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.

黄河上游全新世特大洪水及其沉积特征

黄河上游官亭盆地的黄河二级阶地面上沉积了厚约2m左右的平流沉积物,每次洪水形成1个由红色粘 土水平层和黑灰色粘土水平层组成的洪水单元。对研究剖面洪水沉积层的磁化率测量区分出了14个洪水单元, 代表了14次特大洪水的发生;利用盆地内的考古资料,将古洪水频繁发生的时期定为3700～2800aB.P.。粒度分 析表明官亭盆地平流沉积的沉积物几乎全部由粒径小于4的悬移物质组成,其分选系数>2,偏度<0,峰态中等。 与黄河中游进行比较,官亭盆地的平流沉积粒级更小,偏度更小且呈负偏。

南京江北地区全新世沉积与古洪水研究

根据区域调查和对南京江北剖面沉积物及埋藏古树和炭化木的年代测定，以及对孢粉、粒度、石英砂表面特征鉴定分析，发现本区存在晚北方期至亚北方气候期（８２００±１２６ａＢＰ、７８２２±２５０ａＢＰ～７６７０±１６０ａＢＰ、７５６２±９０ａＢＰ、４０８５±９５ａＢＰ～４０９０±１００ａＢＰ以及３７３０±９０ａＢＰ）具有洪积特征的天然剖面地层，该剖面位于长江北岸二级阶地上，其洪积层系由古洪水期长江摆动时沉积所致。剖面上部厚０．５３ｍ的灰黄色土层系在亚北方期大约３０００ａＢＰ～２８５０ａＢＰ的寒冷期中主要由风尘搬运堆积所致。

关中西部漆水河全新世特大洪水与环境演变

古洪水水文学研究是全球变化研究的前沿课题。本文通过对漆水河流域深入调查研究,在漆水河与湋河交汇的二级阶地全新世黄土—土壤剖面中发现古洪水沉积夹层,利用沉积地貌学、沉积学、考古学和释光年代学方法,确定了在全新世时期的11500年内,漆水河曾经在4650￣4600aBP、4600￣4300aBP、4300￣4100aBP和3100￣3000aBP发生了4期20次洪水事件。通过利用水位—流量关系模型,计算出这4期20次特大洪水的洪峰流量,大大延长了洪水水文数据序列,并建立了漆水河全新世洪水频率曲线,科学、系统地提高了漆水河洪水水文学计算精度,增强了渭河流域防洪减灾和水资源开发当中洪水频率分析的可靠性。这项研究成果对于我国著名的农业科技城—杨凌的防洪减灾、水资源开发和生态环境建设具有重要的应用价值,同时填补了渭河流域古洪水水文学研究的空白,对于渭河流域生态环境综合治理具有重要的科学意义。

沁河流域全新世特大洪水及其重现期初步研究

沁河流域是黄河三门峡以下主要的洪水来源之一。由于沁河流域的实测水文记录时间较短,可以考证的历史洪水记录的时间尺度仅有百年左右,因此,如何延长古洪水、历史洪水记录的时间,就成为河口村水库项目设计洪水可靠性的关键问题。以1982年洪水为参照,利用沉积地貌学方法,结合历史洪水调查的成果,对沁河流域全新世以来的特大洪水进行了初步研究。1982年洪水是沁河流域最大的实测洪水;2480±100aBP的洪水是全新世已知的最大古洪水,其洪峰流量达到12900m3/s;沁河流域千年一遇的洪水洪峰流量为5000m3/s左右。

黄河中游晋陕峡谷段全新世晚期洪水滞流沉积研究

通过对黄河晋陕峡谷的深入调查研究,在延长永和县河段发现了典型的全新世晚期洪水滞流沉积剖面。在野外考察中,对沉积物的宏观特征和沉积环境及其分布特征进行观察,并进行了系统采样。在实验室对沉积物样品进行了粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO3含量等测定。通过综合分析论证,表明黄河中游晋陕峡谷全新世晚期洪水滞流沉积物以粉砂为主,细砂含量次之,粘粒含量很少,分选性好,磁化率很低。其沉积学分类为细砂质粉砂,是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物。将其与典型的全新世风成黄土和古土壤进行对比,可知其粒度成分比黄土和古土壤更粗,粒级分布更为集中。此外,将其与延河郭家川全新世洪水滞流沉积物对比,发现其粒度频率分布基本相似。该研究结果对于揭示黄河中游洪水水文泥沙特性及其历史演变具有重要意义。

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.

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。

丹江上游全新世早期古洪水滞流沉积物粒度特征研究

通过对丹江流域广泛的野外考察,在丹江上游竹林关峡谷段右岸发现典型的全新世古洪水滞流沉积层剖面。根据野外宏观特征及沉积环境,鉴别出该剖面夹有四层古洪水滞流沉积物,均匀致密,分选良好,各层界面自然开裂,具有波状-水平状平行层理。室内粒度成分分析表明,沉积物以粉沙为主,粘粒含量次之,细沙含量很少,沉积学分类属粉沙和粘土质粉沙。粒度自然分布频率曲线为正偏,主峰高且尖锐,分选良好。粒度概率累积分布曲线为典型的两段式,沉积物投影在CM图的Ⅶ区(SWD1和SWD3)和Ⅷ区(SWD2和SWD4)。将四层古洪水SWD与2010年洪水SWD进行对比分析,粒度组成成分、粒度参数、自然分布频率曲线都呈现相似形态。综合分析说明四层古洪水SWD是丹江洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物,为丹江上游开展古洪水水文学研究奠定了基础,对于丹江洪水水文泥沙特性、水资源开发利用具有重要意义。

渭河下游全新世古洪水滞流沉积物研究

通过广泛的野外考察,在渭河下游发现了全新世古洪水滞流沉积物,对其进行了深入观察、地层划分和系统采样。在实验室内进行磁化率、烧失量、碳酸钙和粒度成分等多指标的分析测试。结果表明,这些古洪水沉积物以细粉沙为主,性质为粉沙质亚黏土,致密坚硬,具有水平或波状层理,与覆盖在河流阶地面的风成黄土和古土壤有着显著的区别。通过OSL测年断代,发现它们与渭河上游固川镇剖面的古洪水SWD为同一期特大洪水的沉积物。这表明渭河流域在3200—3000aBP发生了一组3次特大洪水事件。这个时期正是全新世大暖期结束之际,也就是中国历史上商代末期。渭河流域特大洪水事件的发生与全球性气候恶化转折密切相关。

黄河中游北洛河宜君段全新世特大洪水及其气候背景研究

通过对黄河中游北洛河的野外考察,在宜君基岩峡谷全新世风成黄土-土壤剖面中发现三层古洪水滞流沉积物(SWD).野外观察和室内实验分析,证明它们是北洛河特大洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物.这些古洪水滞流沉积层夹在全新世中期古土壤之内,其每一层记录了一期特大洪水事件.利用古水文学方法恢复了古洪水洪峰水位和流量,确定三期古洪水的洪峰流量介于13600-14100 m3/s之间.这就将北洛河中游洪水数据序列延长到万年尺度,为更加精确地建立洪峰流量-频率关系奠定了基础.这些结果对北洛河流域水利工程建设和防洪减灾提供了可靠依据.根据土壤地层和气候地层对比,结合OSL测年数据,确定这三期古洪水的发生年代为8000-7800 aBP(SWD1),6000-5000aBP(SWD2)和4200-4000 aBP(SWD3).它们与全新世大暖期三个气候突变事件密切相关,是气候不稳定状态下,区域水文系统极端性变化的重要表现.这就为深入理解全球变化对于半干旱地区气候水文系统的影响提供了新的证据.

北洛河宜君段全新世古洪水滞流沉积层研究

通过野外考察,在黄河中游北洛河宜君段基岩峡谷,发现夹有古洪水滞流沉积物的全新世风成黄土-土壤地层。在野外观察和分析的基础上,自剖面顶部向下系统采取样品,进行磁化率、烧失量、碳酸钙、粒度成分和化学元素含量的测试分析。综合野外观测和实验分析结果,确定了在古土壤中所夹的具有波状或者水平层理的沉积层,为河流悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物。其主要成分为粉砂,次要成分为细砂,质地为砂质粉砂土。其频率曲线为正偏态,峰态很狭窄,说明粒级集中,分选较好。其磁化率、Fe元素含量和烧失量远低于黄土和古土壤,而碳酸钙含量较高。这些都是由于流域暴雨流水侵蚀的产物,在河流长距离搬运当中高度混合的结果。它们在沉积之后,很少受到风化成壤作用的影响。这些特大洪水的沉积层之间被古土壤亚层分隔开来,表明每一层记录了一个古洪水事件。通过气候地层学分析对比,初步确定3次古洪水发生在8 000～7 800aBP(SWD1)、6 000～5 000aBP(SWD2)、4 200～4 000aBP(SWD3)。它们与全新世大暖期当中的气候突变事件密切相关。

渭河流域全新世古洪水滞流沉积物地球化学特征

对渭河流域野外实地详细调查,在渭河中游发现了具有典型古洪水滞流沉积物(SWD)的全新世黄土-古土壤沉积剖面。根据地层学对比和OSL测年,确定渭河流域在3200-2800aB.P.发生了特大古洪水事件。对沉积物地球化学特征分析表明,SWD为典型的古洪水滞流沉积物,各化学元素和氧化物的变异系数大,元素数据分布较为分散;Fe2O3、Al2O3、Ba、Cr、Cu、V、Rb含量高于S0和L0,SiO2、Zr含量低于S0和L0;化学元素粒度效应表明,SWD粒径小、粘粒强,是在滞流环境的水动力条件下沉积而成;通过气候指标Rb/Sr和Ba/Sr分析,认为古洪水滞流沉积物(SWD)记录的3200-2800aB.P.的特大古洪水事件,是在全新世大暖期结束之际,因夏季风减弱、气候系统不稳定、降水变率较大所导致的。

长江宜都段全新世古洪水滞流沉积物研究

对长江中游地区进行详细的野外调查,在长江宜都段剖面发现3层古洪水滞流沉积物(SWD)。综合全新世地层关系对比、文化遗物和光释光(OSL)技术测年结果,确定这三期古洪水事件分别发生在950～850aB.P.,750～650aB.P.,550～350aB.P.。结合野外宏观特征和粒度成分以及地球化学元素的测定分析,结果表明:现代土壤、近代黄土和古土壤的沉积物性质是粘土质粉沙,而古洪水SWD是沙质粉沙。古洪水SWD的峰值集中,分选性好,中值粒径和平均粒径偏粗且沙级颗粒含量偏大。古洪水SWD的Fe2O3、MnO、Rb/Sr和残积指数明显偏低,这与其粘粒含量少有关;而Na2O、CaO、Sr含量和残积指数偏高,这与其很少受到风化成壤影响,且沙粒含量高有关。

黄河平渡关段全新世古洪水滞流沉积物研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段的深入调查研究,在山西省大宁县平渡关基岩峡谷河段左岸沟口岩棚内发现了全新世古洪水滞流沉积层剖面。根据野外宏观特征及沉积环境,鉴别出平渡关(PDG)剖面夹有4层古洪水滞流沉积物。结合粒度成分、磁化率、烧失量、CaCO3含量等室内分析测定结果,确定为河流悬移质和跃移质在高水位滞流环境当中的沉积物,是典型的古洪水滞流沉积物。不同层次沉积物是不同古洪水事件的客观记录,既有细沙质粉沙,也有细沙或者中沙,反映出其物质来源的不同或者水动力大小的差异。粒度自然分布频率曲线为正偏和极正偏,主峰高且尖锐,表明其分选良好,其粒度概率累积分布曲线为典型的两段式。沉积物磁化率和烧失量均低于全新世风成黄土和古土壤,CaCO3含量介于古土壤和黄土之间,说明在黄河晋陕峡谷段,洪水所携带的悬移质泥沙是流域内黄土区和风沙区水土流失物质的混合物。

黄河柳林滩段全新世古洪水滞流沉积物物源研究

通过对黄河中游进行古洪水沉积学研究和水文学研究,为超长尺度水文学提供数据基础。对黄河中游晋陕峡谷段进行详细的考察,在黄河窟野河口右侧柳林滩附近发现3层全新世古洪水滞流沉积物（SWD）。光释光（OSL）测年结果表明,这一期3次古洪水事件分别发生在11 800~11 000aB.P.,10 800~10 200a B.P.,10 600~9 600aB.P.。通过对样品进行磁化率、烧失量、粒度成分、化学元素和扫描电镜的试验分析,确定其为河流悬移质泥沙在高水位滞流环境下的产物,是典型的古洪水滞流沉积物。其中,古洪水SWD的磁化率和烧失量较古土壤低,说明其是新鲜的滞流沉积物,未受到风化成壤作用的影响。3层古洪水SWD的自然分布频率曲线都呈现单峰,峰态尖锐,为极正偏态,说明其分选性好。扫描电镜的分析表明,3层SWD属于河流沙,偏关县L0属于典型的黄土—风积粉砂。不同层次的沉积物记录了不同期次的古洪水事件,反映出其水动力大小的不同或物质来源的差异。结合粒度分析和化学元素的结果,确定古洪水SWD2、SWD3与现代洪水SWD均为细沙质粉沙,化学成分相同,表明是黄河主流大洪水悬移质沉积形成。古洪水SWD1为中沙,与SWD2、SWD3在常量元素和重金属元素含量上有显著差异,而与前人在毛乌素沙漠地区所进行的粒度和元素分析结果接近,说明本层古洪水SWD是支流窟野河流域暴雨洪水从毛乌素沙漠地区侵蚀搬运而沉积下来的物质。该研究成果为今后准确鉴别古洪水SWD及来源判断提供参考借鉴。

黄河上游靖远金坪段全新世古洪水沉积物特征

通过对黄河上游靖远-景泰峡谷段进行系统地全新世古洪水沉积学和水文学考察,确定金坪村剖面含有一组14层古洪水滞流沉积层。同时在该河段多处发现2012年大洪水洪痕和滞流沉积物的尖灭点。对两种沉积物进行采样和分析测试,结果表明古洪水滞流沉积物粒度成分分类为粘土质粉沙和细沙质粉沙。其粒度分布集中,分选性良好,与现代大洪水滞流沉积物完全相同,明显不同于晚更新世马兰黄土和全新世中期古土壤。这些特征表面他们是黄河上游古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下缓慢沉积的产物,记录了黄河上游靖远-景泰峡谷段一期14次特大古洪水事件。该剖面全新世古洪水滞流沉积物的磁化率很低、烧失量小、Ca CO3含量低,与现代洪水滞流沉积物对应指标相似。说明这组古洪水滞流沉积物在沉积之后很快被坡积石渣土覆盖保存,没有受到地表风化成壤作用的影响。并且经过OSL测年,本期特大古洪水事件发生在3 200—3 000 a B.P.,这些研究结果对于揭示黄河上游特大洪水沉积物性质和泥沙来源、开展黄河流域全新世古洪水水文学研究,揭示黄河上游洪水水文泥沙过程对于全球变化的响应规律具有重要的意义。

白洋淀漕河全新世早期古洪水事件的沉积特征及气候背景

古洪水沉积物是研究地史时期极端降水事件和古环境演化的重要载体。基于地质记录开展古洪水重建研究,可以为揭示区域洪水历史过程及机制提供依据,对水资源利用和工程建设等具有重要的现实意义。本文以漕河古河道北岸出露较好的李迪城村剖面为研究对象,综合地层序列、野外沉积特征、沉积构造及沉积物粒度分析,对白洋淀地区漕河古河道沉积记录的古洪水事件进行了识别,发现该剖面具有以下主要特征:古洪水沉积层与下伏地层存在明显的冲刷侵蚀面,沉积体形态呈透镜状,由泥砾、炭屑、双壳类及灰黑色粉细砂混杂组成,发育中小型交错层理;洪水沉积物粒度指标(中值粒径、砂含量、黏土/粉砂值及Q90)表现为高值,以细砂为优势组分,含混杂的粉砂及少量黏土,分选较差;古洪水沉积层中古树与双壳类集中埋藏,呈定向排列,其指示的方向与遥感影像揭示的古河道方向一致。通过该剖面沉积特征及地层AMS ^(14)C年代分析,确定漕河在全新世早期约10.8~9.6 ka BP发生了4期古洪水事件,这4期古洪水事件可以与该时期华北地区其它古洪水事件进行对比。当时正值全新世早期,东亚夏季风增强,为气温和降水频繁波动上升时期,据此推断白洋淀地区全新世早期的古洪水事件是当时气候背景下的产物。

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。

南京宝华山地区全新世沉积环境研究

南京宝华山地区两剖面沉积物及埋藏古树和炭化木等的孢粉、粒度、扫描电镜和地球化学、年代学测定分析表明，本区在全新世气候最宜期至少在（６５８８±１９２）ａＢ．Ｐ．、（５７２０±８０）ａＢ．Ｐ．和（５４１０±１２０）ａＢ．Ｐ．～（５１４５±８４）ａＢ．Ｐ．期间发生了规模较大的山地洪水，当时的自然景观主要为亚热带针阔叶混交林。本区剖面中上部是在亚北方期大约１０００～８５０ａＢ．Ｃ．的寒冷期中主要由风尘搬运的堆积物。本区剖面顶部的褐黄色砂质粉砂层则是在亚大西洋期（２４５０～１９８０ａＢ．Ｐ．期间）于暖湿环境下形成的河漫滩相沉积。本区全新世最宜期的数次大洪水可能与气候———海面的短期振荡及突变事件有关。