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水利工程对南四湖现代沉积速率的影响(2)

时间:2015-12-22 16:36 点击:
WS2底部的沉积年代为1842年,18422010年沉积速率平均值为0.14g?(cm2a);DS2底部的沉积年代为1859年,18592010年沉积速率平均值则为0.12g?(cm2a),与WS2相差不大.但自沉积岩柱底部至表层,150多年来各阶段的沉积速率

  WS2底部的沉积年代为1842年,1842—2010年沉积速率平均值为0.14g?(cm2·a);DS2底部的沉积年代为1859年,1859—2010年沉积速率平均值则为0.12g?(cm2·a),与WS2相差不大.但自沉积岩柱底部至表层,150多年来各阶段的沉积速率并不稳定,既有长期的相对稳定阶段,也有短期的剧烈变化阶段.过去100多年来,南四湖流域地质环境等较为稳定,其对沉积速率的影响较小;而该流域季风气候特征明显,降水变率及年际变化较大,在丰水年对应于湖泊沉积速率的上升,枯水年则相反.该流域于1919年、1927年、1929年、1959年、1966年、1976—1979年、1982—1983年、1986—1989年、1991—2000年、2002年均出现了严重旱灾,使得入湖泥沙流量减少,沉积速率较低,对应于沉积速率的低值;1890年、1897年、1921年、1933年、1935年、1940年、1957年、1961年、1963—1964年、1969年、1971年、1974年、2003—2005年遭遇涝灾,使得沉积速率相对升高,对应于沉积速率的较高值,210Pb计年的CRS模式分析结果与该流域历史年降水资料所反映的沉积情况相吻合.此外,该流域内不同历史时期人类活动方式和强度的不同,也会导致湖泊沉积效应存在差异.根据2个沉积岩柱沉积速率的变化趋势,并结合流域人类活动记录,可将南四湖的沉积以1960年为界划分为两大时段.

  3.2.11960年之前时段

  DS2、WS2所反映的上级湖、下级湖的沉积速率变化趋势相似,1960年之前二者的沉积速率平均值分别为0.069、0.160g?(cm2·a),下级湖的沉积速率要比上级湖快.说明在1960年之前,由于尚未建成二级坝等水利工程,南四湖是一个自然贯通的整体,湖水所携带的泥沙在下游的沉积量多于上游.根据泥沙沉积状况,可将该阶段以1900年前后为界划分为2个时期:①由各沉积岩柱底部所对应的年代开始至1900年前后,沉积速率较低但相对平稳.上级湖、下级湖沉积速率平均值分别为0.036、0.030g(cm2·a),反映出该时期流域内人类活动强度较低,对湖泊的干扰较小,湖泊在自然因素作用下缓慢沉积.②1900年前后至1960年前后,沉积速率加快并剧烈波动.南四湖的沉积速率均较前一时期有所加快,呈波动上升趋势,上级湖、下级湖沉积速率平均值分别为0.096、0.290g?(cm2·a).这可能与流域内人类活动强度加大所导致的生态环境破坏和流域土壤侵蚀加剧有关.该时期内,随着人口的不断增加,人类对流域土地利用强度加大,尤其是建国后国民经济恢复与发展时期,为解决粮食问题,人类在湖区大量拓干滩涂湿地、围湖造田种植粮食作物等,导致水土流失日益加剧,大量泥沙入湖;湖区种植莲藕、菱角、蒲姜草、芦苇等水生经济植物,植物残体的不断堆积使湖泊淤积加快,这也是湖泊沉积速率逐渐上升的重要原因.

  3.2.21960年之后时段

  对应于二级坝等水利工程建成使用后,南四湖泥沙沉积速率发生显著改变,其中上级湖沉积速率有所上升,而下级湖沉积速率有所下降,并且上级湖的沉积速率要比下级湖大,二者呈一定负相关.1960—2010年,上级湖、下级湖沉积速率平均值分别为0.218、0.072g?(cm2·a).该分布规律与二级坝等水利工程的修筑有很大关系.1960年二级坝等水利工程建成使用后,南四湖成为受人工调控的水库型湖泊,全流域88.4%的水沙量受其拦截并沉积于上级湖,导致上级湖沉积速率显著上升,而下级湖承接的水沙量大为减少,因而沉积速率显著下降.可见,210Pb计年的CRS模式分析结果较准确地提取了这一人类事件信息,证明将该模式用于南四湖沉积计年具有较高的可靠性.根据该阶段上级湖、下级湖沉积速率的变化情况,将其以1976年前后为界划分为2个时期:①1960—1976年前后,湖泊泥沙沉积速率相对较高、波动较大.其中,上级湖的沉积速率较建坝前有所加快,至1972年前后达最大值,为0.520g?(cm2·a),随后沉积速率减慢,平均值为0.340g?(cm2·a);而下级湖的沉积速率较建坝前显著降低,但其在建坝后的该时期内表现相对较高,较高值出现在1966年前后,为0.320g?(cm2·a),随后沉积速率降低,平均值0.170g?(cm2·a).沉积速率较高的原因:该时期适逢大坝建成初期,加上当时的经济政策以大力发展农业为主,单一追求粮食高产,实施大面积毁林开荒、围湖造田、滥垦耕地、引黄灌溉等农业生产活动,导致生态环境恶化、水土流失加剧,湖泊沉积速率相对较高;流域旱涝灾害频繁,旱时沉积速率下降,涝时沉积速率上升,致使湖泊的沉积速率处于波动状态.②1976年前后至2010年,上级湖沉积速率呈波动下降,下级湖沉积速率较低但相对平稳.该时期上级湖的沉积速率高于下级湖,二者分别为0.150、0.030g?(cm2·a).湖泊沉积速率下降的原因:政府加强了流域治理,在湖泊主要河流的上、中游先后修建了多处大、中、小型水库及塘、坝等蓄水工程,有效地拦截了来自山区、丘陵区的泥沙,减少了下游河道及湖泊的淤积量;湖内进行了割苇、切滩、开挖引河等工程,致使沉积速率进一步降低.二级坝的存在使得上级湖、下级湖沉积速率差异对比明显,上级湖高于下级湖.

  4、结论

  a)南四湖流域内侵蚀土壤延迟输入带来的137Cs,是导致沉积岩柱(WS2和DS2)的137Cs剖面分布背离全球公认分布模式的主要原因;单独使用137Cs时标法难以确定沉积物的沉积年代,需要与其他断代方法相结合来进行.

  b)以二级坝水利工程的建成时间(1960年)作为一个有用时标,证明将210Pb计年的CRS模式用于南四湖沉积计年具有较高的可靠性.

  c)水利工程对南四湖现代沉积速率产生了深刻影响,以二级坝建成使用时间为界,划分为两大时段:1960年之前,南四湖是一个自然贯通的整体,上级湖、下级湖的沉积速率变化趋势相似,都经历了1900年之前在自然条件影响下的缓慢沉积以及1900年前后至1960年间的快速沉积(下级湖沉积速率高于上级湖).1960—2010年,上级湖沉积速率高于下级湖,其中,1960—1976年前后,湖泊沉积速率相对较高、波动较大;1976年前后至2010年,上级湖沉积速率呈波动下降,下级湖沉积速率较低但相对平稳.

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