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。     

云南鲁甸红石岩堰塞湖溃坝风险及其影响

红石岩堰塞湖是2014-08-03鲁甸地震诱发形成的大型堰塞湖,由红石岩崩塌堵断牛栏江形成。红石岩堰塞坝坝高约96 m,堆积体总方量约1 200×10~4m~3,湖区满库库容为2.6×10~8m~3。从红石岩堰塞湖形成的背景条件,以及堰塞湖对坝址所在流域构成的潜在灾害链效应,评估堰塞湖的溃决危险程度。同时根据可能的溃决形式分析,采用1/3和1/2溃决模式对堰塞湖溃坝洪水估算,得到两种工况条件下的峰值流量分别为:Q_p≈(1.3~1.5)×10~4m~3/s和Q_p≈(2.2~2.8)×10~4m~3/s,远超过坝址处500 a一遇的牛栏江暴雨洪水,并在此基础上对下游演进过程的洪水进行估算。认为红石岩堰塞湖在后期整治中仍存在库岸稳定、堰塞坝稳定和鱼类生态破坏等问题,应引起关注。     

新疆叶城“7.6”特大灾害性泥石流应急科学调查

2016年7月6日凌晨新疆喀什地区叶城县柯克亚乡玉赛斯(六村)发生滑坡堰塞坝溃决泥石流灾害,造成36人死亡、6人失踪、7户民房被完全毁坏,其余数十间房屋和大量基础设施不同程度受损。现场调查研究表明:(1)此次灾害性泥石流形成过程为:降雨→土质滑坡→滑坡堰塞坝→堰塞湖→堰塞坝溃决→泥石流;(2)9#土质滑坡堰塞坝在持续强降雨作用下发生溃决,溃口洪峰流量达977.8 m~3/s,形成堰塞坝溃决型泥石流,致使1#土质滑坡堰塞坝发生串联溃决,其溃决洪峰流量为459.2 m~3/s;(3)泥石流断面流速为4.51-6.51 m/s,断面流量为443.2-524.7 m~3/s,泥石流堆积扇最大长度283.9 m,最大宽度234.3 m。     

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。     

初论堰塞湖溃坝沉积相特征

堰塞湖溃坝类型包括冰川、冰碛,火山和多种块体地貌(滑坡、崩塌、泥石流等)过程,而溃坝堆积相的种种特点以后者所造成的最具代表性。堆积体平面展布范围大(几平方公里~几十平方公里),剖面规模也大(高几十米),层次(层理)和结构全剖面均一,无超大的砾石;微观上有部分泥石流堆积特点,显示是高密度流,搬运介质是水。堆积体很少细砂和粘土物质。在平面上可划分出:扇顶(上游)、扇中(中游)、扇缘(下游)等微相。     

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。     

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。     

渭河天水峡谷全新世特大洪水水文学研究

古洪水水文学是全球变化科学领域的新兴学科.通过对渭河上游天水段基岩峡谷的详细考察,对在杜家坪村附近发现的全新世古洪水滞流沉积剖面进行了深入研究.沉积学观察和分析结果表明这些沉积物为洪水悬移质泥沙沉积形成,因而其主要成分为粉沙,分选良好.其磁化率值很低,表明它们是全新世晚期的沉积物,还没有受到风化成壤作用的改造.通过与其下游宝鸡峡全新世古洪水沉积剖面的地层学和考古年代学对比,确定其发生的时代在3200～3000a BP之间,即全新世大暖期结束之时.利用古洪水水文学方法,求出该组古洪水沉积层所记录的特大洪水的洪峰流量介于23460～25480m3/s之间.同时,通过进一步分析验证,表明对于古洪水洪峰流量计算结果是可靠的.本研究获得了渭河万年尺度特大洪水的水文学数据,延长了洪水水文数据序列,在工程水文领域有重要应用性价值,对于揭示全球变化的水文响应具有重要的科学意义.     

四川省美姑县则租滑坡泥石流

这是一个厚层岩质顺层高速滑坡,主滑体长1300m,宽550m,平均厚度28m,总方量2000万m~3。滑坡物质堆积在沟道中,形成三个临时性堰塞湖,其中最下游方的堰塞堤局部溃决,形成流量约540m~3/s的大规模泥石流。这次滑坡泥石流造成了严重灾害。     

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。     

西藏帕里湖卫星遥感监测

为查明2004年和2005年夏季在中印边界附近发生的滑坡堰塞湖溃坝灾害,采用高分辨率为主的多时相卫星图像和“数字滑坡”技术对帕里河中段从形成堰寒湖到溃坝的整个过程进行了监测。监测结果表明位于喜马拉雅山脉西段的帕里湖为高原山地萎缩湖盆,滑坡筑坝形成堰塞湖至溃坝可分为4个阶段,估算溃坝前湖面的最大高程、最大面积和最大水繁分别达3907m、1．75km^2和6144×10^4 m^3,2005-06-26溃坝的下泄洪水量为3738×10^4 m^3。预测未来汛期帕里湖下游仍然存在崩塌滑坡活动及短暂堵江形成堰塞湖的可能性,但其规模将大多小于2004-2005年的灾害。在本次遥感监测的基础上,定期进行遥感监测,当帕里湖水面面积≥1．6km^2时,即通知下游作好撤离等避灾准备,是目前最经济有效的预警防灾措施。     

青弋江上游泾县段阶地砾石层砾组结构及其沉积环境研究

通过对青弋江上游泾县段阶地砾石层进行砾组分析,讨论阶地砾石层的沉积环境及其对青弋江发育的启示。结果表明：① 砾径以中砾和粗砾为主,砾石沉积时水动力条件较强,流速基本为2 m/s左右,最大可达到3.5 m/s,特别是T3砾石层形成时期;② 砾向在T3和T2砾石层形成时期分别为南南西（SSW）和南西西（SWW）方向,古流向变化不大,呈自南而北的基本流向;③ 砾态以次圆和圆为主,其总含量超过70%,较高的磨圆度暗示砾石经历了较远距离的搬运;④ 砾性主要有石英砂岩、砂岩、脉石英和石英岩,其总含量达到90%以上,且砾石物源区变化不显著;⑤ T2砾石层和T1砾石层是典型的河流沉积,而T3砾石层可能是河流沉积和泥石流沉积叠加作用的产物,并且T3砾石层的沉积特征对于分析古青弋江的发育有一定的启示作用。     

北洛河中游黄陵洛川段全新世古洪水研究

通过在北洛河中游黄陵洛川段河谷的考察, 选择典型的古洪水平流沉积剖面进行了古 洪水水文学研究。在野外考察测量的基础上, 采集平流沉积层样品, 进行粒度成分、磁化率、 烧失量、CaCO₃ 含量等分析, 证明研究地点具有典型的古洪水平流沉积层, 并且通过地层学对比分析, 确定其为中晚全新世特大洪水的沉积物。利用水文学原理计算出该组古洪水沉积层所记录的特大洪水的洪峰流量在12 350 m³/s~14 730 m³/s 之间。同时通过对该断面下游方 向20 km 处的东王河铁路桥1994 年9 月洪水洪痕的测量, 利用相同方法计算其洪峰流量, 证明古洪水水文学计算结果合理可靠, 从而为北洛河中游的工程建设及沿岸地区的防洪减灾提供重要的数据资料。     

泾河中游龙山文化晚期特大洪水水文学研究

通过对泾河流域广泛深人的考察,在泾河中游彬县至永寿基岩峡谷河段发现典型的全新世古洪水平流沉积剖面,进行了古洪水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具有平流沉积特征,为典型的洪水平流沉积物.根据地层学对比和剖面自身龙山文化晚期陶片、烧土等文化遗物分析,确定泾河在4200-4000 a BP发生了特大洪水事件,并利用沉积学和水文学原理恢复其水位,计算出古洪水洪峰流量为19490～22040 m3/s.同时,通过恢复现代大洪水、洪峰流量与流域面积关系对这种方法和古洪水洪峰流量计算结果进行了验证.不仅延长泾河洪水水文数据序列到万年尺度,而且为沿泾河的水利水电和交通工程建设及沿岸地区城镇的防洪减灾提供了重要的基础数据,具有重要的科学意义和应用价值.     

裂点发育及其对堰塞坝的稳定性影响

通过野外调查及试验对堰塞坝的稳定和裂点的发育进行研究,发现堰塞坝的稳定性主要取决于泄洪道内阶梯-深潭系统的发育程度SP和坝体上游洪峰的水流能量P.堰塞坝的保存与溃决情况采用保留的坝高比进行定量描述,对于洪峰流量小于30 m3/s山区河流,保留坝高比与SP呈线性相关;洪峰流量大于30 m3/s(＜ 30000m3/s)时,河道稳定所需的最小河床结构强度SP随着单宽水流能量P的增加而增大.堰塞坝泄洪道内不发育阶梯-深潭系统或发育程度较低的坝体,SP值小于稳定河床最小的阻力强度,将会发生下切、溯源冲刷并引起溃坝.保留的堰塞坝在泥沙淤积和水流的长期作用下会形成裂点,对河床下切起到控制作用,降低再次发生滑坡的风险.大型裂点能改变河床演变和河流地貌,连续堰塞坝形成的裂点能长期保存并形成优美的自然景观,创造良好的河流生态环境.     

滑坡、泥石流堰塞湖灾害主要的成灾特点与减灾对策

"5·12"汶川特大地震,在灾区形成了大量堰塞湖,具有明显危害的达34处,严重地危害或威胁到上下游人民生命财产安全.为了及时有效地处置和减轻堰塞湖灾害损失,收集、分析了我国西部一些滑坡、泥石流堰塞湖灾害的形成、危害和处置的资料,启示如下:滑坡、泥石流形成的堰塞湖灾害往往较滑坡、泥石流本身的灾害更严重;滑坡堰塞湖一般较泥石流堰塞湖规模大,堵塞时间长,危害更严重;大地震既能形成滑坡堰塞湖,余震又能造成其溃决;冰湖溃决泥石流易堵塞江河,形成堰塞湖;控制或减缓湖水位上涨,尽早在水位较低时泄流是滑坡、泥石流堰塞湖首选的减灾对策.     

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。     

淮河上游卢庄段全新世古洪水水文恢复研究

通过沿淮河上游野外考察,在毛集河口卢庄找到了一典型全新世古洪水滞流沉积物剖面,进行了系统采样和沉积学粒度分析及水文学恢复的研究工作。粒度分析表明,古洪水滞流沉积物（SWD）与上下层黄土-古土壤区别明显,粒度参数Q型聚类层次分明,其粒级组分以砂质为主,而黄土古土壤粒度以粗粉砂为主,SWD其粒度分形维数明显偏低,各沉积单元粒级组分端元特征明显,通过粒度特征能够很好地鉴别古洪水滞流沉积物层。水文学研究结果表明,自8 500 a以来,在淮和上游至少发生了6次特大洪水,根据各层SWD的厚度和产状关系推求出了其最大可能的洪峰水位,高于水平位10.03~14.36 m之间,据滞流回水环境状态下淮河河道相应的洪峰水位,采用恒定均匀流比降-面积法求得各期洪峰流量介于7 062.18~16 040.94 m³·s^-1之间。研究结果对古洪水滞流沉积物鉴别和古洪水洪峰水位的恢复提供新的思路和方法,同时有效地延长了淮河上游洪水数据序列,可为淮河上游卢庄段全新世时间尺度上洪水流量-频率关系的建立提供参考数据。这对于淮河上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。     

永胜金沙江寨子村古滑坡和古堰塞湖的发现

在滇西北地区永胜南部金沙江的右岸,发现了总方量为2.5×108 m3的超大型古滑坡.滑坡后缘及两侧断壁为近直立的石灰岩峭壁,高5 ～30 m.滑床发育有规模不一的冲沟,覆盖有发育植被的坡积物、倒石堆和巨石.该滑坡曾造成过严重的堵江事件,在金沙江左岸仍然可以看到垄岗状残留滑坡坝,坝体方量约180×104 m3,滑坡坝和坝体后侧基岩界限清晰,两者之间岩性区别较大.滑坡堵江事件在上游形成了沿江连续分布长度约46 km的古堰塞湖沉积,沉积物主要由粉土、粉质粘土及粉细砂构成,偶夹卵石层,以水平层理为主,粉细砂层中见有小型交错层理,湖相沉积特征显著,而沉积物的树枝状平面分布进一步证实其形成于堰塞湖环境.     

岷江上游晚更新世黄土粒度与元素组成特征及其物源指示意义

岷江上游地区广泛分布黄土地层,揭示其成因和物源对深入理解该区环境演变具有重要意义。以位于四川省茂县叠溪镇的晚更新世黄土剖面为研究对象,分析了黄土粒度分布、粒径频率曲线和粒度参数以及元素地球化学特征,并与北方黄土和邻近的成都粘土对比。结果表明叠溪黄土剖面粉砂(2～50μm)平均含量达81. 59%,且变异较小,而粘粒(2μm)和砂粒( 50μm)平均含量分别为13. 77%和4. 95%,相对北方黄土含较多1μm左右的细颗粒。粒径频率曲线和粒度参数特征表明叠溪黄土具有典型风成沉积特征,沉积物主要由1000 m高度的近地表风力搬运沉积为主。叠溪黄土常量元素含量与北方黄土基本相同,表现为明显的Na淋失而K相对稳定,风化程度较低。Ti O2/Al2O3、K2O/Al2O3、Eu/Eu*、(La/Yb)N、(Gd/Yb)N和(La/Sm)N等特征值以及Zr、Th、Sc、La、Th、Ba、Sr、Rb、Pb和U含量分布反映出叠溪黄土与北方黄土物源具有相似性,均明显区别于成都粘土。末次冰期亚洲冬季风和邻近山原地带产生的重力风可能均对岷江上游黄土沉积发挥了重要作用。