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利用湖泊沉积物研究古洪水水文学-水文学

论文-水利论文

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1引言

洪水作为一种十分普遍的自然灾害，频繁地对人类生命和财

产造成巨大损害，如1998年长江特大洪水使整个长江流域都遭受了

严重的破坏。随着当前人口数量的增加、森林植被的砍伐以及城市化

建设等所致的土地利用方式改变，其如何影响洪水频率和洪灾程度是

当今密切关注的问题；特别在全球气候变暖背景下，灾害性天气、极

端气候的频发以及年内和地区降水分配不均对未来洪水频率和强度

变化的影响也是迫切需要解决的科学问题，因此预测和预防洪水灾害

意义十分重大。对过去规律的良好认知是把握和搞好未来预测的途

径。在气候变化对洪水灾害影响的研究中，现代观测数据时间太短，

很难进行年代和世纪尺度的气候变化以及对引发洪水的机制探讨。虽

然历史记录可以延长洪水资料，但其描述主观性较大，会受致灾程度

和人为偏见的影响，且时间跨度也十分有限，因而仍然难以满足需要。

为了提高对洪水引发机制和重现周期的理解，需要保存良好的更长时

间序列、更可靠洪水的自然记录。

古洪水是指全新世以来至可考证的历史洪水期以前由第四纪

沉积物所记录的大洪水（Baker,1983,1987,2008），其研究最初源于洪

水地貌学和第四纪地质学，并在1982年正式成为一门学科（Ko-chelet

al,1982）。古洪水水文学首次是应用于美国怀俄明州河流水文条件的

研究中，之后许多学者（Dana,1882;Stewartetal,1961）在河流古洪

水识别和重建方面作了大量工作。先后建立了一套基于树木洪水痕迹、

河流侵蚀记录、洪水河漫滩以及平流沉积的粒径、磁学、元素和有机

地球化学指标的古洪水重建方法（Baker,1987;Elyetal,1993;Mack-lin,

2003;Benito,2005;Thorndycraftetal,2005;Baker,2008;Stoffel,2008）。

大量研究者利用上述方法重建了一系列洪水（Knox,1993;朱诚等，

1996;Springeretal,1997;杨达源等，1997;Suietal,2001;Heine,2004;

Thorndycraftetal,2005;Huangetal,2007），并探讨了洪水与气候

（Zhangetal,2002,2007;Huangetal,2007）、文明（朱诚等，1996;Xia

etal,2004;Mannersetal,2007;Swierczynskietal,2013）的联系。虽然

上述重建方法在过去几十年来取得了很大成功，但随着河流古洪水水

文学科的发展，其存在的缺陷和不足逐渐显露。例如，重建时间跨度

十分有限，河流证据一般很难记录强度小的洪水，洪水后期河流侵

蚀和后来大洪水对上次洪水证据的破坏都将会导致洪水记录不完整

等。因此，寻找其他记录载体建立连续、高分辨的长时间序列洪水记

录迫切需要。

湖泊沉积物具有记录介质丰富、连续性强、分辨率高、对气

候与环境变化敏感以及可以提供原始气候变化记录等优点（Zhouetal,

2010;沈吉等2010），为建立连续、高分辨率的洪水记录提供了不可

多得的材料。利用湖泊沉积物研究洪水的历史最早可以追溯到20世

纪70年代（Sturmetal,1978;Lambertetal,1979），地质学者发现了河

流径流与湖泊碎屑沉积之间的联系，但并没有意识到湖泊沉积物对重

建过去洪水的价值。直到1987发生在阿尔卑斯山北部的瑞士大洪水，

才引起人们利用湖泊沉积物研究洪水灾害和洪水历史的注意。在之后

的20多年内，尤其欧洲和北美地区，利用湖泊沉积物重建洪水研究

以指数式增长。对于古洪水研究而言，利用湖泊沉积研究古洪水的最

大优势之一是湖泊沉积可以持续地同时记录背景沉积与洪水沉积，这

为我们重建完整洪水日历以及探讨洪水与气候关系提供了可能。此外，

还可依据湖泊沉积物中洪积层的粒径大小、厚度以及沉积容重等指标

重建洪水强度（Giguet-Covexetal,2012;Jennyetal,2014）。湖泊

沉积物相对于河流洪水沉积物的测年方法也已十分成熟，在一些高分

辨率或有纹层的湖泊沉积物中，完全可以精确追踪到洪水发生的年际

甚