汉江上游I级河流阶的形成及对东亚季风 变化的响应

对郧县—白河段汉江Ⅰ级河流阶地上风成黄土的沉积学、理化性质、地球化学和年代学进行了系统研究。结果表明,汉江Ⅰ河流阶的形成不晚于25 ka BP;黄土具有马兰黄土(L1)→过渡黄土(Lt)→古土壤(S0)→全新世黄土(L0)→表土(TS)的地层序列,与渭河谷地的黄土地层序列完全可比;25~11.5 ka BP,冬季风强盛,气候冷干,从11.5 ka BP开始,冬季风逐渐减弱,气候开始向暖湿方向逐步转化,从8.5 ka BP开始,夏季风达到了末次冰期结束后的鼎盛时期,3.1 ka BP前后,东亚季风格局发生变化,夏季风减弱,重新进入一个相对干冷的时期,而人类活动对地表的影响形成了表土;汉江上游谷地黄土记录的末次冰期后季风逐渐加强、中全新世季风强盛、随后季风衰退和气候变干的夏季风演变模式与渭河谷地黄土的记录高度一致,与邻区石笋和泥炭记录的季风变化趋势也有良好的可比性,但与石笋/泥炭记录的夏季风强盛期的起始时间(9.3~4.2 ka BP)并不完全一致。     

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。     

渭北高原土地利用变化对土壤剖面发育的影响——以洛川—长武塬区耕地转为苹果园为例

在对渭北高原地区土地利用调研的基础上,选择6个耕作土壤剖面和8个苹果园土壤剖面为研究对象,通过对这些剖面的构型、质地、元素组成、理化性质和微形态的研究,分析了土地利用变化对土壤演化的影响和机理。结果表明,耕地转为苹果园后,土壤构型从Ap-Bc-A-Ck-C逐渐变为AB-(Bc)-A-Ck-C;土壤表层(0~35cm)的磁化率、有机质、常量元素(Si、Al、Fe、K、Mg、Ca、Na)和微量元素(Cu、Co、Ni、Zn、V、Cr、Pb、As)含量趋于增加,CaCO3含量和pH趋于降低;35~90cm,CaCO3含量趋于增加,而磁化率、有机质、常量元素和微量元素含量趋于降低;90cm深度以下土壤性质变化不大;土壤孔隙的数量减少而平均孔径和孔隙率增加,粘土矿物总含量增加,而残积粘土/淀积粘土比值降低,次生碳酸盐的空间位置从主要出现在0~35cm深度变为在0~90cm范围内普遍出现。这些表明土地利用方式从耕地改为苹果园,土壤剖面构型发生了明显分异,土壤性质的变化主要发生在90cm以上,土壤表层(0~35cm)的变化大于土壤下层(35~90cm)。     

汉江上游谷地全新世风成黄土及其成壤改造特征

对汉江上游郧县-郧西段一级阶地物质上堆积的黄土状覆盖层的剖面构型、粒度、矿物组合、元素分布、微形态及形成时代进行了研究,并与渭河谷地全新世黄土-古土壤序列对比。结果表明,这些“黄土状覆盖层”是晚更新世以来沙尘暴在区内连续堆积的结果,具有TS-L₀-S₀-L_t-L₁-AD剖面构型;这些风积物在不同时期受到了不同程度的成壤改造作用,晚更新世受到弱成壤改造→全新世中期受到强烈成壤改造→全新世晚期较弱成壤改造。汉江上游地区在晚更新世末期(11500 a BP),气候比较冷湿,沙尘暴频繁出现,形成较厚的黄土层L₁;全新世初期(11500-8500 a BP),气候从冷湿向暖湿方向转变,沙尘暴活动减弱,形成了过渡黄土层位L_t;全新世中期(8500-3000 a BP),气候达到全新世最为暖湿的阶段,沙尘暴沉积物受到强烈成壤改造而形成了古土壤S₀;全新世晚期(3000 a BP以来),气候暖湿程度降低,越过秦岭的沙尘暴又明显增强,形成了近代黄土L₀。     

汉江上游谷地归仙河口剖面风化成壤特征及其记录的气候变化事件

对汉江上游谷地归仙河口剖面的地层学、沉积学特征以及磁化率、粒度组成、Rb/Sr比值等理化指标进行了研究。结果显示:归仙河口剖面地层完整,具有表土(MS)→全新世黄土(L0)→古土壤(S0)→过渡性黄土(Lt)→马兰黄土(L1)→河流相沉积物(AD)的地层序列,它记录了汉江第一级阶地抬升以来东亚季风的变化信息。不同地层单元的风化成壤差异明显,其成壤强弱序列为:S0>L0>Lt>L1。归仙河口剖面风化成壤强度的变化表明:18 000～11 500 a BP,气候干冷,风尘大量堆积,成壤微弱,其中在12 500～12 400 a BP出现特大洪水事件;11 500～8 500 a BP,气候逐渐向暖湿方向转变,成壤作用有所增强;8 500～3 000 a BP,气候最为温暖湿润,成壤作用非常强烈,而在7 500～7 000 a BP汉江流域频繁发生特大洪水;距今3 000年开始,气候重新进入一个相对干旱少雨时期,期间气候并不稳定,其中在3 100～3 000 a BP和1 000～900 a BP出现特大洪水事件。     

黄河上游靖远-景泰段全新世古洪水水文学

对黄河上游靖远景泰段峡谷进行系统野外考察,在靖远县金坪村(JPC)发现典型的全新世古洪水滞流沉积物。通过光释光(OSL)测年和与黄河吉县段FJJ剖面进行地层对比,确定这期特大古洪水事件发生在 3 200~3 000 a B.P.,即全新世中期晚期气候恶化转折阶段,对应着我国历史上商末至西周早期。采用古洪水水文学方法恢复古洪水洪峰水位,并且采用比降-面积法计算这一期多次古洪水事件的洪峰流量为 16 110~17 740 m³/s。同时,根据野外调查获得 2012年7月31日黄河上游大洪水的洪痕高程,采用相同参数和方法恢复其洪峰流量,误差仅有 2.7%,表明在该河段对于古洪水水文恢复计算参数选取和计算结果是可靠的。     

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。     

河道糙率系数变化对全新世古洪水流量计算的影响研究

洪水流量计算中河道糙率是一个重要的灵敏度参数。以汉江上游郧县尚家河台地前沿记录的四期古洪水流量计算为例,研究河道糙率系数在比降-面积法和HEC-RAS模型中对古洪水流量计算结果的影响。结果表明：其他水文参数一定时,河道糙率系数以±15%变幅,比降-面积法重建的古洪水流量变幅在-13.04%～17.65%,HEC-RAS模型计算的流量变幅在-4.32%～4.57%;若河道糙率系数以±25%变幅,比降-面积法和HEC-RAS模型计算的流量变幅分别为-20%～33.33%和-7.79%～9.18%,说明采用HEC-RAS模型重建古洪水流量,可减少河道糙率系数对计算结果的影响,使古洪水流量计算结果更为可靠。此外,假定其他参数不变,主河槽和左、右岸糙率系数依次变幅±25%,主河槽糙率系数变化对流量计算结果影响最大,说明洪水流量计算时应准确选取主河槽的糙率系数。该结果对水利工程建设具有重要的现实意义。     

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。     

泾河中游全新世古洪水沉积学与水文学研究(英文)

Palaeo-hydrological field investigation was carried out in the middle reaches of the Jinghe River. A set of palaeoflood slackwater deposit beds was identified in the Holocene loess-soil sequence in the riverbanks. The sediment samples were collected from the profile, and the particle-size distribution, magnetic susceptibility, loss-on-ignition were analyzed in laboratory. The analytical results showed that the palaeoflood slackwater deposits have re-corded extraordinary flood events in the Jinghe River valley. According to stratigraphic cor-relation and OSL dating, the palaeoflood events were dated to 4100-4000 a BP. The pa-laeoflood peak discharges were estimated to be 19,410-22,280 m3/s by using the hydro-logical model and checked by different approaches. These results have the flood data se-quence of the Jinghe River extended to 10,000-year time-scale. It provided significant data for hydraulic engineering and for mitigation of flood hazards in the Jinghe River drainage basin.