高山峡谷区古洪水事件重建研究进展

古洪水事件重建是地貌学与环境变化领域的前沿性课题之一。高山峡谷基岩河段是古洪水重建的理想场所,通过系统梳理国内外文献,评述古洪水事件重建研究进展,认为识别古水位标志(palaeo-stage indicators)、系统建立流域尺度洪水综合地貌证据是古洪水重建的前提和基础。而不同类型的古洪水地貌证据中,古洪水滞流沉积物(slackwater deposits,SWD)是最完整的具有确切水位标志指示意义的高水位悬移质沉积物,而其他边滩坝体(bars)是指示洪水路径和水动力条件的低水位标志沉积物。基于这些洪水地貌证据与水位标志物指示,采用多种水力学模型重建古洪水规模。同时采用多种测年方法相互验证建立可靠完整的古洪水事件年代序列。从点到面建立古洪水事件数据库,提出不同成因类型古洪水事件的时空模式,系统揭示特大洪水发生规律及其演化趋势。其中,青藏高原周缘灾难性古洪水事件在形成年代、地貌证据和水文模拟等方面具有鲜明的时空特征与地貌效应,这些对认识全球末次冰期巨型洪水事件具有重要意义。在特定的时空尺度范围内评估极端洪水事件的地表过程与地貌效应,甚至大陆尺度灾难性古洪水研究已经拓展到行星尺度洪水地貌。此外,高山峡谷现代大洪水地貌原型观测对理解古洪水水文过程机制等具有重要的参考价值。

无定河下游全新世古洪水研究

对无定河流域野外考察,在其下游苏家圪坨(SJGT)地点发现夹有古洪水滞流沉积物(SWD)的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm,具有平行微薄层理特征,且直接覆盖在东汉文化层之上。室内分析结果表明古洪水SWD有着与2012年洪水SWD相似的沉积学特征,以粗粉沙为主,分选良好,磁化率和烧失量较小,说明它记录了一次无定河下游的大洪水事件。文化层光释光(OSL)测年结果显示该次古洪水事件发生在1 900~1 700 a BP。古洪水洪峰水位和洪峰流量分别为765.9 m和10 530 m3·s-1。同时利用2012年洪水洪痕水位验证,在同一断面用相同参数恢复洪峰流量为1 030 m3·s-1,实测洪峰流量为1 000 m3·s-1,误差为3.09%,说明古洪水洪峰流量恢复结果合理可靠。研究结果延长了无定河下游洪水数据序列,对水资源、水能源的开发利用提供了科学依据。

汉江上游郧县五峰段史前大洪水水文学恢复研究

通过深入的野外考察，在汉江上游郧县五峰段多个地点发现全新世古洪水事件的沉积学记录，为恢复史前特大洪水事件的洪峰水位和洪峰流量提供了物质基础。在系统获取河道水文参数的基础上，采用ArcGIS耦合HEC-RAS模型，推算出其洪峰流量介于42 220～63 400m^3／S之间。对于河槽糙率的灵敏度检验表明，给定糙率变化士25％，模型模拟得到的洪峰流量误差在-10.6％～613％之间。这个误差范围远小于采用比降一面积法获得的结果。同时，采用该模型和同样的参数，依据该河段现代大洪水洪痕高程，恢复推算其洪峰流量，其结果与实测数据误差在-3.9％～1.0％之间。与其它方法相比较，这种新方法有效地提高了水文参数选取准确性，使得古洪水水文恢复计算结果更为可靠。本研究为超长尺度大洪水水文学恢复提供了新的途径，也获得了汉江上游万年尺度特大洪水的水文学数据资料，对汉江上游水利水电枢纽工程建设、水资源调度和防洪减灾具有重要的现实意义。

汉江旬阳至白河段万年尺度洪水流量恢复比较研究

对汉江上游旬阳至白河段基岩峡谷进行了详细的野外调查,在全新世黄土地层中发现了古洪水滞流沉积层。综合野外宏观特征和粒度分析,并与现代洪水滞流沉积物的对比,判定是典型的古洪水滞流沉积物。通过全新世地层关系对比和光释光(OSL)测年表明,古洪水事件发生年代距今为1800~1700 a(A.D.200-300)。汉江上游旬阳至白河段万年尺度流量恢复比较发现,由古洪水SWD厚度与含沙量关系法恢复的洪水水位和流量更为合理。这些成果为汉江上游水资源开发与重大水利工程的安全校核提供了重要的科学依据。