● 摘要
在详细的野外考察的基础上,选择湖北省郧西县归仙河口段汉江一级河流阶地的GXHK 黄土-古土壤剖面为研究对象。在对剖面进行系统的沉积学、结构、理化性质(磁化率、烧失量、吸湿水)、粒度和地球化学元素组成等研究,鉴定和识别归仙河口剖面的60-75cm和100- 120cm所夹沉积物为典型的古洪水滞流沉积物,以及古洪水滞流沉积物与黄土、古土壤及表土的区别。根据GXHK 剖面所在地的地貌、古洪水滞流沉积层的的空间分布特征、结合水文学原理推算出古洪水水位,依据野外测量和地形图的校正绘制古洪水行洪断面,进而利用比降法计算出该剖面两次洪峰流量。并进行了现代水文学验证。获得的主要结论如下:
1. 根据汉江上游一级河流阶地上GXHK 沉积剖面中沉积物的野外宏观特征,确认并识别出剖面中所夹的两层粉沙质细沙沉积物就是古洪水滞流沉积物(SWD),证明该河段发生过至少两次古洪水事件。其中,浊黄色(10YR6/4)的表土层(TS)为粉沙质粘土,浊黄色(10YR6/4)的黄土层(L0)为粉沙质地,浊红棕色(7.5YR4/4)的古土壤层(S0)为粘土质,而古洪水滞流沉积物(SWD)是浊黄橙色(10YR5/4),且具有水平层理的粉沙质细沙。
2. 通过对古洪水滞流沉积层的理化性质研究发现,古洪水滞流沉积层的磁化率、烧失量和吸湿水比相邻的黄土层、古土壤层及表土层都小,在分布曲线中,古洪水滞流沉积层表现为突变式降低,也就是说古洪水滞流沉积物的三种理化数据是四者中最小的。所以,GXHK 剖面的古洪水滞流沉积物在理化性质与黄土、古土壤及表土都存在明显区别。
3. 古洪水滞流沉积物与黄土、古土壤、表土的粒度组成存在显著不同。古洪水滞流沉积物与黄土的形成环境不同,因此两者在粒度特征上存在很大差异。古土壤和表土都是黄土经过了长期的生物风化成壤改造,所以粒度成分都偏细,以粘土质或者粘土质粉沙为主,因此它们与古洪水滞流沉积物在粒度特征也有很大不同。粒度特征分析表明,GXHK 剖面的古洪水滞流沉积物中极细沙百分含量最高,其次是粗粉砂,所以中值粒径和平均粒径都较大,且与黄土、古土壤、表土相差很大,粉沙和粘粒百分含量要比黄土、古土壤、表土都低很多。古洪水滞流沉积物的标准离差(σ)和分选系数(S0)均比黄土、古土壤、表土低,分选较好。偏态(SKΦ)为正偏态和很正偏态,峰态(KgΦ)属尖锐和很尖锐。从三角图可直观的看出归仙河口古洪水滞流沉积物主要是由粉沙和细沙组成,粘土含量很少,且不足10%。利用萨胡判别函数对GXHK 剖面的古洪水滞流沉积物进行沉积环境的判别计算可,根据Y 值判定古洪水滞流沉积非风成产物,应为河流改造的堆积物,而黄土和古土壤的Y值分布范围说明其应为风成产物。因此,GXHK 古洪水滞流沉积物的粒度组成与黄土、古土壤、表土也是明显不同的。
4. 古洪水滞流沉积物与黄土、古土壤、表土的化学元素特征存在显著差异。GXHK 古洪水滞流沉积物的Rb/Sr 值低于黄土、古土壤和表土。Fe2O3、A12O3 和K2O 含量变化是一致的,在古洪水滞流沉积层处都出现突变式降低,而Na2O 含量在古洪水滞流沉积层处却是突变式升高。古洪水滞流沉积层中,Cu、Mn、Ni 和Zn 含量均低于黄土、古土壤和表土。因此,GXHK 古洪水滞流沉积物的化学元素特征与黄土、古土壤、表土也是明显不同的。
5. 确定GXHK 古洪水发水事件发生的年代。通过与渭河谷地的GCZ全新世剖面地层的对比,再接合OSL 测年数据的校正,确定两次古洪水事件分别发生在3 000- 2 700 a B.P. 和公元100- 200 年(即1 850- 1 750 a B.P.)。
6. 恢复了古洪水发生时的水文状态参数。根据GXHK 剖面所在地的地貌、两层古洪水滞流沉积物的空间分布特征,再结合水文学原理推算出两次古洪水水位,依据野外测量和室内地形图的校正绘制古洪水行洪断面,并计算行洪断面面积,确定水面比降和糙率等系数,利用比降法计算出GXHK 古洪水洪峰流量介于63 090 m3/s- 64 320 m3/s之间。
7. 对恢复了古洪水水文状态参数方法的信度验证。通过在同一河段调查确认的2011年9月19日和2010年7月19日两次大洪水的洪痕高程,也用比降法计算出洪峰流量为分别为21750 m3/s 和20 550 m3/s,与白河水文站实测两次洪峰流量21 400 m3/s和21 000 m3/s的误差都小于5%,分别为1.62%和-2.13%,证明用比降法恢复的GXHK 古洪水水文状态参数是合理的。另外,利用美国学者Baker 所提出的世界各地河流流域面积与大洪水洪峰流量关系进行对比分析,证明GXHK 古洪水水文状态参数计算结果是可靠的。
8. 汉江上游古洪水是在多种因子影响下发生的,与流域所在的地理位置、地形地势、水系特征、天气系统(气象)都有关联,特别与全球气候的变化密切相关。大量研究表明,3 000-2 800 a B.P.之间是全球气候由暖湿向冷干的过渡期,也是洪水频发期;1 850-1 750 a B.P.(公元100-200年)是我国历史上一个重要的气候转折和洪水频发的时期,由于气候剧变而形成的特大暴雨,直接导致该流域发生此次特大洪水事件。
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