题目：洛阳盆地全新世特大洪水及环境演变研究

洛阳盆地全新世特大洪水及环境演变研究
李胜利
摘  要 全新世是人类文明迅速发展进步的时期，也是过去的全球变化（PAGES）研究的热点，深入了解和研究全新世环境，对于认识现阶段地理环境及其未来发展趋势具有重要意义。位于黄河中游的洛阳盆地，是我国古代文明的重要发祥地之一，人类活动的古遗址分布广泛。现有研究成果显示，该区在全新世水旱灾害频发，对中华文明进程产生了深远影响。深入研究古遗址周围的黄土——古土壤地层和古洪水沉积物，识别和获取蕴藏其中的古洪水信息，并据此确定全新世特大洪水事件发生的次数、频率、时间及规模，对于验证水利和防洪工程、交通工程设计洪水、提高工程设计的可靠性具有重要的现实意义，而且有助于揭示洛阳盆地及黄河中游地区全新世环境演变的特点和规律。
本文基于详细的野外考察，在河南新郑县北部的黄土台地选择了GDZ剖面，这是典型的全新世黄土—古土壤剖面。在洛阳市东北约20km处的汉魏故城遗址内选择了HWC剖面，在汉魏故城遗址邻近河岸选择了LHT剖面、YWC剖面，又在洛阳市上游河岸选择了YYC剖面，这4处为全新世洪水平流沉积物剖面。对5个剖面进行了磁化率、粒度和﹥0.1mm粒级百分含量等环境代用指标的室内实验分析和测定。通过野外沉积特征和室内实验分析，在GDZ剖面重建了全新世气候与成壤环境变化的过程，在其它4个剖面鉴定识别了剖面中的洛河古洪水平流沉积层，据此恢复了洛河古洪水水位和洪峰流量，使洪水记录长度由实测洪水的数十年尺度延长到百、千年尺度。并结合古洪水、历史调查洪水资料数据，绘制了洛河一万年来的洪水洪峰流量－频率曲线，为洛河水利工程建设和防洪减灾等方面提供了非常有价值的基础数据。同时，进一步分析揭示了洛河古洪水与洛阳盆地全新世气候变化、环境演变和人类活动的相互关系。本文获得的主要结论为：
1．通过沉积学分析准确判定了洛河4个古洪水平流沉积物剖面中的古洪水平流沉积层，为再现洛河晚全新世洪水水位及流量提供了地质证据。通过野外沉积特征识别、室内粒度分析和数学公式判别，准确判定了HWC、LHT、YWC、YYC剖面中洛河古洪水平流沉积层，发现LHT剖面平流沉积层共记录了12次晚全新世特大洪水事件，其中底部8次发生在隋唐时期，顶部3次推测为近现代大洪水。YWC剖面的记录了10次晚全新世特大洪水事件，沉积事件可与LHT剖面作对比。HWC剖面记录了3次全新世特大洪水事件。YYC剖面共记录了8次晚全新世洪水事件。洛河古洪水沉积层的准确判定为我们恢复洛河晚全新世洪水水位及流量提供了第一手资料。
2．通过确定古洪水水位并采用水位—流量关系法计算出古洪水的流量，结合当代水文观测的年最大洪峰流量、和前人调查获得的历史洪水洪峰流量，建立了洛河一万年来的洪水洪峰流量－频率曲线。基于地质学、考古学和水文学方法，依据洛河一级阶地前沿LHT剖面、YWC剖面古洪水平流沉积物反映的古洪水水位，采用水位-流量关系水文模型，计算出洛河晚全新世时期的15次古洪水的洪峰流量，延长了洛河洪水数据系列，建立了洛河全新世洪水洪峰流量－频率曲线，并通过与洛河历史调查洪水、洛河可能最大降雨导致的可能最大洪水对比分析，认为计算结果基本合理。洛河低频洪水洪峰流量－频率曲线的求得对于洛阳盆地的防洪减灾、水资源开发利用、城市和农村生态环境建设、水污染防治都具有十分重要的参考价值。该研究成果填补了洛河古洪水研究的空白，对于洛河流域生态环境综合治理，具有重要的科学意义。
3．通过GDZ剖面多种环境代用指标分析，建立了该区域全新世气候与环境变化的过程，揭示了该区域全新世黄土—土壤物质的成因。GDZ剖面磁化率、粒度成分和>0.1mm粒级百分比含量与黄土高原地区典型全新世黄土对比分析，显示豫中黄土是近源风尘沉积物，粉尘主要来源于孟津以东黄河冲积、洪积扇的松散河流沉积物。黄河下游的频繁决口、改道、泛滥沉积为风沙活动提供了丰富的物源，形成风沙活动的动力是东北风。GDZ剖面记录了豫中黄土区及其附近地区的全新世气候与环境演变信息和洛河古洪水发生时的气候变化背景特征，剖面沙含量变化也揭示了豫中全新世黄河泛滥平原沙尘暴活动特征、黄河泛滥平原范围变化。粒度分析显示晚全新世以来气候突变，趋于干旱，水土资源恶化，降水变率大，黄河泥沙含量大大增加，黄河泛滥频率大大增加，风沙活动范围扩大，沙尘暴活动强烈。
4．通过野外观察和室内沉积特征分析，发现洛河河谷在特大洪水间歇期有风沙活动，形成了“古洪水平流沉积层——风吹沙层”互层。LHT和YWC剖面中都出现多个“古洪水平流沉积层——风吹沙层”互层，其中的平流沉积层为古洪水平流沉积物，风吹沙层则是洪水间歇期当地盛行的东北风搬运的河床沙在阶地上堆积的产物。晚全新世以来气候突变，当盛行的东北风携带黄河泛滥泥沙在GDZ剖面堆积形成L0时，LHT和YWC剖面则在频繁发生的古洪水、河谷中强劲的东北风的交替作用下形成了“古洪水平流沉积层——风吹沙层”互层。平流沉积层与风吹沙层在LHT和YWC剖面的多次交替，反映出洛阳盆地晚全新世时期气候、环境系统的剧烈波动和恶化，东北季风强盛和古洪水事件的频繁发生。
5．研究发现洛河古洪水平流沉积层层次越新厚度越大，反映了历史时期以来流域内人类活动对自然的干扰强度越来越大，导致洛河流域水土流失严重，洛河泥沙含量越来越大。分析说明在隋、唐代时期洪水发生频繁，但泥沙含量较少，平流沉积层厚度较薄。隋唐以后特大洪水发生频率少，但泥沙含量较高，洪水淤积层厚度更大。古洪水平流沉积层厚度反映了古洪水发生时的泥沙含量，而泥沙含量又和当时的水土流失及地表覆被情况相关。剖面上部古洪水平流沉积层厚度变大说明3100 a B.P.以来，随着人口的增加，人类对自然环境的影响与日剧增，生态环境退化，人类有组织、大规模的毁林垦荒等活动破坏了流域内的地表植被及滞水能力，导致水土流失严重，洪水更易于发生。
关键词：伊洛河；古洪水；水文分析；全新世；环境变迁