（环境科学专业论文）关中平原西部近百年来渭河洪水环境变化研究.pdf

粒度成分细，重金属含量高；粒度成分粗，重金属含量相应较低。周至剖面 的重金属元素含量在垂向变化非常显著，由下到上呈由少变多的趋势。这说 明人们在耕作时使用的化肥、一些工矿企业的“工业三废”和人们的生活污 水等污染了土壤，反映了人类活动使得渭河的水污染加强。 5 渭河大洪水的形成大主要是由于年降雨量增加造成的，其次是短时间的暴雨 造成的。此外，人们毁林垦荒，陡坡垦殖，滩区种植农作物等也加剧了洪水 的发生。 6 近4 0 0 年来渭河地区洪水频次变化与太阳黑子数以及我国东部地区温度变化 在几十年尺度上呈近似反相关关系。在太阳黑子数多的时期，我国东部地区 温度较高，但渭河地区洪水发生频次较少，相反，当太阳黑子数少的时期， 我国东部地区温度较低，渭河地区洪水发生频次较高。 7 渭河中游洪水沉积与下游洪水沉积相比，具有洪水沉积厚度小，粒度粗的特 点，指示洪水深度小，动力强。 关键词：关中平原西部渭河洪水沉积粒度特征重金属元素 水环境 i l t h e s t u d yo nt h ee v o l u t i o no f f l o o d sa n dw a t e re n v i r o n m e n ti n t h ew e s to fg u a n z h o n gp l a i nd u r i n gt h el a s tc e n t u r y l i u x i a o q i n g a b s t r a e t ：t h ef l o o du s u a l l ys u b m e r g e st h ef i e l d ，r o a d sa n dv i l l a g e s ，a n da l s o l e a d st ot h el o s so ft h ep r o p e r t i e sa n dl i v e s t h u s ，t h er e s e a r c ha b o u tf l o o di sp a i dh i g h a t t e n t i o n i th a si m p o r t a n ts c i e n t i f i cs i g n i f i c a n c et or e v e a lt h er o l eo ft h ef l o o dc h a n g e ， t h ef l o o do c c u r l 七n e ea n dt h ed e t e r i o r a t i o no ft h ew a t e rq u a l i t yi nh i s t o r i c a lp e r i o d i n v e s t i g a t i n go nt h ed i s t r i b u t i n ga n dg r a i ns i z ea n dt h ec o n t e n to f t h eh e a v ym e t a li nt h e f l o o d p l l a i ns e d i m e n t si ng u a n z h o n gp l a i na b o u ti no n eh u n d r e dy e a r s i ta l s oh a s i m p o r t a n tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et os t u d yt h o s ep r o b l e m so nh y d r o d y n a m i cf o r c ea n dt h e a s p e c to fw a t e re n v i r o n m e n t b a s e do nt h ed e t a i l e di n v e s t i g a t i o na n ds y s t e m i cd e s i g n ， 18 9s a m p l e sw e r ec o l l e c t e di nh i 曲f l o o d p l a i no f z h o u z h i ( z z ) p r o f i l e ，m e i x i a n ( m x ) p r o f i l e g r 卸l d o m e t r i cc o m p o s i t i o n ，c o n t e n to ft r a c ee l e m e n t s ，g r a y s e a l e ，a n dm a g n e t i c s u s c e p t i b i l i t yo fs a m p l e sw e r ed e t e r m i n e d b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h e s ei n d e x e s c o m b i n e dw i t ht h er e - a n a l y s i so fh i s t o r i c a ll i t e r a t u r ea n dp o w e rs p e c t r u ma n a l y s i sf o r f l o o ds e q u e n c eu s i n gt h er e d f i ts o f t w a r e s o m ec o n c l u s i o n sh a v eb e e ns u m m a r i z e da s f o l l o w s ： 1 t h ef l o o dd e p o s i t i o no fw e i h er i v e rc a l lr e c o r dt h e s e q u e n c eo ff l o o d o c c u r r e n c e i ti sv i t a lr o l et h a tt h eg r a i ns i z ec a nb er e g a r d e da st h ep r o x yw h i c h r e p r e s e n ti nh y d r o d y n a m i cf o r c e t h e r e f o r e ，w ec a ni n v e s t i g a t et h ef l o o dc y c l e sb yt h e a n a l y s i so ff l o o ds e d i m e n t s 1 1 1 et h i c k n e s so fz za n dm xp r o f i l ei sr e s p e c t i v e l y l 9 m w h i c hw a sf o r m e db yt h ea n c i e n tf l o o dd e p o s i t ，1 6s e d i m e n tp h a s e si n d i c a t i n g1 6f l o o d d e p o s i t i o n sd i f f e r e n t l y , a n da l s oi n d i c a t e d1 6f l o o dd e p o s i t i o n ss t a g e s ，i n c l u d i n gt h e c a t a c l y s mo f2 0 0 5w h i c ht h et o p s i d ei n d i c a t e da n dt h eo t h e r15 f l o o dd e p o s i t i o n s f o r m e di nt h ee a r l yt i m e s a c c o r d i n gt ot h eh i s t o r i c a lm a r t i a l ，t h e16f l o o dd e p o s i t i o n s w h i c hs h o w e di nt h ez za n dm x p r o f i l e sa r em o s t l yf o r m e di nt h er e c e n t1 2 0y e a r s 2 t h e r ei so b v i o u sv a r i e t yr h y t h mo fg r a n u l a r i t ya l o n gw j t l lt h ed e p t hi nt h ez z m x p r o f i l e s t h eg r a n u l a r i t yi nt h e1 s t ，2 n d ，3 r d 、5 t h 、6 t h 、7 t h 、a n d8 t hs e c t i o n sw a s t h i n n e r t h a n t h e 4 t h 、9 t h 、1 0 t h 、1 1 也、】2 t h 、13 如、1 4 t h 、1 5 t ha n d 】6 t hs e c t i o n so f 1 i i t h ez z a n dn i x p r o f i l e s a f t e re l i m i n a t i n gt h ei n f l u e n c eo f t h el a n d f o r mh e i g h t e nc a u s e d b yt h ed e p o s i t i o nt h i c k n e s so ng r a n u l o m e t r i cc o m p o s i t i o n ；t h eo r d e ro f f l o o dd e p t ha n d t h e f l o o ds c a l eo f t h e s e1 6 f l o o d p h a s e s w a s ：1 5 t h 1 2 m 1 3 t h 1 6 t h 1 4 t h 9 t h l o t h 1 1t 1 1 4 t h 1s t 2 n d 6 t h 5 t h 7 血 8 m 3 t h t h e1 5 m 、1 2 t l l 、1 3 t h 、1 6 t h 、 】4 t h 、9 t h 、1 0 t h 、1 1t h a n d 4 t h w e r e t h ec a t a s t r o p h i c f l o o d p h a s e s ，a n d t h e1 s t 、2 n d 、 6t h 、5 t h 、7 t h 、8 t ha n d3 t hw e r et h eu s u a lf l o o dp h a s e 3 w eh a v ed o n et h er e a n a l y s i so nt h ed a t ao ff l o o dh a z a r d si nt h em i d d l ea n d l o w - r e a c h e si nw e i h er i v e rf r o m1 6 6 4t o1 9 4 9 ，u s i n gt h eh i s t o r i c a ld o c u m e n t a sa r e s u l t , i ti sf o u n dt h a tt h ef l o o dh a z a r d si nt h i sa r e aa r cm o s t l yl o c a lo n e si nas m a l l s c a l e i ti sw o r t h yt op o i n to u tt h a tp o w e rs p e c t r u ma n a l y s i so nt h ef l o o ds e q u e n c e i n d i c a t e st h a tt h e r ee x i s t so fp e r i o d i c i t i e so f 7 6y e a r s ，1 1y e a r sa n d2 - 7y e a r si nt h i s a r e a p e r i o d i c i t i e so fc e n t e n n i a la n dq u a s i - d e c e n n i a lc a nb ew e l lc o r r e l a t e d r e s p e c t i v e l yt ot h o s eo fs o l a ra c t i v i t y ；t h ep e r i o d i c i t yo f3 4 - 2 2y e a r s i s p r o b a b l y a s s o c i a t e dw i t ht h ea c t i v i t yo ft r o p i c a la i rm a s s ，w h i c hi n d i c a t e st h a tb o t ht h es o l a r a c t i v i t ya n dt h ea t m o s p h e r i ca c t i v i t yi nt h ea r e ao fl o w l a t i t u d eo c e a nc a ni n f l u e n c ei n t h ef r e q u e n c yo ff l o o dh a z a r d si nt h es t u d yr e g i o n 4 t h e r ei sas t r o n gr e l a t i v i t yb e t w e e nt h ec o n t e n to f t h eh e a v ym e t a le l e m e n t sa n d t h eg r a i ns i z eo ft h ed e p o s i t i o n si nt h er e s e a r c hp r o f i l e s n eh i g h e rc o n t e n t so ft h e h e a v ym e t a le l e m e n t sc o r r e s p o n d e dt ot h et h i n n e rg r a n u l o m e t r i cc o m p o s i t i o n ，w h i l e t h el o w e rc o n t e n to ft h eh e a v ym e t a lc o r r e s p o n d e dt ot h et h i c k e rg r a n u l o m e t r i c c o m p o s i t i o n t h ec o n t e n t s o ft h eh e a v ym e t a le l e m e n t sc h a n g e do b v i o u s l ya n d d e c r e a s e da l o n gw i t ht h ep r o f i l ed e p t hr e f l e c t e dt h ei n f l u e n c eo f h u m a n i t ya c t i v i t yo n t h ew e i h er i v e rw a t e re n v i r o n m e n t a 1 lt h e s ei n d i c a t et h eh u m a ns t r e n g t h e nt h es o i l p o l l u t i o nw h e n t h ef a r m e r su s et h ef e r t i l i z e ra n dt h ew o r k e r sd u m pt h ed i r t yw a t e ri n t o t h er i v e r 5 t h em a i nc a u s eo ft h ef l o o di su s u a l l yd u et ot h ei n c r e a s i n go fa n n u a lm e a n r a i n f a l l t h ei n s t u n th e a v yr a i n s t o r mc a na l s ol e a dt ot h ef l o o d b e s i d e st h o s e ，t h e h u m a na c t i v i t i e sp r i c ku pt h ef l o o do c c u r r e n c e f o re x a m p l e ，t h eh u m a nd e s t r o yt h e f o r e s tt oc u l t i v a t et h ef i e l d ，w h i c hr e s u l ti ns o i le r o s i o na n dr a i s i n gt h ef l o o dl e v e ， e v e n t u a l l y , t h en o o dd i s a s t e ri sa g g r a v a t e d 6 t h ec h a n g eo ff l o o df r e q u e n c yi nw e i h ea r e ai nr e c e n tf o u rh u n d r e dy e a r sh a s a p p r o x i m a t ea n t i - d e p e n d e n c er e l a t i o n s h i pw i t ht h en u m b e ro f t h es u n s p o t sa n dt h e c h a n g eo ft h ea i rt e m p e r a t u r ei nt h ee a s to fc h i n a i nd e c a d a ls c a l e w h e nt h es u n s p o t s i v i n c r e a s e ，t h ea i rt e m p e r a t u r er a i s e i nt h ee a s to fc h i n a , w h i l et h ef l o o df r e q u e n c y d e c r e a s ei nw e i h ea r e a , a n dv i s ev e r s a 7 b ec o m p a r ew i t ht h ef l o o di nt h el o w e rr e a c h ，t h ef l o o di nt h em i d d l er e a c h h a v et h ef o l l o w i n gc h a r a c t e r i s t i c s ：t h es e d i m e n t a r yt h i c k n e s so ft h ef l o o da r et h i n n e r , t h eg r a i ns i z ea l ec o a r s e r , a n dt h es e n d i m e m a r yl e v e la r el e s s k e yw o r d s ：t h ew e s to f t h eg u a n z h o n gp l a i n ；w e i h er i v e r ：f l o o ds e d i m e n t ；g r a i n s i z e c h a r a c t e r i s t i c s ；h e a v ym e t a le l e m e n t ；w a t e re n v i r o n m e n t v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 作了明确说明并表示谢意。 作者签名： 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西师 范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文的电 子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校 图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索； 有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名： 第一章绪论 第一节选题依据和研究内容 l 论文选题依据 河流是地球表面淡水资源更新较快的蓄水体，是人类赖以生存的重要淡水资 源。河流洪水是导致洪涝灾害的自然因素，造成了人员伤亡和巨大的经济损失。 全球水循环和洪水演变的研究已经成为全球变化科学的一个新的战略重点。国外 对洪水研究取的突出成果是估算了洪水流量和流速，确定了大洪水事件和洪水发 生原因【l - 7 1 不足之处是由于缺乏历史文献资料或没有利用历史文献资料，未能获 得分辨到年的高分辨研究成果，没有获得短周期洪水变化周期的认识。在国内， 对我国河流洪水演变进行了一定研究【5 】，主要揭示洪水发生原因和灾害特征，取 得主要成果是利用历史文献获得长江流域分辨到年的洪水变化研究，但是对其水 位，规模研究不够。前人对渭河流域的研究主要集中在渭河河道变迁，而对历史 时期河流洪水强弱变化、利用历史文献对渭河流域历史时期洪水变化进行深入的 分析研究、水环境演变以及历史时期的水质污染问题研究甚少。因此从水动力和 水环境方面着手，研究关中地区约1 0 0 年来河漫滩相沉积物的分布及其颗粒成分、 测定河漫滩相沉积物的重金属含量、渭河水环境演变的规律，这对揭示历史时期 渭河流域洪水演变规律，大洪水事件、洪水发生的周期和渭河水质恶化的规律， 对预测渭河水环境的发展趋势，查明渭河流域植被破坏和水土流失的原因及治理 渭河污染具有极其重要的科学意义和现实意义。 2 研究内容 本文在详细的野外观察基础上，在周至、眉县河漫滩上的z z 、m x 两个典型 高漫滩沉积剖面分别采集了9 4 、9 5 个样品，共计1 8 9 个。对这1 8 9 个样品进行粒 度成分、磁化率、金属元素、以及灰度的测定，分析了两个剖面各项环境指标， 对实验结果进行处理，并利用历史文献研究洪水的规模、洪水发生的周期及其渭 河水质恶化的特点。主要研究内容包括： ( 1 ) 剖面的选定及其样品的采集。 ( 2 ) 实验测试和数据整理 粒度的测定及其数据整理 磁化率的测定和整理 。灰度的测定和整理 重金属元素的测定和整理 ( 3 ) 实验结果的讨论与分析 颗粒粒度成分指示的环境特征 河漫滩沉积与洪水的关系指示洪水变化的粒度成分的选择 粒度参数变化指示的环境变化特征 影响洪水动力与河漫滩沉积粒度成分的因素 渭河洪水沉积物指示的洪水深度与规模 近1 0 0 年来渭河洪水与气候变化的关系 重金属元素与沉积物粒度组成的关系 重金属元素指示的渭河污染演变 磁化率指示的渭河洪水变化及其环境演变 洪水周期的讨论 第二节河流水环境研究意义和现状 l 河流水环境研究意义 我国是水资源极为缺乏的国家，人均水资源占有量仅为世界平均水平的四分 之一在世纪初的今天，受人类活动加剧与气候波动的影响，人类不仅面l 临着人 口、资源环境等一系列发展中的新问题而且。水”这一历史的问题也正在变得 更为严峻与复杂，特别是在水资源短缺、水环境恶化、水土流失加剧等问题交织 在一起的形势下，使得水环境问题的研究更为迫切。 我国是世界上洪水灾害发生较为频繁的国家之一。统计资料表明，我国主要 江河1 0 0 年间( 1 9 0 0 一1 9 9 9 ) 共发生频率1 0 - - 2 0 以上的洪水2 1 3 次，平均每年 超过两次，且每两年至少发生一次频率5 - - 1 0 的洪水，每三年左右就可能发生 一次频率5 以上的较大洪水或特大洪水【1 6 1 。例如1 9 9 8 年长江流域发生全流域的 大洪水，直接经济损失达1 6 6 亿元，仅湖北省就有2 4 6 6 x 1 0 6 平方公里受灾。各类 直接经济损失达3 2 8 3 2 亿元。其他流域如珠江和松花江大水，也造成了不同程度 的损失。给国家和人民带来了巨大的灾难，也给环境带来了灾难性的后果。例如 洪水生往往引起水土流失，使土壤贫瘠化，低洼的地方形成盐碱地，严重影响了 两岸人民的生产生活。同时使河道淤积，洪水行洪困难，造成了“小流量，高水位， 小水成灾，【。 除了洪涝灾害，水环境的污染也是迫在眉睫需要解决的问题。一方面城市污 水排放量不断增加，但处理率却没有同步增加，特别是工业废水的排放是我国河 流目前的主要污染源。虽然国家进行了有效治理，但是有些企业偷排、漏排废水 的现象时有发生，甚至把国家明令禁止的有毒有害的物质排入河流。导致河流污 2 染日益严重另一方面，城郊城市化的发展，小城镇的生活污水急剧增加，化肥 农药的流失量越来越多，郊区畜禽养殖业的发展，使规模化养殖场的废水基本上 未经处理排入河流。污染物进入河流后，引起河流水质的污染，使大量病原微生 物蔓延，同时重金属通过食物链在人体的某一部位积累，使人慢性中毒，严重威 胁人类健康，制约着经济可持续发展。世界各国无不把重金属含量作为重要的水 体污染指标，作为监测控制的重要内容。 渭河是黄河最大的支流，发源于甘肃省渭源县，西起乌鼠山，向东流经陇西、 武山、甘谷、天水等县市，于凤阁岭处流入陕西境内，横贯关中平原，在潼关处 汇入黄河。全长8 1 8 k i n 。流域面积1 3 5 万k m 2 ，在陕西省境内河长5 0 4 k i n ，流域 面积为3 - 3 6 万k m 2 ，占流域总面积的5 3 蜊0 1 。流域可分为三段，河源至宝鸡峡口 为上游，长4 3 3 4 k m ，该段河道狭窄，水流湍急，含沙量很少宝鸡峡口至成阳铁 桥为中游，长1 7 6 6 k m ，该段河床宽浅，多沙洲，水流分散，河道淤积严重。成阳 铁桥至潼关河口为下游，长2 0 8 k m ，中下游河道位于关中平原，水沙含量大，河 床冲淤变化复杂，是渭河水沙的主要来源之一i 珥】。历史时期以来，渭河水量变化 的特点可以总结为：平水期水量持续减少，水量变化季节性明显，洪涝灾害不断 增加。 史料记引1 虬，自秦代开始，渭河流域城市已向渭河排放污水，汉长安城内 排污系统非常完善。史念海先生据历史文献得出，渭河在2 0 0 0 多年前被作为运输 的航道，在唐朝仍能通航。到宋代以后，渭河就失去了航运的能力。这表明秦代 一唐代渭河水体深度大，流量大，宋代以后水体变浅，流量变小。到了近代，尤 其是近1 0 0 年来，在渭河流域经济发展的同时，大量污水进入渭河，造成严重污 染，渭河流域已成为全国污染最为严重的地区之一圈。这影响渭河流域的社会经 济可持续发展和沿岸人民的生存环境。因此，对渭河水环境演变进行研究，探讨 历史时期渭河流域洪水变化和渭河水环境恶化规律，为预测渭河水环境的发展趋 势和治理渭河具有重要的现实意义。 由于国内外在河流水文方面的研究开展的比较晚，研究的深度和广度还不够， 还有很多问题有待查明。洪水是经常发生的，不同规模的洪水有不同的变化规律， 有年级、十年级和百年级等不同时间尺度的洪水。不仅研究非周期的大洪水事件 时必要的。而且全面研究不同时间尺度洪水变化序列、时间规律和发展趋势显得 更为必要。查阅历史资料后可知，前人对我国历史时期渭河河道变迁及现代洪水 进行了许多研究【2 3 脚j ，并且对渭河流量的相对变化及其作为运输航道的功能也进 行了探讨 2 9 1 ，取得了一些重要成果。这些成果对研究渭河流域历史时期气候变化， 土壤与植被演变有重要作用。但这些研究主要是针对洪水事件和历史时期植被破 坏对河流泥沙及洪水的影响等方面，除赵景波等 j 0 - 3 3 1 人对西安高陵距今1 4 0 0 1 1 0 0 年间渭河洪水、咸阳近代渭河洪水等进行过研究外，尚未见对渭河历史时期 洪水演变研究的成果发表。 2 河流水环境研究现状 河流是人类文明的摇篮，是地球淡水循环的关键环节，是地表特殊的地理和 生态单元，对地球生物圈和生态系统，尤其是陆地生态系统具有重要的影响 3 4 j 。 作为人类赖以生存的重要淡水资源，与人类的生存息息相关。河流作为陆地水环 境的重要组成部分，研究河流的各种水文现象和发展规律、河流资源的有效利用 及人类活动对河流生态系统所产生的影响等诸多问题，成为水文学中重要的分支 学科之一口5 】。国内外许多学者致力于河流水文学研究中，并且取得了优秀的研究 成果1 1 - 1 5 , 3 6 - 3 9 1 。其中对河流水环境的研究，主要集中在河流洪水、流域定量地貌、 河流泥沙、河流热状况与冰情、河流水质、河流生态环境、河床演变等方面。 在国外，古水文学被认为是重要的新兴学科，研究较多的是大洪水事件和流 量变化等l l - 8 1 。c h r i s t o p h e re 等( 1 9 9 4 ) 根据洪水期河漫滩相沉积物及其1 4 c 年代 测定，对美国科洛拉多a r t h u r s 峡谷古洪水进行了研究，识别了4 万年来存在的多 次大洪水的活动 2 1 。m i c h a e l ( 2 0 0 1 ) 通过测量日本中部a m 河形成的洪积平原砾石 大小，研究全新大洪水和气候变化，得出全新世洪水变化是非随机性的【l 】。 h u d o n - e d w a r d s k a e ta 1 ( 1 9 9 9 ) 研究了河流污染历史，认识到了2 0 0 0 年以来的重金 属污染变化 4 1 。d i o n y s i a ( 19 9 6 ) ，j a m e s ( 2 0 0 0 ) 等研究河流洪水得出，洪水对气候变 化反应敏感【3 6 1 。国外对洪水研究取得突出成果是估算了洪水流量和流速。 在国内，对河流洪水演变也进行了一定研究，从不同角度对河流水沙特性与 河道演变进行了研究，同时对于在自然因素和人类活动双重作用下黄河流域水沙 过程变异规律及河道的响应机制，泥沙侵蚀一搬运一沉积的机理，萎缩性河道演 变规律及致灾机理等问题进行了深入系统的研究1 4 0 。提出了洪水波速定理】。但 总体研究较少。 纵观近几十年国内外研究历史，对河流水环境及水动力等水文学方面的研究 具有如下特点：理论上，注重多学科交叉发展；方法上，采用多种水环境要素整 体分析：层次上，向宏观与微观两极发展，重视可持续发展：技术上，多种技术 有机结合，高新技术得到充分应用：研究基础越来越依赖于长期连续观测资料的 积累与分析【4 2 删。 通过整理历史文献可以获取巧史时期洪水发生的规律，然而由于洪水发生具 有历时短、范围小的特点1 4 5 1 ，所以从历史文献中研究洪水发生规律适合在特定流 域内展开，不宜在大范围地区展开。笔者等对前人整理的泾河中游地区的历史文 4 献记录进行了再分析。周期分析显示洪水发生具有显著的1 1 年周期和百年周期， 与太阳活动的周期十分致，表明太阳活动对洪水发生具有调制作用 4 0 3 。 目前全球各种自然灾害所造成的损失中，洪涝灾害依然为自然灾害之首，占 4 0 。洪水是暴雨、急骤冰雪溶化、风暴潮和自然堤坝等自然或自然一人为因素引 起的江河湖泊水量增加，水位上涨或海水侵袭淹没陆地的现象【4 7 j 。 河流洪水是导致洪涝灾害的自然因素，也是河流最重要的水文现象之一当 暴雨形成时，河流水量猛增，往往超过河网正常宜泄能力，导致洪水灾害发生。 另一方面，按照现代认识，洪水并非完全有害，它既是江河物质输移的载体，又 是维系河流及其流域生态平衡的重要条件，也是一种资源，是可利用的水资源的 重要组成部分。尤其是像我国这样水资源分时空分配不均，严重缺水的国家。更 应利用洪水资源。所以也不能单纯的研究防洪，还应该充分考虑怎样利用洪水。 因此研究洪水的形成和运动规律，进行抗洪，防洪，由过去的单纯的防洪减灾向 结合洪水资源利用方向转变非常重要。我国已明确提出由控制洪水向洪水管理转 变，开展了洪水风险管理理论与风险分析方法，探索现代流域管理等【4 7 5 2 。 第三节研究流程和工作量 本研究主要采用野外考察室内实验分析、历史文献资料统计和软件计算相结合 的方法。 1 研究工作量 本研究主要完成的工作如下： 时间主要工作 2 0 0 4 年1 2 月- - 2 0 0 5 年6 月野外考察和采样 粒度测定( 1 8 9 个样品) 磁化率测定( 1 8 9 个样品) 2 0 0 5 年6 月一2 0 0 6 年1 1 月 重金属元素测定( 9 4 个样品) 灰度测定( 9 4 个样品) 2 0 0 6 年1 2 月- - 2 0 0 7 年3 月实验数据分析和论文撰写 2 本次研究的工作流程 6 第二章研究地区自然地理概况和剖面选择与采样 第一节周至眉县地区自然地理概况 渭河是黄河的最大支流，位于我国西北黄土高原的东南地区。发源于甘肃省 渭源县的乌鼠山，于陕西潼关注入黄河，全长8 1 8 公里。渭河流域包括甘肃、宁 夏、陕西三省区1 3 个地区8 6 个县市，总面积1 3 4 7 6 6 平方公里，其中甘肃占“， 宁夏占6 ，陕西占5 0 。 作为塑造关中平原的主要外动力。渭河还造就了富饶的“八百里秦川”，使渭河 流域成为我国历史文明的发祥地之一然而，渭河泛滥也给我们带来了灾难。本 文选取眉县、周至段的渭河洪水沉积，结合历史文献记录研究近百年来渭河洪水 发生的规律。 图2 一l 采样地点位置图 1 周至地区自然地理概况 周至地处陕西八百里秦川腹地，属西安市辖县，位于东经1 0 7 0 3 9 1 0 8 0 3 7 。和 北纬3 3 。4 2 3 4 。1 4 之间，南依秦岭，北濒渭水，以山曲水折而得名。地势南高北 低，跨三个自然地貌单元，依次为秦岭山地、黄土台塬、渭河平原。西部太白山 海拔3 7 6 7 2 米，为秦岭第一高峰。县城海拔4 3 4 米【5 3 l 。 周至属温带大陆性季风气候南北气候差异较大，山区属湿润区，平原属半 湿润区。年平均气温为1 3 2 ，年均降水量6 5 0 _ 矗0 0 毫米。无霜期2 2 5 天，适宜 多种农作物生长。周至自然条件优越，是关中平原著名的大县之一。史称“金周 7 至”。 周至境内河流密布，较大的有黑河、田峪河、西骆峪河等1 5 条，多为西南东 北流向。最大河流黑河，从源到尾都在境内，是本县独具的水系。已建成的黑河 引水工程，将黑河水引进西安城区，解决了城市供水问题。 周至面积2 9 7 4 平方公里，人口6 3 万，辖8 镇2 1 乡。有耕地4 8 7 万公顷， 物产丰富，以“金周至”著称。粮食作物主要是小麦、玉米、水稻和大豆。经济作物 主要是棉花，油菜。蔬菜主产辣椒、莲藕。果品主产苹果，猕猴桃。是陕西省粮 棉和土特产的重要产区之一。周至是农业部列为全国惟一的猕猴桃农业标准化示 范县。周至猕猴桃远销乌拉圭、巴西、阿根廷、智利等国。全县建成水库8 座， 机井5 3 3 4 眼，整治河道1 2 条，平整土地约8 6 6 7 万公顷。林地面积1 5 9 万公顷。 广布于秦岭山区。主要树种有华山松、冷杉、桦、杨、漆等。山货土特产主要有 生漆、漆木油、桑蚕茧、蜂蜜、松香、橡子、百合、木耳和扫帚，以及潼蔟藜， 党参、山萸肉、大黄，黄连、天麻、柴胡、伏苓等2 1 0 多种中药材。金丝猴、羚 牛产于太白山区，为国家保护的珍贵动物。周至地方工业已形成造纸、机电、化 工、食品、建材五大支柱产业，并以市场为导向，陆续生产出一批独具地方特色、 走俏海内外的名优产品。周至县已跨入全国黄金生产百强县。 2 眉县地区自然地理概况 眉县隶属陕西省宝鸡市，位于关中平原西部，地处东径1 0 7 0 3 9 l 1 0 8 0 0 0 ，北 纬3 3 0 5 9 l 3 4 。1 9 南依秦岭，北临渭水，属黄河中游川塬沟壑区。东接周至县， 西邻岐山县，北与扶风县接壤【翊。县城东距杨凌农业高新技术产业示范区3 5 公里， 距西安市1 2 5 公里；西距宝鸡市6 5 公里。地处秦岭主峰太自山下，行政区域横跨 渭河两岸，地形地貌由南而北依次为山区、浅山丘陵区、黄土台塬区、渭北平原 区，总体呈现“七河九原一面坡，六山水三分田”。县境东西宽3 7 5 公里，南北 长3 9 8 公里。全县总面积8 6 3 平方公里，其中农耕地3 7 4 6 6 8 亩，全县辖l o 镇2 乡，1 5 5 个行政村，总人口3 0 2 万人。 眉县属温带大陆性季风气候，气侯的经向差异、垂直差异极其悬殊，既有平 原气侯，川原气候，还有浅山丘陵气候，更有山地垂直气侯带。夏秋之前，多发 生锋面雨、对流雨、地形雨，雨量分布不均，系关中地区秋雨多发区之一。物侯 特征分明，基本以冬小麦和夏玉米种植为主。秦岭北麓缓坡带和渭河河谷水草丰 美，适宜畜牧业发展。县境内土壤除秦岭山前洪积扇与渭北台塬斜坡地熟化层薄， 通透性不良，保水保肥能力不够外，一般平原地区土地肥沃，适宜粮食和多种营 生产。眉县自然资源极其丰富，境内大小河流纵横交错，达1 9 条之多，年平均降 水量为5 8 9 毫米，年平均气温1 2 9 ，宜于农林牧副渔各业发展，多种经营布局合 s 理，发展强劲，其中苹果、猕猴桃、蜜桃、油桃、草莓、板栗、核桃等干鲜杂果 驰名省内外，畅销不哀。沿秦岭北麓一带，经地质科考探明，矿产资源极其丰富， 总储量达8 0 0 多万吨。 第二节剖面选择与采样 1 周至地区剖面选择与采样 渭河在周至地区自西向东流，平水期水深约1 1 7 m ，枯水期水深约为o o 5 m 。河长约2 0 0 0 m 左右，河床宽约4 0 0 m 。在河床两侧有河漫滩，北侧河漫滩比 较狭窄，宽约3 0 0 m ，种植了玉米等作物。南岸河漫滩比较宽广，宽约l 1 5 k m 。 离主河床约南约1 0 0 0 m 处，此侧河漫滩上有一分叉河床，平水期水深约为0 5 m 。 滩面较平坦，高、低河漫滩相差l m 左右，高漫滩高出水位约1 9 m 。高漫滩上多 为人工植被，种植了玉米和大豆等作物。渭河污染源主要来自农业化肥的流失、 小型乡镇企业的工业废水和沿岸人民的生活污水，水质较为浑浊。 z z 剖面沉积物具有二元结构，上层为河漫滩相亚砂土，亚粘土，下层为河床 相砂或砂砾石。上部沉积物主要由河漫滩相粗砂和细砂物质构成，个别粗粒层偶 尔可见细砾石，并仅在剖面下部出现。剖面中河漫滩沉积共分1 6 层，厚约1 9 m ， 剖面底部未见砂砾石层出现。各层特点见表1 我们在渭河周至段距渭河桥西侧大约l k m 处( 图1 ) 的高漫滩上选择了一个 没有受到人为影响的剖面- z z 剖面作为研究对象。剖面为一天然取土陡坎，在 高漫滩底部的低漫滩上垂直向下挖出一个深0 5 m 的探槽，自高漫滩顶部向下至坑 底部约1 9 m ，该剖面分层很清楚。剖面选定后，先对其进行地层划分和剖面描述， 在详细观测分析的基础上，对整个剖面自上向下进行较高密度、系统采样。对厚 度比较小的层位加大采样密度，对厚度比较大的层位减小采样密度，采样间隔为 2 3 c m ，共采样品9 5 个。对所采的每个样品按顺序装入贴有标签的塑料袋中，密 封后带回实验室，在通风条件好的实验室经自然风干后，进行有关环境指标的测 试分析。 2 眉县剖面选择与采样 渭河在眉县地区水深约i 1 2 m ，河宽约1 0 0 0 m 。在河床两侧分布有河漫滩， 北侧的河漫滩其中南侧有宽广的河漫滩，宽约0 5 l k m 。高漫滩高出河床约1 9 m 。 高漫滩上多被人为挖沙破坏，种植有少量的油菜等作物。渭河此段河水较浅，河 水浑浊。 9 表2 - 1 周至渭河桥z z 匍面分层与特征 层名称厚度，c i r l各层特征 棕黄色，极细砂为主，细砂次之。含少量细粉砂，租耪 l 细砂，极细砂层 o - 1 2 砂，粘粒和胶粒。 2 极细砂、细砂层 1 2 3 0 浅灰黄色。以极细砂、细砂为主。另有粗粉砂、细粉砂 3 极细砂、细砂层 3 0 3 6 浅灰黄色，以极细砂，细砂为主，另有粗细粉砂。 灰黄色，以极细砂和细砂为主细砂变化大，另有粘粒、 4 极细砂，细砂层 3 6 5 2 细粉粒少量。 5 极细砂、细砂层5 撕0棕黄色，极细砂为主，胶粒、细粉砂，粗粉砂少量。 该层粒度变化规律与第四层相似，只是粗粉粒含量的变 6 极细砂、细砂层 6 0 - 6 8 化幅度较大，平均粒径的变幅也略大。 灰黄色底部含有少量的租砂，其它粒级变化与第4 层 7 极细砂、细砂层 6 8 8 4 相似，粒径变化大于4 、5 层。 灰黄色下部以粗砂为主，上部以细砂和极细砂粒为主， 8 粗砂、细砂层 8 4 1 0 0 呈上粗下细的沉积旋回。平均粒径变化幅度较大。 极细砂层、细砂灰黄色，以细砂和极细砂粒为主，平均粒径变化幅度较 91 0 0 1 1 0 层大 极细砂层，中砂灰黄色。下部以中砂为主，上部以极细砂为主，中砂和 1 01 1 0 - 1 1 8 层极细砂的百分含量变化较为剧烈 灰黄色，上部以细砂、极细砂为主下部含少量粗砂， 1 1 细砂、极细砂层 1 1 8 - 1 3 6 平均粒径变化与第4 层相当 棕黄色。下部以租砂为主，有少量细砾上部主要成分 1 2 粗砂、极细砂层 1 3 6 - 1 5 4 为极细砂、细砂，平均粒径变化较大 灰黄色，下部以细砾为主，上部以粗砂为主粘粒、胶 1 3 细砾、粗砂层 1 5 4 - 1 6 2 粒含量极少 浅灰黄色，以租砂为主，舍少量细砾。自下而上粗砂含 1 4 粗砂层 1 6 2 一1 7 8 量呈由较少到较多再到较少的变化。 细砾、中砂、粗 灰绿一灰黄色，下部以细砾和粗砂为主，上部以中砂为 1 51 7 8 1 8 2 砂层主，平均粒径在该剖面