探讨太湖历史极端洪水发生年份和水位高程

较之气候水文平均态的缓慢变化,特大洪水引发的灾害对人类社会影响更加显著,而关注极端洪水、认识小概率事件需要更长时间序列.本文通过对太湖钻孔的沉积和磁学参数特征研究,对比太湖文物发掘的历史洪水资料,试图多指标定量重建太湖长序列极端洪水.太湖水则碑对1600～1954A.D.特大洪水记录了15次,通过与现代洪水仪器记录对比和论证,其最低4.03m水位相当于1921～2004A.D.观测太湖的年最高水位80％百分位.太湖钻孔中的沉积粒度和磁化率特征捕捉了水则碑洪水序列中的85％的洪水年,同时补充了水则碑洪水漏失的信号.3次能够被历史文献佐证的洪水沉积信号发生在1766A.D.、1875A.D.和1882A.D.,其洪水水位估计在4.0～4.1m,4.1～4.2m和4.13 ～4.23m.频谱分析显示了沉积洪水指标与水则碑洪水指标具有3个同步的重现期,分别约在90～102年、60～ 62年和42～44年.分析历史洪水与PDO一致性的统计关系,获得估计概率为0.17 ～0.20,肯定了太湖洪水年与PDO存在关联,反映出历史洪水的发生与现代过程相同,受到了太平洋季风环流和夏季降水控制.这些结论为延长洪水时间系列、分析小概率事件、认识极端洪水特征和重现期等提供了重要水文依据.     

洞穴石笋初始234U/238U值变化的古气候记录意义

通过对我国西南地区3个洞穴9根大型石笋272个初始234U/238U数据的分析研究,发现石笋初始234U/238U值长尺度变化与海洋沉积SPECMAP曲线δ18O记录有一定的正相关关系,与北纬25°夏季太阳辐射能量变化曲线呈一定的负相关关系,石笋初始234U/238U值的变化在冰期时波动强烈,而在间冰期波动相对平缓,在间冰期和冰期(间冰阶和冰阶)转化阶段该值呈跳跃状态变化。末次冰期及全新世阶段石笋初始234U/238U变化记录了该时段内的BA暖期和YD突变冷事件;全新世8200 a BP、7200 a BP、5200 a BP、4200 a BP、2800 a BP、1400 a BP 发生的几次较强冷事件在石笋初始234U/238U值都有相应记录,并且和长尺度的变化规律一致,冷事件发生时石笋初始234U/238U值偏重,暖期偏轻。封闭系统形成的洞穴石笋初始234U/238U变化类似于同地区洞穴石笋的δ18O对气候变化的记录特征,在我国西南地区两者与夏季风变化的强弱呈现一种负相关的关系,洞穴石笋初始234U/238U值可以作为一个有用的古气候替代指标来研究古降水的变化。     

我国新疆北部地区夏季极端降水事件的特征分析

基于1961 - 2017年6 - 8月新疆北部47个观测站点的逐日降水资料, 根据百分位法定义不同站点的夏季极端降水阈值, 分析了新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水的时空分布特征、 贡献率及其与海拔的关系。结果表明： 新疆北部地区夏季极端降水事件和最大日降水量的各个特征量分布存在明显的时空差异, 空间上夏季极端降水事件、 最大日降水量表现为山区高、 盆地低的特点,在海拔2 000 m左右存在一个最大降水带; 夏季极端降水事件和最大日降水量呈增多、 增强的趋势, 并从20世纪90年代前后开始有明显的增加。夏季极端降水事件主要以单日为主, 夏季极端降水贡献随时间呈缓慢增加的趋势, 而夏季极端降水过程贡献和最大日降水贡献随时间变化呈下降趋势。     

云南抚仙湖近现代环境变化的沉积物粒度记录

通过对云南抚仙湖沉积物柱芯样品的放射性核素210Pb和137Cs的测试,确定了过去129年的湖泊连续沉积序列。利用210PbCRS计年模式,计算出每个样品深度所对应的年代,与137Cs时标计年法比较存在一定的偏差,分析了两种计年方法存在差异性的原因。根据抚仙湖的湖区特点,对沉积物的粒度特征进行了分析。抚仙湖柱芯的粘土（<4 μm）、细粉砂（4～16 μm）和粗粉砂（16～63 μm）含量分别占约36%,44%和18%。粒度参数根据矩值法求得,平均粒径（值）为6.48～7.92,分选系数So为1.27～1.42,偏度SKD分布范围在-0.18～0.04之间。将整个柱芯的计年结果与粒度特征相结合,自1878年以来,抚仙湖的环境演化大致可以划分为4个阶段:自然演化阶段,人为扰动阶段,人为改造阶段,后期治理阶段。人类活动在特定的历史时期会对湖泊环境变化产生较大的影响。     

长江中下游典型湖泊近代环境变化研究

选择长江中下游的典型湖泊洪湖、巢湖、石臼湖和太湖,采集了沉积柱样,测定了总有机碳、总氮、总磷,并采用210Pb和137Cs定年以研究湖泊近代环境演变。根据洪湖137Cs蓄积峰得到过去50 a里洪湖沉积速率经历了一个由慢到快再变慢的过程,1963~1986年之间沉积速率最大,达0.174 cm/a,这可能是因为当时湖区大规模开垦有关。巢湖钻孔核素的研究发现20世纪70年代以来随着深度的减少,巢湖钻孔中沉积通量在增加,可能与流域内水土流失逐步加重有关。对营养盐的分析表明,洪湖50年代以来沉积物中营养元素急剧增加,巢湖70年代以来营养元素开始增加,在太湖中体现为80年代,石臼湖中则为近百年来营养元素开始快速增加。从营养盐增加的幅度来看,草型湖的洪湖、石臼湖要大于藻型的巢湖以及太湖藻型区域。本文尝试利用总有机碳、总磷获取了湖泊环境变化的速率。研究表明总有机碳和总磷的变化速率存在波动性,这可能与湖泊的自我调节有关。而总有机碳的变化速率在最近时间阶段内基本呈正值,对于洪湖来说在80年代初,石臼湖在1970年左右,太湖在80年代初,巢湖在60年代。总有机碳、总磷变化速率的振荡幅度与周期也许对理解当今湖泊处于何种位置,由此采取何种湖泊管理手段提供重要认识。     

新疆阿勒泰地区近50 a夏季极端降水事件变化特征

利用新疆阿勒泰地区近50 a(1961-2010年)7站夏季(6-8月)逐日降水资料、NCEP/NCAR资料及大气环流指数,采用百分位定义法确定各站夏季极端降水事件阈值,运用线性趋势、突变分析、滑动t检验、Morlet小波分析及相关分析等方法来分析该地区夏季极端降水事件的气候变化.研究表明:阿勒泰地区各站夏季极端降水事件阈值为9.0~13.1 mm·d^-1,阈值存在明显的空间分布差异,且地形及海拔高度对该地区夏季极端降水事件阈值均有影响,海拔高度与阈值两者基本呈指数关系.近50 a来阿勒泰地区夏季极端降水频数及强度的年代际变化具有较好的同步性,均表现为20世纪80年代中期之前频数(强度)偏少(弱),80年代中期以后频数(强度)增多(增强),并于20世纪90年代中期达到最多(最强),但进入2000年后频数(强度)开始减少(减弱).近50 a来阿勒泰地区夏季极端降水事件年际变化的持续性较好,大部分站均没有出现显著性突变,只有阿勒泰、富蕴站在20世纪80年代末期及90年代初出现了明显的突变.北非大西洋北美副高脊线、北非副高脊线、西藏高原A指数是影响该地区夏季极端降水事件的主要因子.     

潮滩表层沉积物磁性特征的季节性变化及其对沉积动力作用的响应:以杭州湾北岸为例

根据2004年9月—2005年8月杭州湾北岸中潮滩固定观测点重复采集的表层沉积物的磁学参数和粒度分析,探讨了研究区域潮滩沉积物磁学性质的季节性变化及其对沉积动力的响应。 结果表明, 该观测点潮滩沉积物磁学参数存在显著的月际变化,2004年12月底—2005年5月上旬的半年中,SIRM、χARM、χfd%、χARM/χ、χARM/SIRM等参数出现高值,指示了沉积物中含有较多的细晶粒亚铁磁性矿物,对应于潮滩淤积时段和较细的沉积物粒级组成,其余各月上述磁参数值较低,对应于潮滩沉积物较粗的侵蚀期。上述结果表明,沉积物的磁性特征可以很好地反映潮滩冲淤过程中沉积动力的变化。     

贵州七星洞石笋记录的一次强降水事件的探讨

全球变暖、极端事件频发背景下,研究极端事件发生规律,并准确预测未来极端事件的发生,已经成为目前极端事件研究的现实而紧迫的任务。利用地质载体重建过去极端事件的发生规律是极端事件研究的重要手段。本研究以贵州七星洞两个具有相似沉积特征的文石-方解石石笋对过去发生的一次强降水事件进行了探讨。主要认识有:(1)七星洞QX1和QX6石笋分别记录的黄褐色纹(微)层具有相似的沉积特征,为强降水携带粘土沉积形成;(2)两个石笋黄褐色纹(微)层发生的时间经推算在误差范围内一致,发生在公元(1868±1)年;(3)此次强降水事件发生的气候背景为:长时间的干旱导致洞顶植被覆盖和土壤湿度减小,而1869年的雨季多雨,在强降水携带下粘土沉积于石笋表面形成纹(微)层。此次事件的研究为东亚季风区极端降水事件研究提供了新的思路。     

神农架天鹅洞石笋76～58 kaB.P.时段DO事件

据神农架高海拔天鹅洞一支石笋9个230Th年龄和332组氧、碳同位素数据,建立了76～58 kaB.P. Dansgaard Oeschger (DO)事件时间序列,揭示了深海氧同位素4阶段(MIS4)东亚季风降水百年尺度变化过程。天鹅洞和葫芦洞石笋、格陵兰NGRIP冰芯δ18O对比显示,天鹅洞记录DO18事件暖湿程度相当于深海氧同位素3阶段(MIS3)水平,其振幅类似于格陵兰冰芯δ18O记录。起始时间上,天鹅洞记录DO18事件在710年230Th测年误差范围内和葫芦洞记录保持一致,并支持了NGRIP冰芯记录对应时标。在全球降温背景下,如此典型DO事件指示了强季风降水过程。70 kaB.P.左右,冰芯DO19事件至少老于石笋记录约950年,远大于700年左右的230Th测年误差,对老于该时段的冰芯时标需高分辨率地质记录进一步验证。69.09～64.64 kaB.P.（ DO19ˊ~18）期间,冰芯记录的百年尺度峰谷变化和天鹅洞石笋记录一一对应,反映了低纬热带海洋和北大西洋温盐环流之间耦合作用。     

珠江流域极端降水阈值不确定性分析

全球气候持续变化下。极端水文事件频发且时空分布规律显著变异,极端水文事件阈值及其时空分布不确定性成为当前水文水资源研究领域的热点问题之一。以珠江流域62个雨量站1959～2009年逐日降水序列为样本,运用固定临界值法、百分位值法和极值分布拟合法等方法,探讨了珠江流域极端降水阈值的时空分布规律和不确定性特征。研究表明,在流域尺度上,利用上述方法分析极端降水阈值时,均存在较多不确定性。(1)固定临界值法无法反映流域降水空间分布不均对极端降水阈值的影响;(2)百分位值法受样本容量、百分位值选取标准等影响较大,流域不同地区同一百分位或同一地区不同百分位下极端降水阈值波动幅度较大,易导致降水高值区阈值偏低,降水低值区阂值偏高;(3)极值分布拟合法受极值分布拟合函数类型、样本容量大小等影响较大,拟合精度不高。     

近百年来东平湖沉积通量变化与环境

根据210Pb、137Cs法建立的东平湖现代沉积年代序列,结合沉积物粒度与烧失量变化特征以及黄河变迁与流域人类活动的特点,分析探讨了1889年以来东平湖沉积通量的变化。研究表明,百年来东平湖沉积环境不稳定,沉积通量变化较大:1889~1938年,沉积通量较高且基本稳定,1938~1965年,沉积通量逐年下降,1965~2000年,沉积通量整体较低且基本稳定,2000年以来,沉积通量呈逐年上升趋势。早期的高沉积通量与东平湖作为黄河自然滞蓄洪区有关,后期由于人类活动（湖区治理、黄河水利工程建设等）控制了黄河水的自然倒灌,导致了沉积通量的下降并趋于稳定,近期沉积通量的上升是湖区经济活动增强的反映。     

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 ¹⁴C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。     

Lacustrine Record of 1954 Flood Event on Begnas and Rupa Lake,Central Nepal

In recent decades, there have been discussions and predictions regarding the impact of climate on floods, due to its socioeconomic and environmental consequences. For accurate prediction of future flood events and their impacts, it is crucial to have an improved understanding on past flood events. Lacustrine sediments have been used as a natural archive to study the past flood events. Here, we study the impact of 1954 flood event on the lacustrine environment of Bengas and Rupa Lake in central Nepal based on X-ray fluorescence spectrometry (XRF) element analysis, magnetic susceptibility (MS), total organic carbon (TOC) and the biomarker molecular compositions. Results showed that 1954 flood event had significant impacts on the two lakes in terms of detrital input, organic matter deposition and aquatic production. Before the flood event, both two studied lakes had relatively lower catchment erosion rate, lower organic matter deposition and aquatic production. During the flood event, catchment erosion and aquatic production increased in both lakes due to mass transport deposits and the increased nutrition loading attributed to flood event. Following the flood event, Begnas Lake showed the sharp increase in organic matter deposition, whereas in the Rupa Lake organic matter deposition showed minor changes. The difference in organic matter deposition in lakes during flooding event is likely due to detrital material brought and deposited by the flood activity. Overall our results suggest that lacustrine sediments are sensitive to the extreme event and would be an ideal archive for the reconstruction of flood events.     

酒泉盆地青西凹陷下沟组湖相热水沉积岩锶同位素地球化学特征

以地质背景、物质组分和岩石组构分析为基础,对酒泉盆地青西凹陷下沟组湖相热水沉积钠长石—铁白云石岩进行了Sr同位素地球化学研究。结果表明,热水沉积岩87Sr／86Sr比值变化范围为0.712 25～0.717 81,平均值0.715 61,远高于同期海水和下沟组玄武岩,略高于代表早白垩世湖水锶同位素组成的藻灰岩,但低于基底壳源硅铝质岩,反映热流体不可能为单纯的湖水或幔源岩浆水;其中直接化学结晶沉淀的纹层状泥微晶热水沉积岩锶同位素比值变化范围较小,可代表均一化的热卤水池流体锶同位素组成特征;指示不同喷流口位置的“水爆角砾岩”锶同位素组成变化较大,但同一位置的热水角砾与胶结物锶同位素组成基本一致,说明两者应属于具相同成因意义的同期热水喷流沉积产物;综合青西凹陷下沟组湖相热水沉积岩锶同位素地球化学特征,初步推测早白垩世湖底热流体可能为富集硅铝质基底岩石高放射成因Sr的深循环下渗湖水与少量上升幔源岩浆水构成的混合热流体,可为青西凹陷早白垩世湖底热流体性质的确定以及热流体循环动力学模型和热水沉积模式的建立奠定基础。     

太湖流域洪水的周期信息图及其可公度性法预测

据1991年江淮地区异常洪水预测的启示,从太湖流域的历史旱涝记载文献,环湖洪水调查成果和实测水位雨量记录等资料,进行太湖流域洪水周期规律的探讨.通过多种周期提取方法,建立起洪水周期信息图,发现太湖洪水存在着8～11年、20～24年、37～42年和58～62年的周期现象,然后采用可公度性法预测,以供防洪减灾参考.     

厄尔尼诺事件对太湖流域降水的影响

为了揭示1951~2016年厄尔尼诺事件影响下太湖流域夏季(6~8月)降水特征,分析了厄尔尼诺事件开始年与结束年的降水状况。结果表明:太湖流域降雨与厄尔尼诺事件存在一定的关系:(1)弱强度厄尔尼诺事件起始年的6月与6~8月、结束年的6月与7月降水均以正常、大旱与极旱为主;中等强度厄尔尼诺事件起始年的6月与6~8月以正常与大涝为主,结束年同时段以正常、偏旱与大旱为主;(超)强厄尔尼诺事件起始年6月以正常或大旱为主,8月以正常或大涝为主,结束年刚好相反。(2)(超)强厄尔尼诺起始年的夏季,西太平洋副热带高压面积偏小,位置偏东,而结束年的夏季,西伸脊点加强西伸,利于太湖流域降雨偏多。(3)(超)强厄尔尼诺起始年的全年编号台风以偏少为主,登陆台风正常略偏少,但事件的起始年夏季6~8月编号台风却以偏多为主,结束年秋季9~11月登陆台风以偏多为主;结束年6月降雨偏多,登陆台风向秋季集中,易造成流域持续洪涝,对防洪产生不利影响。     

河漫滩沉积体系对洪水事件的指示——以修河为例

河漫滩是洪水漫溢过自然堤而在河流两岸水流流速降低的地貌环境下所塑造的河流地貌单元,是洪水过程所形成的独特沉积体系,蕴含着大量的河流水文信息,但由于河流侧向摆动、河漫滩沉积速度较快等原因,造成河漫滩沉积环境变化较快,河漫滩沉积体系长期以来没有得到足够的重视。以鄱阳湖修河下游永修三角乡修河右岸的近现代河漫滩沉积序列为例,基于¹³⁷Cs比活度测试和事件性沉积建立时间标尺,依据粒度组份等指标,结合气象和水文观测数据,探究了器测以来河漫滩沉积体系对洪水事件的记录及记录特点。研究结果表明:较大洪水期间水动力不稳定、粒度较粗、分选差(或者好)、粒度跨度宽;该剖面揭示了1953年来16次较大洪水年份的14次,检出率高;平均粒径(μm)和SS(分选系数×粒径跨度)等指标对洪水事件的检出最好。这样揭示出来的洪水,可称为异常洪水,有别于基于滞水沉积所反演的极端洪水事件。研究在一定程度上能拓宽古洪水的研究内容与研究内涵。     

太湖YLL1孔沉积特征揭示的全新世太湖演化史

本文通过对太湖西山岛衙甪里孔(YLL1)沉积物的粒度、总有机碳含量(TOC)、质量磁化率、元素含量及沉积年代等进行测试分析,探讨了全新世以来太湖湖盆的演化历史。根据沉积特征,可将4m深的YLL1孔分为上、中、下三段明显不同的沉积层。中段(153~231cm)沉积物平均粒径为7.65φ,粘土级颗粒含量高达48.78%,对比上段(0~153cm,6.29φ,21.77%)和下段(231~400cm,6.91φ,30.88%)为全孔最细;并且中段粒径随深度变化很小,平均粒径标准偏差为0.13,明显低于上段的0.70和下段的0.38;中段TOC和质量磁化率平均值分别为0.78%和19.41×10^-8m^3/kg,为全孔最高;XRF扫描数据显示元素含量在三段中变化显著:中段Al、K、Fe等元素含量相对上段和下段为最高,而Si含量最低。YYL1孔沉积特征参数显示,近80cm厚的中段泥质层与上下段截然不同,是一段标志性沉积层。该标志层广泛存在于太湖及其周边地区的地层中,并且该层位含有大量的富铁质小球粒结核和菱铁矿结核,AMS14C显示该层位年龄约为7kaB.P.。研究表明,太湖YLL1孔沉积记录了湖盆环境的3个不同阶段:下段对应末次冰期后期11kaB.P.左右的风成硬黄土层沉积,此时太湖尚未完全形成;中段泥质沉积标志层代表太湖第一次大水面形成,时代在7kaB.P.左右;上段对应5kaB.P.左右以来的湖相沉积。     

太湖流域应对特大洪水防洪工程效益模拟

防洪效益评估对防洪工程投资决策与减灾对策制定具有重要意义。建立集成了与太湖流域防洪效益评估相关的系列模型和方法,包括含降雨产流与平原净雨计算的水文分析方法、由河网水动力学模型和平原区域洪水分析模型组成的大尺度水力学模型、综合流域社会经济和淹没因素的洪灾损失评估模型。模拟了太湖流域遇特大洪水的灾害损失,开展了不同防洪工程应对流域性特大洪水减灾效益的预测分析。结果表明：1999年型200年一遇降雨将会给太湖流域造成高达568.29亿元的直接经济损失,外排动力增强30%至100%的防洪效益介于26.69亿元到45.70亿元之间,新建圩区、太浦河拓宽的防洪效益依次减小,而圩区泵排能力增加30%的防洪效益仅为0.65亿元。基于研究成果提出了增设外排泵站、加强圩区科学调度、通过保险分担风险等应对特大洪水的对策措施建议,为太湖流域特大洪水的防治提供支撑和参考。