基于HEC-RAS模型的汉江上游旬阳西段超长尺度古水文演化重建

发布时间：2020-03-04 20:47

【摘要】：通过对汉江上游河谷开展广泛细致的野外考察,在汉江上游旬阳西段全新世黄土-土壤剖面发现四层典型的古洪水滞流沉积物。对于系统采集的样品,进行粒度成分、磁化率分析,从沉积学角度证明了它们是典型的古洪水滞流沉积物。这些古洪水滞流沉积层夹在全新世风成黄土-土壤地层序列中,其每一层古洪水滞流沉积物记录了一期古洪水事件。根据OSL测年数据,并结合考古年代学和典型剖面地层对比,确定了这四期古洪水事件分别发生在8 500~8 400 a B.P.、4 200~4 000 a B.P.、3 200~2 800 a B.P.和1 800~1 700 a B.P.。利用古洪水SWD尖灭点高程法,恢复了这四期古洪水洪峰水位,介于233.0~239.2 m之间;进而基于HEC-RAS模型重建了四期古洪水洪峰流量,介于26 500~46 800 m3/s之间。将古洪水研究成果加入后,得到了远超过实测洪水和历史洪水重现期的稀遇洪水的水文信息,延长了汉江上游安康-旬阳段流域洪水的数据序列至万年尺度,使洪峰流量-频率曲线的稀遇洪水部分有了点据控制,百年和千年一遇的洪水洪峰流量的计算由外延变为内插,提高了设计洪水的精度。并且通过古洪水水文计算得到,该河段万年一遇洪水洪峰流量为46 900 m~3/s,千年一遇洪水洪峰流量为37 800 m3/s,百年一遇洪水洪峰流量为28 900 m~3/s。这对于汉江上游水利工程、防洪工程和城镇建设的洪水设计提供了十分重要基础数据。
【图文】：

县潘冢山，干流河道全长1577km，流域面积15.90×104km2。丹江口以上为汉江上游，是南水北调中线工程水源区，主流长925km，流域面积约9.52×104km2，穿行于秦岭、大巴山之间变质岩区，平均比降为0.6‰，河道蜿蜒曲折，峡谷与盆地交替出现(图1a)。汉江上游地处亚热带季风气候区，年平均气温在14~16℃。降水主要来源于东南季风和西南季风带来的暖湿气流，降水丰沛，多年平均年降水量830.9mm。降水季节相对集中于5~10月，且7~9月极易产生历时短、强度大的暴雨，造成洪水灾害。汉江上游干流安康水文站始建于1934年，其控制流域面积4.14×104km2，年平均流量568.78m3/s，年平均径流总量17.94×109m3，实测最大洪峰流量31000m3/s，最高水位是259.3m(1983.07.31)。历史调查最大洪水洪峰流量大约36000m3/s(1583.06)，，最高水位259.59m。汉江上游支流众多，呈羽毛状水系，植被覆盖较好，泥沙含量较小，推移质成分含量接近或者多于悬移质成分，泥沙主要来源于汉江上游两岸的低中山、低山和丘陵区。据安康水文站记录，年平均含沙量为1.38kg/m3，输沙量为2.71×107t。2研究剖面特征汉江上游山高谷深，在旬阳段吕河口下游基岩峡谷，分布着狭窄的第一级河流阶地，其性质为基座阶地。该河段河槽宽度300~400m，两岸均为陡崖或者陡坡。阶地前沿高出平水位24~26m，海拔为239~241m。在罗家滩阶地前沿，由于1983年夏季大洪水冲刷而发生崩塌，暴露出新鲜的地层剖面。剖面底部为具有二元结构特征的河流阶地沉积层，在河流相沉积层之上，有晚更新世晚期风成黄土和全新世黄土-土壤层覆盖。汉江上游旬阳西段罗家滩(LJT)全新世黄土-土壤剖面层次清楚，出露完整，未经人为扰动，其土壤学和沉积学特征明显(图1b和c)。结合野

在风成黄土和古土壤剖面中，粒径>0.1mm的沙级颗粒，往往能够指示当地人类活动影响和地表径流侵蚀与再沉积情况[21]。在旬阳西段LJT剖面>0.1mm的沙级颗粒含量介于0.37%~10.04%之间(图2)。在各层中都夹杂有少量的棱角状坡积岩屑。这是因为旬阳西段LJT剖面处于汉江河谷低阶地，阶地之上变质岩坡面风化物质会被暴雨径流携带参与阶地风成黄土和古土壤的堆积过程。但是这并没有改变阶地风成沉积覆盖层的基本性质。其中在晚更新世马兰黄土层(L1)和全新世早期过渡性黄土层(Lt)中，沙级颗粒当中还有较多的钙结核。这是由于全新世中期古土壤(S0)成壤过程当中，大量CaCO3成分被淋溶下移在此淀积成为结核。在沙级颗粒含量曲线上古洪水SWD层位多表现出显著的峰值，主要由纯净的磨圆度很好的沙级颗粒组成，这很好的反映了它们作为河流洪水表2汉江上游旬阳西段罗家滩(LJT)剖面粒度特征值分析结果Tab.2Grain-sizeAnalysisoftheLJTHoloceneProfileintheWestXunyangReachintheUpperHanjiangRiverValley地层层位<2(μm,%)2~16(μm,%)16~63(μm,%)63~125(μm,%)>125(μm,%)Md(μm)Mz(μm)SkKgS现代表土层(MS)17.8347.4931.432.310.949.357.840.210.941.41近代黄土层上部(L0上)17.9647.9231.042.260.829.237.810.210.951.40古洪水滞流沉积层(SWD4)14.1351.1132.171.960.6310.128.820.221.031.22近代黄土层下部(L0下)18.5347.4131.162.190.729.147.670.220.931.43古洪水滞流沉积层(SWD3)16.8543.6535.072.651.7811.018.820.260.971.42全新世中期古土壤层上部(S0上)17.6144.7331.194.182.3010.178.490.180.991.47古洪水滞流沉积层(SWD2)13.8336.8132.289.177.9115.5613.690.131.041.55全新世中期古土壤层下部(S0下)

【参考文献】

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【共引文献】

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