汉江上游(南水北调水源区)万年尺度古洪水水文学研究

拟对汉江上游（南水北调中线水源区）进行全新世古洪水水文学调查研究。采用河流地貌学、沉积学和水文学多学科交叉的方法，通过野外考察观测、采样和实验分析，获得全新世古洪水事件及其水位的沉积学（SWD）证据。结合多种技术测年，确定这些洪水的发生年代。恢复古洪水洪峰水位和流量，延长汉江上游干支流洪水水文数据序列到万年尺度。结合古洪水、历史洪水和现代洪水观测数据，分析计算并且建立汉江上游万年尺度洪水流量－频率关系，为南水北调水利中线工程对于洪水的资源化利用和安全运行，为汉江上游水利水电梯级开发工程设计洪水计算、洪水预测预报等，提供基础性科学数据。这属于水能源和水资源开发当中，迫切需要解决的（而工程界尚不能解决的）关键性科学问题，具有十分重要的应用价值。对于揭示区域水文系统对于全球变化的响应规律具有重要的理论意义。

汉江上游南水北调中线工程等水利枢纽的设计运行调度，缺乏万年尺度实际发生过的特大洪水的关键性水文数据。本项目组通过沿汉江上游野外考察，在基岩峡谷二十多个地点全新世沉积剖面发现古洪水滞流沉积层（SWD）。进行了沉积学宏观特征观察，系统采样和理化指标测试，确认这些沉积层是汉江干流特大洪水在高水位滞流情况下由悬移质沉积形成，被其它沉积物覆盖埋藏，保存至今，成为一万多年来实际发生过的特大洪水事件的客观记录。采用OSL和14C技术测年，结合文化层考古断代，发现这些古洪水事件发生在12500-12400a BP；11500-11400a BP，8500-8400a BP，7500－7400a BP，5600-5500a BP，4200-4000a BP，3200-3000a BP，1800-1700a BP和1000-900a BP。通过测量相关水文学参数，采用多种方法恢复了其洪峰水位高程，利用模型模拟恢复其洪峰流量，进行水文学验证。发现汉江上游干流万年尺度特大洪水的水位上涨幅度达20-30m，洪峰流量在安康-白河段为35000-50000 m3/s，在白河-郧县段为45000-65000 m3/s，远大于汉江上游实测最大洪水31000 m3/s（1983年），和历史调查洪水36000 m3/s（1583年）洪峰流量。由此延长了汉江上游洪水数据系列，建立了更加可靠的洪峰流量-发生频率关系曲线。这样就从全新的途径，获得了汉江上游超长尺度关键性水文数据，成为南水北调中线工程和其它水利枢纽设计和运行调度的重要依据，具有十分重要的应用价值。掌握了汉江上游特大洪水事件发生的时间性规律，结合流域及其周边地区全新世气候变化规律和现代大洪水气候背景的对比研究，发现这些特大洪水事件都发生在气候事件或气候转折阶段。尤其是4200-4000a BP、3200-2800a BP和1800-1700a BP三个阶段，对应着新石器时代向青铜器时代转折、商周时代转折，和东汉-魏晋时期。这些时期被前人界定为以严重干旱和寒冷为特征的气候突变事件。本项目研究成果证明，在全球性气候突变转折阶段，东亚地区东南季风和西南季风大气环流状态极不稳定，气候变率增大，特大暴雨洪水和严重干旱事件皆有发生。这就深入揭示了汉江上游流域水文系统对全球变化的响应规律，丰富了全球变化的区域响应理论，具有重要的科学意义。