晚第四纪石羊河河流过程对气候变化的响应研究

摘要

河流是气候、构造等环境因子相互作用的产物，是自然界最广泛、活跃的一种地形塑造因子。气候变化及其引起的植被覆盖、土壤粘结力等环境因素的变化对入河径流、泥沙影响显著，从而控制着河流的堆积/下切过程以及河型的变化。因此，河流的堆积/下切过程、河型及其对气候变化的响应历来是河流地貌学研究的基本问题之一。本文以位于中国西北干旱区的石羊河流域为研究区，运用沉积地层学和年代学手段，对其晚第四纪期间的河流过程进行了重建，在此基础上结合区域气候资料初步探讨了流域内河流对气候变化的响应，初步结论如下：
　　（1）通过对流域现代河流的河型、水文和沉积特征的考察发现，比降、流量及河道沉积物组成是影响河型的主要因素。如金塔河、西营河的辫状河段可能与其较大的河道比降有关。此外，山区段河流多为砾质河道，河道沉积物以砾石等粗粒沉积为主，河道粘结力较低，易受侵蚀而频繁摆动。石羊河武威至蔡旗段河型表现为曲流河，这可能与其较小的河道比降有关。同时，该段河道沉积以细粒的粉砂及砂为主，河岸的抗侵蚀能力较强。石羊河蔡旗至红崖山水库段的河型表现为辫状河，可能是由于洪水河的汇入使得蔡旗以下河段的流量显著增大所致。
　　（2）通过对流域现代河流沉积的考察发现，山区段河流以砾质河道为主，而平原段河流主要为砂质河道。粒度分析发现，山区段河流沉积主要由推移质组成，河道砾石平均粒径约50~180mm，其分选以中等为主。而平均粒径和分选系数的组合能够较好的区分平原段的河床、河漫滩及沙丘样品。其中，河床沉积的平均粒径约147~336μm，主要由推移质构成，分选以中等及较差为主。河漫滩样品的平均粒径约20~60μm，以悬移质为主，分选以较差及差为主。沙丘样品的平均粒径约109~266μm，主要由跳跃组分组成，分选以中等为主。
　　（3）通过对山区段沙沟河张家大庄和平原段洪水河大土沟、五墩湾三个河流沉积剖面的光释光年代学和沉积学分析，并结合已有的山区段阶地的研究，重建了晚第四纪期间石羊河的河流过程及河型变化。40~22ka，洪水河大土沟段以堆积为主，河型表现为曲流；22~13ka，流域内河流主要以堆积为主，其中洪水河大土沟段河型表现为曲流，而五墩湾段河型则表现为辫流；13ka前后，山区段河流普遍发生下切，同时洪水河五墩湾段的河型由辫流转为曲流；13~5ka，流域内河流以堆积为主，且河型表现为曲流；5~2ka流域内河流以下切为主；2ka以来，流域内各支流以横向的迁移摆动为主。
　　（4）通过对比重建的河流过程与区域气候记录发现，流域内河流过程与河型的变化是对亚轨道尺度气候变化的响应。如22~13ka，洪水河五墩湾段以堆积为主，河型表现为辫流，该时段气候相对冷干，河道两侧植被发生退化，并且河流沉积以中、细砂等粗粒沉积为主，削弱了河岸的抗侵蚀能力，河流游荡性增强。13~5ka，沙沟河张家大庄段、洪水河五墩湾段均以堆积为主，河型表现为曲流，这一时期的气候相对暖湿，植被覆盖度逐渐增大，且河流沉积均以粉砂等细粒沉积为主，河岸的抗侵蚀能力较强。而在气候转型期（~13ka），河流的下切、河型的转变与高幅度洪水的增多有关。
　　（5）通过对比洪水河同一时段不同河段的河型，结合流域现代河流的河型变化特征，发现在比降相差不大的情况下，不同河段的河型差异可能主要归因于流量的大小所致。如22~13ka期间，洪水河五墩湾段的河型以辫流为主，而其上游的大土沟段则表现为曲流。这是由于五墩湾段汇集了来自上游的径流，其流量可能达到了河型转换的临界；而大土沟段的流量可能并未达到河型转换的临界，仍维持之前的曲流河型。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 构造尺度河流地貌演化研究

1.2 轨道尺度河流对气候变化的响应研究

1.3 亚轨道尺度河流过程研究

1.4 选题依据及拟解决问题

第二章 研究区概况

2.1 地质地貌概况

2.2 自然地理概况

第三章 石羊河流域现代河流水文特征研究

3.1 方法及数据获取

3.2 石羊河现代河型的空间变化特征

3.3 石羊河现代河流的水文参数特征

3.4 石羊河现代河道沉积物粒度特征

3.5 水力几何学关系

3.6 河型判别关系

第四章 晚第四纪石羊河河流过程研究

4.1 光释光测年与结果

4.2 沙沟河下游段河流过程

4.3 洪水河平原段河流过程

4.4 晚第四纪石羊河河流过程

第五章 河流系统对气候变化的响应过程探讨

5.1 河流堆积/下切过程对气候变化的响应

5.2 河流形态对气候变化的响应

第六章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 问题与展望

参考文献

附录1 图目录

附录2 表目录

在学期间的研究成果

致谢