許 潔，黃春長(zhǎng)，龐獎(jiǎng)勵(lì)，查小春，周亞利，周 亮

(陜西師范大學(xué)旅游與環(huán)境學(xué)院，西安 710062)

古洪水水文學(xué)是國(guó)際全球變化科學(xué)領(lǐng)域的前沿之一，主要研究發(fā)生在全新世未被人類直接觀察記錄的洪水事件[1]，采用地貌學(xué)、沉積學(xué)和水文學(xué)等方法來恢復(fù)全新世特大洪水的水位和流量，提供萬年尺度的大洪水水文學(xué)數(shù)據(jù)，有助于深刻理解河流水文系統(tǒng)對(duì)于全球變化的響應(yīng)規(guī)律，并能為各類工程的洪水設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)[2-3].古洪水研究的關(guān)鍵主要是重建河流古水文要素.美國(guó)Baker 教授認(rèn)為古洪水滯流沉積層和古洪水水位標(biāo)志物是恢復(fù)古洪水洪峰水位的重要依據(jù)[4].楊達(dá)源教授等通過對(duì)古洪水滯流沉積層的研究，認(rèn)為滯流沉積物尖滅點(diǎn)高程與古洪水洪峰水位十分接近[5].目前美國(guó)、西班牙、印度、法國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)家都已經(jīng)在古洪水研究方面取得了顯著成果[4-6].我國(guó)學(xué)者也在黃河、長(zhǎng)江、淮河、海河的某些河段進(jìn)行了古洪水研究，并取得了一定的科研成果[7-10].黃春長(zhǎng)教授等系統(tǒng)地對(duì)涇河、洛河、渭河以及黃河晉陜峽谷某些主要河段，開展了古洪水沉積學(xué)、年代學(xué)和水文學(xué)方面的研究，并系統(tǒng)地總結(jié)提出了全新世古洪水滯流沉積物的基本鑒別特征[11-17].本文主要是在漢江干流安康河段考察的基礎(chǔ)上，沿河谷古洪水滯流沉積物進(jìn)行沉積學(xué)分析，并對(duì)其進(jìn)行古洪水水文學(xué)恢復(fù)研究，獲得了萬年尺度特大洪水水文資料.

1 研究區(qū)環(huán)境與研究河段概況

漢江是長(zhǎng)江北側(cè)最大的支流，發(fā)源于米倉(cāng)山西端陜西省寧強(qiáng)縣潘冢山，全長(zhǎng)1577 km，流域面積15.9×104km2，平均海拔2000 m 左右，天然落差1964 m.全流域多年平均降水量873 mm，多年平均徑流量517×108m3，年平均含沙量2.5 kg/m3，年輸沙量1.3×108t.流域處于北亞熱帶的北部，氣候溫和，雨量充沛，森林覆蓋面積高達(dá)62%.漢江可分為上、中、下三段，丹江口以上為上游，長(zhǎng)約925 km，集水面積9.52×104km2.漢江自西向東穿行于秦嶺與大巴山之間，河谷常與巖層走向斜交，平均比降為0.6‰，河道大多為蜿蜒曲折的峽谷，在漢中和安康形成河谷盆地.漢江上游是國(guó)家“南水北調(diào)”中線工程的水源區(qū)(圖1).丹江口至鐘祥為漢江中游，長(zhǎng)約270 km，平均比降0.19‰，集水面積4.68×104km2，漢江自西北向東南，穿行于低山和丘陵崗地之間，流速減緩.鐘祥以下為下游，長(zhǎng)約382 km，平均比降0.09‰，集水面積1.7×104km2，漢江緩慢流動(dòng)在漢江平原地區(qū).

漢江上游干流安康水文站以上長(zhǎng)度為528 km，控制流域面積3.57×104km2，多年平均流量568.78 m3/s，年平均徑流總量179.37×108m3.安康自1935年開始有水文觀測(cè)資料(其中1939-1942年、1949年中斷)，實(shí)測(cè)最大洪峰流量31000 m3/s(1983年7月31日)，最小為1800 m3/s(1941年)[18].歷史調(diào)查最大洪水洪峰流量約36000 m3/s(明代萬歷十一年，公元1583年).

2 地層剖面特征與研究方法

2.1 研究剖面特征

在漢江上游流域山間盆地、河流階地常常發(fā)育著黃土-古土壤系列.前人通過對(duì)典型黃土剖面的研究，確認(rèn)其為風(fēng)成黃土堆積，建立了黃土-古土壤與氣候變化序列，在多處還發(fā)現(xiàn)有舊石器時(shí)代人類文化遺存[19-20].通過對(duì)漢江上游一級(jí)階地上分布的“黃土狀覆蓋層”深入研究，并與渭河谷地全新世黃土-古土壤序列對(duì)比，表明這些“黃土狀覆蓋層”是晚更新世以來沙塵暴在區(qū)內(nèi)連續(xù)堆積的結(jié)果，具有TS-L0-S0-Lt-L1-AD 土壤-地層學(xué)剖面構(gòu)型，并準(zhǔn)確判析其成因和形成時(shí)代[21].

在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)漢江上游河谷的實(shí)地考察，在多個(gè)河段發(fā)現(xiàn)含有全新世古洪水滯流沉積層的全新世土壤與沉積物剖面.本文選擇安康東段進(jìn)行重點(diǎn)研究(圖2).其中LSC-A 沉積剖面位于安康盆地東端立石村漢江第一級(jí)河流階地(T1)前沿位置，其中階地的基巖基座高出平水位12 m，河床相卵石層和沙層構(gòu)成的具有二元結(jié)構(gòu)的沖積物厚度3 ～5 m，更上部為含有鈣結(jié)核的風(fēng)成黃土和古土壤層覆蓋層，厚度4 ～5 m.該地形面高于漢江平水位20 ～25 m，土壤侵蝕嚴(yán)重，故黃土質(zhì)覆蓋層頂部的全新世中晚期段已經(jīng)缺失.

圖1 漢江上游流域水系Fig.1 Sketch of the stream system in the upper reaches of the Hanjiang River

在詳細(xì)觀察研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合土壤學(xué)、沉積學(xué)和地層學(xué)方法，對(duì)階地上部覆蓋層漢江安康東段LSC-A剖面(圖3)進(jìn)行了詳細(xì)的地層劃分:(1)0 ～100 cm，濁紅棕色，黏土質(zhì)粉砂質(zhì)地，棱塊狀構(gòu)造，為典型的全新世中期古土壤層(S0)(黃褐土)下部;(2)100 ～350 cm，全新世早期黃土質(zhì)過渡層(Lt)和馬蘭黃土(L1)上部，含有豎直的鈣結(jié)核;(3)350 ～370 cm，濁黃橙色，細(xì)沙質(zhì)粉砂質(zhì)地，具有波狀或者傾斜狀層理，一組共有3 層，是最典型的古洪水滯流沉積物 (SWD1)[17];(4)370 ～450 cm，濁棕色，黃土(L1)下部，有較弱程度成壤;(5)450 cm 以下(未見底).

在漢江安康東段LSC-B 剖面(圖3)，全新世中上部黃土土壤層次完整清晰.0 ～150 cm，為濁紅棕色，黏土質(zhì)粉砂，具有典型團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，多含蚯蚓糞團(tuán)和植物根系，為發(fā)育較好的現(xiàn)代表土層，其中在75 ～130 cm發(fā)現(xiàn)有 1 組 4 層灰白色沙質(zhì)粉砂層(SWD2).150 cm 以下為全新世晚期黃土(L0)和古土壤S0(未見底).

圖2 漢江上游安康東段地形Fig.2 The topography of the Ankang east section in the upper reaches of the Hanjiang River

2.2 研究方法與采樣點(diǎn)

在野外考察獲得漢江古洪水沉積物地層學(xué)和沉積學(xué)資料基礎(chǔ)上，對(duì)該河段進(jìn)行了詳細(xì)的觀測(cè)，獲得了一系列水文學(xué)參數(shù)數(shù)據(jù).同時(shí)，在沉積物剖面采取2 個(gè)古洪水SWD 沉積學(xué)樣品和6 個(gè)光釋光樣品.沉積學(xué)樣品深度分別為安康LSC-A 剖面在355 ～365 cm 處，安康LSC-B 剖面在80 ～90 cm 處.光釋光樣品的采樣是將地層清理出垂直的新鮮面后，選取不同沉積層位，用直徑5 cm 不銹鋼管垂直打進(jìn)剖面，取出后立即用鋁箔紙和黑色塑料帶密封，以免曝光和水分散失.共采取OSL 樣品6 個(gè)，安康LSC-A 剖面3 個(gè)樣品和安康LSC-B 剖面 3 個(gè)樣品，分別為 0.725 m LSC-B-01、0.925 m LSC-B-02、1.275 m LSC-B-03、3.425 m LSC-A-01、3.575 m LSC-A-02、3.775 m LSC-A-03.我們還調(diào)查測(cè)量了2010年7月18日特大洪水(安康水庫(kù)入庫(kù)流量25500 m3/s，出庫(kù)流量21700 m3/s)的洪痕及其高程，采集其滯流沉積物樣品，以便進(jìn)行沉積學(xué)和水文學(xué)對(duì)比分析和驗(yàn)證研究，保證研究成果的可靠性.

圖3 漢江上游LSC-A 和LSC-B 地層剖面Fig.3 LSC-A and LSC-B profiles in the upper reaches of the Hanjiang River

將野外采得的沉積物樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)自然風(fēng)干后，對(duì)樣品進(jìn)行前處理，并進(jìn)行磁化率、粒度成分、砂級(jí)顆粒(＞0.1 mm)等的分析測(cè)試以及OSL 測(cè)年.具體方法如下:磁化率采用英國(guó)Bartington 公司生產(chǎn)的MS-2B 型磁化率儀測(cè)量，方法為稱取研磨后粒徑＜2 mm 的風(fēng)干土樣10 g(精確至0.0001 g)，裝入無磁性塑料盒進(jìn)行測(cè)量，每個(gè)樣品測(cè)量3 次，取平均值.粒度分析是在樣品中加入10%HCl 以去除有機(jī)質(zhì)和次生CaCO3，再加入適量(NaPO3)6充分分散后，用英國(guó)Malvern 公司生產(chǎn)的Mastersizer-S 型激光粒度儀進(jìn)行測(cè)定.每個(gè)樣品平行測(cè)定3 份，取平均值.OSL 測(cè)年實(shí)驗(yàn)在陜西師范大學(xué)RS/OSL 實(shí)驗(yàn)室完成，采用單片再生劑量法，用丹麥生產(chǎn)的RIS TL/OSL2DA215 儀測(cè)量，釋光信號(hào)通過9235QB15 光電倍增管檢測(cè)，濾光片為U340.

3 結(jié)果與討論

3.1 古洪水事件的沉積學(xué)特征

粒度分析是研究沉積物性質(zhì)和成因的最基本手段之一.粒度成分對(duì)于指示沉積物的物質(zhì)來源、搬運(yùn)介質(zhì)和動(dòng)力、沉積環(huán)境及其風(fēng)化改造程度等都具有十分重要的意義[22-24].因此，粒度分析常作為鑒別古洪水滯流沉積物的主要指標(biāo).漢江上游安康東段LSC 地點(diǎn)古洪水滯流沉積層的粒度成分?jǐn)?shù)據(jù)及粒度參數(shù)值見表1.可以看出古洪水SWD 主要由粗粉砂、細(xì)砂和細(xì)粉組成，黏粒含量很少.因此將古洪水SWD1 確定為粉砂質(zhì)細(xì)砂，將SWD2 確定為細(xì)砂質(zhì)粉砂.2010年現(xiàn)代洪水SWD 的性質(zhì)與SWD2 完全相同，屬于細(xì)砂質(zhì)粉砂.粒度參數(shù)中，標(biāo)準(zhǔn)離差(σ)反應(yīng)沉積物粒度的分選程度，即顆粒大小的均勻性，可以反映出沉積物搬運(yùn)過程中的動(dòng)力條件以及次生風(fēng)化改造作用的強(qiáng)度[25].漢江上游安康東段古洪水SWD 的σ 分別為1.95、1.72，表明其分選性較好.分選系數(shù)(S)表示沉積物的分選性，可以進(jìn)一步反映沉積物搬運(yùn)沉積動(dòng)力條件和沉積環(huán)境.安康東段古洪水SWD 分選系數(shù)分別為1.47、1.11，分選性較好.偏態(tài)系數(shù)(SK)可量度顆粒自然分布頻率的對(duì)稱程度，并且表明平均值和中位數(shù)的相對(duì)位置.安康東段古洪水SWD 的SK 為0.19、0.06，偏態(tài)均表現(xiàn)為正偏，主峰出現(xiàn)在粗粉砂和細(xì)砂段.峰態(tài)(Kg)可以衡量粒度頻率曲線的尖銳程度，即度量粒度分布的中部與兩尾端的展形之比.安康東段古洪水SWD 的Kg 分別為0.86、1.11，分布曲線峰態(tài)中等[9].這些指標(biāo)說明它們是典型的河流洪水懸移質(zhì)沉積物.

粒度自然分布頻率曲線則直觀地表現(xiàn)出SWD 沉積物的上述特征(圖4)，可以看出古洪水滯流沉積層沉積物SWD1 呈現(xiàn)雙峰型，主峰偏向于細(xì)粒段，在細(xì)粉砂段出現(xiàn)一個(gè)次級(jí)峰.這可能是因?yàn)镾WD1 沉積時(shí)代較早，沉積之后的風(fēng)化成壤作用改造影響.SWD2 近似成正態(tài)分布，主峰突出在粗粉砂段.其形態(tài)與2010年現(xiàn)代洪水沉積SWD 的粒度分布更加接近，顯示出其分選性更好.

表1 漢江立石村(LSC)古洪水與現(xiàn)代洪水沉積物粒度與磁化率分析結(jié)果Tab.1 Grain-size analysis and magnetic susceptibility of the palaeoflood and modern flood SWD at the LSC site in the upper reaches of the Hanjiang River

磁化率是沉積物中鐵磁性礦物含量的間接指示，磁化率的高低可以反映沉積物堆積之后風(fēng)化成壤作用影響的強(qiáng)弱[9，26-28].漢江上游安康東段古洪水 SWD 的磁化率值都較低，介于 47×10-8～73×10-8m3/kg 之間，古洪水SWD2 比現(xiàn)代洪水SWD 的磁化率值稍大，這可能是由于沉積之后風(fēng)化成壤作用改造所致(表1).

綜上所述，在野外仔細(xì)觀察古洪水SWD 特征的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室沉積學(xué)指標(biāo)表明漢江上游安康東段LSC剖面中古洪水沉積物，具有河流懸移質(zhì)沉積物特征，為典型的古洪水滯流沉積物.它們是漢江上游古洪水事件的直接記錄，為古洪水水文學(xué)的恢復(fù)研究提供了物質(zhì)基礎(chǔ).

圖4 漢江上游立石村(LSC)地點(diǎn)古洪水和現(xiàn)代洪水SWD 粒度自然分布頻率曲線Fig.4 Grain-size distribution frequency of the palaeoflood and modern flood SWD at the LSC site in the upper reaches of the Hanjiang River

3.2 OSL測(cè)年結(jié)果

圖5 漢江上游LSC-A 和LSC-B 地層剖面圖及OSL 測(cè)年數(shù)據(jù)Fig.5 OSL age of the palaeoflood SWD from the LSC-A and LSC-B profile in the upper reaches of the Hanjiang River

安康東段河谷LSC 地點(diǎn)6 個(gè)光釋光樣品，基本控制兩個(gè)剖面所夾古洪水滯流沉積層的關(guān)鍵層位.而且漢江上游LSC 剖面地層關(guān)系清楚，其地層年代可與漢江上游流域和渭河河谷的多個(gè)剖面進(jìn)行對(duì)比.根據(jù)沉積物宏觀特征，識(shí)別出LSC-A 剖面所記錄的SWD1 出現(xiàn)在350 ～370 cm 深度，被夾在馬蘭黃土層之中(圖5)，結(jié)合沿漢江上游多個(gè)地點(diǎn)地層對(duì)比分析[21]，確定該期古洪水事件發(fā)生在20660-11500 a B.P.之間的某個(gè)時(shí)段.LSC-A 剖面SWD1 上下界的光釋光年齡分別為12270 ±790、13050 ±1130 a B.P.，而采自 SWD1 中部樣品的光釋光年齡為13150 ±900 a B.P.，其光釋光年齡比其上下層2 個(gè)樣品的年代略高，這可能是由于古洪水沉積樣品曬退更為不徹底所致.結(jié)合沉積地層對(duì)比和光釋光測(cè)年結(jié)果分析，可以確證LSC-A 剖面所記錄SWD1 的發(fā)生年代介于13150-12270 a B.P.之間，所以認(rèn)為SWD1 記錄了發(fā)生在晚冰期時(shí)代(Late Glacial)的BL+AL(Bolling +Allerod Interstadial)向著YD(Younger Dryas)轉(zhuǎn)折的階段.這個(gè)轉(zhuǎn)折事件的具體年代為12500 a B.P.[29-30].

全新世LSC-B 剖面中，75 ～130 cm 深度有1 組4 個(gè)極為典型的古洪水滯流沉積單層(SWD2)，它們插入全新世晚期現(xiàn)代表土層(MS)之中(圖3)，表明該期古洪水事件發(fā)生在1500 a B.P.以來的某個(gè)時(shí)段[32].SWD2 上界和下界的釋光年齡分別為790±90、1160±210 a B.P.，而取自SWD2 中部的年齡為860±60 a B.P.，但由于釋光樣品采樣鋼管直徑為5 cm，故采集于SWD 界線之上樣品的OSL年齡值會(huì)比真實(shí)古洪水SWD 發(fā)生年齡偏小，界線之下樣品OSL年齡值則相對(duì)偏大.由此，SWD2 的發(fā)生年代可較為準(zhǔn)確地判定為1000-900 a B.P.之間，即這期古洪水為北宋后期發(fā)生的洪水事件.根據(jù)前人對(duì)于歷史文獻(xiàn)的整理研究，也肯定了這是我國(guó)歷史上一個(gè)主要的氣候惡化轉(zhuǎn)折、洪水頻發(fā)的時(shí)期[31].

4 古洪水水文學(xué)研究

在確定了古洪水事件之后，洪峰水位的恢復(fù)主要依賴于古洪水滯流沉積層所在位置的高程關(guān)系.楊達(dá)源和謝悅波教授等[5，10]認(rèn)為古洪水滯流沉積層尖滅點(diǎn)高程，可以很好地指示古洪水的洪峰水位，其誤差較小.經(jīng)過野外觀察，該段河槽為基巖，河道順直穩(wěn)定，在全新世并未發(fā)生明顯變化，根據(jù)國(guó)內(nèi)外關(guān)于古洪水研究的基本原理，即利用古洪水水文學(xué)方法恢復(fù)全新世古洪水洪峰水位和洪峰流量的地貌學(xué)依據(jù)是，全新世一萬年以來基巖河槽受到河流下切造成的不同時(shí)期河床比降變化非常小，在計(jì)算時(shí)幾乎不予考慮[4，6].故根據(jù)漢江上游安康東段LSC 地點(diǎn)沉積記錄，結(jié)合漢江河槽水文特點(diǎn)，選擇A-A 斷面作為全新世之前晚冰期的古洪水事件的水文恢復(fù)斷面，B-B 斷面作為全新世晚期北宋后期古洪水事件的水文恢復(fù)斷面(圖2).這兩個(gè)斷面的形態(tài)和各種水位高程關(guān)系見圖6.對(duì)于河槽斷面形態(tài)測(cè)量觀察獲得有關(guān)水文參數(shù)見表2.

圖6 漢江上游立石村段(LSC)古洪水A-A(a)和B-B(b)過流斷面圖Fig.6 Cross-section A-A (a)and B-B (b)palaeoflood at the LSC site in the upper reaches of the Hanjiang River

當(dāng)古洪水洪峰水位確定之后，古洪水洪峰流量的計(jì)算，則基本類似于歷史調(diào)查洪水推求洪峰流量，故其計(jì)算方法較多.根據(jù)本文選擇的斷面河槽和參數(shù)特點(diǎn)，采用最常用的面積-比降法來計(jì)算恢復(fù)古洪水洪峰流量[32]，計(jì)算公式為:

式中，Q 為洪峰流量(m3/s)，n 為河道糙率系數(shù)，A 為過水面積(m2)，R 為水力半徑(m)，S 為水面比降.

在本研究中水面比降S 以河床比降代替，在野外先用高精度GPS 配合紅外測(cè)距儀實(shí)地測(cè)量，然后結(jié)合1∶10000地形圖中水面高程點(diǎn)進(jìn)行校正，確定漢江上游安康東段的比降為1.1‰.許多研究表明，河道糙率的選擇對(duì)洪水洪峰流量計(jì)算的誤差影響較大，糙率系數(shù)變化0.005 可導(dǎo)致推算的流量值相差25%.這足見糙率系數(shù)選擇準(zhǔn)確十分重要[8，10，33].漢江上游在全新世時(shí)期的基巖河槽變化很小，結(jié)合該河段的地表特征:河岸兩則為基巖，河底為沙卵石組成，間有大漂石，底坡尚均勻，床面不太平整，根據(jù)《水力學(xué)》中糙率表所描述天然河道的特征和標(biāo)準(zhǔn)，糙率n 中值選取0.035.并上下浮動(dòng)0.001 計(jì)算作為參考體系[34].

根據(jù)以上計(jì)算公式及其在研究河段確定的相關(guān)水文參數(shù)，結(jié)合兩期古洪水的水位和行洪斷面面積等，推算出相應(yīng)的古洪水洪峰流量(表2)，結(jié)果可知漢江上游安康東段在萬年尺度特大洪水的洪峰流量介于35970 ～47400 m3/s 之間.

在同一河段調(diào)查得到的2010年7月18日大洪水的洪痕水位，我們采用同樣的方法和參數(shù)，推算出其洪峰流量為22680 m3/s，與實(shí)測(cè)洪峰流量誤差為4.52%，這表明對(duì)古洪水水文恢復(fù)計(jì)算的結(jié)果可靠(表2).

表2 漢江上游立石村(LSC)河段全新世古洪水和現(xiàn)代洪水水文恢復(fù)計(jì)算成果Tab.2 Results of palaeoflood and modern flood hydrological reconstruction in the LSC reach in the upper reaches of the Hanjiang River

有了古洪水水文學(xué)研究成果，就可以結(jié)合漢江安康水文站歷史洪水和實(shí)測(cè)洪水?dāng)?shù)據(jù)，進(jìn)一步分析萬年尺度洪峰流量與頻率關(guān)系.本文采用“含有特大值的不完整序列頻率分析”方法[10，32]，作出漢江上游安康東段萬年尺度洪峰流量與頻率關(guān)系圖(圖7).這就使得漢江上游百年一遇，千年一遇、萬年一遇洪水洪峰流量的推求，由外延法轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)插法，從而能夠獲得比較準(zhǔn)確的基礎(chǔ)性數(shù)據(jù).這就從根本上保證了漢江上游各類水利樞紐、交通和防洪工程的洪水設(shè)計(jì)更加可靠.

圖7 漢江上游安康東段萬年尺度洪水洪峰流量與頻率曲線Fig.7 Flood peak discharge-frequency relationship established with a combination of gauged flood，historical flood and palaeoflood data in the Ankang east section in the upper reaches of the Hanjiang River

5 討論與結(jié)論

沿河谷不同地貌位置分布的古洪水滯流沉積物，是古洪水事件的地質(zhì)記錄，也是古洪水水文學(xué)研究的基本依據(jù).在對(duì)漢江上游進(jìn)行了深入廣泛的野外考察研究后，在安康東段河谷發(fā)現(xiàn)晚冰期和全新世沉積剖面，從中鑒別出兩組古洪水滯流沉積層.LSC-A 剖面所記錄的古洪水滯流沉積物(SWD1)夾在馬蘭黃土層之中(圖3)，由于馬蘭黃土L1 頂界在11500 a B.P.左右，且根據(jù)沿漢江上游多個(gè)地點(diǎn)地層對(duì)比分析，認(rèn)為該期古洪水發(fā)生在20600-11500 a B.P.的某一時(shí)段[21]，且結(jié)合SWD1 的OSL年齡13150-12270 a，認(rèn)為 SWD1 記錄的古洪水事件發(fā)生在晚冰期BL+AL 向著YD 突變轉(zhuǎn)折的階段.該階段國(guó)際公認(rèn)年代為12500 a B.P..此時(shí)的全球性氣候突變，致使?jié)h江上游發(fā)生暴雨洪水事件.在貴州荔波董歌洞D4 石筍記錄YD(新仙女木)事件得到明顯的揭示，其開始的時(shí)間為12800 a B.P.，結(jié)束于11580 a B.P.，降溫幅度較大.15000-11300 a B.P.為末次冰盛期過后急速變暖而后又回返變冷的第一個(gè)旋回[35].從約12900 a B.P.開始，長(zhǎng)白山西麓哈尼泥炭層和南極冰芯GISP2 當(dāng)中的δ18O 值都突然明顯減小，指示末次冰消期中最著名的變冷事件——YD 事件的來臨.YD 變冷事件延續(xù)了約300 a 后，在約12600 a B.P.時(shí)達(dá)到最低值，這也可能是過去14200年中的最冷值.在這之后，長(zhǎng)白山西麓哈尼泥炭層和南極冰芯GISP2 當(dāng)中的δ18O 值都逐漸增加，在約12000 a B.P.時(shí)達(dá)到一個(gè)峰值.長(zhǎng)白山西麓哈尼泥炭層δ18O 記錄表明，繼YD 事件結(jié)束，δ18O 突然短暫地增大后，δ18O 再次突然減小[36].青海湖16000 a 以來的花粉記錄顯示，13000-10400 a B.P.氣候總體特征為溫涼偏濕，但波動(dòng)較明顯，期間經(jīng)歷了兩次相對(duì)的冷暖交替，兩次暖期出現(xiàn)的時(shí)段為13000-12000 和11600-11000 a B.P.之間，分別相當(dāng)于歐洲的博令(Bolling)暖期和阿勒羅得(Allerod)暖期;兩次冷期出現(xiàn)的時(shí)段為12000-11600 和11000-10400 a B.P.，分別相當(dāng)于歐洲的中仙女木期(older dryas)和新仙女木期[37].在漢江上游南部神農(nóng)架地區(qū)大九湖的孢粉記錄，也表明該區(qū)域晚冰期及其向全新世過度時(shí)期氣候冷暖波動(dòng)頻繁[30]，故而容易引發(fā)暴雨洪水災(zāi)害.在對(duì)南太平洋島嶼的珊瑚研究中發(fā)現(xiàn)，14C 在12300 a B.P.左右開始出現(xiàn)大幅度減少，這與從北半球記錄中觀察到的YD 氣候事件幾乎是一致的[38].從樹木年輪和珊瑚記錄的14C 在新仙女木開始時(shí)大量增加，而后在12200 a B.P.的間斷期有大的波動(dòng)，此波動(dòng)與14C 記錄的“老仙女木”冷事件吻合[39].所以在世界各地，結(jié)合石筍、泥炭、孢粉、冰芯等高分辨率研究結(jié)果，都可以證明晚冰期BL +AL 向著YD 轉(zhuǎn)折時(shí)是一個(gè)氣候嚴(yán)重惡化轉(zhuǎn)折期，此時(shí)氣候異常波動(dòng)不穩(wěn)定，容易發(fā)生洪水災(zāi)害.

在安康東段SWD2 出現(xiàn)在發(fā)育良好的現(xiàn)代表土層底部.根據(jù)OSL 測(cè)年技術(shù)確定其所記錄的古洪水事件發(fā)生在1000 ～900 a(1000-1100 AD)，即北宋后期，此時(shí)氣候狀態(tài)很不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的干旱和暴雨洪水災(zāi)害.北宋初年到南宋中葉的100 a 出現(xiàn)了第一次明顯的降溫;南宋中葉到元朝初年(1200-1300 AD)有一個(gè)短暫的回暖期[40].在對(duì)北宋的歷史研究中發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)北宋的168 a 中，以20 或者40 a 為時(shí)間單位來統(tǒng)計(jì)和分析，皆可發(fā)現(xiàn)北宋時(shí)期氣候極不穩(wěn)定，暖、冷周期的交替變化表現(xiàn)得相當(dāng)明顯[31].通過對(duì)荔波董哥洞石筍進(jìn)行的高精度測(cè)年和碳、氧同位素分析，發(fā)現(xiàn)1080-680 a B.P.為降溫期，氣溫再次下降，顯示東亞冬季風(fēng)再次增強(qiáng)，但降水相對(duì)增大，表現(xiàn)為寒冷濕潤(rùn)的氣候期，是氣候變化的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折時(shí)期[41].對(duì)近2600 a 來內(nèi)蒙古居延海湖泊沉積物研究發(fā)現(xiàn)，1600-650 a B.P.期間氣候暖濕，中間的冷暖波動(dòng)變化很明顯，反映為暖干-冷濕交替[42].青藏高原黃龍洞石筍HL021 的δ18O 值，在826-1550 AD 振蕩，由負(fù)值階段逐漸偏正，表明季風(fēng)在此期間很不穩(wěn)定，變率較大，故而導(dǎo)致氣候不穩(wěn)定.萬象洞石筍WX42δ18O 值記錄顯示在800-1100 AD 之間存在著幾次大的波動(dòng)，氣候變化不穩(wěn)定.隴南萬象洞石筍和印度Dandak 洞的石筍記錄一致反映了在中世紀(jì)暖期初期(950-1150 AD)氣候很不穩(wěn)定，石筍δ18O 值的變化呈現(xiàn)處于先變輕后加重的一個(gè)類似正弦曲線的變化，表明當(dāng)時(shí)亞洲季風(fēng)和降水存在很大的波動(dòng)[43].北美大平原和中西部地區(qū)的多個(gè)湖泊記錄顯示，1000-1300 AD 左右該區(qū)域嚴(yán)重干旱事件高度頻發(fā)，同時(shí)美國(guó)西南部也多次記錄到這一時(shí)期的特大洪水事件[44].對(duì)墨西哥尤卡坦半島的內(nèi)流湖研究發(fā)現(xiàn)，800-1000AD 是一個(gè)氣候惡化期，這一氣候惡化期正對(duì)應(yīng)于古代瑪雅文明的衰落[45].所以1000 ～900 a(1000-1100 AD)，此時(shí)冷暖波動(dòng)頻繁，氣候狀態(tài)很不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的干旱和暴雨洪水災(zāi)害.

實(shí)驗(yàn)室對(duì)沉積樣品的分析測(cè)試，進(jìn)一步確定了我們?cè)谝巴饪疾熘袑?duì)古洪水沉積物性質(zhì)的觀察判斷.粒度成分特征是鑒別古洪水滯流沉積物的重要標(biāo)志.河流古洪水滯流沉積物是在接近靜水環(huán)境下由懸移質(zhì)沉積形成.所以通過對(duì)安康東段古洪水SWD 的沉積學(xué)分析，證明它們是最典型的古洪水滯流沉積物，以粗粉砂或者細(xì)砂為主，細(xì)粉砂和黏土含量很低.其在沉積學(xué)分類上確定為粉砂質(zhì)細(xì)砂、細(xì)砂質(zhì)粉砂.其粒度分布集中，分選較好，磁化率值較低，與2010年現(xiàn)代洪水滯流沉積物相同.

結(jié)合漢江上游峽谷河槽特點(diǎn)，根據(jù)兩期古洪水滯流沉積層的尖滅點(diǎn)高程，確定了安康東段兩個(gè)斷面的古洪水洪峰水位.結(jié)合野外測(cè)量和觀察獲得的相關(guān)水文參數(shù)，利用面積-比降法模型，推算出漢江上游萬年尺

度古洪水的洪峰流量介于35970 ～47400 m3/s 之間.同時(shí)，根據(jù)調(diào)查確定的2010年特大洪水的洪痕水位，采用同樣的方法和參數(shù)恢復(fù)計(jì)算出其洪峰流量，與安康水文站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)誤差僅為4.52%.從而證明我們對(duì)漢江上游峽谷古洪水洪峰流量計(jì)算的方法是合理的，計(jì)算結(jié)果是可靠的.

依據(jù)本文從沉積學(xué)角度推算出的古洪水洪峰流量數(shù)據(jù)，結(jié)合歷史洪水調(diào)查結(jié)果和實(shí)測(cè)洪水序列，采用含有特大值的不完整序列頻率計(jì)算方法，作出了漢江上游安康東段萬年尺度洪峰流量與頻率關(guān)系.這就為漢江上游的水利水電、交通工程建設(shè)提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，對(duì)于揭示漢江上游全新世氣候變化和水文變化及其對(duì)全球變化的響應(yīng)規(guī)律具有重要的科學(xué)意義.

在以后的研究中我們還將繼續(xù)調(diào)查尋找完整連續(xù)的全新世沉積物剖面，識(shí)別漢江古洪水SWD 沉積物，結(jié)合OSL 測(cè)年斷代，準(zhǔn)確地揭示漢江上游全新世氣候變化和水文變化的規(guī)律，為揭示全球變化的區(qū)域性影響提供依據(jù).

致謝:感謝龐獎(jiǎng)勵(lì)、查小春、周亞利等老師在野外考察中的指導(dǎo)以及周亮在OSL 測(cè)年中的幫助.

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