第五章河流及环境记录.doc

第五章 河流及环境记录 河流对人类的生存非常的重要，本章将介绍河流特征及环境记录，介绍世界上最著名的的河流。表5-1中列举出一些现代河流系统的主要特征，从表中可以看出不同河流的规模、沉积物搬运量及入海流量存在着很大的差异。亚马逊（Amaton）河在各方面都异乎寻常，其流量之大，占全球所有河流流入海洋总水量的20％。许多亚洲河流（如黄河）亦比较特殊，反映了其流域内特定的环境历史及人类活动状况。 表5-1 部分主要河流系统的物理特征 河流名称 地理 位置 人海流量 （109m3a－1） 溶质搬运量 （106ta-1） 悬移质搬量 （106ta-1） 主流线长度 （km） 流域面积 （106km2） 亚马孙河 南美 6300 223 900 6300 7.18 扎伊尔（刚河） 非洲 1250 36 43 4700 3.82 奥里诺科河 南美 1100 39 210 2500 0.99 长江 中国 900 226 478 5000 1.94 恒河 亚洲 970 136 1670 2900 1.48 尼罗河 非洲 90 17 57 6700 3.349 默累－达令河 大洋洲 12 2 6 3770 1.072 黄河 中国 580 1600 5464 0.752443 第一节 现代河流特征与环境记录 一、 现代河流特征 河流环境是组成广泛复杂且尚未被完全了解的全球自然景观的一个重要部分。简单的从自然地理角度看，在热带雨林及其它湿润地区，有常年水量充沛的河流；在季风雨区及春季的融雪水补给区，有水量季节性变化明显的河流；而在荒漠地区，则有在降水时迅速出现洪峰后又很快干涸的暖时河流。在上述任何一种河流中，都有可能出现规模不等的洪水，并可能导致河道规模的改变、河岸冲刷及崩塌、冲积平原、堤坝及岛屿的改造。在各种不同的环境中，河流的河道可以有多种不同的基本类型。辫状河流的河道由多条互相沟通的小河道组成，这类河道中河水往往携带较多的砂砾等碎屑物质。蜿蜒的曲流往往发育于较低平的冲积平原上，这类河流河道的主要特征是，河水常携带较细的粉砂质物质。在高纬度地区，河流受冰川的影响较大，冬季冰体可以促使河岸改变；山地冰雪融水常携带大量冰碛物，并堆积于冰川出口处的低洼地区，形成巨厚的冲积物，这些物质常常很快就把下游的河谷填满。山区陡峻的河流在高山区携带颗粒很粗的物质，而在低洼冲积平原上的河流只能携带一些细粒的粉砂或粘土。因此，从高山到平原地区，河流带下来的沉积物依粒度分选发生堆积。在有大潮汐的海岸带河流，大潮可以顺河道向上游影响到内陆100km处，受潮汐影响一日内河流下游的水位变化可以达到5m或更多的波动。在构造活动强烈的地区，多数情况下河流下切，老的河床抬升，高出现有的河水面而形成阶地。相反，在构造稳定、构造活动梯度较小的地区，河道变化速度缓慢，一般很难测出这种变化。在一些地区，河流注入海洋，如中国的黄河、长江，称为外流河；而另一些地区，河流直接注入内陆大湖或进入沙漠地下，如注入塔里木盆地的著名的塔里木河称内流河，流入罗布泊的孔雀河，河西走廊的黑河、舒勒河、石羊河。也有很大的地区，根本就没有任何地表径流（无流区），尽管这种情况并不总是一成不变的。但在另外一些地区，水系密度可以达到很高。自然界河流的河道可以受河床基岩岩性或构造体系的控制，也可以是无序的。为适应船只航行或控制洪灾的需要，当今对许多河流的流向、水深等进行了人工改造，如截弯取直。 上述种种影响，使河流景观复杂多变。然而，某些环境因素对所有河流也产生同样的影响。这些因素包括河水及河流沉积物补给盆地的性质、盆地的气候历史、河流流域内的构造稳定性以及通过“基准面”而影响河流的湖平面和海平面位置变化。第四纪时期全球平面波动对全世界所有外流河的侵蚀基准面将产生影响。 二、 水系形式 水系形式指河流的主流支流构成的水文网在平面上排列的形式。它的特点反映了一定的岩性、岩层产状、地质构造和地壳运动的性质。特别是航空地质方法及地球卫星照片的广泛应用，使水系的研究更加深入，并成为卫星照片地质判释的必要手段。 水系一般分为如下类型（图5-1） 1．树枝状水系 支流及次一级支流向汇合于主流的方向发展，它们以大致近似的锐角交汇，一般没有急弯河道及呈直角交汇的河道，排列状如树枝，故称树枝状水系。这种水系发育于地形较平坦。呈缓倾斜地区，组成地形的物质比较均一，如大面积的黄土、冲积层，玄武岩盖，及岩层较平缓的砂岩，页岩等地区。这种水系未受构造运动的影响。当树枝状水系发育于花岗岩或侵入岩的风化剥蚀圆丘状地形地区时，冲沟的沟头平面上呈弧形绕剥蚀圆丘发育。于是形成一种钳状沟头的树枝状水系。这是树枝状水系的一种变态。 2．格状水系 支流及次一级支流均以直角交汇，使水系呈方格状。这种水系发育于垂直交叉断裂、节理发育地区。干旱、半干旱地区地区裂隙发育的砂岩、大面积结晶岩体、水平产状的沉积岩区，往往形成格状水系。顺强烈发育的节理、劈理、片理或裂隙面、软弱岩层面形成水系网。当这些裂隙呈“X”形相交时，则格 状水系变成菱形格状水系。 3．平行状水系 具有平行和大致平行的主流与支流，一侧支流长而且平行发育，常发育于平缓的单斜岩层或掀斜式构造上升地区。也可以发育于巨大的玄武岩流倾斜地表面，海岸平面及缓倾斜剥蚀堆积平原地面上。 4．羽毛状水系 支流短而密，与主流直角相交。这种水系多发育于断陷谷中或断层崖一侧。或见于线状褶皱地区。 5．放射状水系，环状水系 发育于穹窿状构造隆起地区或火山锥、小型侵入岩体上。水流呈放射状四散，称为放射状水系。当放射状水系发展在穹形隆起或小型岩体周围有软硬相间岩层环绕时，放射状支流注入环形主流，形成环形水系。 图5-1 水系类型 6．向心水系 是发育于盆地和局部沉陷区的水系。见于干旱区湖盆洼地或可溶岩洼地，水流由周边向中心注流。 7．辫状水系 发育于三角洲、冲洪积扇，山前倾斜平原及水流较小而河谷十分宽广的河段上的网状水系。水流交错。 8．星状水系 主要发育于岩溶地区，大小垂直溶洞（落水洞、漏斗）发育，地面河流不连续，在地表有小型岩溶湖及伏流露出的泉水，积水洼地，星罗棋布，故叫星状水系。在草地沼泽、湖泊发育地区及冰缘冻土区，也可以形成湖沼众多，河流短小的星状水系。 9．串珠状水系 发育于古冰川谷中的水系由于冰川刨蚀的冰斗、冰槛后洼地积水成小型湖泊，小河流将这些湖泊串在一起形成串珠状水系。 水系型式是极其复杂多样的，以上水系仅概括了较常见的几种形式而已。水系形式及水系的变化反映的地质构造及构造运动特点也是多种多样的。 三、 第四纪时期影响河流环境的主要因素 第四纪时期影响河流环境的主要因素包括 （1）基准面变化及构造运动； （2）气候变化。 1．基准面变化 对外流河来说，第四纪时期的一个重要特点就是由冰期－间冰期旋回引起的海面升降所导致的基准面变化。全球海平面波动的幅度可超过120m。在冰期时期，由于大陆架的出露，河流长度增加，加上诸如120m以上的海平面下降，侵蚀作用明显加强，从而在出露的大陆架地区，许多部位遭受强烈下切而形成大峡谷，位于墨西哥湾陆架上的密西西比河河口狭窄的大峡谷（称为密西西比海沟）即由此形成。当海平面下降时，对大多数内陆流域盆地来说，影响也会逐渐表现出来。由于侵蚀基准面下降，沿河床各点相对基准面升高，从而导致河床下切是十分常见的（当然也不是一成不变的）。下切过程中，相对于下切形成的新河道，老河床底抬升，从而成为河流阶地，不少河流具有多级阶地，记载了过去的河流演变历史。河流阶地当然亦可能形成于构造上升引起的河流下切，使下游原来接近基准面的河谷抬升而重新复活，从而引起溯源侵蚀。下面我们将看到河流阶地还可以以其它方式形成。 在冰消期，海平面上升，从而出现与上述相反的过程。大陆架上的峡谷被重新淹没，最下游的河床被海水占据。对于原来高出较低的基准面很多的地区来说，现在又重新接近于基准面，河流搬运沉积物的能力减弱。因而，高海平面时期，河口地区将逐渐为沉积物充填（正如今天的状况）。这些沉积物在下次低海平面时期将又被切开。河流下游的沉积物地层因而也复杂多变，包含了不同年代的沉积物。在大陆架及峡谷以下的大陆坡上，沉积物地层序列以同样复杂的方式出现。 2．气候变化 由于世界各地的温度和降水在第四纪时期发生波动，流域的水平衡也发生周期性变化。这种变化的格局无疑是比较复杂的，蒸发量和降水量变化的不同组合，导致水份状况在不同时间内、不同地区间悬殊不等。在一些区域内，降水的季节分配也发生改变。温度的降低必然改变地表植被状况，从而改变土壤侵蚀状况。受冲刷进入河流的沉积物类型及数量亦发生变化。冰期时，植被保护相对较差，坡地可能提供更多的砂砾物质。 间冰期时期，发育了与需要搬运的沉积物相适应的河道，当气候变冷突然开始时，河道的形态及功能也随之发生改变。河流在携带大量较粗的沉积物时，河床或许会变得宽而浅，弯曲的程度也会慢慢减小。原来的曲流状河流（往往携带细粉砂及粘土物质）在冰期时会向类似于现代辫状河流的形态发展，间冰期时则向相反的方向深化。对水量季节性变化较大的河流来讲，暴露于河床底部的沉积物会在一定情况下被风力吹扬而在近河道地区形成沙丘。另外，第四纪时期上述过程是重复发生的，因而当前的自然景观中包含着时代、结构特征相当复杂的沉积物组合。 源于第四纪大冰盖外围融冰水的河流，其流量及沉积物搬运量都会随冰期－间冰期旋回而发生显著的、周期性的变化。尤其在冰消期早期，大量沉积物会带进这些河流中。在劳伦冰盖退缩过程中，北美的密西西比河水系就处于这种冰盖外围的环境，从各处保留的河流沉积物来看，密西西比河中部由于有大量砂砾的带入而变为宽的辫状河道。发源于高山冰川的河流，在间冰期流量也会大大增加。 四、 河流阶地 上面谈到第四纪时期影响河流环境的主要因素是基准面变化及构造运动与气候变化。阶地记录了河流发育各个时期构造运动特征与气候环境变化，是研究河流发育历史的重要对象。因此有必要较详细地介绍河流阶地。 过去不同时期的河谷底部（河床及河漫滩部分），由于河流下切侵蚀作用加强，被抬升超出一般洪水期水面以上，呈阶梯状分布于河谷谷坡上，这种地貌称为河流阶地。每一级阶地都经历了两个形成阶段首先是以侧方侵蚀为主，形成宽广的河谷，同时堆积冲积层；然后下切侵蚀加强，切开冲积层，形成阶地陡坎。 阶地的形成主要是地壳运动和气候变化两个因素。它们的影响不同，形成的阶地形态和结构也不同。 地壳运动的影响，主要是升降运动。当地壳相对稳定或下降时，河流以侧方侵蚀为主，塑造河漫滩，堆积冲积层。然后地壳上升，侵蚀基准面相对下降，河流垂直侵蚀作用加强 ，下切河漫滩，形成阶地陡坎。构造运动形成的阶地，是河流阶地中最普遍的。由于构造运动性质不同，阶地形态表现也有差异。 长期的气候变化也可以形成阶地。例如，冰期时，大洋中水量减少，造成全球性的海面下降，于是在河流的下游发生下切侵蚀作用，形成阶地。如果气候变迁表现为干湿冷暖的交替，长期干旱的气候条件转变为潮湿多雨，河水量增加，侵蚀作用加强，河床势必切入早期的冲积层，也可形成阶地。在冰期时冰川补给的河流，形成宽广的河谷及加积型冲积层，间冰期时水文动态发生改变，出现了时间较短的高水位的洪水期，河床径流量增大，而且因为间冰期温暖，植被发育，减少了河流输砂量，河流的动能大大加强，造成下切侵蚀，形成阶地。这些阶地均称为气候阶地。气候阶地分布于河流的局部地段上，阶地高度一般不大，下切深度也不大。两个不同气候条件下形成的冲积层的正常厚度及冲积层结构也不相同。 还有其它一些造成河流阶地的原因，如河流袭夺，河床中坚硬岩石的岩槛、瀑布被侵蚀切穿，雍塞湖泊被切开，河流冲溃天然堤流入河间洼地发生突然性改道等。这些原因，都造成局部侵蚀基准面的降低，形成影响一个河段的河流阶地。 还有一种形成方式比较特殊的阶地，称为曲流阶地。曲流阶地的形成是河床在横向摆动过程中，同时发生下切侵蚀作用造成的。形成这种阶地，还必须具备曲流的摆动范围日益缩小这一条件。曲流阶地的特点是两岸不对称，高度不一致，在平面上呈不连续块状，保存于河流的凸岸。这种阶地在河谷中局部分布，不能对比，更不能作为地壳震动运动或气候波动的证据。 1．河流阶地的类型 根据阶地的结构和形态特征划分侵蚀阶地、基座阶地和堆积阶地。堆积阶地根据组成阶地的冲积层厚度与下切深度的关系，可以分为嵌入阶地、内迭阶地、上迭阶地和掩埋阶地。 图5-2 河流阶地类型（杜恒俭等，1982） 1-冲积层；2-河漫滩；3-基岩；4-坡积物；5-河流水位； （1）侵蚀阶地（图5-2A）由基岩组成，有时阶面上残留极少冲积物。它断续分布于山区河流的谷坡上，切割不同的岩层，在不太长的河段中，高度比较稳定。确定侵蚀阶地时要注意与假阶地的区别。假阶地可以是产状平缓的软硬相间岩层造成的构造剥蚀阶地，可以是断层组成的断块阶梯或基岩滑坡组成的地滑阶梯。 （2）基座阶地（图5-2B）其特点是在阶地陡坎上可以看到上部冲积层及冲积层的基岩底座。它是由于深切侵蚀作用的深度超过原有冲积层的厚度造成的。它分布于新构造运动上升显著的山区。 （3）嵌入阶地（图5-2C）从外表形态看，完全由冲积物组成，然而在切穿阶地的冲沟或陡崖上，从横断面上看以新老阶地呈嵌入关系，新的谷底低于老的谷底；新冲积层顶面高于老冲积层的基座。 （4）内迭阶地和上迭阶地（图5-2D、E）都是各次沉积层堆积厚度愈来愈小造成的。所不同的是内迭阶地各次下切侵蚀的深度均达到原来谷底的位置，上迭阶地每次下切侵蚀的深度都比前一次小，不能达到原来的谷底。大部分的气候阶地具有这两种阶地形态。 （5）掩埋阶地（图5-2F）是早期形成的各种河流阶地被近期冲积层掩埋了，老的阶地就称为掩埋阶地。但在长期连续下降地区，各时期冲积层连续迭覆，并不形成阶地，不能将冲积层的加积也误定为阶地。 假若在谷坡上，阶地被坡积物或重力堆积物所掩埋，则称为坡下阶地（图5-2G）。 2、阶地的形态要素描述 为了描述阶地的方便，阶地的形态要素划分如图（图5-3）所示。 测量阶地的高度，是以平水期水位为基准。阶地高度是指前缘与后缘高度的平均值。在标测后缘高度时注意，不要把覆盖在阶地后缘的倒石锥、坡积裾、冲出锥的高度也加在阶地高度上。阶地沿河谷分布往往并不连续，一般多保存在河流的凸岸。同一阶地的相对高度也不相等。因此，对于河流阶地的高度应分段测量。河谷中往往存在着数级阶地，标记阶地级序采用从新到老的方法，把最新的超出河漫滩的阶地称为第一阶地，其余类推。 缺图 图5-3 阶地的形态要素划分（杜恒俭等，1982） 五、 黄河水系阶地 黄河流经黄土高原，并在其上发育了众多的支流。黄河干流与一级、二级支流一起构成了黄河水系总框架。其中，在黄土高原最重要的有黄河干流，一级支流渭河，二级支流洛河。第四纪以来，由于青藏高原隆起以及地壳不断震荡抬升作用，流经黄土高原的黄河及其支流不断下切，形成多级河流阶地。 黄河中游水系的阶地之上多沉积黄土古土壤序列。近几年来，黄土古土壤序列磁性地层学研究取得进展，建立了黄土地层古地磁时间标尺，标定了各层古土壤的地质年龄，并且证明了全区黄土古土壤层序的可对比性，从而可以建立古地磁古土壤层序相结合的研究河流阶地年龄的方法。进而判断黄河演化历史。 1．兰州段黄河阶地 黄河是流经黄土高原的最大要河流，由于高原不断抬升，形成多级黄河阶地。兰州地区发育一至六级阶地（图5-4），阶地特征见表5-2。 兰州段黄河六级阶地（T6），以九洲台剖面最典型，研究程度最深。阶地基座为前寒武系皋兰群变质岩与晚第三系砂质粘土，基座之上为二元结构的河床相砾石层（厚3m）与具水平层理的冲积砂质黄土（厚20m）堆积。其上为厚约310m的黄土古土壤序列（L1S21）。王永焱、岳乐平、Burbank与李吉均、曹继秀、陈发虎、潘保田等先后在九洲台剖面进行了磁性地层学研究。研究结果表明黄河六级阶地九洲台剖面包括布容（B）正极性带与松山（M）负极性带上段。B/M界线位于第8层黄土（L8）中部，剖面自上而下190m处。哈拉米洛亚带（J）位于S10，L11，S11地层段。B/M界线年龄为0.73Ma, J亚带年龄为0.90Ma0.97Ma，剖面最低部古土壤层为S21。根据丁仲礼建立的黄土磁化率时间标尺[6]计算，该剖面黄土底界年龄为1.40Ma。据此推算，兰州段黄土初次下切，最高阶地露出水面的时间为1.40Ma。 兰州段黄河五级阶地（T5），以兰州市黄河北岸墩洼山为代表。阶地特征见表5-2。基座之上为厚约5m的砂砾石层和15m厚的冲积黄土。其上为厚约200m的黄土古土壤序列，包括13层古土壤。兰州一段L9之上的黄土通常可连续覆盖T6T5。而其下地层常呈不连续状（在图5-4中以断斜线表示其不连接）。古地磁结果表明B/M界线位于L8，哈拉米洛亚带（J）位于160m上下。墩洼山黄土剖面底界年龄约为1. 20Ma。 兰州段黄河四级阶地（T4），以黄河北岸五一山黄土剖面为代表，基座为第三纪红色砂岩。阶地二元结构为5m厚的砾石层与厚约10m的具水平层理的冲积黄土，其上为厚约100m的黄土，含5层古土壤。根据磁性地层研究，S5的年龄为0.50Ma，因此，四级阶地的发育年龄约为0.50Ma。 兰州段黄河三级阶地（T3），以白塔山剖面为代表。基座为前寒武纪变质岩。5m厚的砾石层与10m厚的冲积黄土构成阶地二元结构，其上堆积了厚40m的风成黄土和一层红褐色古土壤（S1）。S1的热释光年龄为0.13Ma，由此推算第三级阶地约在0.15Ma后开始形成。 兰州市白塔公园东南及西固城一带有黄河二级阶地发育，二级阶地黄土厚约20m，其下有厚约15m的砂砾石层与冲积黄土。二级阶地堆积物底部的热释光测年资料为0.03Ma。兰州市区多为黄河一级阶地，阶地类型依地点不同，分别为堆积阶地、侵蚀阶地和基座阶地。其中堆积阶地与基座阶地之上有黑垆土与耕作土。由于黑垆土的热释光年龄为8000a，所以推测一级阶地形成于0.01Ma。 表5-2 兰州段黄河阶地主要数据 阶地 阶面海拔（m） 基座高度（m） 二元结构 黄土古土壤序列 古土磁年龄（Ma） 海拔 距河面 砾石层厚（m） 冲积层厚（m） 黄土层厚（m） 最底古土壤（m） T1 T2 T3 T4 T5 T6 1520 1565 1625 1760 1940 2070 1530 1570 1650 1720 1740 20 60 140 210 230 5 5 5 5 3 10 10 10 15 20 20 40 100 200 310 S0 S0 S1 S5 S14 S21 0.01 0.03 0.15 0.60 1.20 1.40 图5-4 兰州段黄河阶地 1.片岩； 2.砂质粘土； 3.砾石； 4.黄土； 5.古土壤 2．宝鸡段渭河阶地 渭河是黄河中游一条重要支流，为黄河一级支流，发源于甘肃省渭源县，横贯陕西中部，于潼关县入黄河。宝鸡段渭河黄发育五级阶地。 宝鸡段渭河最高阶地为五级阶地（T5）。典型地质剖面为宝鸡长寿沟剖面，其为基座式阶地。基座为上第三系蓝田组棕红色砂质粘土。基座面海拔约820m，距渭河水面250m。基座之上为厚约44m的砂砾石与薄层细砂，为阶地二元结构堆积。再向上为厚84m的黄土堆积，为黄土古土壤序列，包含古土壤层S0S15。古地磁结果表明，B/M界线位于L8底部，哈拉米洛正极性亚带（J）位于L11，S11，L12，S12地层段。根据磁性地层年龄计算，S15的年龄约1.20Ma。因此，我们认为该剖面黄土底界年龄约为1.20Ma。宝鸡段渭河首次一切，五级阶地形成年龄大约在1.20Ma。宝鸡段渭河大约形成于1.40Ma。 宝鸡段渭河四级阶地（T4）以宝鸡唐家塬剖面为代表，阶地类型属嵌入式。出露河床相砂砾石堆积厚约30m。其上为77m厚的黄土堆积，为黄土古土壤序列。包括古土壤S0-S8。黄土剖面最下部为粉砂质黄土（L9）。古地磁测定结果表明，B/M界线位于第8层黄土（L8）下部。B/M界线年龄为0.73Ma。因此，黄土剖面的年龄大约为0.80Ma。唐家塬渭河四级阶地形成年龄大约为0.80Ma。 宝鸡段渭河三级阶地（T3）以赵家坡剖面为代表，其为基座式阶地。基座为白垩纪砾岩。基座面海拔约650m，距渭河水面80m。基座面上不整合堆积厚约30m的砂砾石和砂层，为阶地二元结构堆积。其上为55m厚的黄土古土壤序列，含古土壤S0S5。黄土剖面最下部为L6。根据磁化率时间标尺[6]年龄公式计算，黄土剖面底部年龄约0.50Ma。据此推测，宝鸡段渭河三级阶地形成年龄约为0.50Ma。 宝鸡段渭河二级阶地（T2）有风鸣村剖面，李家村剖面。风鸣村剖面厚约20m，含古土壤S1与其下的一层粘化层，其下为砂砾层。李家村剖面厚约15m，含古土壤S1，其下为砂砾石层，根据热释光年龄计算，阶地年龄应在0.150.13Ma之间。 宝鸡段渭河一级介地（T1）以福临堡剖面、潘家湾剖面为代表。地层厚约23m，含黑垆土。黑垆土的热释光年龄约0.008Ma，阶地年龄约0.0080.010Ma。 综上所述，根据古土磁研究结果与热释光年龄，认为宝鸡段渭河形成于1.40Ma，最高阶地为五级阶地，形成于距今1.20Ma；四级阶地形成于距今0.80Ma；三级阶地形成于距今0.500.40Ma；二级阶地形成于距今0.150.13Ma；一级阶地形成于距今0.0100.008Ma。 3．洛川段洛河阶地 洛河是黄河二级支流，发源于陕西省吴旗县以北，经甘泉、富县、洛川，于大荔县以南流入渭河。流经陕北黄土高原。洛川县秦家河发育有该区最高阶地五级阶地，以及四到一级阶地，阶地特征见表5-3。 五级阶地（T5），阶地堆积物表面海拔960m左右，距洛河水面130m。基座为三叠纪砂岩，座面距河面55m。基座上覆1.5m的砾石层与0.5m厚的砂层构成阶地二元结构。其上为厚约78m的黄土古土壤序列，含古土壤层S0S11，最底部出现的古土壤层为S11。洛川黄土的古地磁结果表明，B/M界线位于L8中部，哈拉米洛正极性亚带（J）相当于L11，S11，L12位置。由于J亚时的年龄为0.900.97Ma。因此，五级阶地之上的黄土最早堆积时间当在0.97Ma，推算洛河约在1.00Ma开始下切，五级阶地出露洛河水面。 表5-3 洛川段洛河阶地主要数据 阶地 阶面 高度 基座 高度 二元结构 黄土古土壤序列 古土磁年龄（Ma） 海拔 （m） 海拔 （m） 砾石（m） 砂层（m） 黄土厚（m） 古土壤层（m） T1 T2 T3 T4 T5 830 845 885 905 960 828 830 835 845 880 1 2.5 4 1 1.5 0.5 1.5 1 0.5 0.5 1 10 45 60 78 S0 S1 S6 S8 S11 0.01 0.15 0.65 0.80 1.00 四级阶地（T4），阶地面海拔905m。基座为三叠纪砂岩、砂质页岩，基座面高出河面20m，上覆1m厚的砾石层与砂层，再向上为厚约60m的风成黄土，其中含8m厚约褐色古土壤。剖面底部的黄土层为第9层黄土（L9）与第8层古土壤（S8）。古地磁B/M界线位于L8之中，未出现哈拉米洛亚带（J）。根据洛川地区黄土沉积速率推算第9层黄土（L9）的年龄约为0.8Ma，由此推断，四级阶地是在约0.80Ma以前，洛河下切出露为阶地。 三级阶地（T3），阶地面海拔858m。基座为三叠纪砂岩。基座面高出河面10m。其上4m厚的砾石层与1m厚的砂层为阶地二元结构。45m厚的风成黄土覆盖其上，黄土中含6层红褐色古土壤。黄土层底部出现古土壤S6，S6的磁性地层年龄约为0.65Ma，可以推断，三级阶地的形成年代大约在0.65Ma前。 二级阶地（T2），阶地面海拔845m。基座为三叠纪砂岩，基座面高出河面5m，其上为2.5m厚的砾石层与1.5m厚的砂层，上覆厚约10m的马兰黄土。下部出露第一层红褐色古土壤（S1），S1之下有厚约2m的黄土，推算二级阶地的年龄应为0.15Ma。 一级阶地（T1），阶地面海拔830m。基座为三叠纪砂岩，个别地方基座被破坏。阶地二元结构为厚约1m的砾石层与0.5m的砂层，上部仅有1m多厚的耕作土与下伏黑垆土。黑垆土的热发光年龄为8000a，可以推断，洛河最后一次下切时间当在0.01Ma B.P.。 4、 黄河、渭河、洛河年龄 黄土古土壤记录了丰富的气候变化信息。通过不同时期阶地之上的黄土古土壤序列分析，可以揭示各级阶地形成时期气候变化状况。 大约在1.40Ma B.P.，兰州地区黄河首次下切形成六级阶地，之后地壳趋势于稳定，阶地之上接收黄土沉积，由于气候波动形成黄土古土壤序列。至1.20Ma前后，黄河再次下切，形成五级阶地。在此期间六级阶地之上沉积了S21S15，相当于午城黄土上部，或洛川剖面古土壤组合WS-1。密集的褐红色古土壤组合与肉红色黄土，反映了相对后期温暖湿润的气候。陈发虎的兰州黄土地球化学与孢粉资料也证明了S21S15反映了相对温暖的气候记录。 大约1.20Ma前后，黄河二次下切形成五级阶地。河床出露水面后首先接收了粉砂质黄土沉积（L15）。L15记录了第四纪一次特别寒冷的气候历史[3-5]，相当于大姑冰期的I期。1.200.50Ma之间，T5之上沉积了L15L16。除L15外，上砂层L9同样记录了一次特别寒冷气候历史[3，4]，相当于大姑冰期的Ⅱ期。而S9L14则记录了一次温暖的间冰期气候历史。因此，在四级阶地形成之前，五级阶地形成期间（1.201.50Ma）经历了寒冷（L15）温暖（S14S9）寒冷（L9）温暖（S8S6）的气候变化历史。 0.40Ma前后，黄河第三次下切，形成四级阶地。至三级阶地形成前，T4上沉积了S5S2。这一时期特别是S5形成时期，是中更新世最温暖阶段，相当于庐山大理间冰期。 0.15Ma前后，形成三级阶地，沉积了S1L1，记录了末次间冰期与末次冰期气候。T2之上的黑垆土记录了全新世初期一次温暖湿润气候，而T1之上的耕作则是现代气候产物。 综上所述，黄河主干流大约形成于160万年前，其主要支流大约形成与140100万年前后。黄河属太平洋水系。在晚更新世以前，黄河流域内曾经散布着许多自成独立水系的内陆湖泊，相互之间并不贯通。由于强烈的喜马拉雅造山运动，使西部隆起，东部下沉，湖泊之间的支流加速了溯源侵蚀，终于在晚更新世以后形成了现代全线贯通、汇流入海的黄河水系。 第二节 现代黄河水系 黄河是中华民族的摇篮，是中华儿女的母亲。自黄河诞生以来，黄河流域充满生机。黄河之水滋润大地，树木成林、草原广阔，各种动物栖息于此。人类也在黄河诞生不久繁衍于黄河流域，距今115万年前的陕西蓝田公王岭人、65万年前的陈家窝人、20万年前的大荔人、10万年前的丁村人、8千年前的半坡村人。自黄帝盘古开天地，中华儿女在黄河流域繁衍生息，黄河水系养育了亿万人口。 黄河流域是中华民族的发祥地，经济开发历史悠久，文化繁衍源远流长，曾经长期是我国政治、经济、文化的中心地区。黄河流域可持续发展事关该区域社会、经济、环境生态和人民生活，并对全国的可持续发展具有深远的影响。 黄河自西向东，流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东等九省区，在山东省垦利县注入渤海。全流域约位于96Ｅ119，32Ｎ42之间，东西长约1900km，南北宽约1100km。黄河的河长和流域面积，因泥沙淤积、河口延伸而处于不断变化之中。黄河河长5464km，流域面积为794712km２。黄河河源至托克托（河口镇）河段称为上游，托克托至桃花峪河段称为中游，桃花峪以下河段称为下游。表5-4给出了黄河流域基本特征数据。 表5-4 黄河流域特征数据 河段 流域面积 104km2 河长 km 天然径流量 10８m3 输沙量 10８t 年降水量 mm 年平均气温 ℃ 上游 中游 下游 38.6 34.4 2.2 3471.6 1206.4 785.6 312.6 246.6 21.0 1.42 14.9 401.6 546.4 675.3 3.22 9.22 14.46 全河 75.2 5463.6 580.2 16.0 475.9 9.22 一、 黄河水系 黄河属太平洋水系。在晚更新世以前，黄河流域内曾经散布着许多自成独立水系的内陆湖泊，相互之间并不贯通。由于强烈的喜马拉雅造山运动，使西部隆起，东部下沉，湖泊之间的支流加速了溯源侵蚀，终于在全新世初期，形成了现代全线贯通、汇流入海的黄河水系。 黄河源位于巴颜喀拉山北麓约古宗列盆地南隅的玛曲曲果，东经9559′24″，北纬3501′13″。 自黄河源头至内蒙古托克托县河口镇为上游。河段长3472km、落差3846m、集水面积38.6万km2，分别占全流域河长、落差、集水面积的63.5、79.6、51.3。区间入黄支流（指集水面积大于1000km2,下同）共43条，左右两侧支流（包括集水面积小于1000km2，下同）的集水面积，除玛曲至兰州基本对称外，其他河段呈不对称分布，右侧大于左侧。其主要特点是 巨型弯道多。九曲黄河六大弯道，上游居其四。它们是唐克湾、唐乃亥湾、兰州湾和河套湾。 峡谷多。从河源区的多石峡至宁夏的青铜峡，一束一放，总计27处峡谷。峡谷总长度862km，总落差1651m，最长的拉加峡216km，落差588m，最短的牛鼻子峡和盐锅峡，仅3.33.4km。其中龙羊峡至下河沿，河谷川峡相间，水量丰沛，落差集中，是黄河水能资源开发的重点地段。 集水宽度小。黄河上游平均集水宽度111km，小于黄河河口以上全流域的平均宽度。这是黄河上游干流洪水涨落较中游平缓的重要原因之一。 自河口镇至郑州的桃花峪（以花园口站为界，下同）为黄河中游。河段长1224km、落差895m、区间面积34.4万km2，分别占全流域的22.4、18.5、45.7。入黄支流30条，左右两侧集水面积除三门峡至花园口河段基本对称外，其他河段呈不对称分布。黄河流过河口镇以后，东受吕梁山阻挡，折流南下，直抵龙门，形成深峻的晋峡峡谷。在725km的束狭河段上，落差607m，汇集了黄河56％的泥沙和13.1的径流。河段中除河曲、保德、府谷、蔚汾河口及吴堡县城河势稍为开阔，余皆岸壁峭立，坡陡流急，为输送区间11.2万km2面积上的流失物质，塑造了畅顺的通道。 自桃花峪（花园口站）至河口为黄河下游。河段长768km、落差89m、集水面积2.24万km2，分别占全流域的14.1、1.9、3.0。入黄支流只有3条。两条总长1400余公里的临黄大堤，约束着举世闻名的地上悬河，护卫着豫、鲁、冀、皖、苏5省12万km2范围内7000余万hm2耕地，5个50万以上人口的城市，以及中原、胜利油田和重要铁路干线的防汛安全，并为这一地区提供了赖以发展的水资源。 黄河支流众多，大于或等于某级面积（F）的河流总条数（n）见表5-5。 黄河流域水系的平原形态有以下类型①树枝状，遍布于上中游地区。②羽毛状，湟水及洛河干支流为典型代表。③散射状，多为流路短的时令河，分布于皋兰至靖远一带与鄂尔多斯沙漠区，有的汇集于海淖、有的消失于沙漠。④扇状，以泾河、大汶河为典型代表。⑤辐射状，如黄南的夏德日山、定西的华家岭、宁夏的六盘山、陕北的白于山以及内蒙古的鄂尔多斯高原周围的支流。⑥湖串，主要分布在河源区。⑦网状，分布在盆地与平原等河网交织的地区。 表5-5 黄河支流域面积（km2）大于或等于某级面积的条数 面积 1000 2000 3000 5000 10000 20000 30000 130000 条数 152 87 64 36 19 10 7 2 黄河流域的河网密度（以每平方公里的河网长度计），在不同地区有较大差异。按大于500m的天然河道网进行统计，陕北米脂泉家沟和山西离石王家沟，河网密度为全流域之冠，分别达3.81km和3.89km；黄土高原沟壑区长武县的王家沟、淳化的尼河沟分别达2.76km和2.13km；黄土台塬区的乾县枣子沟1.89km。从兰州到托克托之间，河网密度最小，其中沙漠区不及0.1km。石质山地的河网密度则居于极大和极小值之间，其中秦岭北坡1.71.9km；六盘山区较小，为0.550.9km。 过大的河网密度，不仅为宣泄地面径流和土壤流失物质提供畅顺的通道，而且增加地表面暴露面积，加大陆地蒸发。例如河网密度3km/km2，地平线以下平均割切深度为200m，与气候条件相同的平地相比，前者陆地蒸发能力为后者的22倍。因此，过高的河网密度，是黄土丘陵区多旱多灾的原因之一。 二、 黄河流域地势与地形 黄河流域西部高，东部低，地势由西向东逐级下降，可分为三个巨大的地形阶梯。 最高一级是青海高原，海拔在4000m以上，南部的巴颜喀拉山脉构成与长江的分水岭。祁连山横亘北缘，形成青海高原与内蒙古高原的分界。阶梯的东部边缘北起祁连山东端，向南经临夏、临潭沿洮河，经岷县直达岷山。主峰高达6282m的阿尼玛卿山，耸立中部，是黄河流域最高点。山顶终年积雪。呈西北－东南方向分布的积石山与岷山相抵，使黄河绕流而行，形成Ｓ形大弯道，是九曲黄河的第一曲。 黄河流域的第二大阶梯，大致以太行山为东界，地面平均海拔一般10002000m，包含河套平原、鄂尔多斯高原、黄土高原和渭汾盆地等较大的地貌单元。这一带历来是我国各民族繁衍生息所在，许多复杂的气象、水文、泥沙现象多出现在这一地带，也是黄河流域水旱灾害的主要发生地。 宁、陕、蒙交界处的白于山以北，是内蒙古高原，包括河套平原和鄂尔多斯高原、河套平原西起宁夏中卫、中宁，东至内蒙古托克托，长750km，宽50km。西部的贺兰山、狼山和北部的阴山，是黄河流域和西北内陆河的分界，对腾格里沙漠、乌兰布和沙漠与巴丹吉林沙漠向黄河腹地入，起到一定的阻止作用。鄂尔多斯高原，是一个近似方形台状的干燥剥蚀高原，地理学界又称为“鄂尔多斯地台”，风沙地貌发育活跃。北部的库布齐沙漠，西部的卓资山，东部及南部的长城，把高原中心围成一块凹地，降雨径流大都汇入盐湖，形成黄河流域界面面积4.23万km２的内流区。 黄土高原北起长城，南界秦岭，西抵青海高原，东至太行山脉，海拔10002000m，深厚的黄土，疏松的土质，裸露的地表，强烈的侵蚀，形成了千沟万壑、支离破碎的地形地貌，是黄河流域泥沙的主要来源地。著名的渭汾盆地，包括陕西关中盆地、山西太原盆地和晋南盆地，海拔500100m，素以膏壤活野、农产丰饶著称。东部的太行山，是黄河与海河的分水岭。横亘南部的秦岭及其向东延伸的伏牛山、嵩山，是我国亚热带与暖温带、干旱区与湿润区的南北分界，也是黄河与长江、淮河的分界。 黄河流域的第三大阶梯，从太行山、邙山的东麓直达海滨，构成黄河冲积大平原，包括豫、鲁、冀、皖、苏五