第四纪晚期的气候变化,尤其是与人类社会发展密切关系的全新世气候变化,一直是学者们关注的焦点。全新世时期是人类文明迅速发展的时期,也是全球环境发生重大变化的时期。黄河流域和汉江流域是我国古代文明的发源地,从“大禹治水”时期洪水就一直对中华文明进程产生着深远的影响。汉江上游流域为国家南水北调中线水源区和重要的水电开发区。全新世古洪水事件是极端气候条件和大气环流异常的一种表现。洪水灾害的发生规律研究不仅是防洪减灾的重点研究对象之一,还对流域水利水电工程和交通工程的建设具有极其重要的参考价值。然而水文站现有的实测洪水序列和历史调查洪水资料是远不能满足稀遇大洪水计算要求,古洪水水文学研究在洪水频率分析时,使洪水洪峰流量-频率曲线由外延变为内插。因此,全新世时期古洪水事件的研究具有重大的理论和现实意义。本文基于详细的野外考察,在黄河晋陕峡谷段选择了柳林XBC剖面、永和YHG剖面、吉县FJJ剖面、吉县MFT剖面,在无定河下游选择了绥德SJGT剖面、清涧BJC剖面,在汉江上游选择了白河JJTZ剖面,在丹江上游选择了商南LZT剖面,8个典型的古洪水滞流沉积物为研究对象。对这8个剖面的古洪水SWD和现代洪水SWD进行了粒度、磁化率、碳酸钙和烧失量等沉积学指标的理化性质测试分析。通过实验结果和野外特征,鉴别黄河中游晋陕峡谷段、无定河下游、汉江上游白河段和丹江上游竹林关段古洪水滞流沉积物的特征。利用古洪水SWD厚度与含沙量关系法恢复了 8个研究地点各次古洪水洪峰水位,再运用比降面积法和HEC-RAS模型法计算出8个地点各次古洪水洪峰流量。该结果大大延长了研究河段的洪水水文数据序列,从而建立了黄河吴堡水文站、黄河龙门水文站、无定河白家川水文站、汉江白河水文站四个水文站万年尺度洪水洪峰流量-频率关系。获得的主要结论如下:(1)古洪水滞流沉积物一般以极细沙和粉沙为主,分选性良好,自然分布频率曲线峰度尖锐、正偏态。古洪水SWD还具有磁化率较低、碳酸钙含量较高、烧失量较低的特征。综合野外考察观测获得的沉积物宏观特征和实验室的理化指标测试,以及与现代洪水滞流沉积物的对比分析,可以确认8个研究地点所含古洪水SWD都是最典型的古洪水滞流沉积物,是全新世特大洪水在高水位滞流环境下的悬移质沉积物。其分别记录了全新世时期发生在黄河晋陕峡谷、无定河下游、汉江上游和丹江上游的特大古洪水事件。(2)黄河晋陕峡谷段2012年大洪水滞流沉积物粒度性质为粉沙质沙和沙质粉沙。粒度自然分布频率曲线呈现单峰、尖窄型,分选较好,说明是在高水位滞流环境下的悬移质泥沙沉积。平均粒径和中值粒径显示,2012年大洪水SWD从上游至下游粒度分异明显,呈现出随河流纵向的延长,粒径由粗变细的规律性变化。同时受洪水SWD沉积的微地貌环境影响,在回水湾和支沟口内沉积的悬移质泥沙较细,而在两岸缓坡台地较粗。与吴堡、龙门水文站悬移质泥沙粒径相比,洪水SWD是尖灭点处悬移质泥沙沉积,并非整个断面悬移质泥沙的平均值。显然利用水文站所测的全断面全年悬移质泥沙粒径组成平均值,作为古洪水SWD研究参比是不科学的。现代洪水SWD与古洪水SWD具有沉积原理的一致性,因此黄河晋陕峡谷段2012年大洪水SWD粒度特征对古洪水沉积学和水文学研究具有重要的借鉴意义。(3)通过全新世风成黄土—古土壤序列年龄框架和OSL测年数据,确定本文研究的8个地点所发现的古洪水滞流沉积物所代表的古洪水事件发生于全新世早期(9000-8500 aBP)、全新世中晚期过渡阶段(3200-2800 a BP)和全新世晚期(1900-1700 a BP)之间。这期间,气候波动剧烈,处于气候转折的时期,在这样的气候背景下,气候很不稳定,时而暴雨频发,时而雨水缺乏,研究区极端洪水发生频率增加。(4)利用古洪水滞流沉积物厚度与含沙量关系法对8个研究剖面中各层古洪水滞流沉积物记录的各次全新世古洪水,进行了古洪水水位恢复。首先运用比降面积法对各个研究地点各次古洪水洪峰流量进行了计算。通过对各个研究河段现代洪水洪痕调查,获得水位高程,使用相同的水文参数和行洪断面进行洪峰流量的验证计算,与最近的水文站实测数据进行比较,误差均小于5%。这说明利用比降面积法在黄河晋陕峡谷段、无定河下游、汉江上游和丹江上游计算的古洪水洪峰流量是可靠的。(5)再运用先进的HEC-RAS模型法对8个研究河段进行了古洪水水面线和洪峰流量的模拟。在每个研究地点2～3 km长的河段上选取河槽断面(20～30个),糙率系数分主槽和滩地三段选取,导入HEC-RAS软件模拟古洪水洪峰流量。运用现代洪水对该方法进行检验,误差亦小于5%。通过糙率系数灵敏度测试发现,HEC-RAS模型法进行古洪水洪峰流量模拟恢复,可有效地减少糙率系数对于计算结果的影响。两种方法计算的各次古洪水洪峰流量相差小于5%,这也说明比降面积法和HEC-RAS模型法在研究河段的使用是合理的,计算结果是可靠。流域面积与最大洪峰流量的对应关系也证明本文计算结果符合实际情况,因此可以充分说明古洪水洪峰流量的推求结果是合理可信的。(6)将本文计算的全新世古洪水洪峰流量加入到各个河段调查历史洪水和现代实测洪水数据后,延长了这些流域特大洪水的时间序列,计算出了黄河吴堡水文站、黄河龙门水文站、无定河白家川水文站、汉江白河水文站四个水文站万年尺度洪水洪峰流量-频率关系曲线和大洪水发生的重现期,使得洪峰流量—频率曲线的稀遇洪水部分有了计算点的控制,千年一遇的洪水发生频率由外延变为内插,很大程度地提高了洪水频率分析的精度。对于黄河晋陕峡谷、无定河下游和汉江上游水利水电工程建设、交通工程建设和城镇建设的洪水设计提供了重要的基础数据。(7)创新点:本文是国内首次运用HEC-RAS模型法恢复计算古洪水洪峰流量,并利用现代洪水验证其精确性;首次在黄河晋陕峡谷段系统开展全新世古洪水水文学研究;首次在无定河流域开展全新世古洪水沉积学与水文学研究;首次在汉江上游白河段和丹江上游开展全新世古洪水沉积学与水文学研究;首次建立了黄河吴堡水文站、龙门水文站、无定河白家川水文站、汉江白河水文站万年尺度洪峰流量-频率关系。