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《兰州大学》 2017年
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狼山山前黄河古河道末次冰盛期以来的古洪水研究

邹钰  
【摘要】:黄河是中国洪水泛滥最为频繁的河流之一,洪水的肆虐对沿岸人民的生命财产造成非常巨大的损失。后套平原位于我国东部湿润区和西部干旱区的过渡地带,黄河在此流经荒漠,大量的风沙入黄,致使该段河流水沙关系复杂。近年来在全球变暖和人类活动的作用下,该段河道淤积严重,河床逐年增高,潜在的洪水灾害成为区域面临的巨大威胁,所以系统地掌握黄河极端性气候水文事件的发生规律,可以为水资源的有效开发利用和防洪减灾工程提供科学依据。本文通过对狼山山前3个深约20 m的黄河古河道沉积钻孔岩芯物化特征分析和光释光(OSL)年代学研究,重建了该区晚第四纪以来的古洪水记录,并结合区域古气候资料,探讨了古洪水与气候变化的关系。研究发现,三个岩芯(DKZ01、DKZ02、DKZ03)沉积物的组成以粉砂为主,粉砂含量分别为63.12%、57.74%、40.97%,沉积物粒度的频率曲线多为单峰型,概率累积曲线则多为“跳跃-悬浮”两段式。另外,通过原位XRF扫描技术对岩芯进行高分辨率的元素分析,发现钻孔沉积物中元素Ca、Fe的强度最大,元素Rb、Al的强度最小,Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Rb元素强度随深度的变化呈现相一致的特征,在聚类分析中被归为同一类,而Zr元素强度的变化与Al、Si、K、Ca、Ti、Mn、Fe、Rb呈现相反的的变化特征,在聚类分析中单独归为一类。沉积物物化特征的垂向变化反应了水动力条件的时空变化,是重建区域古水文变化序列的绝佳载体。结合现代黄河宁蒙段水沙关系的研究,认为钻孔中2-16μm的泥沙颗粒应属于冲泻质,主要反应的是上游的供应情况,而16-80μm的泥沙颗粒以悬移质为主,随河流的流速和流量的增加而增加。我们选取二者的比值U(16-80μm/2-16μm)来代表古洪水发生的强度指标,即U值增大时代表了水动力条件的增强和洪水事件的幅度增大。同时,研究发现岩芯中Zr/Rb随深度的变化与平均粒径具有一致性,且ln(Zr/Rb)值与U值呈较好的正相关关系,鉴于元素指标高分辨率较高(1 cm),我们最终选取ln(Zr/Rb)可以作为粒度的代用指标来指示古洪水的发生强度,进而重建高分辨率的古洪水记录。结果发现22ka以来该区古洪水事件的发生存在着3个高频期和4个低频期,其中在16-14ka、11.5-7.5ka、3-1.2ka期间,洪水发生的频率较高,强度较大;而22-16ka、14-11.5ka、7.5-3ka、1.2ka至今,古洪水发生的频率较低,强度较小。通过与区域气候资料的对比分析,发现古洪水事件是流域水文过程对气候极端事件的响应,在气候转型期洪水多发,如在16-14ka时段内,气候不稳定,冷暖变动快速且幅度大,可能是洪水频发的主要原因;11.5-7.5ka时段内,全球气温逐渐回升,东亚季风逐渐增强,位于季风边缘区的狼山山前地区降水及有效湿度增加,古洪水活动较之前更加频繁,强度增加。在3-1.2ka时段内,气候系统的不稳定及人类活动的增强,可能是该时期洪水频发的主要原因。
【关键词】:岩芯 XRF岩芯扫描 ln(Zr/Rb) 古洪水 末次冰盛期 黄河古河道
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:P532;TV122.2
【目录】:
  • 中文摘要4-6
  • Abstract6-10
  • 第一章 绪论10-20
  • 1.1 古洪水研究进程10-15
  • 1.1.1 国外古洪水研究进程10-12
  • 1.1.2 国内古洪水研究进程12-15
  • 1.2 古洪水的研究载体15-16
  • 1.3 古洪水年代的确定16
  • 1.4 古洪水与气候变化的关系16-17
  • 1.5 选题依据及拟解决的问题17-18
  • 1.6 技术路线18-20
  • 第二章 研究区概况20-26
  • 2.1 区域地质地貌背景20-22
  • 2.1.1 地质背景20
  • 2.1.2 地貌特征20-22
  • 2.2 气候背景22-24
  • 2.2.1 现代气候状况22-23
  • 2.2.2 古气候特征23-24
  • 2.3 水文特征24-26
  • 第三章 钻孔沉积物年代学研究及物化指标分析26-43
  • 3.1 光释光年代测试及结果26-27
  • 3.2 元素测试及结果分析27-33
  • 3.2.1 元素测试28
  • 3.2.2 元素结果分析28-33
  • 3.3 粒度测试与分析33-43
  • 3.3.1 粒度测试33-34
  • 3.3.2 DKZ01钻孔沉积的粒度分析34-36
  • 3.3.3 DKZ02钻孔沉积的粒度分析36-39
  • 3.3.4 DKZ03钻孔沉积的粒度分析39-43
  • 第四章 古洪水指标的获取与序列重建43-58
  • 4.1 古洪水的粒度代用指标43-45
  • 4.2 古洪水地球化学指标45-53
  • 4.2.1 元素与粒度的相关性分析45-51
  • 4.2.2 古洪水元素指标的获取51-53
  • 4.3 古洪水序列的重建53-58
  • 4.3.1 年代框架53-54
  • 4.3.2 古洪水阶段性研究54-58
  • 第五章 古洪水研究与气候变化58-62
  • 5.1 末次冰盛期(22-18ka)58
  • 5.2 末次冰消期(18-10ka)58-59
  • 5.3 早全新世(10-7.5ka)59
  • 5.4 中全新世(7.5-3ka)59-60
  • 5.5 晚全新世(3-0ka)60-62
  • 第六章 结论与展望62-64
  • 6.1 结论62-63
  • 6.2 展望63-64
  • 参考文献64-72
  • 在学期间的研究成果72-73
  • 致谢73

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