sediment transport, and corresponds to a weathering limited model for cliff slopes; but allows slope replacement down to lower threshold gradients. The model was run for three phases: (i) with a fixed basal point, corresponding roughly to inland valley development during a period of 50, 000 to 500,000 years of mainly periglacial climate up to the end of the last glaciation; (ii) with cliff retreat at a fixed rate for up to 10,000 years; and (iii) with basal accumulation without removal for the remainder of a 10,000 year postglacial period. Sea levels were not varied, but related to present levels, because the uniform basal slopes in phases (i) and (ii) are little affected by changed basal elevation. The observed upper convexities can only be developed in phase (i). The time required to produce them at presumed periglacial rates is 100, 000 years or more. The slopes developed are not sensitive to wash rates or, over such a period, to the initial form of the slope. The landslide thresholds and retreat rates help to determine (a) the basal slope in phase (ii), and (b) the survival time for a steep cliff. To match these, the rate of cliff retreat is set at 0.001 (G-0.4) m/yr for tangent gradient G, corresponding to an ultimate threshold gradient of 22°, with no higher thresholds. The second expression controlling landlide rates is the average horizontal distance moved before coming to rest, which is set at 20/(0.7-G) m, corresponding to a talus gradient of 35°. With these values cliffs survive for 5,000 years with only moderate decline in gradient, and the basal slope angle after 150,000 years in phase (i) is 32°. These values correspond to dominant slope facets observed by Savigear. In phase (ii) it is suggested that the rate of cliff attack has averaged about 5 mm/year before abandonment in phase (iii).
Résumé
La sequence de Savigear (1952) relative aux mesures de profils de falaises dans le sud du Pays de Galles est un exemple fréquemment cité de substitution réussie espace/durée. Ceci fournit un défi à notre compréhension du développement des versants qui est considéré ici dans le contexte des modèles d'évolution. Le modèle présenté simule le creep, la solifluction et le ruissellement comme des processus limités par le transport. Le comportement moyen à long terme de transports en masse est ramené à l'excès de capacité de transport par rapport au transport réel de sédiments et correspond à un modèle limité par l'altération sur les pentes abruptes; toutefois, il permet la diminution de la pente jusqu'à des valeurs de seuil inférieur. Le modèle a été conçu pour trois phases: (1) avec un point basal fixe, correspondant grossièrement au développement de vallées ultérieures pendant une période de 50.000 à 500.000 ans sous climat essentiellement périglaciaire jusqu'à la fin de la dernière glaciation; (2) avec retrait de falaise à une vitesse déterminée pour 10.000 années au maximum; (3) avec accumulation à la base sans déplacement du matériau descendu pour le reste de la période postglaciaire de 10.000 ans. Les niveaux de la mer n'ont pas été diversifiés mais rapportés aux niveaux actuels parce que les pentes basales uniformes des phases (1) et (2) sont peu affectées par des changements de hauteur du niveau de base. Les convexités sommitales observées ne peuvent se développer que dans la phase (1). Le temps requis pour les produire à des vitesses estimées pour une période périglaciaire est de 100.000 ans ou plus. Les pentes développées ne sont pas sensibles à l'intensité du ruissellement ou sur une telle période à la forme initiale du versant. Les seuils de glissement de terrain et les vitesses de recul aident à déterminer (a) la pente basale dans la phase (2), et (b) le temps de subsistance pour une falaise escarpée. Pour accorder ces deux derniers éléments, la vitesse de retrait des falaises se situe à 0,001 (G-0,4) m/an pour une pente de tangente G, correspondant à un seuil ultime de 22° sans seuils plus éléves. La seconde expression contrôlant les vitesses de glissement de terrain est la distance horizontale moyenne parcourue avant une phase d'arrêt; elle s'exprime par la fonction 20/(0,7-G) m correspondant à un talus incliné de 35°. Avec ces valeurs des falaises subsistent pendant 5.000 ans au cours desquels leurs pentes ne s'abaissent que modérément et l'angle de la base du versant après 150.000 ans en phase (1) est de 32°. Ces valeurs correspondent à des facettes de pentes dominantes observées par Savigear. En phase (2), il est suggéré que la vitesse d'attaque de la falaise s'est située en moyenne autour de 5 mm/an avant de passer en phase (3).
Keywords
cliffs • mass movements • slope evolution • slope angle • sediment • periglacial • South Wales