（环境科学专业论文）兰州地区近300年来黄河水环境研究.pdf

害发生，表明这两个阶段降水少，气候干旱。在公元1 7 5 2 年到1 7 8 0 年间、 公元1 8 0 1 年到1 8 6 8 年间、公元1 8 8 4 年到1 9 0 9 年间和公元1 9 2 1 年到1 9 4 8 年有较多洪水记录，表明这四个阶段降水较多。 ( 6 ) 兰州地区公元1 6 4 4 - 1 9 4 9 年的洪涝灾害具有周期性，通过9 5 检验的有 1 0 2 年、7 6 年、2 5 5 年、3 0 6 年和3 3 年周期，通过8 0 检验的有1 5 2 9 年、 6 1 年、1 1 年、8 8 年、6 3 年、2 8 年、2 年周期。其中6 3 年、3 5 年、2 8 年、2 年周期可以对应于e n s o 的2 - 7 年周期，1 1 年周期可对应于太阳黑子 活动的周期，说明该地区洪涝灾害的发生与低纬海洋大气活动之间和太阳黑 子活动可能存在着某种关联。 关键词：兰州地区黄河河漫滩河流阶地磁化率 沉积物粒度特 征水环境气候变化 s t u d yo nw a t e re n v i r o n m e n to fy e l l o wr i v e ri nl a n z h o u i nr e c e n ta b o u t3 0 0y e a r s w a n gc h a n g y a h a b s t r a c t ：m a n ys t u d yh a v eb e e nd o n eo ns p a c ev a r i a t i o no fs a n da m o u n t ，f u n c t i o n o fs a n dc o n v e y , s e d i m e n ts p e e d , f r e q u e n c yo fw a t e ra n ds a n da n dm o d e mf l o o di n m i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so fy e l l o wr i v e r b yf a r , s t u d yo nc h a n g eo fs 仃e n g ho ff i v e r f l o o da n de v o l u t i o no f w a t e re n v i r o n m e n ti nh i s t o r i c a lp e r i o di sl e s sa th o m ea n da b r o a d , a n dt h e r ei sn os t u d yo nf l o o di nu p 1 e gr e a c ho fy e l l o wr i v e ri nh i s t o r i c a lp e r i o d t h r o n g ha n a l y z i n gs e d i m e n to fy e l l o w 咖盯- w et r yt or e s e a r c ht h er e g u l a t i o no fw a t e r e n v i r o n m e n t a le v o l u t i o no fy e l l o wr i v e ra n dd i s c l o s ec l i m a t ec h a n g ei nd r a i n a g ea r e ao f y e l l o wf i v e ri nh i s t o r i c a lp e r i o df r o mt h ea s p e c to fw a t e rp o w e ra n d w a t e re n v i r o n m e n t t h i sh a st h ei m p o r t a n tp o i n to fs c i e n c ea n dr e a l i t yi np r e d i c t i n gt h ed e v e l o p m e n td i c t i o n o f 硐锄e fe n v i r o n m e n ta n dr i v e rm a n a g e m e n t o nb a s eo fe l a b o r a t ef i e l di n v e s t i g a t i o n , w es e l e c t e ds u c ht h r e er e p r e s e n t a t i v es e c t i o n sa sl s ，l c , l mo rt h eb e a c ho fs h a j i n g y i ， c u i j i aa n dm a j i n , a n dc o l l e c t e d2 2 0s a m p l e sa c c o r d i n gt od i s t a a c eo f2 - 4 c m t h e n g r a n u l a r i t ya n dm a g n e t i z a t i o nr a t eo fs a m p l e sh a sb e e nm a d ed e t e r m i n a t i o n , a n d e x p e r i m e n tr e s u l th a v eb e e na n a l y z o d ，a n dc o m b i n i n gh i s t o r i c a ll i t e r a t u r ed a t u m ，f l o o d c h a n g ec y c l eh a sb e e nc a l c u l a t e d c o n d n s i o n sa l e a sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ef l o o ds e d i m e n tl a y e r sa r eo b v i o u so fy e l l o wf i v e ri nl a n z h o ua r e ai nr e c e n t a b o u t3 0 0y e a r s ，w h i c hr e f l e c tc l e a r l yt of l o o da n ds h o r t - t e r mp r e c i p i t a t i o na n dh a v e h i g hd i f f e r e n t i a t i o nr a t e , a n di sg o o dt a r g e ti n d i c a t i n gt h ec h a n g eo ff l o o da n d p r e c i p i t a t i o n t h eg r a i nc o m p o s i t i o nr e f l e c t st h ec h a n g eo ff l o o dc o n v e yp o w e ri n s e d i m e n tp e r i o d , a n dt h i c kg r a i n si n d i c a t es t r o n g e rc o n v e yp o w e ra n dt h i ng r a m s i n d i c a t ew e a k e rc o n v e yp o w e r ( 2 ) t h ew i d t h so fs e d i m e n to fl s ，l ca n dl m a r es e p a r a t e l y1 2 m ，1 5 6 ma n d1 6 2 ma n d d i v i d e di n t o1 0 , 1 1 ，1 5m o m e n t sa n di n d i c a t el o , 1 1 ，1 5d i f f e r e n tf l o o ds e d i m e n t s ( 3 ) t h eg r a i nc o m p o s i t i o nh a so b v i o u sc h a n g er u l ef r o ma b o v et ob o t t o m s u f f i c i e n t l y c o n s i d e r i n gt h ee f f e c to fl a n d f o r mh e i g h t e n e db ys e d i m e n to ng r a i nc o m p o s i t i o n ，t h e o r d e ro fd e p t ha n ds c a l eo ff l o o d so fl ss e c t i o nf r o mb i gt os m a l li s4 t h ，1 s t ，2 n d ， 9 t h 。8 t h ，7 t h ，3 r d ，5 t h ，6 t h ，1 0 t h ，l cs e c t i o ni s1 1 t h ，9 t h ，1 0 t h ，8 t h ，1 s t , 6 t h ，2 n d ，3 r d ， 5 t h ，7 t h ，4 t h ，a n dl ms e c t i o ni s1 0 t h ，1 2 t h ，l l t h ，1 3 t h ，1 5 t h ，1 4 t h ，3 r d ，5 t b ，7 t h ，8 啦 6 t h ，1 s t , 4 t h ，9 t h ，2 n d ( 4 ) l sa n dl ms e c t i o n sc o m ei n t ob e i n gh e r ea b o u t2 0 0y e a r s ，a n di _ es e c t i o ni si n a b o u t2 0 0 3 0 0y e a r st on o w t h r o u g hc o m p a r i n gg r a i nc o m p o s i t i o na n ds e d i m e n t w i d t h ，i tc a nb ec o n f e r r e dt h ec l i m a t ei nr e c e n t2 0 0 - 3 0 0y e a r si sr e l a t i v e l yw e ta n di n r e c e n t2 0 0y e a r si sr e l a t i v e l yd r y ( 5 ) t h e r ei sn of l o o di n1 6 5 5 - 1 6 6 6a n d1 6 6 8 - 1 7 2 7 ，w h i c hi n d i c a t e st h ep r e c i p i t a t i o ni s 琢t i ea n dt h ec l i m a t ei sd r yi nb o t hp e r i o d s t h e r ea r em a n yf l o o d sr e c o r d e di n 1 7 5 2 - 1 7 8 0 , 1 8 0 1 1 8 6 8 ，1 8 8 4 - 1 9 0 9a n d1 9 2 1 1 9 4 8 ，w h i c hi n d i c a t e st h ep r e c i p i t a t i o n s o ff o u rp e r i o d sa r em u c h 回t h ef l o o d si n1 6 4 4 - 1 9 4 9i nl _ a n z h o nh a v ep e r i o d i c i t y t h ep e r i o d so f1 0 2y e a r s ，7 6 y e a r s , 2 5 5y e a r s ，3 0 6y e a r sa n d3 3y e a r sh a v ep a s s e dt h et e s to f9 5 ，a n dt h e p e r i o d so f1 5 2 。9y e a r s , 6 1y e a 砖, 1 1y e a r s , 8 8y e a r s , 6 3y e a r s , 2 。8y e a r sa n d2y e a r s h a v ep a s s e dt h et e s to f8 5 t h ep e r i o d so f6 3y e a r s ，3 5y e a r s ，2 8y e a r sa n d2 y e a r sa r ec o r r e s p o n d i n gt ot h ep e r i o do f2 - 7y e a r so fe n s oa n dt h ep e r i o do f1 1 y e a r si sc o r r e s p o n d i n gt ot h ep e r i o do fm a c u l aa c t i v i t y , w h i c hi n d i c a t e st h ef l o o d o c = c t l i t e n c ei sp o s s i b l yr e l a t et oa t m o s p h e r ea c t i v i t ya b o v eo c e a ni nl o wl a t i t u d ea n d m a c a l aa c t i v i t y 1 e e w o r d s ：l a n z h o ua r e a ；y e l l o wr i v e r ；r i v e rf l o o d p l a i n ；r i v e tr a n kg r o u n d ； m a g n e t i z a t i o nr a t e ； s e d i m e n t s ；g n i nc h a r a c t e r i s t i c ；, w a t e r e n v i r o n m e n t ；c l i m a t ec h a n g e ； 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：量垒墼日期：翌z 圭：乡 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：垂查墼日期：竺2 ：型 1 前言 1 1 研究意义 河流水环境研究是河流水文学的一个重要研究领域。河流与人类文明发展有 着密切联系，与人类生存息息相关。河流给人类提供丰富的必不可少的淡水资源， 促进了人类经济的发展和社会的文明。但河流在给人类带来巨大利益的同时也带 来巨大的灾难，洪涝灾害频繁发生，直接威胁人们的生命和财产安全，造成了巨 大的人员伤亡和经济损失。如“民国二十六年七月二十六日黄河蒲台正觉寺大堤 7 华里被冲决成灾，蒲台、利津、博兴、广饶、寿光等五县数百村庄被淹，冲毁 良田4 0 0 余万亩，5 0 余万人受灾，泛水由小清河入海，决口未堵，泛区受灾长达 一年之久，至次年南京国民政府在河南郑州花园口扒堤，黄河改道入淮，山东境 内河竭，泛区水灾方止。”又如1 9 9 8 年的长江大洪水影响范围广，持续时间长， 洪涝灾害严重。全国共有2 9 个省( 自治区、直辖市) 遭受了不同程度的洪涝灾害。 据各省统计，农田受灾面积2 2 2 9 万公顷( 3 3 4 亿亩) ，成灾面积1 3 7 8 万公顷( 2 0 7 亿亩) 死亡4 1 5 0 人，倒塌房屋6 8 5 万闯，直接经济损失达2 5 5 1 亿元。洪水灾害 对人类赖以生存的环境也造成了很大破坏，洪水往往引起水土流失，使土壤贫瘠 化，河道泥沙淤积，河流水质污染，生态环境恶化，生物多样性减少，大量病原 微生物蔓延，严重威胁人类健康，制约经济的发展和人类的繁荣。因此，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【1 1 黄河源远流长，是中国的母亲河，是中华民族的摇篮。目前对黄河的研究主 要集中在河流产水产沙变化、河道冲淤演变、水循环和生态环境演变等【2 】方面。 河流泥沙搬运、堆积与河道变迁主要发生在河流水量较大的洪水期，所以河流洪 水研究对河流水环境研究具有重要的理论意义。洪水常造成严重灾害，所以对它 的研究又具有重要的实际意义。目前黄河洪水的研究主要集中在下游地区，对上 游地区的洪水研究较少，而黄河上游的洪水对中下游河道水量、泥沙淤积、河床 演变等具有较大影响。从河流洪水研究时段来看，主要集中在河流的现代洪水研 究，除赵景波等0 , 4 i 对渭河历史时期的洪水演变进行研究外，尚未见对黄河历史时 期洪水演变的研究。研究历史时期黄河水环境变化规律，对预测黄河水环境的发 展趋势和黄河治理具有重要的现实意义。从研究方向来看，前人对我国黄河含沙 量空间变异、输沙功能、沉积速率和水沙频率进行了许多研究1 5 州，并且对黄河中 游输沙模型也进行了探讨【1 0 l ，这些研究成果对研究黄河流域气候变化、泥沙迁移 规律、土壤与植被演变具有重要作用。但到目前为止，尚未见从黄河沉积物角度 对历史时期洪水演变进行研究的成果发表，因此本研究也具有重要的科学意义。 1 2 研究现状 由于全球变化、人类活动的负面影响，地球上水循环正在发生着变化，许多 地区正在发生严重的水问题与水危机。洪水、干旱和江河水体污染己成为限制国 家和区域可持续发展的重要因子，也已成为国际地球科学、环境科学发展中的一 个重要方面【1 1 2 1 l 。国内外许多学者致力于河流水文学的研究中，并且取得了许多 重要的研究成果i 弘2 9 l ，其中对河流水环境的研究，主要集中在河流洪水、河流泥 沙与河床演变、河流生态环境、河流水质、流域定量地貌、河流热状况与冰情等 方面。 国内外对河流洪水的研究侧重于洪水事件、洪水流量和历史时期植被破坏对 河流泥沙及洪水规模的影响等方面0 0 - 3 4 1 。研究方法有对大量水文资料进行科学分 析，不断探索降雨径流形成规律，改进降雨径流计算方法，如降雨径流相关图、 等流时线、单位线、m u s k i n g u m 洪水演算等，明显提高洪水计算精度，为研究河 道及坡面洪水运动和流域汇流奠定了基础。为科学地掌握河流洪水与枯水的变化 规律，大力发展产流、汇流理论，2 0 世纪9 0 年代结合地理信息系统、测雨雷达、 卫星遥感等高新技术，产流、汇流理论日臻完善；基于前人对运动波、动力波、 惯性波和扩散波的物理特征的探讨f 3 5 】，水文学和水力学两类主要的洪水演算途径 及它们之间的相互联系l 蚓，发展了h e c r a s 模型、分布式水文模型、洪水脉冲 理论等并在洪水预报中得到成功应用i ”一“l 。河床演变及河流泥沙方面，根据河床 最小活动性假说导出了河床形态方程，建立了河道展宽和河床冲淤的数学模型、 河网神经网络水沙数学模型，发展了紊流随机理论，得出了适用于层流、层流向 紊流过渡、紊流光滑区、过渡区和粗糙区的流速分布和阻力总公式，论述了蜿蜒 型河段的演变规律：创立了中性悬浮质、层移质等新概念【4 2 1 。初步形成了“泥沙 灾害学”的理论框架1 4 3 l ，统一了输沙率与起动的概念，证实了泥沙起动符合输沙 率规律，给出了泥沙起动时有关的统计规律，提出了明确的起动标准，研究了大 水深时起动流速变化，干容重对起动流速影响及其细颗粒成团起动问题m j ：在流 体力学和水力学的理论基础上，运用物理模型实验揭示了泥沙颗粒在河水中沉降 与悬浮的规律及影响因素，提出了适用于不同水流、泥沙条件下的泥沙沉降速度 公式，泥沙起动流速公式【4 纠9 l 等。河流生态环境方面，关于河流生态环境需水研 究，主要集中在河道流量水生生物环境相关关系、河道流量一水生生物一d o 相关关系、河道流量一水生生物指示物相关关系、生态环境用水一经济用水相关 关系以及考虑河道生态环境需水量的水库优化调度等，常用计算方法有：标准流 2 量设定法、水力学法、栖息地法等【5 0 l 。在河流水质方面，注意研究污染物质在河 流中迁移、稀释、扩散、转化规律的研究，在一维、二维、三维非稳态水质模型 研究方面均取得了重要进展【4 2 l ；了解到河流水质恶化程度随流量的大小而变化。 河流的污径比( 径流量与排入河流的污水的比值，也称为稀释比) 的大小反映河 流的水质恶化程度。一般来说，河流的污径比值大，自净能力强，河流受污染的 可能性和水质恶化程度就小，反之则重。同时总结了水流中污染物的对流、扩散、 弥散、沉降、悬浮、吸附等理论，建立了许多水质模型5 1 1 ，利用计算机模拟来查 明污染物在河流中的降解、转化等机理。 总之，目前对河流水环境的研究采用多种水环境要素整体分析，注重多学科 交叉发展，充分利用高新技术，加强理论研究与实践应用的有机结合，以使科学 研究更好地为人类服务 1 3 研究内容与工作量 河流沉积物能很好地反映河流水环境的变化情况。对黄河兰州段河流沉积物 中的植物残体进行a m s c “测定，得出了河流沉积发生的大致年代：对沉积物进 行粒度分析，可以反映历史时期河道变化、洪水动力、深度与规模变化等，进而 指示历史时期气候变化；对沉积物进行磁化率分析，可以反映沉积时的气候环境； 对历史文献资料记录的洪涝灾害进行分析，可以揭示历史时期洪涝灾害发生的频 率与规模，探讨洪涝灾害发生周期与规律。 本研究大致分为野外调查与采样、室内样品实验分析、论文撰写三个阶段 2 0 0 6 年3 4 月份，在导师赵景波教授的带领下，到兰州黄河沿岸进行实地考察， 确定研究剖面和野外采样方案，共采样品2 2 0 个。2 0 0 6 年1 0 月进行样品实验分 析，对2 2 0 个样品全部进行粒度测定和磁化率测定。2 0 0 6 年1 1 月2 0 0 7 年4 月 查阅历史文献资料，进行论文撰写 2 研究地区自然地理概况、剖面选择与采样 2 1 兰州地区自然地理概况 兰州位于黄河的上游河段，黄河自西向东纵贯全市。市区西起河口，东至桑 园峡口的包兰线铁路桥，全长约5 0 k m 。下辖五区三县，市域面积1 3 0 8 6 h m 2 ，市 区面积1 8 0 5 1 u n 2 ，人口3 1 2 5 万人。兰州深居内陆，属北温带干旱大陆性气候， 其气候特征是春季多风、少雨干旱；夏无酷热、降雨增多；秋季凉爽、温差较大； 冬季寒冷、干燥少雪。降水量少且分布不均，蒸发量大，日照强，干旱严重。多 年平均气温9 3 ，最热月( 7 月) 平均气温2 2 6 ，最冷月( 1 月) 平均气温6 7 ； 多年平均降水量3 3 0 r n m ，7 9 月降水量占5 2 6 6 ；年蒸发量1 4 4 6 4 m m ，为 年降水量的5 倍多：年日照时数2 4 2 4 h ，无霜期1 8 6 d ，最大冻土层1 2 m ；年主导 风向为西北风，平均风速0 9 4 m s ：年径流深9 0 l o o m m 。地表水资源匮乏，其 中大部分属暴雨洪水，含沙量大。兰州地处我国黄土高原、青藏高原和蒙新高原 的过渡地带，黄河横贯东西，形成峡谷与河谷盆地相间的葫芦状地形。呈黄土沟 壑地貌景观，沟壑纵横，地形破碎，总体可分为山地、丘陵及河谷川台阶地三大 类型。兰州地区区内海拔1 5 0 0 2 1 2 9 m ，相对高差为1 0 0 3 0 0 m ，沟壑密度3 5 k m k m 2 ，沟底比降2 1 0 ，山地坡度一般为2 0 。5 0 。，阳坡普遍陡峭，多 在3 5 。以上，阴坡相对平缓；河谷盆地海拔较低，地势平坦。兰州地区土壤种类 主要为灰钙土( 以黄河为界，南部多暗灰钙土和典型灰钙土，北部为淡灰钙土和 红砂土) ，台阶地及梁峁地带多为黄绵土，低洼地有盐碱土分布，部分山体基部的 个别地方有岩石或第三纪红层裸露。由于受地理位置、气温、降水、土壤等因素 的综合影响，本区天然植被类型基本属典型草原向荒漠草原的过渡类型，植被覆 盖低，种类相对贫乏，地表植被主要由旱生和盐生类植物组成。 2 2 兰州地区l s 、l c 、u 剖面选择与采样 黄河在兰州地区自西向东流，水深约2 4 7 m ，河宽5 0 0 一1 0 0 0 m 。在河床北 侧有宽广的河漫滩，宽约0 5 l k m 。滩面由于人类活动，多不平坦，高、低河漫 滩相差约1 5 2 m ，高漫滩高出河床约3 4 m 。由于气候干旱，降水稀少，地表 多盐碱地，自然以及人工植被较少。黄河兰州段由于人类活动的影响，水质较差， 但由于水量较大，水的颜色呈现浑浊的赫黄色。我们在黄河兰州段选取了三个采 样剖面( 图1 ) ，第一个采样剖面位于黄河北岸的沙井驿西沙大桥以东l k m 左右， 距河床约1 0 0 m 。第二个采样剖面位于黄河南岸的崔家大滩附近，距离河床2 k m 左右。第三个采样剖面位于黄河北岸的马滩，距离河床5 0 0 m 。这三个剖面都位于 4 黄河的高浸滩上，保存良好，受到人为影响较小，分别记为l s 、l c 、l m 剖面。 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。由于同样地形情况下，厚度较小的沉 积层一次洪水携带的沉积物较少，厚度较大的沉积层一次洪水携带的沉积物较多， 所以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少采样密度，采 样间隔为2 4 c m ，共采样2 2 0 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。 5 匿 p 忙 主 碡 兰 滟 蔫 舟 高 峙 垂茸日历l - - 麓j 是，1 薯0 斗气 wt 哥 辞 一 榻 。* x，j ，7 蝶 泳7 立 ，j 一，o 名气 | 褰寥，- - 超弋囊灯 雾5 ：i 嘉垂摹 ! 蓍 翟 | 。：o 謦qi ；矗 篓+ 广j0 x 囊 罄 妞： 苗匹多 盈 i 分 圈 固垮 磐 裂。荽 瓣掣 善套 睾赫玛 辫 一 蔫 怂 渔 浮 口 1 瓷瓣 易 一 陶 至磊 芝 彗 翻 董 分 圆 蛩纛羔 1 、盥圭 、!蕞 蔫 l j i 墓 t 、一蟊 孽 离 昧 品 馥、一， 雾落：一妄_ 而萎嚣萋誊，夕7 豆善歹 ， 妻 藩 。记。、 蔫黟毒 萼i 一, - 4 ：， 去 ，。一爸 冈 定繁为三群 移肚与法卞筹 露拶斟洳分圈 磊霸落诬溶d ：i喾悄i【一 淋 分圈 3 研究剖面地层划分及年代 通过野外观察分析和实验室粒度测定，可知采集的l s 剖面、i c 剖面、l m 剖 面均具有清楚的分层，且每层特征有较明显的差异。 3 1 沙井驿l s 剖面地层特征与年代。 l s 剖面沉积物具有二元结构，下层为河床沉积的砂砾层，上层为河漫滩相粉 砂物质。下部河床砂砾石粒径一般为3 1 6 c m ，砂砾石层揭露厚度较大，上部沉积 细而松散、厚约1 2 5 m ，剖面中河漫滩沉积共分1 0 层，下部第1 1 层为河床沉积的 砂砾石层，各层特点见表1 。据初步的a m s c l 4 测定该剖面为距今2 0 0 年左右以来 的沉积。 3 2 崔家大滩l c 剖面地层特征与年代 l c 剖面主要由河漫滩相租粉砂和细砂物质构成，中砂和耜砂少量，个别魍粒 层偶尔可见细砾石，并仅在剖面下层出现。剖面中河漫滩沉积共分1 1 层，厚度 1 5 8 m ，剖面底部有较厚砂砾石层出现，各层剖面特征见表2 。据a m s c l 4 初步测 定和地貌对比，该削面年代大约在3 0 0 2 0 0 年之问。 3 3 马滩堋剖面地层特征与年代 l m 剖面主要成分为粗粉砂和细砂，整个剖面均为高漫滩河流沉积。剖面沉积 物具有明显二元结构，最下层为河床沉积的砂砾石层，上部为河漫潍相沉积物。 l m 剖面厚约1 6 4 n l ，剖面河漫滩沉积可分为1 5 层，下部第1 6 层为河床沉积的砂 砾石层，各层特点见表3 。据该剖面分布与l s 剖面相近推断，其年代与l s 剖面 相近，为距今2 0 0 年左右以来的沉积。 7 姗_吣主_黄酋粤半氟ls罂尉蓠阎斗奇正辫卑燃 阳寄 籀浔，c暑 蒜豇专津 莳莽 举湖巷甫 0 0 l _ n a 瞥寄，盖章辞朗 衬砖嘧妊替辞，益棼雷浮时苗寄幕，犬 耸寻姐 澎衬黯摩譬瞥寻泞时。对瞥尊，益掌寻搿卜j咀寻晕穿 菇昔寄，茴落寻，瞥寄洫 辩-黄唪譬蕊昔寄，益棼粤，耸寄擎时哥粤玲雄茬守益寻霉滓 u 0 益葶寄_ i 昙 落衬酵嘧譬益卷寄浮时前昔寄，磐寄簿n益寄跨肆茄守 l 0 u 益露寄和 泔_黄摩譬益棼寻泞时煎鉴寄，鉴寻浔卜：i丑寻落，大 a u 0 7 n q 苗葛寻j 昙 潞砖嘧譬凿拳寄冲时蓠昔寄潜n，益寻萍垮 j 7 u 0 益攀寻，菇鉴寄，鉴寻_i昙 落酵睁蛀蓝棼寻，煎耸寻，瞥寄娑忖益寻萍穿 0 - o n 7 葺寻，益棼寻。前瞥寄洒 辩对嘧譬昔曹。益棼辞，煎瞥寄浮h益曹枣冷 口 _0201_1_ 瞥寻，菊瞥寄，益举曹_i昙 封_黄嘧譬昔寻，煎瞥寄，茴棼粤浮时哥寄睁嶂站守益寻雾弗 - o l_l_01_o j 咀拳粤_ l 昙 对_黄嘧譬j丑莺寄泞时落瞥寄搿n寻寄跨嶂艮告，益寻平第j察，人 - - _ o 虹- f 寻巍赳j 昙 妊j丑赛赳苷时灌沿弩帅寻茸 爨叁蠲怠荣嵌州采悼匿霉t| 噬博学会 l i g 【 n 【 n器会踞霹咎聂卅最静廿a如锾i；i 噬套乎 n 口h 0导_【 = 求塔叁霉州最台器_i羽褪蒜 隧聂 = 0 0 n h o h 怠第辕辄扣繇罂娟林州求莓疑，伶子卸植赛 琶f每再，冬壬 = o n _ 0 0 h h a 求誊台霉州农台嚣霉，畲器，金霹辎ti印校蒜 琶f癸察翼，台再，异铎 ， o = 0 n o h 式盛会霉怠罂栅钟令岳n妪会弱鼙州最硷集囊印韫2|；8 喽套察窭 口 咎h ，0 6 h 米誊叁囊，台导n嚣叁最州最会察翼，套导鼙丫a田毂菸 蹬台宴桀，每最鼙 0 6 0 口h 口 瓤罂栅舡会弈器，爨警，娶舞n赶冬暴鞯州最咎蜜粤ti如掘樾 噬令舆霹 t 口0口 n g誊台霹删最叁暴_毪，叁龚爨墨硼桠蒜爨 蹬每最肇，备宴襄 h 口0 t n t 怠警捌扣台霉冥叁哥删采最鞯，螽豁隳t：i田收蒜 踏导晕，叁娶孽 n _ t n o o n n 台器，叁宴最，黧翼，象蝥嗽呈f纂n妪套最鞯州采令豁藉_?i掇倦 喽叁安霉 口 o n 0 【 n 彝蝥，霉撰，冬娶最，会异犁呈f艇n蛞套弱肇州最会宴隳墨跚牲毯 喽台豁霹 n 署0 0 坩嚣琶碡 簿w 餐牛逢棼 毯聪 牮噬 群古嚣耳嚣毯黧哼石譬嚣k)髯庭韫乏州n群 姗u悱呈i黄酋。蔫i-呈查刮蓠阎嚣正潜卑灌 朗毒 籀浔c暑 辛羊事肄 时势 巾和牛芋南 1 _ o h 西 益棼寻，菇耸曹和 时黯嘧譬益荜，苗瞥寄浮时瞥寄萍卜寻母玲肺艮守益尊肇，人 n _ 西n i 粤 茴葶寄晒 箔对肆嘧譬凹蘸寄泮忖哥寄玲呻i艮譬，益寻摹净 u n 乒u o u 瞥寻，菌瞥寻，益薄寻油 籍封坶盼譬耸寄，菏昔寻，益棼粤冲时益寻露，大 乒 u o u 孰 u 凿尊寄，荫鹜寻和 籀时-黄嘧譬j咀蕈寻，鉴葶寻浮时哥寻碧：|咀曹露，人 u u a 4 4 昔寻，盖霉寻，南耸寄油 衬砖吨譬瞥寄娑*茴薄寄，对瞥寻海卜益母露，人 西i厶u 饥 南昔寄，瞥寻，j咀蕈寄和 茹耐嘧譬南瞥寄，瞥寻，凿萍寄浮时树窨薄龄玲蠡菩j!叠!守，茴尊肇，人 q | 孰 q 耸寄，】丑棼寄，南耸寻淞 蚶砖嘧譬耸寄，益棼寄：南耸曹苎h益辞痿跨 西q西 1 磐寻，苗鉴寻，4丑海寻和 对黄嘧，譬瞥寄，蒴耸寻，益游寄泞*寻寄玲ji茹守茴尊露，人 口 q 西口 南驾寄，苗嚣寄和 茹砖噼，譬苗瞥辱，益第粤浮忖，酱雷搿n，哥等斗呻盏守茴寻萍，人 p o 口i _ o o u 益寻j 罢 对n黄嘧坚茵寻泞忖益寻跨呻薛uo母譬-匕丹寻舅n#高蓠贿坤茸艮守 - 1 _ 1 _ 8 上o a u 丹寻，昔母，茁嚣寄，：i丑寻和 辩_黄唪譬七寄，瞥尊，j咀嚣粤，凿寻泮时将高蘑精玲碡澎守 1 _ _o小1_1_a 寻母，益寄_l昙 附-黄嘧蛀哥寻，j|咀寄泞忖替寄簿n树富蓠渣斗冲茬守 _ u h - 扛o - q 寻寻，昔寻_l昙 藩藜_黄嘧妊寻寻，耸寻娑*#富蘸鞲跨坤苎站守 - _01_扛 彗寄泣 簿辩衅嘧g普寻咎时蹄呻商簿法薄料言蘑觜益寻垂，人 l _ u 】_ # 三u a _ 瞥寄，丹辱和 蚶_黄睁譬耸粤，哥寻泞忖料高蓠精玲姊匀!i盎守 _ l 西 _凸譬-卜 寄真蕾嘻 譬益真州娑时港洽鲁掉寄露 4 研究剖面粒度分析方法与实验步骤 粒度分析的方法非常多，对于样品中的砾石可以直接量测，粗砂采用筛析法， 粉砂和粘土则采用比重计法、吸管法以及各种仪器测定的方法。本文采用的是筛 析法和激光粒度仪法相结合的实验方法。对采取的2 2 0 个样品在实验室先采用筛 析法进行筛分，然后对 0 1 m m 的颗粒再采用英国m a l v e r n 公司生产的 m a s t e r - s i z e x 2 0 0 0 激光粒度仪测定。 粒度分类标准采用的是地质部门的粒度分类体系闻该体系的粒级划分为： 1 - 4 ) 1 m m 采用十进制分类方法( 表4 ) ， 2 , 0 0 1 1 1 1 1 1 粗 2 加5 ( 1 1 m ) 块石( 棱角状) “一7 6 4 a , ) 砂 由 o - 5 加2 5 衄 ( 1 - 2 ( i ) ) 粒 o 2 5 加1 0 m m 卵石( 磨圆状)2 0 0 - 2 0 r a m 细 ( 2 句3 2 0 ) 碎石( 棱角状) ( - 7 6 斗4 3 2 0 ) o 1 0 - - 0 0 5 栅 极细 ( 3 3 2 4 3 2 0 ) 2 0 k 1 0 m m 粉 粗 0 0 5 - - 0 0 1 r a m 粗 ( 4 3 2 矗6 4 0 ) ( 4 3 2 - 3 3 2 m ) 粒 o 0 1 加m 5 咖 砾 细 ( 6 6 扣7 6 4 m ) 粒 1 m 6 粘 o 0 0 5 m m 中 ( - 3 3 2 2 3 2 0 ) 粒 ( 7 6 4 0 ) 5 2 m m 胶 8 9 7 0 ) 4 1 筛析法 筛析法设备简单，操作简便，分析迅速，并可将全部样品分离。缺点是孔径过小的 套筛误差比较大，故不适宜用于分析粉砂、黏土颗粒1 5 8 j ，是分析砾和砂的主要方法。 筛析法是采用一套不同孔径的筛子将样品分成不同的粒径组合，按孔隙大的筛子 在上，孔隙小的筛子在下的顺序放置到震筛机上。然后用电子天平称取5 0 9 样品， 倒入筛子上，开动震筛机震动1 5 2 0 分钟，分别称出留在各个不同孔隙筛子上的 全部样品重量，各级重量的总和应是1 0 0 ，若不足或大于此数，应将误差按比例分 配到各级重量中去。本实验根据采集的样品特征，选用2 r a m 、l m m 的筛子。 4 2 激光粒度仪法 ( 1 ) 预处理 a 每个样品用电子称称取约0 8 9 的风干士样置于5 0 0 m l 的烧杯中 b 加入约1 0 m lh 2 0 - z ( 浓度1 ：2 ) ，置于电热板上加热，使其充分反应( 煮沸 至无气泡溢出) ，除去有机质。 c 待烧杯冷却后，加入约1 0 m lh c i ( 浓度1 ：3 ) ，再置于电热板上加热，使其 充分反应( 煮沸至无气泡溢出，且颜色变为黄绿色) ，除去碳酸钙。 d 放在通风橱冷却后，加水至5 0 0 m l ，静置4 8 小时。 ( 2 ) 激光粒度仪测量 a 。静置4 8 小时后抽出烧杯中的上清液，加入5 m l0 0 5 m o l l 的( n a p o d6 溶液 进行分散。 b 启动计算机和英国m a l v e m 公司生产的m a s t e r s i z e s 型粒度仪，设置转速为 2 5 0 0 转，分，超声为1 2 5 。 c 用1 0 0 0 m l 的烧杯接满清水，清洗仪器3 次，每次清洗时需换水，泵转动。 d 打开超声波，进行校光；待校光稳定后，测背景值。 e 当出现o b s e r v a t i o n = 0 时，加入处理好的样品。等遮光度达到1 7 一1 9 左 右时，停止加样。 f 停止加样后，等机子运行1 - 2 分钟，遮光度稳定后，按计算机空格键，测量 一次，不保存。 g 然后按计算机软件上的g o 按纽，重复测量五次，后按保存键。 h 对每个样品取五次的平均值作为其最后测量的结果。 ( 注) 每次处理样品和测量时，需进行重复性实验。即在每次测量的样品中随机 选择2 3 个样品，分别处理和测量两次后对比其结果，以确保实验数据的可靠性。 4 3 结果计算 对所测得的实验结果绘制累积曲线图，从图上查出5 、1 6 、2 5 、5 0 、 7 5 、8 4 、9 5 处的粒径值，分别为4 , 5 、中1 6 、0 2 5 、4 , 5 0 、4 , 7 5 、0 8 4 、m 9 5 ，然后采用1 9 8 7 年福克与沃德图解法的公式计算各参数值m d ( 中值粒径) 、 m z ( 平均粒径) 、6 ( 标准偏差) 、s k ( 偏度) 、k g ( 峰态) ，之后在计算机软件中 进行处理统计。 m d = q 5 0 m z - - ( 中1 6 + 0 5 0 + 0 8 4 ) 乃 6 = ( 0 8 4 - 01 6 ) 4 + ( 0 9 5 - 0 5 ) 6 6 s k = ( m 8 4 + 0 1 6 - 2 0 5 0 ) 2 ( 0 8 4 - 中1 6 ) 4 - ( 中9 5 + 0 5 2 0 5 0 ) 2 ( 0 9 5 0 5 ) i t , g = ( 0 9 5 - m 5 ) 2 4 4 ( 0 7 5 0 2 5 ) 其中，中值粒径( m d ) 是粒度累积频率曲线上坐标为5 0 处所表示的颗粒直 径的大小，其随搬运距离的增加而减小，可以敏感地反映沉积环境的动力条件。 平均粒径( m z ) 表示沉积物颗粒的平均大小，代表粒度分布的集中趋势，可以反 映沉积物来源及沉积环境的变化。标准偏差( 6 ) 反映沉积物颗粒的物质来源和分 选程度，它与物质搬运中的动力条件密切相关( 表5 ) 。偏度( s k ) 反映沉积物中 粗细颗粒占有的比例，如沉积物偏粗时为正偏，沉积物偏细时为负偏( 表6 ) 峰 态( k g ) 是用来说明与正态频率曲线相比时，粒度分布曲线的尖锐或钝圆程度， 反映了颗粒粒径分布的集中程度( 表7 ) 表5 沉积物分选程度按标准偏差( 6 ) 分级( 据参考文献p 2 】整理) 5 粒度结果分析 5 1 兰州黄河l s 剖面粒度分析结果与粒度分布特征 5 1 1 兰州黄河l s 剖面粒度组成特征 根据表4 的粒级划分标准，以0 0 0 2 m m 、0 0 0 5 m m 、0 o l m m 、0 0 5 m m 、0 1 r a m 、 0 2 5 m i l l 、0 5 m m 、2 m m 作为胶粒、粘粒、细粉砂、粗粉砂、极细砂、细砂、中砂、 租砂的分界线，可得沙井驿l s 剖面各粒级组成具有如下特征( 图2 ) ： 胶粒组分( 0 0 0 2 m m ) ：剖面各层均出现，最大含量出现在剖面第1 层，最小值 出现在剖面第3 层。所采的6 0 个样品中最小值为4 5 3 ，最大值为1 3 5 3 ，平均 值为8 4 5 。 粘粒组分0 0 2 0 0 0 5 m m ) ：在剖面的1 、4 、6 层含量较多，在第1 0 层中含量 最少。平均含量为8 1 8 ，变化范围为4 6 6 1 2 2 2 。 细粉砂组分( 0 0 0 5 0 o l m m ) ：细粉砂平均含量为7 3 3 ，最小值为4 4 7 ，最 大值为1 0 3 7 ，在剖面的第1 、4 、6 等层含量较高，剖面第1 0 层含量最低，但变 化不太明显。 粗粉砂组分( o 0 1 0 0 5 r a m ) ：所采6 0 个样品中粗粉砂含量最高，平均含量达 2 9 8 9 ，变化范围为i i 。4 5 5 3 5 8 ，最大值与最小值相差很大。剖面的第2 层 含量最少，为1 8 3 5 ，其余各层均有较大含量，最大含量出现在剖面第1 0 层，为 4 8 0 5 。粗粉砂组分是兰州l s 剖面的众数粒级，其变化规律非常明显。 极细砂组分