雅鲁藏布江溃决洪水特征及重建研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:lw10251
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越来越多的高能溃决洪水证据在地球上被发现。人们认识到这种极端高能洪水事件深刻地影响了地球水文循环、气候变化、地貌演化和古文明演进等。溃决洪水,由于流量大、流速高和水动力条件强,能够夹带大量砂和砾石,甚至巨砾,强力剥蚀基岩河床和谷坡,并将大量碎屑物质带到下游地区进行沉积,因而能够强烈地塑造地表地形地貌,这在高山峡谷地区尤为明显,其特有的地形地貌,使得这些作用得到放大和加强。目前对于现代溃决洪水,仍然缺乏一些现有的案例进行深入研究,这在一定程度上约束了人们对溃决洪水水文特征与地貌及沉积特征之间关系的理解,也限制了人类认识这些极端灾害事件在人类生存和生活环境长期演化中的作用。2000年6月,易贡藏布滑坡坝发生溃决,形成了峰值流量达1.26×10~5 m~3/s的溃决洪水,洪水强烈冲刷河床和谷坡造成河床改道,并在溃口下游形成了大量砾石滩、沉积砂坝和滞流沉积。这些沉积物保存较为完好,为我们提供了一个完整的研究现代溃决洪水的证据链。本文通过对溃口到通麦大桥17 km河段详细的野外调查,获取了这些沉积地貌的沉积特征,沉积物在溃口附近以砾石层混杂堆积为主,在下游两河口附近以水平叠层粗砂细砾层为主,而滞流沉积以模糊的水平层理砂层为主。沉积物粒度特征方面,平均粒径向下游减小,分选性向下游变好。对溃决洪水的演进过程进行模拟,得出河床侧向迁移大于100 m的四处河段,其顶冲点最大流速均在30 m/s以上,对应最大剪应力均在2.5 k Pa以上。计算得出易贡2000年溃决洪水造成的河道侵蚀淤积幅度大于1984~2020年间其余36年累积冲淤总和。通过对比分析得出河道侧向迁移量与峰值流量河床剪应力大小相关,巨砾砾石滩的沉积形态、规模及最大砾石粒径与河道宽度和局部水动力条件密切相关。对于古溃决洪水,其发生年代较为久远,并且极其稀缺。人们对这种极端事件研究仅仅依靠其残存的沉积记录,这些沉积证据包括溃口残余堰塞坝、上游的堰塞湖湖相沉积和下游的砾石丘、沉积砂坝、滞流沉积和次生古湖等沉积证据。雅鲁藏布江流域,地貌上处于高山峡谷地区,地质构造极其复杂,新构造运动也十分活跃,同时还是我国最为丰富的山地冰川所在地。因而由极端灾害引起的古溃决洪水事件频发,这些事件主要包括由滑坡泥石流堵江引发的堰塞湖溃决洪水,即块体运动堰塞湖溃决洪水,和由冰川或冰碛堵江引发的堰塞湖溃决洪水即冰湖溃决洪水。雅鲁藏布江中上游宽谷河段,有不少学者通过湖相沉积证实了多个古堰塞湖的存在,也有不少学者通过对大峡谷下游的滞流沉积进行分析,获得了雅鲁藏布江古溃决洪水的一些信息。但对于堰塞湖下游到雅江大峡谷的中游宽谷河段溃决洪水沉积,研究甚少。本文通过野外调查,无人机航飞,现场取样,室内分析,年代测定及数值模拟等手段,获取了雅江干流中游宽谷河段(加查峡谷-朗县峡谷)和重要支流易贡藏布的古溃决洪水沉积证据,重建了雅江多期次古溃决洪水事件,对于雅江古溃决洪水的研究,本文主要取得如下成果和认识:(1)通过对易贡藏布流域进行详细地野外调查,在易贡湖上下游发现有湖尾扇三角洲沉积,古泥石流堆积扇残余坝体,古溃决洪水阶地,涡流砂坝,滞流沉积和次生古湖等古溃决洪水沉积证据。其中,古堰塞湖湖尾三角洲沉积以粗砂细砾层为主,层理为模糊的低角度水平叠层,古溃决洪水阶地以混杂堆积的巨砾砾石层为主,涡流砂坝以水平叠层粗砂细砾层为主,滞流沉积主要以粗砂,中砂和细砂以块状结构或模糊的水平层理产出。在沉积物粒度特征方面,古堰塞湖湖尾沉积以中-细砾和极粗砂为主,残余坝附近以巨砾砾石为主,向下游粒度变细,到通麦大桥以细砾和粗砂为主,在分选性方面,古堰塞湖湖尾沉积分选差,溃口附近沉积物分选性最差,向下游分选性变好,反映洪水的搬运和分选作用。(2)通过易贡藏布古溃决洪水沉积物的地貌学和沉积学分析,结合光释光、放射性碳测年结果,我们识别出易贡藏布流域存在的6.7 ka、8.8 ka和14.8 ka三期古溃决洪水事件。对三期古溃决洪水进行水文重建,模拟得出6.7 ka事件和14.8 ka事件对应古溃决洪水峰值流量相当,为4.4×10~5 m~3/s,古堰塞湖库容达3.57×1010 m~3,8.8 ka事件对应古溃决洪水峰值流量为2.3×10~5 m~3/s,古堰塞湖库容达1.22×1010 m~3。(3)在雅江中游宽谷80 km河段发现有13处大型的沉积砂坝,这些沉积砂坝包括2个牵引砂坝、6个涡流砂坝、4个点砂坝和1个坠型砂坝。沉积特征方面,主要包括水平叠层粗砂砾石层,粗砂砾石混杂堆积,细砾层混杂堆积,斜层理粗砂砾石层,波纹及交错层理层等沉积层序。沉积物粒度特征表现为上游加查峡口附近沉积物以中-细砾和粗砂为主,向下游粒度变细,到朗县峡谷入口附近,沉积物以细砾和粗-中砂为主,分选性加查峡口附近最差,向下游变好。(4)通过对雅鲁藏布江古溃决洪水沉积物的地貌学、沉积学分析,结合光释光测年结果,我们识别出雅鲁藏布江干流存在的六期古溃决洪水事件,分别为1.5 ka、7.0 ka、11.0 ka、20.0 ka、38.0 ka和50.0 ka事件。根据沉积水位标志,对雅江古溃决洪水进行水文重建,模拟得出雅江干流多期次古溃决洪水峰值流量介于0.2×10~6 m~3/s~2.2×10~6 m~3/s之间。
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