渭南近120年来渭河洪水变化研究

摘要

前人对我国历史时期渭河河道变迁进行了许多研究，对渭河流量和水位变化等也取得了一些重要认识，但到目前为止，国内外对历史时期河流洪水规模强弱变化、水环境演变的研究还较少。因此，从洪水搬运动力强弱和洪水沉积物方面着手，研究渭河水环境演变的规律，揭示历史时期渭河流域气候变迁和渭河水质恶化的规律，对预测渭河水环境的发展趋势及治理渭河污染具有极其重要的科学意义和现实意义。本文基于详细的野外调研基础上，在渭南地区高漫滩上采集了WN1、WN2两个典型的高漫滩沉积剖面和2005年渭南渭河现代洪水沉积物样品，共计376个。对这376个样品分别进行了粒度成分、磁化率、碳酸钙以及有机炭的测定，对实验结果进行了处理，并结合历史文献资料分析了公元1700年-1949年间渭南地区洪水灾害的规模和周期，得出以下认识： 1．渭河近120年以来洪水沉积分层明显，对洪水的发生和短期降水量变化反映清楚，分辨率高，能够作为较好的指示洪水和降水量变化的指标。渭河河漫滩沉积物的粒度成分反映了沉积时期洪水搬运动力强弱的变化，粒度成分较粗，指示沉积时期河漫滩上的洪水搬运动力较强：粒度成分较细，指示沉积时期河漫滩上的洪水搬运动力较弱。 2．WN1、WN2剖面厚度分别为5.28m、5.4m，均为近代洪水沉积层，可分为19个沉积阶段，指示了19次大小不同的洪水。2005年渭南渭河高漫滩的洪水沉积物粒度成分很好地指示了发生该洪水时高漫滩上洪水位的高度。 3．WN1、WN2剖面粒度成分变化随着深度具有明显的粗细变化规律。其中WNl剖面第5、7、9、11、16、17、18、19层粒度成分较第2、1、3、4、6、8、10、12、14、15层细，分选相对比较差，偏度小，峰态值偏低。这些粒度参数指示了第5、7、9、11、16、17、18、19层沉积时洪水搬运动力较第2、1、3、4、6、8、10、12、14、15层弱。在消除了沉积厚度引起的地形增高对粒度成分的影响之后，可以确定WNl剖面19个阶段洪水深度和规模由大到小的变化顺序依次为第15阶段>14阶段>10阶段>3阶段>12阶段>4阶段>13阶段>6阶段>8阶段>2阶段>1阶段>7阶段>11阶段>5阶段>16阶段>9阶段>18阶段>17阶段>19阶段。其中WN1剖面中第15阶段、14阶段、10阶段、13阶段、3阶段、6阶段和8阶段为特大洪水，形成洪水时高漫滩上的洪水位均大于1.56m，第11阶段、7阶段、2阶段、5阶段为大洪水，形成洪水时高漫滩上洪水位的高度小于2005年渭南渭河高漫滩上的洪水位高度。WN2剖面的19个阶段也存在洪水规模的交替变化。 4．沉积剖面中的CaCO<,3>主要来自河流搬运的碎屑CaCO<,3>。CaCO<,3>含量高反映了洪水沉积物粒度粗，指示形成该沉积时洪水搬运动力强，洪水规模大，降雨量偏多的气候；含量低通常反映洪水沉积物粒度细，指示形成该沉积时洪水搬运动力弱，洪水规模偏小，降雨量相对偏低的气候。对WNl剖面CaCO<,3>进行测定后发现，剖面第15、19、7、9、14、18、13、17、10、8、6层CaCO<,3>含量较1、5、2、12、4、16、3、11层CaCO<,3>含量小，在消除了沉积厚度引起的地形增高对CaCO<,3>含量的影响之后，可确定第1、4层洪水沉积水动力强，指示为特大洪水，第7、19层洪水沉积时洪水搬运动力弱，指示为大洪水。 5．在渭河河漫滩相沉积物中，磁化率敏感地指示了降水与水动力变化。在降水较多和洪水动力较强的条件下，形成了磁化率高、粒度较粗的沉积层，指示较高的洪水位；反之，在降水较少和洪水动力较弱的条件下，形成磁化率较低、粒度较细的沉积层，指示较低的洪水位。WN1、WN2剖面磁化率在整个剖面上变化明显，具有高低变化节律，反映了渭河洪水形成时期洪水位不同，指示了洪水发生时期气候的冷暖变化。 6．渭河洪水沉积中有机碳含量较低常常与降水增多和降水量集中造成的洪水动力变化有关，河流洪水沉积中有机碳含量较高常常与降水减少和降水量分配均匀有关。渭南WN2剖面有机炭各层含量为：18层>2层>19层>13层>5层>9层>12层>4层>6层>3层>7层>1层>8层>10层>16层>17层>14层>11层>15层。有机炭指示的洪水规模较大的有15层、14层、17层、16层、10层、8层、6层，与粒度指示的洪水规模具有较好的一致性。 7．从公元1710年到1735年间和公元1790年到1799年间渭南地区无水涝灾害发生，指示该阶段降水较少。在公元1736年到1789年间和公元1839年到1933年间有较多洪水记录，指示该阶段降水较多，其中1931年发生一次全地区范围内的特大洪水。 8．渭南地区公元1700-1949年的洪涝灾害序列的周期，通过95％检验的有12.8年、8.55年、5.85年周期等；通过80％检验的有18.25年、14.35年周期等。其中5.85年周期可以对应于ENSO的2-7年周期，说明该地区洪涝灾害的发生与低纬海洋大气活动之间存在某种关联。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1河流水环境研究的现状

1.2河流水环境研究的意义

2研究地区自然地理概况、剖面选择与采样

2.1渭南地区自然地理概况

2.2渭南WN1、WN2剖面选择与采样

3研究剖面地层划分及断代

3.1渭南WN1、WN2剖面地层特征

3.2渭南渭河2005年洪水沉积物特征

3.3断代

附表

4研究地区粒度分析

4.1粒度分析方法与实验步骤

4.1.1筛析法

4.1.2激光粒度仪法

4.1.3结果计算

4.2粒度结果分析

4.2.1渭南WN1剖面粒度分析结果与粒度分布特征

4.2.2渭南WN2剖面粒度分析结果与粒度分布特征

4.3渭南渭河2005年洪水粒度分析结果与粒度分布特征

4.3.1渭南渭河2005年洪水粒度组成特征

4.3.2渭南渭河2005年洪水粒度指示的洪水深度

5渭河河漫滩沉积物磁化率变化特征

5.1磁化率测定方法

5.2渭南WN1剖面磁化率结果分析

5.3渭南WN2剖面磁化率结果分析

6渭河河漫滩CaCO3变化特征

6.1 CaCO3测定原理与方法

6.2渭南WN1剖面CaCO3含量变化分析

7渭河河漫滩有机炭变化特征

7.1有机炭测定原理与方法

7.2渭南WN2剖面有机炭含量分析

8历史文献记录的渭南地区洪水变化

8.1资料来源与方法

8.2公元1700年-公元1949年渭南地区洪水发生的规律

8.3规模与频次

8.4洪水灾害的周期

9讨论

9.1颗粒成分指示的环境特征和影响洪水搬运动力的因素

9.2河漫滩沉积与洪水的关系

9.3对洪水动力指示性强的粒度成分

9.4渭河洪水沉积物指示的洪水深度与规模

9.5近120年来渭河洪水与气候变化的关系

9.6 CaCO3含量指示的渭河洪水变化及其环境演变

9.7磁化率指示的渭河洪水变化及其环境演变

9.8有机炭指示的渭河洪水变化及其环境演变

9.9渭南地区公元1700-1949年洪水规模、频次及周期分析

10结论

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果