基于HEC-RAS及GIS的川西叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水重建

青藏高原东南缘岷江上游地区地质环境条件十分复杂,滑坡堵江灾害及堰塞湖溃决事件频发,重建其灾害演化过程对于地区性防灾减灾和风险控制具有重要指导意义。以川西岷江上游叠溪古滑坡堰塞湖为研究对象,首先利用高精度DEM和ArcGIS软件重建了叠溪古堰塞湖的原始规模,其原始最大湖水面积为1.1×10⁷ m²,相应的湖容量为2.9×10⁹ m³;然后采用经验公式法和HEC-RAS一维水力学模型重建叠溪古堰塞湖溃决洪水的水力学特征。计算结果表明,HEC-RAS模拟的最大溃决洪水洪峰流量为73 060 m³/s,与经验公式法计算结果(74 500~76 800 m³/s,平均值76 000 m³/s)非常接近,误差小于5%。对应的最大洪水深度和流速分别为70.1 m和16.78 m/s,模拟河段的洪水淹没范围约为6.08 km²。综合误差分析推测的溃决洪峰流量误差范围为69 000~81 000 m³/s。叠溪古滑坡堰塞湖溃决洪水在世界范围内是十分罕见的,其最直接的影响是在下游数公里范围的河谷内形成大量带状或台阶状的溃坝堆积体和巨砾石堆积“阶地”,且这种影响仍延续至今,这与前人关于高能洪水水文特征和沉积特征的研究认识高度一致,证明本研究成果是非常可靠的。此外,本研究还表明,HEC-RAS一维水力模型可用于高山峡谷地区古滑坡堰塞湖溃决洪水重建研究,可为青藏高原东南缘岷江上游古环境重建和地貌演化提供参考。     

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。     

我国冲积平原区洪水事件重建研究进展及展望

冲积平原作为城市聚集和人类发展的重要区域,长期面临着巨大的洪水灾害风险,基于平原区丰富的沉积记录开展洪水事件重建研究有助于科学认识洪水历史及规律,具有重要的意义和价值.通过系统梳理国内外在冲积平原洪水重建研究中的最新进展,重点回顾了近年来我国长江中下游平原和华北平原相关代表性成果,分析了平原区洪水沉积主要特征和识别标志,归纳了特大洪水事件的典型沉积序列和主要沉积环境.最后,结合国内外研究热点和前沿,展望了未来我国冲积平原在洪水重建研究的巨大潜力,建议以沉积相和地层关系为基础,进一步扩展洪水重建研究的时空范围,探索从定性到定量获取不同规模洪水的水文信息,进而开展流域尺度的综合分析,深入了解洪水的驱动机制和影响因素.      

古滑坡测年方法与定年精度的提高途径

明确滑坡每次活动准确的年代对于揭示一个地区滑坡在时间上的活动规律,进而评价该地区的滑坡灾害风险至关重要。本文对宇宙成因核素(TCN)、光释光(OSL)和¹⁴C等古滑坡测年方法研究的现状和成果进行了总结,简要介绍了不同的古滑坡测年方法,重点阐释了滑坡体、次生沉积物、滑动面、滑坡塘、滑坡后壁、滑床以及滑坡伴生堰塞湖等不同的地貌部位和测年介质以及选择不同古滑坡测年方法的局限性与使用条件,并根据目前古滑坡测年存在的问题和难点,探讨了提高古滑坡定年精度的途径。     

古洪水事件的判别标志

古洪水研究的关键是确定古洪水事件的识别标志.洪水可以造成古文化中断,还会在各种文物上留下洪水痕迹.山区河流古洪水产生的平流沉积在沉积层理、沉积体形状、颜色等沉积构造和粒度、分选性、矿物组合等沉积结构方面具有可识别的标志.在洪泛平原区,对古溃口扇采用沉积学、地球物理学方法研究其沉积结构,对确定古洪水事件具有积极意义;通过古洪水所产生的埋藏古树、泥炭及沉积物中花粉的研究也有助于对古洪水事件的识别.     

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。     

活动古地理重建的实践与思考——以青藏特提斯为例

由于石油工业的推动,特提斯构造域一直作为活动古地理重建的重点研究地区,并取得大量研究成果,直接推动了全球古地理研究工作的深入。近年来对位于该构造域东部的青藏高原地区进行了活动古地理重建的研究工作实践,其主要思路是:在古地理重建数据库和古地理重建模拟系统开发的基础上,依据古地磁学运动轨迹研究古大陆位置,结合古构造和古生物对青藏高原喜马拉雅（印度北缘）、拉萨、东和西羌塘地体的古大陆位置进行复位;利用深部地球物理、地表地质断裂证据,借助生物古地理资料,对古大陆和盆地的边界、规模予以限制;利用变形缩短率、构造平衡剖面恢复技术等对原型盆地进行复原;在沉积和生物环境识别划分基础上,编绘基于古大陆重建的岩相和生物古地理图;进一步通过沉积学、沉积地球化学、古生物有关方法和技术,对古海洋海水参数特征、海洋气候参数进行分析研究,探讨古地理和古构造格局控制下的古海洋、古气候条件与盆地、储集岩和烃源岩的形成环境。通过活动古地理重建的研究趋势分析和青藏特提斯的实践认为,古地理重建是现代地质科学的集成,是一项复杂的系统工程。它的研究不仅具有从过去走向未来,从固定走向活动,从古大陆再造到古地理重建,从示意性的小比例尺到大比例尺,以及模拟技术、信息技术、全球定位技术（GPS）等特点;而且具有从单一沉积学要素到古环境、古气候、古海洋等多种要素,可以表现地质历史中各种地质作用及其结果（如古构造和地貌、岩浆和变质作用与各种岩体的剥露）的优势。我们相信,活动古地理重建研究将会成为未来我国沉积地质学重点研究领域之一。     

长江中游洪水沉积特征与标志初步研究

洪水记录是研究洪水规律的重要依据。通过对1998、1999、2002年长江中游洪水沉积物的系统观察、对比和研究,结果表明,长江中游洪泛沉积在沉积体形状、沉积结构和沉积物成分等方面,具有与正常河道沉积明显不同的特点,可为古洪水事件确定提供可能和依据。根据沉积环境的不同,长江中游洪泛沉积大致可分为3种类型:溃口洪水事件的沉积、滨岸带的洪水沉积和洪水漫滩沉积。进而对各种类型的沉积学特征进行了分析、归纳和总结,初步建立了其识别标志。     

金沙江上游特米古滑坡堰塞湖形成与溃决时间讨论

开展古滑坡堰塞湖形成演化过程研究,可以揭示古灾害地质环境效应,重建区域构造历史活动序列和古气候演变特征.特米古滑坡发育于金沙江上游巴塘段,滑坡堆积地貌和堰塞湖相沉积物保存较好,是研究区内古地质环境的良好载体.在遥感解译、无人机测绘、现场调查和地质测年的基础上,结合前人研究成果,分析探讨了特米古滑坡发育特征、堰塞湖形成时...     

金沙江上游特米古滑坡堰塞湖形成与溃决时间讨论

开展古滑坡堰塞湖形成演化过程研究,可以揭示古灾害地质环境效应,重建区域构造历史活动序列和古气候演变特征。特米古滑坡发育于金沙江上游巴塘段,滑坡堆积地貌和堰塞湖相沉积物保存较好,是研究区内古地质环境的良好载体。在遥感解译、无人机测绘、现场调查和地质测年的基础上,结合前人研究成果,分析探讨了特米古滑坡发育特征、堰塞湖形成时间与溃决演化过程。结果表明,特米古滑坡是特大型岩质历史堵江滑坡,滑坡堰塞湖实际形成时间应该远早于2.15 ka BP,历史上曾发生过多次溃决,完全溃决时间大约为1.08 ka BP,堰塞湖稳定保存时间大于1.07 ka。金沙江巴塘段大型堵江滑坡群并非由单次地质事件形成,而是由金沙江断裂带多次强烈地震诱发。     

黄河源区玛曲段末次冰消期古洪水事件及其光释光测年研究

通过对黄河源区玛曲段河谷开展野外考察,在太吾若(TWR)发现典型的古洪水滞流沉积剖面。根据野外沉积学宏观特征判别,并结合粒度分布、磁化率、地球化学元素和石英颗粒微形态特征等室内实验分析测定结果,准确鉴别出TWR剖面所夹一组多层洪水滞流沉积物(SWD),属典型的河流洪水在高水位滞流环境下沉积的悬移质泥沙。结果表明,TWR剖面古洪水SWD和现代洪水SWD沉积学分类为沙质粉沙,现代土壤为黏土质粉沙,现代风成沙为中沙。古洪水SWD粒度自然分布频率曲线为正偏,呈单峰,主峰高且峰值集中,分选性良好。古洪水SWD和现代洪水SWD磁化率较低,介于现代土壤和现代风成沙之间,化学元素明显区别于现代土壤和现代风成沙,表明它们尚未受到风化成壤作用影响,为古洪水悬移质快速沉积形成的滞流沉积物。石英颗粒微形态特征的分析表明,古洪水SWD和现代洪水SWD石英颗粒表面分布明显的三角痕、V形坑、撞击坑和凹面等水成沉积物的典型特征,属于河流沙类型。采用单片再生剂量法(SAR)光释光技术测年,证明在13.6~13.0 ka BP,黄河源地区经历了一期多次的大洪水事件,发生时段对应末次冰消期向全新世转折的时期,与欧洲和格陵兰冰芯记录末次冰消期中的Bolling/Aellrod暖期相对应,此时青藏高原地区冰川大规模消融,这期古洪水事件正是流域内冰融水大量下泄汇入黄河而形成的大洪水。     

岷江上游叠溪古滑坡坝—堰塞湖研究进展

四川岷江上游叠溪发育有一套厚度超过200 m、保存较为完整的湖相沉积,被定名为叠溪古堰塞湖相沉积,其形成于距今30 ka前,存活了约15 ka,因此记录了青藏高原东缘晚更新世—全新世(包括末次冰期)的重大地质与环境事件。现有研究初步揭示了古堰塞的沉积特征,但对叠溪古滑坡及古堰塞湖形成与演化的系统研究还十分不足。本文通过详细的野外调查,结合现代遥感测绘技术(无人机载LiDAR),构建叠溪古滑坡的三维地质模型,研究了其地质与地貌特征。同时,采用高密度电阻率法ERT,在滑坡体上布设2条长870 m和990 m的测线,探明了滑坡体内部结构特征。通过古堰塞湖相沉积露头和钻孔的调查,结合激光粒度测试,重建了古堰塞湖的范围、规模与沉积特征。在此基础上,通过对古湖相沉积坡面上多级阶地的分析,初步探讨了古堰塞湖的消亡及其对下游史前古聚落变迁的影响。研究结果表明,叠溪古滑坡不仅完全堵塞岷江而且还堵塞了对岸支沟,堆积体方量达到(1 400~2 000)×10⁶ m³。古堰塞湖在滑坡坝后向上游延伸26 km,所形成的最大湖面覆盖面积约21.4 km²,库容蓄水量约1 670×10⁶ m³。叠溪古滑坡-堰塞湖在岷江上游形成了陡峭的河道裂点(Knickpoint),对山区河道与地貌演化具有长期影响。     

汉江上游尚家河段全新世古洪水事件光释光测年研究

汉江上游是南水北调中线工程重要的水源区。通过对汉江上游河谷的详细调查,在郧县尚家河段全新世黄土-古土壤剖面上部发现一层典型古洪水滞流沉积物,对其进行了年代学和沉积学的研究。对于系统采集的样品,进行粒度分析测定,证明其为典型的古洪水滞流沉积物（SWD）,记录了古洪水事件发生的气候水文信息。采用古洪水水文学方法恢复推算出这次特大古洪水事件的洪峰流量为63 720 m3/s,其规模大于实测最大洪水。应用光释光测年（OSL）技术中的单片再生剂量法（SAR）,测得样品的年龄在940±140~3 190±100 a之间,确定古洪水SWD是汉江上游发生在1 000~900 a B.P.期间的特大洪水事件的沉积物。这期古洪水事件的发生年代对应于我国北宋/辽时期的气候恶化阶段,由于东亚夏季风环流异常变化,降水变率大,气候处于不稳定期,出现旱涝灾害频繁发生的现象。研究结果对于深入揭示河流水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的证据。     

中太平洋富钴结壳的Os同位素组成及其物质来源意义

深海化学沉积物富钴结壳富含多种有用元素,是重要的海底矿产资源,其沉积速率缓慢(1～10 mm/Ma),几个毫米的厚度就经历了百万年的海洋历史,储存了丰富的古海洋信息,如富钴结壳生长的物质来源、古海洋物理化学条件、古气候变迁、重大的古海洋事件等.因此,富钴结壳是一种重要的古海洋记录(Hein,2000).由于海洋环境中Os同位素能够提供一些其它同位素如Pb、Nd、sr所无法给出的重要信息,在示踪物源、古海洋环境及古大陆风化等方面,具有明显的优势.因此,作者通过测定中太平洋一富钴结壳样品各壳层的锇同位素组成,来了解富钴结壳不同生长时期的Os同位素组成特征,揭示其所蕴含的物质来源信息和古大陆风化情况.     

易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝链生灾害全过程模拟与动态特征分析

为研究易贡滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害的动力学特征,基于遥感影像数据建立三维数值模型,运用DAN3D和FLOW3D对易贡滑坡-碎屑流-堰塞坝溃坝全过程进行模拟研究。运用DAN3D模拟滑坡-碎屑流过程,得到滑坡碎屑堆积分布特征及速度变化规律,滑坡持续时间300 s,平均速度35 m/s。基于DAN3D获得的滑坡碎屑堆积分布建立等比例堰塞坝模型,运用FLOW3D模拟溃坝后洪水演进过程,得到洪水演进过程水流特征变化规律,通麦大桥处洪峰流量130 000 m3/s与实测值接近。对易贡滑坡灾害链全过程的模拟和动态特征分析可为高山峡谷区类似的滑坡-堰塞坝溃坝链生灾害风险评价提供参考。     

古滑坡复活问题研究进展与展望

古滑坡是斜坡长期复杂演化过程的产物,物质组成复杂、岩土力学性质特殊,具有极强的隐蔽性和扰动敏感性。随着人类工程活动不断加剧和极端天气频繁出现,国内外发生了大量古滑坡复活导致的交通、水电工程等重要设施毁坏和人员伤亡等灾难性事件,灾害风险日益严峻。通过梳理国内外古滑坡研究现状,总结了古滑坡区域发育规律及古滑坡判识研究、古滑坡体和古滑带的物理力学性质研究、古滑坡的复活机理研究、古滑坡复活过程及其模拟分析、古滑坡复活的早期识别研究等方面的主要进展。结合当前防灾减灾需求,提出古滑坡复活问题研究的3个关键科学问题是:(1)古滑坡自动化判识方法和准则;(2)基于新强度理论的古滑坡复活起滑机理;(3)古滑坡复活的早期识别模型和评价方法。破解这些关键科学问题,将为重大工程规划和防灾减灾提供新的理论和技术支撑。     

藏东南波堆藏布江谷地古冰碛堰塞湖初步研究

藏东南作为青藏高原内外动力作用最强烈的地区之一,是河流堰塞-溃决洪水链式灾害频发地区。研究该区域古堰塞湖的形成与演化,对认识、评估灾害风险具有重要意义。研究结果表明,波堆藏布江谷地保存有一套湖相沉积地层,通过地貌填图和光释光测年等手段,并结合前人研究成果,推测海因里希事件1（H1）以来波堆藏布江谷地可能发生了一期古堰塞湖事件。该古堰塞湖可能是由波堆藏布江侧蚀白玉沟沟口冰碛垄,致使冰碛物滑塌并阻江形成的,古湖的最大湖面面积约为18.8 km²,库容蓄水量约为0.13 km³。该古堰塞湖的形成时间可能介于H1~10 ka之间,其溃决时间可能在~6 ka之后,后期河流溯源侵蚀及下切作用形成了多级以湖相地层为基座的阶地。     

自然灾害综合防御技术研究重点确定

“十一五”期间,我国将以地震、暴雨、洪水、崩塌、滑坡、泥石流、风暴潮等重大突发性自然灾害为重点,积极开展自然灾害综合防御技术研究。我国将开发未来极端气候事件和重大气象灾害预测技术,研究未来5年至10年内我国极端天气事件和重大气象灾害的变化规律和形成机理,建立相应的监测预测、预警、影响评价和灾害风险管理系统。     

高能洪水沉积研究综述

第四纪巨型堰塞湖溃决产生的高能洪水是地球及其他星球上已知规模最大的陆地淡水事件。越来越多的研究证明高能洪水事件具有普遍性,广泛发育于欧亚大陆、北美洲和南美洲等地区。研究者发现不同地区高能洪水事件的沉积特征具有一定的共性,但其典型沉积序列却依然缺失。本文首先回顾了全球已报道高能洪水案例并介绍了高能洪水的定义,总结了高能洪水沉积的特征与地层层序,归纳了其典型沉积序列及其标志性特性。同时,沉积证据是高能洪水的唯一记录,本文通过沉积层序的解读以期重建单次或多次高能洪水的流量过程、水动力条件和物质输送方式。典型高能洪水沉积物多呈块状构造,席状展布,缺乏黏土和粉砂粒级,发育层合并现象、“漂浮”碎屑、内碎屑、脱水构造和同生变形构造。高能洪水典型沉积序列由下往上包括底部粗粒平行、大型斜坡沉积、水平纹层、波纹和沙垄交错层理、粉砂层和顶部泥石流沉积。该沉积序列由高浓度悬浮质的快速沉积主导,可对应于单次的水流增强与减弱;从洪水过程曲线的时间尺度理解,其代表了洪水的涨水和消落过程,其间伴随着水流的周期性强烈脉动。最后,简单介绍了我国已发现的高能洪水事件,展望了我国的高能洪水研究。     

青藏高原东北缘黄河上游滑坡与堰塞湖研究进展

随着黄河流域生态保护与高质量发展上升为国家战略,滑坡灾害防治成为迫切需要攻克的基础性问题。另外,黄河上游地区因地形高差大、古地震及强降雨事件频繁,诱发的滑坡及滑坡堰塞湖数量多、分布广、危害重,是近年来滑坡发育和演化机制以及滑坡堰塞湖溃决效应研究的热点。本文在综合整理该地区已有研究工作的基础上,结合笔者研究团队近20年来所获得的滑坡调查评价、测试分析和防灾减灾研究成果,系统归纳了黄河上游地区滑坡调查与风险评价、滑坡时空展布规律及主控因素研究、典型滑坡堰塞湖的续存时长及溃决危害、古滑坡堆积体开发利用及防灾减灾等方面的研究进展和成果,提出了未来在该地区研究古滑坡、堰塞湖沉积与河流阶地以及堰塞湖溃决效应等应关注的4个科学问题。研究结果对于揭示黄河上游地质历史时期滑坡发育和堰塞湖形成的主控因素,探讨滑坡发育的动力机制对地震和降雨的响应过程,拓展第四纪地质学在古滑坡形成演变方面的应用研究等具有重要参考价值。