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。     

汉江上游郧西段全新世古洪水事件研究

古洪水水文学是全球变化科学领域的前沿课题。通过对汉江上游的深入调查研究,在郧西段基岩峡谷发现全新世古洪水滞流沉积地层。通过沉积学观察研究,采样分析和与2010年汉江洪水滞流沉积物的粒度、磁化率特征对比,判定为典型的全新世洪水滞流沉积物(SWD)。通过全新世地层对比和光释光(OSL) 测年,确定其记录了全新世时期3200-2800 a BP的特大古洪水事件。在确定了古洪水洪峰水位和相关参数的基础上,采用比降法水文模型推算出该期洪水洪峰流量在48830~51710 m³/s 之间。同时在该断面观测了汉江上游1983 年、2005 年和2010 年洪水洪痕水位,采用相同水文参数和模型,恢复了其洪峰流量,与白河水文站实测流量比较,误差在1.99%~4.21%之间,说明我们对于古洪水水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的。从而将古洪水数据加入洪水频率序列中,建立了万年尺度洪水流量与频率关系。该研究成果为汉江上游水资源水能源开发利用和防洪减灾等,提供了重要的水文资料。     

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。     

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。     

伊河龙门峡段全新世古洪水和历史洪水水文学重建

对伊洛河流域进行水文学和沉积学野外调查,在伊河龙门峡（LMX）地点发现典型的全新世黄土—古土壤剖面,根据野外沉积特征和磁化率、粒度分析判定该剖面夹有五层洪水滞流沉积层（SWD）。通过OSL测年和地层对比,确定该地层记录了四期五次特大洪水事件,分别发生在3100~3000 a BP、1800~1700 a BP、770~610 a BP和420~340 a BP,并结合史料等初步判断其中包含了AD 223和1761年历史洪水的沉积记录。这些古洪水事件与全新世气候恶化、转折和气候事件有明确的对应关系。采用古洪水水文学方法恢复洪峰水位,并采用比降—面积法计算出古洪水和历史洪水事件的洪峰流量介于14100~15800 m³/s。同时,根据实测获得1958年7月17日伊河龙门大洪水的洪峰水位和流量数据,采用相同参数和方法恢复其洪峰流量,误差仅有-3.6%,表明在该河段古洪水水文学重建所选参数和计算结果是可靠的。这些研究成果既证明季风气候区河流水文系统对全新世气候异常事件响应敏感,又为伊洛河流域水利、交通和防洪工程建设提供基础数据,具有重要的科学意义和实践价值。     

旬阳东段汉江全新世古洪水研究

通过对汉江上游河谷的考察, 在旬阳县东段构元－棕溪乡河段发现的典型的全新世古洪水滞流沉积剖面, 进行了古洪水沉积学和水文学研究。在野外考察的基础上, 对于采集的全新世地层剖面序列样品, 进行粒度成分和磁化率等分析测试, 从沉积角度揭示了这些沉积层是古洪水在高水位滞流环境中悬移质泥沙的沉积物。通过地层对比分析确定由其记录的古洪水事件分别发生全新世早期9000~8500 a B.P.和全新世晚期3200~2800 aB.P.。利用古水文学原理恢复其洪峰水位, 计算出古洪水洪峰流量介于45630~50220 m³/s 之间。结合现代洪水洪痕洪峰计算、洪峰流量与流域面积关系分析多种方法, 对古洪水洪峰流量计算结果进行了验证, 从而建立了更加可靠的万年尺度洪峰流量与频率关系。本文的研究成果, 对汉江上游水资源开发、防洪减灾、水土保持和深入理解汉江上游水文过程对全球变化的响应规律具有重要的科学意义。     

马莲河全新世古洪水沉积学和水文学研究

通过对马莲河中下游的深入考察,在甘肃省合水县河段发现全新世古洪水滞流沉积剖面,对采集的沉积物样品进行粒度成分、石英砂表面结构等分析,证明为典型的古洪水滞流沉积物。通过地层学年代对比分析,确定马莲河在全新世中晚期发生特大洪水,年代大致为4200-4000a B．R之间。根据该组古洪水滞流沉积物所指示的洪峰水位,采用比降法恢复洪峰流量在16400～16900m^3／s之间。同时对该断面2003年和2005年洪水的洪痕进行了流量恢复计算,计算结果与实测洪水误差小于5％,证明古洪水水文学计算结果合理可靠,从而为马莲河水利工程建设及沿岸城镇的防洪减灾提供了科学依据。     

汉江上游郧县段全新世古洪水滞流沉积物特征

对汉江上游郧县段一级阶地上典型古洪水滞流沉积物、古土壤和黄土3 种不同沉积物的宏观特征、粒度成分、理化性质、微观形态及地球化学元素进行了综合分析对比.结果表明,研究剖面中的古洪水滞流沉积物呈灰黄色(2.5YR7/2),与上下相邻地层往往呈突变关系且界线清晰;粒度组成总体较粗,粉砂质细砂土,分选较好;磁化率稍高于马兰黄土,但显著低于古土壤;烧失量平均值低于黄土和古土壤;石英颗粒表面分布有水下环境机械相撞形成的V形坑;元素的含量及UCC标准化曲线均与黄土和古土壤差异明显.与渭河谷地相比,汉江上游谷地古洪水滞流沉积物具有粒度组成偏粗、分选性稍差的特点.该研究成果对汉江上游谷地古洪水滞流沉积物的鉴别和古洪水水文参数的重建具有重要意义.     

黄河永和关段全新世古洪水研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段进行系统地考察, 在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积物。选择永和关段YHG剖面进行了沉积学和水文学研究。根据野外宏观沉积学特征, 确定YHG 剖面含有一组五层古洪水滞流沉积层。采样分析测试表明其磁化率低、烧失量小、CaCO₃含量低, 粒度成分分类为粉沙质细沙和细沙质粉沙。它们是黄河洪水悬移质泥沙在高水位滞流情况下的沉积物, 记录了黄河晋陕峡谷段一期五次特大古洪水事件。通过地层学对比分析和OSL 测年断代, 确定这五次洪水发生在全新世中期-晚期转折阶段, 即3200-3000 aBP。这也是我国历史上商末-西周初年的气候恶化转折阶段。利用“古洪水SWD厚度与含沙量关系法”恢复古洪水洪峰水位, 采用面积-比降法计算出5 次古洪水事件洪峰流量介于28380~48590 m³/s 之间。该结果有效地延长了黄河中游洪水数据序列, 为万年尺度洪水流量-频率关系的计算提供了基础数据。这对于黄河中下游水利水电工程洪水设计和洪水资源化开发管理具有重要的现实意义, 对于揭示黄河中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。     

黄河壶口段全新世古洪水事件及其水文学研究

通过对黄河中游晋陕峡谷段的考察,在多个地点发现全新世古洪水滞流沉积层。选择壶口段左岸岩棚内典型的古洪水滞流沉积剖面进行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为典型的古洪水滞流沉积物,记录了全新世两个时期的特大洪水事件。通过地层学对比分析和OSL测年,确定其分别发生在全新世早期-中期转折阶段,和中期-晚期转折阶段。利用沉积学和水文学原理恢复古洪水水位,计算出第一组古洪水洪峰流量为27490m³/s、27830 m³/s、28570 m³/s,第二组为40920m³/s。本文的研究发现全新世特大洪水事件,并且恢复了其水文特征数据,对于揭示黄河水文过程对于全球变化的响应规律具有重要的科学意义,对于水利工程建设具有重要的现实意义。     

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。     

黄河上游洮河流域全新世古洪水水文学研究

通过对黄河上游洮河流域详细的野外考察,在临洮段下堡村（XBC）发现保存有全新世古洪水滞流沉积物的地层剖面并对该剖面进行系统采样,综合野外观测和室内理化数据分析确定为古洪水滞流沉积物。结合全新世地层对比、文化遗物分析和释光测年,确定这期古洪水事件发生在300~480 a BP左右,相当于我国"明清小冰期"气候转折阶段。利用ArcGIS耦合HEC-RAS模型,在获取河道水文参数条件下,恢复其洪峰流量介于4 865~6 700 m³·s^-1。保持水文参数不变,对河道糙率系数进行灵敏度测试,给定糙率±25%的变幅,结果误差在-9.12%~6.57%之间。依据2012年洪痕高程,采用HEC-RAS模型恢复其洪峰流量,与实测结果相比较误差仅为-2.9%,说明利用该模型得出的结果是比较可靠的。该研究成果有效延长了黄河上游洪水数据序列,这对于该流域内防洪减灾、水利工程建设和水资源开发利用等具有重要的参考价值。     

黄河马头关段全新世古洪水水文恢复及气候背景研究

通过野外观察研究,在黄河中游晋陕峡谷永和县佛堂村（FTC）支沟口的回水湾内发现了全新世古洪水滞流沉积物。结合沉积学分析,判定它们是典型的全新世古洪水悬移质泥砂颗粒在高水位滞流环境中的沉积物。利用“古洪水SWD厚度含沙量法”恢复古洪水洪峰水位,借助HEC-RAS模型估算出4次古洪水事件洪峰流量在25 200～51 500 m³·s^-1之间。OSL测年结果显示,FTC地点的古洪水发生在1 900～1 700 a BP、3 400～3 000 a BP。全新世气候变化研究表明,这两个时期气候恶化,旱涝灾害多有发生。FTC地点的两期四次洪水反映了这两个时期的气候异常变化成果,表明了黄河中游水文系统对气候变化作出的响应,也印证了季风区河流对气候突变的响应规律,为黄河中下游地区防洪减灾和水资源开发提供了基础数据。     

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 400m³/s 之间。对于河槽糙率的灵敏度检验表明,给定糙率变化±25%,模型模拟得到的洪峰流量误差在-10.6%~6.3%之间。这个误差范围远小于采用比降-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。     

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 comparison with modern flood deposits, the SWD were identified as the most typical Holocene palaeoflood deposits of the Hanjiang River. By using stratigraphic 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 combination 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.     

塔里木河中上游土地利用变化的径流响应

为了定量分析塔里木河中上游土地利用变化对径流的影响程度,基于塔里木河流域1980-2015年土地利用数据及相关水文系列资料,利用MIKE SHE分布式水文模型客观模拟评价了流域中上游土地利用变化下的水文响应过程。结果表明：MIKE SHE模型可以较好的模拟塔里木河流域中上游的日流量过程,在研究区具有良好的适用性;1980-2015年间流域土地利用变化导致流域地表日径流量减少了4.2 m³·s^-1。通过仿真模拟分析草地、林地、耕地三种土地利用情景,得到日均流量分别为147.56 m³·s^-1、141.80 m³·s^-1,144.72 m³·s^-1由此可见,该流域径流对不同土地利用类型的响应差异较大,产流量的总体趋势为草地>耕地>林地。研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

渭河宝鸡市区段河床沉积物磁性特征分析

利用环境磁学的方法可以有效地示踪河流沉积物的物源,对渭河宝鸡市区段干流及其支流河床沉积物全面系统的磁学特征分析表明：渭河干流和支流沉积物的磁性矿物含量总体相对较高,磁性矿物类型主要以亚铁磁性矿物磁铁矿和磁赤铁矿为主,同时存在不完全反铁磁性矿物赤铁矿,磁晶粒以PSD（假单畴）和MD（多畴）颗粒为主。渭河干流沉积物的磁性特征在空间上表现出了一定的差异,根据χ_ARM/χ（非磁滞剩磁磁化率/磁化率）值的变化规律将渭河宝鸡市区段沉积物的来源分成了两段,第一段从宝鸡峡到神龙大桥,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐减小,磁性颗粒逐渐变粗;第二段从神龙大桥到千河入渭口,沉积物χ_ARM/χ 值逐渐增大,沉积物的颗粒呈现出由粗变细的特征,指示了渭河宝鸡市区段河流沉积物存在一定的物源差异,渭河宝鸡市区段干流沉积物的物质来源主要以上游携带为主导,从神龙大桥向下游,支流对河床沉积物具有一定的贡献,北岸比南岸流域贡献的物质相对较多。