黄河流域某古洪水滞流沉积物研究

　　摘 要： 通过野外观察研究，在黄河中游晋陕峡谷龙门段乡宁-韩城大桥西端支沟内，发现了全新世古洪水滞流沉积物。
　　
　　通过野外观察和室内实验分析，证明它们是黄河特大洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境下的沉积物，记录了黄河晋陕峡谷段一期 4 次特大古洪水事件。 通过地层学对比分析和光释光测年，确定这 4 次洪水发生在全新世中期-晚期转折阶段，即我国历史上商代末期-西周初期的气候突变转型期。 利用“古洪水滞流沉积物厚度含沙量法”恢复古洪水洪峰水位，运用 HEC-RAS 模型估算出 4 次古洪水事件洪峰流量介于 46280~48800 m3/ s 之间。 这些成果为黄河中游地区的防洪减灾、水资源开发利用、流域生态环境综合治理等方面提供了可靠的超长尺度水文数据。 这为深入理解黄河流域水文系统对于全球变化的响应规律提供了新的证据。
　　
　　关键词： 古洪水； 商末； 滞流沉积物； 水文学； 黄河。
　　
　　Abstract: Palaeoflood slackwater deposits （ SWD） of the Holocene and paleoflood indicators were interbeddedly found within thecliff riverbanks at Xianghanqiao profile in the Longmen reach of the Yellow River. Paleoflood SWD was identified by a variety ofsedimentological criteria during field investigations and laboratory analysis. A set of four SWD records four paleoflood events indi-vidually. These slackwater deposits recorded the extraodinary floods happened between 3200-2800 a B.P. on the Yellow River,byusing Optically Stimulated Luminescence dating method in combination with pedostratigraphy correlations. This indicated that theextraordinary floods happened during the dynasties from the Shang to the Western Zhou in Chinese history. The flooding peak stageswere estimated with the sediment concentration and the depositional depths of the SWD. The estimated results indicated that the pa-leoflood peak discharges were between 46280 and 48800 m3/ s by using HEC-RAS model. The results provided an important basisfor this regional flood control and disaster mitigation project,water resource management,and comprehensive treatment of the eco-logical environment.
　　
　　Keywords: Paleoflood; Shang dynasty; slackwater deposits; hydrology; Yellow River.
　　
　　黄河中游是我国人类文明的发祥地，全新世以来黄河中游的气候水文环境变化成为许多科学家研究的热点。 古洪水水文学通过地貌学、沉积学、年代学和水文学等多学科的交叉，对古洪水滞流沉积物（ slackwaterdeposits,即 SWD） 进行系统的研究，利用多种方法恢复古洪水事件洪峰水位，采用水力学模型推求古洪水流量，进而获得远超历史调查洪水重现期的河流万年尺度洪水水文数据，从而解决了设计洪水频率计算中因数据序列长度不足以及代表性缺乏等问题[1-4]. 古洪水作为河流超长尺度洪水信息，其研究意义不仅局限于改善设计洪水，而且对于理解、认识河流的发育史、古气候、古地貌和古生态环境以及全球变化的影响等也有相当重要的价值[2].
　　
　　黄河的洪水灾害问题由来已久，在全球变暖和环境恶化的背景之下，黄河流域水资源缺乏问题日益突出。 在黄河水资源和水能源开发、洪水灾害管理等工作中，都亟需掌握超长尺度洪水水文数据资料[3-4]. 通过对黄河中游晋陕峡谷段的野外考察，在多个地点发现了特大洪水高水位滞流环境下的悬移质沉积层剖面，综合野外地层对比、新技术测年和沉积学鉴别特征，以及室内实验分析，确定为全新世时期古洪水 SWD 剖面。 本文就乡宁-韩城大桥西端的支流沟口内发现的一组 4 层古洪水滞流沉积层进行深入研究，为该地区超长尺度洪水水文学研究提供了可靠的依据； 同时，这种罕见的极端性的环境事件对于揭示黄河流域区域水文过程对全球变化的响应规律，也具有非常重要的科学意义。
　　
　　1 研究区概况。
　　
　　黄河到达内蒙古河套盆地之后，从喇嘛湾进入鄂尔多斯高原，以近南北走向穿越黄土高原，然后出龙门流入汾渭盆地。 这一以流域界定的狭长地貌单元属于黄河中游地段，以峡谷地貌为主要特征，称之为晋陕峡谷（ 图 1） . 该段北起内蒙古托克托河口镇，南至山西省河津禹门口（ 今称龙门） ,区间黄河干流长 723 km,河谷陡峭狭窄，河段宽 400~600 m,峡谷水系切入黄土高原基岩平均深度约为 170 m. 晋陕峡谷河段干流落差达 617 m,河道坡降 1.02‰，水力资源丰富。 峡谷沿途发育大量支流，峡谷东侧主要为偏关河、县川河、屈产河、昕水河和湫水河等； 峡谷西侧主要有窟野河、秃尾河、无定河、清涧河和延河，区间支流众多、河网密集，加上纵横交错的小支流和支沟形成了树枝状水系。 晋陕峡谷流域集水面积占黄河流域总面积的 14.8%,属于典型的温带季风气候，其年平均降水量在 300~500 mm 之间，从东南向西北递减。“伏秋大汛”发生在 79 月。
　　
　　在乡韩大桥下游方向的龙门水文站设于 1934 年，其距河口 1269 km,距上游壶口约为 65 km,控制流域面积为 49.8×104km2,为黄河干流主要控制站。 年平均径流量为 275.8×108m3,多年平均输沙量为 8.01×108t.龙门站实测最大洪峰流量为 21000 m3/ s（ 1967 年 8 月 11 日） ,最大含沙量为 1040 kg / m3（ 2002 年） ,多年年均含沙量为 29.0 kg/m3. 历史调查最大洪水出现在道光年间 （ 1820 1850 年） ,最大洪峰流量为 31000m3/ s[5].
　　
　　2 古洪水 SWD 地层与研究方法。
　　
　　2.1 古洪水 SWD 沉积地层。
　　
　　野外考察当中，我们在晋陕峡谷多个沿河地点发现含有全新世古洪水滞流沉积层的剖面，本文选择乡韩桥（ XHQ） 地点进行重点研究。 该地点位于龙门水文站上游 10 km 处，沉积物剖面处于黄河右岸，由于该地点位于乡宁-韩城大桥附近，故命名乡韩桥地点。 黄河壶口龙门段河道顺直规整，河床冲淤变化很小，为典型的基岩河段，洪水期水位变化显着，适合进行古洪水水文学恢复研究。 由高水位滞流状态下堆积形成的古洪水滞流沉积层赋存于河岸开阔回水湾的洪积台地上。 该洪积台地与平原河段由河床相与河漫滩相二元结构的河流阶地有着极大的区别。 古洪水滞流沉积层夹杂坡积角砾石层，保存完好，分层清晰，呈现水平或波状层理，与下伏的河床相沙层在颜色、粒度、结构等方面有着明显的区别。 根据沉积学原理，整个沉积物剖面可划分为 4 层（ SWD1~4） ,是由古洪水在回水湾内滞流情况下沉积形成的，每个单层的厚度在 0.4~0.6 m 之间，为粉砂质细砂质地，呈浊黄橙色，各层之间沿层界横向裂开，且各层界均由薄厚不一的坡积石渣土夹层（ 图 1c） . 这充分表明各洪水事件有一定的时间间隔，整个剖面记录了一期 4 次特大古洪水事件。