汉江上游北宋时期洪水事件的沉积记录和文献记录对比

根据汉江上游洪水事件的地质沉积记录和历史文献记载,统计分析了北宋时期汉江上游地区的洪水发生频率及其影响,并对该历史时期气候变化进行分析。通过对汉江上游安康东段立石村(LSC)剖面、郧县西段五峰段李家咀(LJZ)剖面、郧县西段尚家河(SJH)剖面的洪水沉积剖面分析,判定在950—1050 A.D.的北宋时期汉江上游地区确有特大古洪水事件的地质沉积记录。根据历史文献资料的搜集和整理,说明北宋时期确实为洪水灾害频发时期。对洪水灾害的气候背景分析表明:在950—1050 A.D.间气候发生恶化转折,气候状态不稳定,降水变率增大,导致了汉江上游的特大洪水事件的发生。     

西安北郊渭河河漫滩沉积与洪水事件

根据西安北郊相家巷河漫滩沉积剖面中180个样品的颗粒分析和历史文献资料记载,研究了西安北郊相家巷漫滩沉积代表的洪水事件。研究表明:西安北郊相家巷剖面洪水沉积分层明显,对洪水的发生和短期降水量变化反映清楚。相家巷剖面洪水沉积厚度约为5.40m,可划分为28个层,指示发生了28次大小不同的洪水事件。剖面中的洪水沉积以中、粗砂和细砂为主,指示当时的洪水规模比近120年来关中渭河洪水明显大。这28次洪水事件发生时高漫滩上的洪水深度均大于2.2m,剖面中的第12、14、19~28层代表特大洪水事件。西安北郊相家巷洪水沉积代表的大规模洪水主要是由当年降水量的明显增加引起的。     

汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件考证研究

总结近年来在汉江上游古洪水研究成果的基础之上,采用文献资料分析和洪水模拟计算方法,对汉江上游6个沉积剖面纪录的东汉时期古洪水事件进行了年代考证和洪水模拟计算。结果表明,通过分析文献记载的汉江上游东汉时期洪水影响范围、强度和程度,以及结合洪痕沉积规律,在时间上考证认为这6个沉积剖面记录的东汉时期古洪水事件可能是东汉建安二年（197年）九月的一次特大洪水事件。选取合适的河槽横断面和糙率系数,采用HEC-RAS模型对距离较近的4个沉积面记录的东汉时期古洪水事件进行洪水模拟计算,模拟洪水位与各剖面依据古洪水SWD恢复的洪水位误差在-0.18%~0.25%,而且模拟的1983年洪水位与剖面及其附近发现的1983年洪痕水位误差小于0.25%,说明洪水模拟计算选取的河槽横断面和水文参数准确、可靠,从洪水模拟计算的角度也说明了汉江上游沉积记录的东汉时期古洪水事件可能为一次特大洪水事件。该研究结果不仅延长了汉江上游洪水序列,而且也为汉江上游水利工程建设、水资源管理和防洪减灾等提供重要的水文资料。     

秦岭南北河流不同尺度特大洪水对比研究

以秦岭南北的汉江上游、渭河为例,对比分析了万年以来洪水发生的时间、流量的差异,并探讨了气候变化与洪水发生的联系。结果表明:在长时间尺度上,秦岭南北的汉江上游、渭河均有古洪水事件的沉积记录,汉江上游的洪水流量远大于渭河流域的洪水流量,洪水发生时间主要集中在4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP这两个时间段内;对季风气候变化分析表明,4 200~4 000 a BP和3 200~3 000 a BP是季风突变气候恶化的两个转折期,气候突变使得秦岭南北河流在这个时间段均有古洪水事件记录,但因测年分辨率的限制,似乎秦岭南北洪水发生时间具有一致性。在短时间尺度上,对秦岭南北实测洪水分析发现,虽然大多数年份秦岭南北没有洪水同时发生,但在个别年份内秦岭南北还是有洪水同时发生情况;从华西秋雨角度分析表明,秦岭南北的汉江上游、渭河处于华西秋雨核心区,但因多种因素的影响,在多数情况下秦岭南北洪水发生的时间并不都是完全相同。研究成果有助于从水文学角度在长时间尺度上揭示秦岭南北地区主要河流洪水发生规律,深化特大洪水事件与季风气候的关系;同时也加深了对秦岭地理分界作用的认识,对秦岭南北因地制宜的进行防洪减灾和水资源的合理调度开发有重要的实践意义。     

汉江上游郧西郧县段古洪水事件光释光测年及其对气候变化的响应

通过对汉江上游的野外考察,发现汉江上游郧西-郧县段第一级阶地前沿全新世土壤剖面中夹有多层古洪水滞流沉积物,选择该河段的归仙河口（GXH）剖面进行了详细野外观察,结合粒度成分和磁化率指标分析,证明它们是典型的古洪水滞流沉积物。采用石英的单片再生剂量法（SAR）获得了该剖面中9 个样品的光释光年龄值。基于测定的光释光年龄、考古断代和地层对比结果,确定这四期洪水事件分别发生在距今12500-12000 a、7500-7200 a、3100-2800 a,1000-900 a。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,进一步探讨了汉江上游郧西郧县段全新世以来发生的多期古洪水事件发生的气候背景,这一认识有助于深入理解区域洪涝灾害对全球气候变化的响应规律。     

汉江上游郧县段北宋时期古洪水事件研究

古洪水水文学研究是全球变化研究领域的前沿科学。通过对近年来古洪水成果的整理发现,汉江上游郧县段4个沉积剖面——晏家棚（YJP） 、尚家河（SJH） 、归仙河口（GXHK） 和弥陀寺（MTS） 均记录有北宋时期（960~1 127 CE） 的古洪水事件。通过对4个沉积剖面所在河段的研究,根据实测的河槽断面数据、水文参数以及设计推求的古洪水流量过程,采用HEC–RAS模型模拟了北宋古洪水的演进过程及古洪水水面线。此外,采用2010年“7·18”洪水进行了模型的可靠性验证。结果表明：与调查的古洪水水位相比,4个沉积剖面处的模拟水位误差介于- 0.31%~0.34 %之间,说明这4个沉积剖面极有可能记录一次古洪水事件;洪峰在研究河段内演进历时约1.15 h且削减不足1%,这符合研究河段的洪水传播特性。该研究对于认识汉江上游特大洪水的演进规律具有重要的科学意义,为流域的洪水设计、洪水预测及防洪减灾提供一定的基础数据与科学支撑。     

中原地区4 ka BP前后异常洪水事件的沉积证据

国内外考古学和第四纪地质学研究的大量证据表明,4000 a BP前后是史前洪水频发的时期,这次史前洪水事件的性质、规模、起因以及它对人类文化演进的影响一直是国际学术界关心的问题。我国有关4000 a BP前后史前洪水的研究始于20 世纪90 年代,在随后的十几年间,先后在青海喇家遗址、河南新寨遗址、锉李遗址、孟县遗址、山东尹家城遗址等处发现了这次洪水事件的地质和考古遗迹。这些古洪水遗迹的发现,受到国内外学者的高度重视。中原地区是华夏文明的发祥地,尽管这一地区4000 a BP前后洪水事件的遗迹已有发现,但数量偏少,研究程度不够深入,远不能满足人们对古洪水、古气候研究的需求,也不能满足对华夏文明起源研究的需求。为此,在过去工作基础上,结合最新的考古发掘,我们近年来继续在中原地区开展4000 a BP古洪水的研究,相继发现了多处这次洪水事件的地质和考古记录,其中以河南西部的偃师二里头遗址、河南北部的焦作西金城遗址和山西南部的绛县周家庄遗址最具代表性。这三处遗址分别位于不同的地貌部位,研究表明,以上三处出现的史前洪水,都与当时比较湿润的气候环境有关,同时,受地貌条件的影响,它们又具有不同的洪水过程,对人类的影响也存在一定的差异。     

两万年来岷江汶川古堰塞湖事件研究

位于构造活动频繁的高山峡谷地区,常发生滑坡堵江,进而形成堰塞湖。堰塞湖对河流自然演化及人类文明发展均有着重要影响,非稳态堰塞湖形成蓄水后往往进一步溃决引发特大洪水,致使下游河道严重冲刷并导致大规模基础设施破坏,而稳态堰塞湖会抬高上游侵蚀基准面,抑制上游河床下切,改变河流纵剖面形态。对于古堰塞湖事件的研究不仅可以更好地理解现代堰塞湖灾害,也可指示地质历史上的极端气候事件与构造运动事件。经野外考察,在青藏高原东缘,岷江上游汶川芤山发现古堰塞坝残留体,以及对应的上游湖相沉积物和下游溃坝特大洪水沉积物,标志着堰塞湖形成—稳定—溃决过程。研究表明,该堰塞湖形成于1.4万年前,初期发生小部分漫顶溃决,后稳定存在近万年,由于地震作用,距今3.8～6.9 ka间溃决消失。深入研究这类地区古堰塞湖形成与溃决,对该地区河流地貌演化研究、现代堰塞湖风险、特大滑坡灾害链防治和理解古人类文明的发展与消亡,均有着重要的指导意义。     

赣北黄茅潭湖泊沉积记录的240年以来古洪水事件

古洪水研究是近几十年来全球变化研究的一个热点,同时也是难点。本文利用赣北黄茅潭的湖泊沉积,建立了小冰期以来全球变暖背景下的区域洪水记录。采用²¹⁰Pb和¹³⁷Cs方法厘定了地层年代,基于粒度与元素地球化学指标的对比分析,揭示了器测记录(1950年)以来指标记录的特点与区域日降水超过50 mm天数的关系,认为黄茅潭HMT-01孔粒度(包括粗粉砂+砂/粘土比值、平均粒径)和Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值可作为洪水指标记录,共识别出1950-2010年期间记载的13次洪水事件中的11次。基于这些指标记录及指标特点,共识别1769-1950年间由历史文献记录的31次洪水事件中的23次,识别率达74.2%。研究表明：①湖泊沉积中Zr/Rb、Ti/Rb、Zr/Fe比值和粒度参数(平均粒径、粗粉砂+砂/粘土)作为洪水指标,对洪水事件沉积有较好的指示作用,且Zr/Rb比值对洪水事件的检出率较高;②黄茅潭流域洪水发生频率暖期高于冷期;③年代际尺度上,1820s-1840s,1860s-1870s为19世纪冷期黄茅潭洪水高频期,这两个阶段对应东亚夏季风偏强,长江中下游地区降雨较多;20世纪赣北黄茅潭洪水基本随1920s-1940s,1980s-1990s两个变暖阶段而高频出现,与长江中下游大洪水演变特点基本一致。研究结果为利用湖泊沉积记录反演过去的洪水变化,延长洪水序列、认识洪水规律提供了一定的科学依据。     

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。     

黄河流域末次冰消期以来古洪水事件研究进展

近20多年来,黄河流域末次冰消期以来古洪水事件研究取得了丰硕成果。论文系统回顾了黄河流域有关古洪水事件识别、年代序列建立、气候成因揭示、古洪水洪峰水位和洪峰流量恢复以及古洪水事件社会影响探讨等方面的内容;提出了当前在古洪水悬移质泥沙沉积物精确断代、古洪水成因及古洪水水文重建等方面面临的主要问题和未来的发展建议;并在现有研究的基础上从加强有条件河段不同规模古洪水的重现期、不同河段古洪水沉积记录的对比研究及建立古洪水水文学数据库等方面对未来黄河流域古洪水研究进行了展望,以期为全球变化背景下黄河流域洪水的预测、防治及风险评估和黄河流域生态保护与高质量发展提供科学依据。     

长江南京段历史洪水位追溯

沿长江南岸幕府山、燕子矶岸段的石灰岩崖壁上,保留着数道受江水浸淹形成的色深且具有溶蚀孔隙的水平印痕,沿江一线分布。在采石矶岸段的岩壁上也存在着高程大致相当的水位痕迹,反映出是保存在长江南岸岩壁上的区域性洪水位遗迹。经查阅现代水文记录与历史文献,分析对比区域地貌与沉积地层,初步论定：高出长江江面5~6 m,高程分别为8.5 m和9.5 m的第一道和第二道水位遗迹是与现代长江洪水位相当的古洪水位遗迹,目前虽然已脱离长江江面,但现代长江洪水仍可达到此高度,其重现期为10~50年;高程为10.5 m的第三道水位遗迹较南京有文字记载的百年一遇特大洪水位仍高出0.3 m,相当于南京地区100~200年一遇的大洪水水位,由此印证长江南京段防洪堤高度合适;而最高的一道古水位遗迹高程为12.8 m,可能相当于全新世高海面时的洪水位。     

江汉平原钟桥遗址地层揭示的史前洪水事件

通过野外考古调查研究,利用对钟桥遗址疑似古洪水层和研究区现代洪水沉积物的锆石微形态、粒度、磁化率、Rb/Sr等地球化学指标的比较、AMS¹⁴C技术和考古器物断代,发现钟桥遗址在4800~4597 cal. a BP、4479~4367 cal. a BP和4168~3850 cal. a BP分别经历了三次古洪水事件并相应堆积了古洪水沉积层;结合江汉平原及其周边地区众多遗址的古洪水沉积层时代对比证据,揭示了屈家岭文化中晚期（4900~4600 cal. a BP）和石家河文化末期至夏代（4100~3800 cal. a BP）两次大洪水事件在江汉平原地区非常普遍。对史前洪水发生环境背景的进一步分析,反映江汉平原在5000~4500 a BP及4000 a BP前后的时段气候表现得不稳定,古洪水事件与气候环境变化驱动的江汉平原湖群扩张存在一定的联系,并影响区域新石器文化兴衰过程。同时,其它证据也表明该区社会发展过程和环境变化过程特别是古水文过程的矛盾在石家河文化末期已特别突出,发现具有全球意义的4000 a BP前后气候异常引起的大洪水事件是江汉平原地区石家河文化消亡的重要环境因素;而石家河文化末期该区内部或同中原以及其它地区间的冲突,都加速了石家河文化的崩溃。这些研究成果,提供了可靠的大禹时代史前洪水证据来说明其对新石器文化兴衰的社会影响,对于揭示4000 a BP气候事件中区域气候水文变化的响应规律,亦具有重要的科学意义。     

早全新世沙沟河古洪水沉积及其对气候变化的响应

对沙沟河一级阶地河漫滩ZJDZ剖面中360个样品的粒度,矿物的成分含量及pH值等沉积特征进行分析,并对关键层位进行了一共6个¹⁴C年代测定。结果表明:10.9~4.0 ka B.P.期间沙沟河发生多次大规模洪水,10.9~7.0 ka B.P.期间沙沟河发生20次左右大型洪水,洪水重现期为0.40 ka,其中,10.9~9.0 ka B.P.期间洪水的规模逐次增加,9.0~7.0 ka B.P.期间洪水的规模有所减小;7.0~4.2 ka B.P.期间至少有过4~5次大型洪水,洪水的重现期为0.71 ka。洪水事件主要发生在比较湿润的气候背景下,高频率洪水事件的发生与气候频繁的干湿波动有关。     

江汉平原9.0 ka B.P.以来的气候演化: 来自江陵剖面沉积物记录

对2002年9月在荆州市江陵县发现的9 ka B.P.以来的江陵剖面进行¹⁴C测年、粒度、TOC、TN、δ¹³C、孢粉等综合分析,重建江汉平原江陵地区9 ka B.P.以来古气候古环境演化:9.0~6.07 ka B.P.为高温阶段,其间8.1 ka B.P.记录到一次较明显降温事件;6.07~4.60 ka B.P.为冷干期;4.60~3.44 ka B.P.间气候波动频繁,为全新世第二个暖湿期前期阶段;3.44~2.50 ka B.P.为高温期,湖沼泥炭发育,是全新世第二个暖湿期后期阶段,为稳定的暖湿阶段;2.50 ka B.P.以来温度相对较低,为冷期。江陵地区近9 ka B.P.以来气候变化不仅与国内大量研究资料相一致,且在许多较大气候事件上与世界许多研究结果一致,表明江陵气候变化具有全球性。     

湖泊沉积记录的古洪水事件识别及与气候关系

作为洪水灾害研究的延伸学科——古洪水研究,其所取得的大量研究成果基本都是基于河流古洪水水文学的研究。然而随着河流古洪水水文学科的发展,研究材料和方法的缺陷越来越凸显,而作为气候与环境变化信息重要收集器的湖泊沉积物在古洪水水文学上的研究可以弥补上述不足。本文重点综述了湖泊沉积物识别古洪水的方法以及古洪水与环境的耦合机制。主要分为两部分：其一,总结了湖泊洪水识别的4种方法,即湖泊沉积物岩性和粒径、地球化学指标、数学统计分析方法以及洪水与块体运动的甄别;其二,从成因上探讨了古洪水与大陆尺度大气环流变化、区域气候波动的遥相关性。最后,探讨了洪水事件和气候变化的具体物理机制,并对湖泊洪水与同区域河流洪水进行对比研究以及国内湖泊尤其高山地区湖泊洪水领域的研究等方面进行了展望。     

Epiphytic diatoms as flood indicators

The hydroecology of floodplain lakes is strongly regulated by flood events. The threat of climate warming and increasing human activities requires development of scientific methods to quantify changes in the frequency of short-lived flood events, because they remain difficult to identify using conventional paleolimnological and monitoring approaches. We developed an approach to detect floods in sediment records by comparing the abundance and composition of epiphytic diatom communities in flooded and non-flooded ponds of the Peace-Athabasca Delta (PAD), Canada, that grew on submerged macrophytes (Potamogeton zosteriformis, P. perfoliatus) and an artificial substrate (polypropylene sheets) during the open-water season of 2005. Analysis of similarity tests showed that epiphytic diatom community composition differs significantly between flooded and non-flooded ponds. After accounting for the “pond effect,” paired comparisons of the three substrates determined that variation in community composition between the artificial substrate and macrophytes was similar to that between the macrophyte taxa. Similarity percentage analysis identified diatom taxa that discriminate between flooded and non-flooded ponds. The relative abundance of ‘strong flood indicator taxa’ was used to construct an event-scale flood record spanning the past 180 years using analyses of sedimentary diatom assemblages from a closed-drainage pond (PAD 5). Results were verified by close agreement with an independent paleoflood record from a nearby flood-prone oxbow pond (PAD 54) and historical records. Comparison of epiphytic diatoms in flooded and non-flooded lakes in this study provides a promising approach to detect changes in flood frequency, and may have applications for reconstructing other pulse-type disturbances such as hurricanes and pollutant spills.     

长江三峡地区全新世环境演变及其古文化响应

依据长江三峡地区大九湖和玉溪剖面AMS14C测年数据(校正为日历年)建立了约9.3～2ka BP高分辨率多环境代用指标(δ13C、K、腐殖化度、抱粉总浓度、Rb、Sr及Rb/Sr)的变化曲线,并在此基础上与研究区周边反映全新世气候环境变化的不同沉积记录进行综合对比分析.与此同时,本文还通过对研究区古遗址和古洪水层的统计分析,获取了本区新石器以来古文化兴衰变迁和古洪水发生的完整信息.研究结果表明:(1)本区全新世大暖期约出现在7.6～4 ka BP.9.3～7.6 ka BP,本区气候极不稳定,波动幅度大,总体上冷湿,多次出现显著的降温或干旱事件(9.1、8.2和7.7 ka BP前后);4～2 ka BP,本区气候较此前偏干凉,且波动频繁.(2)7.6～ka BP的大暖期分为三个演变阶段:即6～5 ka BP为大暖期的鼎盛期,气候稳定,温暖湿润,植被及生态条件优越,洪水发生频率低;7.6～6 ka BP和5～4 ka BP为大暖期中具有不稳定特征的过渡期,其中5～4 ka BP及4 ka BP前后的降温事件仍较显著,且多发洪水.(3)本区史前古文化的主要形成发展期与大暖期持续阶段相对应,其中耕作业相对发达的大溪文化繁荣期出现在大暖期中的鼎盛阶段(约6～5 ka BP),大溪文化前后处于低潮及表现为衰退现象的古文化则对应气候环境的不稳定期,总体上,研究区古文化响应气候环境变化的主要方式是通过改变其生业结构的途径来实现的.