汉江上游黄坪村段东汉时期古洪水水文学研究

对汉江上游郧县黄坪村剖面的沉积学特征及所在河段地貌进行了研究。发现剖面中夹有典型古洪水沉积物,其记录了发生于1 900~1 700 a B.P的古洪水事件。根据水文学和沉积学原理,利用尖灭点法和SWD厚度与含沙量关系法恢复的古洪水行洪水位高程分别为15495和15685 m,用比降法恢复的古洪水洪峰流量为65 320和74 442 m3/s。根据2011年汉江洪水洪峰痕迹高程用相同方法反推洪水流量,用Baker提出的河流流域面积与洪水洪峰流量关系进行了验证,证实所恢复的古洪水洪峰流量是合理的     

HEC RAS模型在汉江上游郧县尚家河段全新世古洪水流量重建中的应用

以汉江上游郧县尚家河段含有4期全新世古洪水事件的沉积剖面为例，采用HEC RAS模型计算出这4期最大古洪水最大洪峰流量为45 550~61 750 m3/s，与比降法重建的古洪水洪峰流量结果相比，误差为158%~309%。同时，采用相同水文参数和模型，计算了剖面附近的2010年7月18日洪痕洪峰流量，与实测流量相比，误差为491%，说明重建古洪水洪峰流量时水文参数选择与洪峰流量计算结果是合理的，同时也表明利用HEC RAS模型在重建古洪水流量中简捷，可操作性强，其研究结果为古洪水水文学研究提供一种新的方法     

基于HEC-RAS模型的汉江上游旬阳西段超长尺度古水文演化重建

通过对汉江上游河谷开展广泛细致的野外考察,在汉江上游旬阳西段全新世黄土-土壤剖面发现四层典型的古洪水滞流沉积物。对于系统采集的样品,进行粒度成分、磁化率分析,从沉积学角度证明了它们是典型的古洪水滞流沉积物。这些古洪水滞流沉积层夹在全新世风成黄土-土壤地层序列中,其每一层古洪水滞流沉积物记录了一期古洪水事件。根据OSL测年数据,并结合考古年代学和典型剖面地层对比,确定了这四期古洪水事件分别发生在8 500~8 400 a B.P.、4 200~4 000 a B.P.、3 200~2 800 a B.P.和1 800~1 700 a B.P.。利用古洪水SWD尖灭点高程法,恢复了这四期古洪水洪峰水位,介于233.0~239.2 m之间;进而基于HEC-RAS模型重建了四期古洪水洪峰流量,介于26 500~46 800 m3/s之间。将古洪水研究成果加入后,得到了远超过实测洪水和历史洪水重现期的稀遇洪水的水文信息,延长了汉江上游安康-旬阳段流域洪水的数据序列至万年尺度,使洪峰流量-频率曲线的稀遇洪水部分有了点据控制,百年和千年一遇的洪水洪峰流量的计算由外延变为内插,提高了设计洪水的精度。并且通过古洪水水文计算得到,该河段万年一遇洪水洪峰流量为46 900 m~3/s,千年一遇洪水洪峰流量为37 800 m3/s,百年一遇洪水洪峰流量为28 900 m~3/s。这对于汉江上游水利工程、防洪工程和城镇建设的洪水设计提供了十分重要基础数据。     

汉江上游郧县前坊段全新世古洪水水文学研究

对汉江上游郧县段全新世古洪水滞流沉积层进行了沉积学和水文学研究。结果表明，该沉积物是古洪水悬移质泥沙在高水位滞流环境中堆积形成的，与黄土和古土壤显著不同。通过OSL测年和文化层的考古学断代，表明它所记录的特大古洪水事件发生在东汉时代（200 A.D.）。根据沉积学和水文学原理恢复古洪水水位高程，计算得到古洪水洪峰流量为65 830 m3/s；利用2011年汉江上游洪水洪痕记录的洪峰水位高程反演其洪峰流量，推算结果与实测数据误差仅09%，证明研究获得的古洪水水文数据合理可靠，从而为汉江上游的水利工程建设及流域内的防洪减灾提供了基础数据     

基于HEC-RAS模型的无定河万年尺度洪水水文学研究

对无定河流域进行深入调查研究，在其下游SJGT河段发现夹有古洪水滞流沉积物的全新世剖面。古洪水SWD厚度30 cm，含有微薄平行层理，且直接覆盖在东汉文化层之上。古洪水SWD粒度以粉沙为主且分选良好，磁化率低，具有与2012年洪水SWD相似的沉积学特征，是全新世大洪水地质学记录。对东汉文化层OSL测年显示，古洪水发生在1 900~1 700 a B.P.。运用HEC-RAS模型法恢复其流量为15 460 m3/s。同时用相同方法和水文参数模拟了2012年洪水洪峰流量，与水文站实测值误差为1.0%，说明参数选择与洪峰流量恢复合理准确。将古洪水水文数据加入实测洪水与历史洪水序列中，建立万年尺度洪水洪峰流量与频率关系，将百年一遇、千年一遇洪水由外延转变为内插，提高了洪水频率分析的精度。研究结果对无定河流域水利工程、交通工程等设计洪水提供了重要水文资料。     

汉江上游古洪水与现代洪水滞流沉积物地球化学特征对比分析

对汉江上游古洪水和现代洪水滞流沉积物(SWD)地球化学元素对比分析，并与上陆地壳UCC含量比较。结果表明：与现代洪水SWD对比，古洪水SWD处于脱钙去钠的初级阶段，而其他常量元素含量没有明显变化。两者的常量元素UCC标准曲线相近，表明洪水SWD物源都是汉江流域内地表松散碎屑物。古洪水SWD的化学风化指数(CIA)平均值为64，现代洪水SWD是60。古洪水SWD化学风化程度略大于现代洪水SWD。但是现代洪水SWD的重金属元素Zn、Co、Cr、V和Ba含量都明显高于古洪水SWD，其UCC标准曲线累积最明显，这些表明汉江上游受现代人类活动影响明显。这些成果有助于更好理解汉江上游环境变化与人类活动之间的关系，同时为汉江上游流域内洪水期间水土保持和生态环境保护等方面提供重要的科学依据     

汉江上游晚冰期以来古洪水事件发生的气候背景分析

古洪水事件是地表水文系统对极端性气候突变的响应。通过收集和整理汉江上游古洪水水文学研究成果，发现汉江上游T1阶地前沿的黄土-古土壤沉积剖面中记录了晚冰期以来10期古洪水事件，分别发生在12 600~12 400、11 500~11 400、 9 000~8 500、8 500~8 400、7 500~7 000、5 500~5 000、4 200~4 000、3 200~2 800、1 900~1 700和1 000~900 a BP。与国内外气候变化研究的成果对比分析，表明汉江上游发生的这10期古洪水发生时期，正好对应末次冰期晚冰期以来全球气候突变或转折期，说明汉江上游古洪水事件是对气候突变的响应。此研究结果对深入了解我国半湿润地区河流水文系统与气候变化的相互作用具有重要意义。     

汉江上游郧县段全新世特大洪水事件光释光测年研究

通过对汉江上游的野外考察,在湖北郧县段河谷发现了含有典型的古洪水滞流沉积物的全新世风成黄土土壤剖面。对该剖面采集样品,进行了沉积学分析,并且应用光释光技术中的单片再生剂量法（SAR）测定获得其OSL年龄,结合地层对比和文化层考古学断代,确定由古洪水滞流沉积层记录的特大洪水事件发生在距今1 800～1 700 a之间,对应于我国历史上的东汉至魏晋时期（A.D. 200～300）。通过与汉江上游地区、国内和世界各地的多种指标气候变化记录的对比分析,揭示出特大洪水事件发生在东汉至南北朝时期的气候恶化期。由于气候状态不稳定,降水变率大,致使严重地干旱和特大洪水皆有发生。该成果对我们深刻理解区域水文系统对于全球变化的响应规律具有重要意义     

ENSO事件对汉江上游暴雨洪水影响的研究

对汉江上游1951～2010年降水量、洪水与ENSO事件进行χ2检验和对照分析。结果表明:在El Nino事件年,汉江上游年降水量显著减少;与非La Nina年相比,La Nina年降水量略有增多,但没有达到显著变化水平;汉江上游洪水与ENSO事件关系密切：在上一年年底或本年年初有较强El Nino,且当年为El Nino向La Nina转换的年份,发生洪水的概率最大,相关性超过极显著水平,且洪峰大,成灾重,可能会发生最大流量20 000 m3/s以上的大洪水甚至超过30 000 m3/s(安康站)的特大洪水;在非El Nino也非La Nina事件发生的年份,大洪水的发生概率较低;发生El Nino事件或La Nina事件的当年,发生大洪水的频次也不高,相对于El Nino事件年,La Nina事件年,尤其是连续发生La Nina事件的年份,发生洪水的概率略大。这些结果对于指导汉江上游农业生产、水资源开发和防洪减灾具有重要的意义     

汉江水华水文因素作用机理--基于藻类生长动力学的研究

在相关文献的基础上总结影响汉江水华的水文因素包括流量、流速和水面比降,根据河流动力学理论,讨论了它们之间的内在联系。在此基础上,从生物生长动力学的角度,将连续流反应器原理应用于汉江水华现象,提出了汉江连续流生物反应器模型,并根据Monod方程分析,认为汉江中的藻类浓度与水流速度应成指数关系。由此,建立了汉江藻类浓度与水流速度关系数学模型a = m exp(k/ν)。利用汉江1992年至2000年实测资料,通过回归分析进一步确定了汉江的藻类浓度与水流速度函数关系中的常数m=8.9759、k=0.9054,相关系数r=0.924 4。最后,对流速、流量和长江水位对汉江水华的作用机理进行了分析,揭示了水文因素影响汉江水华的作用机理。     

汉江流域气象水文变化趋势及驱动力分析

汉江流域作为南水北调中线工程的水源地，流域水文情势因调水工程和一系列补偿工程发生了重大且长期的调整，分析汉江流域气象水文变化趋势及驱动力对汉江流域水资源的可持续利用和制定合理的水资源管理政策有着重要意义。综合应用Mann-kendall法、累积距平法、降雨-径流双累积曲线法分析了汉江流域近50 a的气象水文资料。结果显示：年降雨量在汉江上游和下游流域呈增加趋势，中游呈减少趋势。年均气温和年蒸发量在全流域呈上升趋势。1965 ~2016年期间汉江上游流域的水资源基本能满足人类活动的用水需求，但汉江中下游流域水资源不足，且人类活动的用水需求在1977年以后一直呈增加趋势。确定汉江流域水文突变年为1990年和2008年，据此划分汉江流域的水文期为基准期，变异Ⅰ期和变异Ⅱ期。采用累积量斜率变化率得出气候波动和人类活动对汉江上游和全流域水文变化的贡献率在变异I期分别为26.1%和73.9%，33.8%和66.2%，在变异Ⅱ期分别为19.3%和80.7%，43.7%和56.3%。人类活动是汉江流域径流变化的主要驱动力，汉江上游的径流受人类活动的影响大于汉江全流域。在变异Ⅱ期，人类活动对汉江上游流域径流影响增加了6.8%，但对全流域径流的影响减少了9.9%。     

淮河上游全新世古洪水沉积学特征及古洪水事件气候背景

通过详细的野外调查，在淮河上游的毛集河口发现了夹有一套淮河古洪水滞流沉积物层的黄土-古土壤剖面。对剖面进行详细观察、分层和取样，并对样品做粒度和化学元素分析，通过OSL测年进行控制点断代，进一步对该流域洪水事件与全球厄尔尼诺现象进行对比。结果认为：自8500a以来，在淮干上游至少发生了6次特大洪水，与厄尔尼诺现象有明显的响应关系。通过对沉积物不同粒级的组分含量对比，认为SWD在粗粒级范围为优势组分，而黄土古土壤在细粒级范围为优势组分，据此可以有效地对古洪水沉积物层加以识别。地球化学分析表明，剖面不同沉积单元上化学元素呈现出鲜明差异，表现为在SWD中SiO2和Th明显贫化，Fe2O3、CaO、MgO、P、V、Sr、Nb富集，Al2O3、Na2O、K2O、Cr、Zn、Rb在剖面各地层单元中没有表现出明显的区别，通过地球化学元素的富集或贫化特征亦可以很好地识别古洪水滞流沉积物层。通过对古洪水沉积物的识别得到了全新世以来淮河上游特大洪水信息，也一定程度上能够从沉积学角度佐证在该流域特大洪水的发生与全球厄尔尼诺现象密切相关。     

汉江上游小流域土地利用及水土流失初探

汉江流域丹江口库区是南水北调中线工程的水源地，其周边及上游流域生态环境对于保证库区生态安全具有重要意义。利用汉江上游流域的数字高程模型进行子流域划分，分析了汉江上游及子流域的土地利用／土地覆盖特征，并结合利用土壤侵蚀强度分级标准和数字高程图（DEM），对流域的水土流失进行初步估算。研究结果表明，除丹江口库区周边及汉中盆地的森林灌丛覆盖率相对较低之外，其它亚流域的森林覆盖率都在50％以上。上游中部地区的水土流失现象较为严重，尤其是大巴山的北坡和秦岭的旬河流域，而汉中盆地与丹江口库区周边的水土流失相对较轻。研究结果可为流域的环境治理及生态恢复提供支撑，对南水北调中线工程水源地保障具有重要意义。     

城镇化地区水文过程实验观测与模拟——以太湖西苕溪流域安吉实验小区为例

城镇化的发展使不透水面积不断增加，往往导致地区的水文过程发生较为明显的改变。以太湖上游西苕溪流域内的安吉城镇化实验小区为例，在对研究流域50多a长系列水文气象资料和区域城镇化特征作较详细分析的基础上，结合2005~2008年短时间尺度降雨径流观测实验，通过雨量、水位以及下垫面等数据分析，选用Storm Water Management Model这一暴雨洪水管理模型对该地区的典型洪水过程进行了模拟，对其降雨径流规律进行了分析。结果表明：该模型对该区域的模拟效果较好，误差较小，可以用于该城镇化地区的降雨径流过程模拟和洪水规律定量分析；分析该实验小区降雨径流过程可知，城镇化使该地区洪水上涨过程明显加快，6场典型洪水的峰型系数均值为305，洪峰流量增大而滞时缩短，较快的汇流速度使该地区的防洪压力较大。实验观测方法及模拟分析成果将有助于对太湖地区小流域城镇洪水过程特征与规律的认识，对我国东部城镇地区的防洪、规划与管理也具有重要的借鉴意义     

长江上游玉溪地层6567～6489aBP洪水频发事件的历史文献考证分析

为提高史前洪水研究的可信度，结合研究区现代洪水沉积特征的野外调查以及考古遗址高程与历史异常高水位的相关分析等，运用历史洪水资料考证的方法，对长江上游玉溪剖面约6 567～6 489 aBP沉积的超过1.5m厚淤砂层进行了综合分析，探讨了该古洪水沉积现象的真实可靠性、发生规模、特征以及可能的驱动或影响因素。结果表明：长江上游玉溪约6 567～6 489 aBP形成的古洪水层反映了长江上游中全新世在约78 a的短暂时间里至少出现过5次以上的异常大洪水，所留下15 m厚的洪水沉积物是可能的。研究区中全新世地层记录、历史文献记载所反映异常洪水的重现年数，与ENSO变化周期非常接近或基本吻合的特征，表明长江上游自中全新世以来其异常大洪水的频发现象，可能与ENSO变化周期有关     

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汉江上游是南水北调中线水源地，流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键。针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题，结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析。结果表明：（1）丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差，CODMn和氨氮成为水源区主要污染物；（2）各子流域区植被覆盖占各自面积的712%~957%，表明流域植被覆盖较好，但沿河岸100 m范围内农业用地占292%~434%，且多为坡耕地；（3）流域水土流失严重，2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域，且有日益增强的趋势。提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策。     

安康水库分级超蓄的洪水资源化方法及其风险

汛限水位动态控制是水库洪水资源化的一种重要策略，其核心是在合理权衡风险和效益这一对矛盾的基础上确定可行的水库超汛限水位调度方案。为实现相对较大效益的同时降低水库防洪风险，考虑利用流域降雨预报信息，采用预泄能力约束法，以不同的降雨预报量级为依据，提出分级超蓄的洪水资源化方法，并结合安康水库实例，求得其基于 24 h 小雨和无雨预报的分级超蓄上限分别为326 m和 328 m。通过风险分析得知：在不考虑降雨预报信息的情况下，水库超蓄上限不宜超过 327.5 m；而依据 24 h 降雨预报信息的水库超蓄风险小到可以忽略。最后，应用该超蓄方案对实际洪水进行调度，实现了在减少弃水量069亿m3的同时，增加发电收入约361万元人民币.     

南水北调中线水源地汉江上游流域主要生态环境问题及对策

汉江上游是南水北调中线水源地，流域生态环境建设是保障水源地水质安全的关键。针对上游流域水环境污染、土地利用以及水土流失等重大生态环境问题，结合流域数字高程模型及水质调查对其进行了系统分析。结果表明：（1）丹江流域、库区流域及汉中盆地水质较差，CODMn和氨氮成为水源区主要污染物；（2）各子流域区植被覆盖占各自面积的712%~957%，表明流域植被覆盖较好，但沿河岸100 m范围内农业用地占292%~434%，且多为坡耕地；（3）流域水土流失严重，2000年左右流域侵蚀图显示汉江源头、秦岭南及大巴山北均出现了大片年均侵蚀模数>2 200 t/km2的区域，且有日益增强的趋势。提出加大水环境污染整治力度、加强农业用肥管理及河岸带建设、水土保持建设以及加强流域水环境及水土保持监测和科研工作等对策。     

南水北调工程及其生态安全：优先研究领域

南水北调工程的实施将大幅度增加黄河上游径流量，并同时减少长江尤其是其上游及汉江下游的径流量，从而导致两条主要河流及其支流的水环境改变。中线工程从汉江上游丹江口水库调水，库区上游90 000余km2内的非点源污染和1 300万人口的生活污水处理设施的缺乏对水质将产生重大影响;调水引起水文节律的改变从而对东线沿途的湖泊生态系统产生重大影响;黄淮海平原受水区可利用水量的增加也可能导致该地区的盐渍化。介绍了南水北调工程并讨论了其必要性，提出了工程对生物迁移的影响、水环境及水生态安全、水资源保护的流域生态系统管理和西部退化生态系统的恢复和重建等优先研究领域，并提出结合“中国生态系统研究网络”、“生态环境国家野外科学观测研究站”的建设和长期监测来保障工程生态安全的策略。     

丹江口水库入库洪水变化特征及对未来气候情景的响应分析

选取汉江中上游流域作为研究区域,根据丹江口水库1969～2008年日入库流量资料和IPCC第4次评估报告多模式数据结果,分别采用广义极值分布（GEV）模型和广义帕累托分布（GPD）模型拟合流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列,遴选出描述流域1 d最大洪量和3 d最大洪量分布规律的最优概率模型,推算了其重现期对应的设计值,并分析了该流域极端洪水事件对未来气候变化情景下的响应情况。结果显示：汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量系列符合广义极值分布和广义帕累托分布,相同重现期下广义极值分布预估的极值比广义帕累托分布预估值略有偏大;未来气候变化各情景下,用广义帕累托分布所拟合的汉江中上游流域1 d最大洪量和3 d最大洪量结果要优于广义极值分布,不同重现期的洪量比历史资料估算的重现水平偏小,说明了气候变化对洪量极值的变化有着直接影响