Palaeofloods recorded by slackwater deposits on the Qishuihe River in the Middle Yellow River

Palaeoflood hydrological study is a frontal subject of global change study. Using sedimentology, geomorphology and OSL dating methods, the typical palaeoflood slackwater deposits were studied in the Qishuihe River valley. The results showed that five flooding episodes with 21 palaeoflood events occurred during 4300-4250 a B.P., 4250-4190 a B.P., 4190-4100 a B.P., 4100-4000 a B.P. and 3100-3010 a B.P., respectively, during the Holocene period. The palaeoflood peak discharges were calculated with hydrological models. With a combination of the gauged flood, historical flood and palaeoflood hydrological data, the archives of flood events were extended to over 10,000 years in the Qishuihe River valley, and the flood frequency-peak discharge relationship curve was established accurately. These research results played important roles in mitigating flood hazard, hydraulic engineering and also the development of water resources in the semiarid Weihe River basin.

甘肃葫芦河全新世特大洪水水文学研究

古洪水水文学是全球变化科学领域的新兴学科.通过对黄河支流葫芦河甘肃秦安段峡谷详细考察,在庙咀附近路基岩坡处发现全新世古洪水滞流沉积物,通过剖面田野观察和沉积学实验分析,表明该沉积物为洪水悬移质泥沙沉积形成,主要成分为粉沙,分选良好.其磁化率值低,表明它们是全新世晚期的沉积物,还未受到风化成壤作用的改造.通过与周边其他的全新世古洪水沉积剖面地层学、考古年代学对比,确定其表示的洪水年代介于3200~3000aBP之间,即全新世大暖期末期阶段的变化剧烈期.利用水文学比降法,计算该组沉积层所记录的特大洪水洪峰流量在14120~16700 m^(3)/s之间,经验证表明该计算结果是可信的.所获得的历史特大洪水水文学数据,使得葫芦河洪水水文数据序列延长至万年尺度,在工程设计、防灾减灾领域具有重要应用价值,对揭示全球变化背景下的水文响应同样具有十分重要的科学意义.

Reconstructing the extraordinary palaeoflood events during 3200-2800 a BP in the upper reaches of Hanjiang River Valley, China

Palaeoflood hydrology study is a leading subject in global change study. Through field investigation in the upper reaches of Hanjiang River, palaeoflood slackwater deposits （SWD） were found in the bedrock gorges of the Yunxi reach. The results of field observation, laboratory analysis including particle-size distribution and magnetic susceptibility, and com- parison with modern flood deposits, the SWD were identified as the most typical Holocene palaeoflood deposits of the Hanjiang River. By using stratig;aphic correlation and OSL dating method, the palaeoflood event was dated to be 3200-2800 a BP at the turn from the middle to late Holocene. According to the palaeoflood peak stage and hydraulic parameters, the peak discharges of the palaeoflood were reconstructed as 48,830-51,710 m3/s by using the slope-area method. At same time, the flood peak discharges of 1983, 2005 and 2010 severe floods were reconstructed with the same method and hydraulic parameters in the same cross section. The error between the reconstructed and gauged discharges was 1.99%-4.21%. This showed that the reconstructed palaeoflood peak discharges were reliable. The flood peak discharge-frequency relationship at 10,000-year time scale was established by a com- bination of the gauged flood, historical flood and palaeoflood hydrological data. These results are very important for hydraulic engineering and flood mitigation on the Hanjiang River.

Sedimentary and hydrological studies of the Holocene palaeofloods in the middle reaches of the Jinghe River

Palaeo-hydrological field investigation was carried out in the middle reaches of the Jinghe River. A set of palaeoflood slackwater deposit beds was identified in the Holocene loess-soil sequence in the riverbanks. The sediment samples were collected from the profile, and the particle-size distribution, magnetic susceptibility, loss-on-ignition were analyzed in laboratory. The analytical results showed that the palaeoflood slackwater deposits have recorded extraordinary flood events in the Jinghe River valley. According to stratigraphic correlation and OSL dating, the palaeoflood events were dated to 4100-4000 a BP. The palaeoflood peak discharges were estimated to be 19,410-22,280 m^3/s by using the hydrological model and checked by different approaches. These results have the flood data sequence of the Jinghe River extended to 10,000-year time-scale. It provided significant data for hydraulic engineering and for mitigation of flood hazards in the Jinghe River drainage basin.

淮河支流汝河全新世古洪水沉积序列粒度指示的地表过程

【目的和方法】为了深入理解淮河流域全新世环境与地表过程演变,通过对淮河流域详细的野外调查,在汝河上游诸市乡段一级河流阶地前沿发现了夹有多层古洪水滞流沉积层的全新世黄土土壤沉积物地层剖面。对该剖面进行详细观察测量,地层划分和分层采样,在实验室进行多种指标分析研究。在前期沉积学性质研究和年代测定的基础上,应用端元分析方法进行粒度成分解析,深入分析古洪水沉积物序列的物源及其沉积学特征变化规律。【结果】采用非参数法从沉积序列中解析出具有不同物源和沉积动力学意义的4个端元组分。各土壤沉积物地层单元中除了现代洪水沉积层和河漫滩相细沙层外,其余层次都显示出多端元组分混合叠加的特点。【结论】结合野外宏观特征及其理化性质综合分析,可知其端元1组分代表西北季风沙尘暴远源风成沉积物及其风化成壤改造的产物,端元2组分代表了东北风吹扬黄泛平原松散沉积物沙尘暴的近源沉积物,端元3组分代表了河流洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境条件下的沉积物,端元4组分为河流在河槽之内水动力作用下河漫滩冲积物。表明通过对全样粒度进行端元解析,能够更清晰地反映出汝河流域多元化的沉积动力特点。

北洛河中游黄陵洛川段全新世古洪水研究

通过在北洛河中游黄陵洛川段河谷的考察,选择典型的古洪水平流沉积剖面进行了古洪水水文学研究。在野外考察测量的基础上,采集平流沉积层样品,进行粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO3含量等分析,证明研究地点具有典型的古洪水平流沉积层,并且通过地层学对比分析,确定其为中晚全新世特大洪水的沉积物。利用水文学原理计算出该组古洪水沉积层所记录的特大洪水的洪峰流量在12350m3/s￣14730m3/s之间。同时通过对该断面下游方向20km处的东王河铁路桥1994年9月洪水洪痕的测量,利用相同方法计算其洪峰流量,证明古洪水水文学计算结果合理可靠,从而为北洛河中游的工程建设及沿岸地区的防洪减灾提供重要的数据资料。

泾河中游龙山文化晚期特大洪水水文学研究

通过对泾河流域广泛深入的考察,在泾河中游彬县至永寿基岩峡谷河段发现典型的全新世古洪水平流沉积剖面,进行了古洪水沉积学和水文学研究。对于采集的全新世地层剖面序列样品,进行粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO3含量等分析,从沉积学角度证明了研究剖面所夹洪水沉积物具有平流沉积特征,为典型的洪水平流沉积物。根据地层学对比和剖面自身龙山文化晚期陶片、烧土等文化遗物分析,确定泾河在4200～4000 a BP发生了特大洪水事件,并利用沉积学和水文学原理恢复其水位,计算出古洪水洪峰流量为19490～22040m3/s。同时,通过恢复现代大洪水、洪峰流量与流域面积关系对这种方法和古洪水洪峰流量计算结果进行了验证。不仅延长泾河洪水水文数据序列到万年尺度,而且为沿泾河的水利水电和交通工程建设及沿岸地区城镇的防洪减灾提供了重要的基础数据,具有重要的科学意义和应用价值。

渭河宝鸡峡全新世特大洪水水文学研究

通过深入的考察,在渭河宝鸡峡河段发现典型的全新世古洪水滞流沉积地层剖面,并进行了古洪水沉积学和水文学研究。对于采集的序列样品,进行粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO_3含量等分析,从沉积学角度证明了剖面上覆盖在古土壤S_0顶部的沉积物为典型的古洪水滞流沉积层。根据其地层结构及其与流域内其他剖面的对比,结合其所含古文化层考古学年代和OSL断代数据等,确定渭河上游在3200～3000aB.P.发生了3次特大洪水事件。利用古水文学原理恢复其水位,并且利用水位-流量关系模型,计算出古洪水洪峰流量为22560～25960m^3/s。这个结果大大延长了洪水水文数据序列,从而能够建立渭河万年尺度洪水流量-频率关系,对于防洪减灾、水能源和水资源开发具有重要的应用价值。该成果揭示出万年尺度大暴雨洪水与气候变化的关系,丰富了全球变化的区域响应理论。

龙山文化末期泾河特大洪水事件光释光测年研究

通过对泾河流域深入的野外考察,在其中游基岩峡谷内发现了含有龙山文化末期文化层和古洪水滞流沉积单元的全新世黄土土壤剖面。利用光释光的单片测年技术,确定古洪水滞流沉积层覆盖着的黑垆土层的OSL年龄为4078±382aB.P.和4111±450aB.P.。结合其中所含龙山文化遗址的考古年代,揭示出泾河流域在4100～4000aB.P.之间出现一个古洪水多发时期。这组古洪水滞流沉积单元包含5个单层,记录了4100～4000aB.P.之间泾河流域曾经发生的5次特大古洪水事件。这个洪水期对应着我国北方在4000aB.P.前后,由全新世大暖期向着全新世晚期干旱期转折过程中的气候剧烈变化。这些史前洪水事件可能对我国龙山文化的衰落和古代华夏文明的诞生具有重大的影响。

全新世古洪水事件光释光测年研究——以渭河下游临潼段为例

通过对渭河下游河谷进行深入的考察,在临潼段发现全新世黄土-古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层。在剖面系统采样并进行磁化率和粒度成分分析,从沉积学角度证明该地层记录了全新世以来古洪水事件的信息。同时,在剖面采集OSL测年样品,应用单片再生剂量法(SAR)进行红外后蓝光(Post-IROSL)释光测量,获得了7个OSL绝对年龄值,建立了全新世剖面年代深度关系曲线,确定渭河在3200～3000aB.P.之间发生特大洪水事件。综合地层学对比以及剖面磁化率和粒度等气候替代性指标分析,揭示了全新世中期向晚期转折过渡时期,气候向干旱化转折,气候不稳定,频繁波动,降水变率大,是造成渭河流域特大洪水事件发生的主要原因。

渭河咸阳段全新世古洪水事件光释光测年研究

古洪水水文学研究是全球气候变化研究的前沿课题,确定古洪水事件的年代是古洪水研究的重要内容之一。对渭河流域进行深入的野外考察,在中游咸阳段阶地发现全新世黄土—古土壤层里夹有古洪水滞流沉积层,表明该地层记录了古洪水事件发生的信息。在该剖面采集光释光样品,分离提取40～63μm石英颗粒成分,应用单片再生剂量法(SAR)进行红外后蓝光(Post—IR OSL)释光测量,获得了9个OSL年龄值。结果表明由古洪水滞流沉积层记录的特大古洪水事件发生在3 200～2 800 a B.P.之间。结合沉积样品系列的磁化率和粒度成分等气候替代性指标分析,揭示了在全新世中期向晚期转折过渡时期,渭河流域处于气候向干旱化发展的转型期,气候变化剧烈,大气系统不稳定,降水变率增大等,是导致特大洪水多发的主要原因。这也是渭河流域气候水文系统对于全球性气候恶化响应的结果。

汉江上游白河段万年尺度洪水水文学研究

通过对汉江上游的考察,在多个地点发现古洪水滞流沉积层夹在古土壤层与坡积石渣土层或坡积角砾层中。选择白河段JJTZ剖面进行沉积学和水文学研究。对于采集的全新世古洪水滞流沉积样品,进行沉积学分析,与2010年现代洪水滞流沉积物进行对比,结合其宏观特征确认其为汉江洪水悬移质沉积物,粒度成分分类为细沙质粉沙。它们记录了汉江上游特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL测年断代,确定其发生在全新世中期-晚期转折阶段,即3 200～2 800 a B.P.。利用沉积学和古水文学原理恢复古洪水洪峰水位,采用比降法计算出两次古洪水洪峰流量为40 180 m3/s和49 170 m3/s。该结果大大延长了洪水水文数据序列,从而能够建立汉江上游万年尺度洪水流量-频率关系,对于揭示汉江上游水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义,对于防洪减灾和水资源水能源工程建设具有重要的现实意义。

泾河下游古洪水滞流沉积物地球化学特征研究

通过沿泾河河谷广泛的野外考察,在高陵县杨官寨段发现典型的全新世黄土—土壤剖面。经过详细观测、系统采样和化学元素、粒度成分和磁化率等多指标测定,从剖面鉴别出两组古洪水滞流沉积层(SWD),分别记录了发生在4 200～4 000 a B.P.和3200～2800 a B.P.期间的特大洪水事件。该研究着重对古洪水滞流沉积层与黄土层和古土壤层的元素地球化学特征进行对比研究。结果表明:(1)在风成沉积物中,Fe2O3、Al2O3、K2O、MgO等元素含量在古土壤层高于黄土层,而CaO和Na2O元素含量则表现出相反的变化。表明风化成壤过程中,这些元素的迁移变化受到全新世以来气候变化和成壤作用的影响。而Zr、Hf、Ti、Cr、Y、Th等微量元素含量与地壳平均丰度相当,且变化甚微。这是由于这些微量元素主要包含在粗颗粒和重矿物之中,其化学性质比较稳定,具有强抗风化性,很少受到风化成壤作用的影响。(2)单个古洪水滞流沉积层,是洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境中沉积形成的,分选性很好,故其底部多粗颗粒和重矿物沉积,Zr、Hf、Ti、Cr、Y、Th等微量元素含量呈现突出的尖峰;自下向上随着颗粒逐渐变细,粘粒成分增加,Fe2O3、Al2O3、K2O、MgO等元素含量出现高峰。这两类元素由下向上的相互消长关系,与沙级颗粒含量和磁化率值变化规律对应,反映出古洪水滞流沉积层的基本理化特性。这个研究成果对于完善古洪水沉积学和水文学的方法和理论具有重要的科学价值。

渭河宝鸡峡全新世古洪水事件研究

通过对渭河流域的调查,在渭河上游宝鸡峡谷发现了含有典型古洪水滞流沉积层的全新世黄土古土壤剖面.对该剖面进行磁化率、烧失量、碳酸钙、粒度等指标的分析测定和论证,明确了古洪水滞流沉积物的基本特点,揭示出全新世古洪水事件的沉积学记录.根据这组古洪水沉积层出现的地层位置和磁化率等气候变化指标,通过与渭河流域诸多剖面的对比,并且结合该剖面所含的龙山文化层和西周文化层考古学断代,确定渭河宝鸡峡谷全新世特大洪水事件发生在3 200~3 000 a B.P..

北洛河中游白水段峡谷全新世特大洪水水文学研究

通过对北洛河中游峡谷河段的深入调查研究,在白水县张家船村段河谷台地的全新世黄土古土壤剖面中发现了古洪水滞流沉积夹层。采集了古洪水滞流沉积物典型样品,利用第四纪地质学和沉积学方法,通过磁化率、粒度、烧失量、碳酸钙含量等分析,发现其为中全新世后期(4 500～4 000a BP)特大洪水的典型悬移质沉积物。利用比降法模型计算得出,该组古洪水滞流沉积所指示的洪峰流量在13800～15600 m3/s之间;同时对该断面上游方向150m处的铁路桥1994年9月洪水洪痕进行了测量计算,其结果与水文站实测流量一致,证明古洪水水文学计算方法及相关参数的选取是合理的。该研究成果对北洛河的防洪减灾、交通和水利工程建设具有重要的参考价值。

汉江上游安康东段古洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游峡谷广泛的野外考察,结合系统采样和粒度成分与磁化率测试分析,证明汉江上游安康东段第一级阶地黄土质覆盖层剖面夹有两组典型的古洪水滞流沉积层,其记录了两期特大古洪水事件.本文在该河段选择两个剖面进行系统采样,对其进行了年代学研究.应用单片再生法（SAR）技术获得其光释光年龄值,结合地层和高分辨率气候变化记录对比分析,确定第一期古洪水事件发生在12700～12500 a BP之间,对应于晚冰期Bolling-Allerod向着Younger Dryas转折的时期,第二期古洪水事件发生在1000～900 a BP,对应于我国历史上北宋时代的气候恶化时期.这表明汉江上游古洪水事件的发生与气候恶化转折密切相关.由于季风气候状态不稳定,降水变率增大,导致特大洪水与干旱事件皆有发生.

泾河流域不同时间尺度洪水序列频率分析对比研究

以泾河中游彬县至礼泉段的JH-CJC沉积记录的古洪水信息,结合实测洪水和历史洪水资料,比较了泾河流域不同时间尺度洪水序列频率。研究结果表明,将古洪水研究成果加入到历史洪水和实测洪水资料序列中,可大大延长洪水序列的时间长度,提高洪水频率分析的精度,说明河流沉积记录的古洪水信息,对于水利工程建设和防洪减灾具有重要的意义。

汉江上游安康东段全新世古洪水沉积学与水文学研究

通过沿汉江上游河谷深入的考察,在安康东段发现了典型的古洪水滞流沉积剖面.通过采集样品、实验分析,确定它们是古洪水在高水位滞流环境当中的悬移质沉积物.根据地层对比、OSL测年和相关文化层年代,确定它们分别记录了发生在BL+AL与YD事件转折阶段(12500 a B.P.)的古洪水事件和发生在1000-900 a B.P.(1000-1100AD),即北宋后期的洪水事件.根据古洪水SWD的高程恢复其洪峰水位,结合相关参数,利用面积比降法计算恢复流量.结果表明在万年尺度,汉江上游古洪水洪峰流量介于35970～47400 m3/s之间.同时,利用2010年大洪水洪痕恢复计算洪峰流量,对古洪水洪峰流量计算结果进行了验证.进而结合历史洪水和观测洪水数据,获得了汉江上游万年尺度洪水洪峰流量与频率关系.这为汉江上游的水利水电和交通工程建设以及沿岸城镇防洪减灾提供了基础性数据.

汉江上游郧县尚家河段全新世古洪水水文学研究

通过对汉江上游实地调查,在郧县尚家河一级阶地前沿发现了含有4个古洪水滞流沉积层的典型全新世黄土-古土壤剖面,对采集的沉积物样品进行磁化率、粒度和烧失量等沉积特征分析,并与现代洪水沉积物特征比较,判定该剖面中的洪水沉积物为典型的古洪水滞流沉积物,记录了汉江上游全新世4期古洪水事件。通过地层对比和OSL测年,确定这4期古洪水事件分别发生在12600-12400aB.P.,11600-11400aB.P.,5500-5000aB.P.和1000-900aB.P.。在确定了古洪水洪峰水位和相关水文参数的基础上,采用比降法恢复了这4期古洪水最大洪峰流量在46 280～63 720m3/s之间,符合流域面积与洪水洪峰流量关系;同时采用相同的河流断面和水文参数,计算了剖面附近的2010年7月18日洪痕流量,与实测流量相比,误差为1.74%,说明古洪水水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的。

汉江上游郧县辽瓦店全新世古洪水研究

以汉江上游谷地郧县辽瓦店全新世古洪水滞流沉积剖面为研究对象,对其进行了洪水沉积学和水文学研究,并对其粒度组成、磁化率、烧矢量等理化性质进行了测量。结果证明,辽瓦店(LWD)剖面中夹有典型的古洪水滞流沉积物(SWD),它记录了一次特大洪水事件。利用地层学方法确定该次洪水事件发生在AD100-300之间(东汉-魏晋时代之间)。根据沉积学和水文学原理恢复了古洪水的洪峰水位在159.80m,以此计算出洪峰流量为65 420m3/s。根据2011年9月19日汉江洪水洪峰水位痕迹高程并利用相同方法反推洪水流量,所获流量数据与实测数据误差小于1%。