● 摘要
第四纪晚期的气候变化,尤其是与人类社会发展密切关系的全新世气候变化,一直是学者们关注的焦点。全新世时期是人类文明发展迅速的时期,也是全球环境发生重大变化的时期。汉江流域和黄河流域是我国古代文明的发源地,从“大禹治水”时期洪水就一直对中华文明进程产生着深远的影响。洪水研究不仅应成为防治洪水灾害的重点之一,而且对于流域水利工程建设也具有极为重要的参考价值。但是现有的实测洪水和历史洪水的资料系列远远不能满足计算稀遇洪水的要求,古洪水水文学研究在洪水频率分析时,使洪水频率曲线由外延变为内插。因此,全新世时期古洪水事件的研究具有重大的理论和现实意义。然而,有时由于对洪水缺乏直观的认识和无法准确地鉴别出古洪水滞流沉积物,使人们对史前社会和环境变化所产生的灾害之间的关系缺乏足够的认识。因此本文以汉江上游旬阳段古洪水滞流沉积层研究和水文计算为基础,确定全新世大洪水事件发生的次数、频率、时间及规模,并且通过对下喇家剖面沉积学研究和洪水流量验证,从而对喇家遗址的毁灭进行正确地解释。
本文基于详细缜密的野外考察,在汉江上游旬阳段选择了XTC、NGK两个典型的古洪水滞流沉积物剖面和青海官亭盆地XLJ剖面作为主要研究对象。通过对这3个剖面进行了磁化率、粒度、化学元素和微形态等环境代用指标的室内实验测定,并对实验数据进行了分析,重点进行了粒度机械组成、粒度参数、化学元素含量和微形态等分析。通过实验结果和野外特征,鉴别汉江上游旬阳段古洪水滞流沉积物的特征,以及官亭盆地XLJ剖面红色粘土沉积物和黄河古洪水沉积物的区别。从汉江上游旬阳段2个剖面古洪水滞流沉积层的尖灭点推算古洪水水位,依据野外测量和室内地形图的校正绘制并计算古洪水行洪断面,进而利用面积比降法计算出两个剖面各次洪峰流量,并通过流量计算对喇家遗址齐家文化村落的毁灭进行验证。获得的主要结论如下:
(1)对滞流沉积物所处剖面的地层年代学辨认表明,汉江上游旬阳段所发现的古洪水滞流沉积物所代表的古洪水事件分别发生于全新世早期约9000~8500 a B.P.和全新世晚期约3200~2800 a B.P.之间。这期间,气候波动剧烈,处于气候转折的时候,在这样的气候背景下,气候很不稳定,时而暴雨频发,时而雨水缺乏,本区极端洪水发生频率增加。同时,通过对下喇家剖面的地层年代学辨认和光释光测年数据,以及14C测年数据,我们确定喇家遗址齐家文化的年代为4200~3950 a B.P.。
(2)沉积学实验中粒度分析结果表明:汉江上游旬阳段XTC和NGK剖面沉积物的成分以细沙和粉沙为主,粘粒成分含量较低,主要是由洪水悬移质泥沙沉积形成。沉积物粒度分布集中,分选较好,而且磁化率值很低,为最典型的汉江上游古洪水滞流沉积物。
(3)通过对XLJ剖面野外观察,结合磁化率、粒度、化学元素和微形态等的分析,下喇家剖面红色粘土层各理化指标与岗沟源区沉积物相似,与黄河古洪水沉积物差别较大。同时,聚类分析也表明:下喇家剖面中晚更新世马兰黄土层归为一类,全新世中期古土壤层归为一类,红色粘土层与岗沟源区沉积物归为一类,黄河古洪水沉积层归为一类。由此,我们可以得出官亭盆地下喇家剖面中红色粘土层为泥流沉积物,其与岗沟源区沉积物物质来源一致,即来源于官亭盆地北侧谷坡大红山沟头地区的第三纪红色粘土地层风化物。并由此我们推断在齐家文化末期,伴随着强烈地震发生了暴雨山洪,源自于北侧谷坡大红山 (第三纪红色粘土) 地区的大规模泥流,沿着岗沟和马家沟等沟谷倾泻而下,泥流爆发并瞬间填充了人类居住的房屋,从而造成人类死亡,进而彻底的掩埋毁灭了这个重要的古村落。
(4)确定汉江上游两研究地点所采沉积物属于古洪水滞流沉积物后,运用古水文学原理恢复计算各断面全新世古洪水的洪峰流量。计算结果显示,汉江上游旬阳段XTC地点全新世特大古洪水洪峰流量在43 290~49 130 m3/s之间,NGK地点全新世特大古洪水洪峰流量在45 630~50 220 m3/s之间。
(5)为验证在上述河段利用古洪水滞流沉积层推究古洪水洪峰流量的可靠性,本文对位于上述断面附近河段的现代洪水用同样方法进行洪峰流量的计算,通过2010年洪痕用同样的方法计算出洪峰流量,与安康水文站实测流量基本一致,流域面积与最大洪峰流量的对应关系也证明本文计算结果符合实际情况。因此认为对古洪水洪峰流量的推求结果合理可信。由此可以认为,由于全新世早期和全新世晚期处于过渡时期,气候波动剧烈,特大洪水和极端干旱发生的频率都有所增加,因此本文推求的各断面古洪水洪峰流量远大于这些地点调查历史洪水和现代实测洪水洪峰流量也是合理的。
(6)将汉江上游旬阳段得到的全新世古洪水洪峰流量加入河段调查历史洪水以及现代实测洪水数据后,延长了该区特大洪水的序列,其结果表明,汉江上游旬阳段百年一遇、千年一遇洪水洪峰流量高于仅考虑实测洪水和历史洪水时的数值。这些数据则更加确切地反映出万年尺度内特大洪水的规模,为这些地区的水利工程建设、交通工程建设、水资源调控、防洪减灾以及流域生态环境综合治理等方面提供了重要依据。
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