古水文信息与古气候

一、古水文信息与古洪水

根据侵蚀面与河床滞留沉积，以及古河道砂带的几何形状、结构、构造特征等资料（表2-1），应用河相关系法、地貌-水力学法、泥沙-水力学法和古水系法，分析得出：2.5万 a（B.P.）以来，华北平原大约有4 次古洪水期，分别为19ka（B.P.）左右、8.5ka（B.P.）左右、6.6ka（B.P.）左右和2.2ka（B.P.）。另外，在1.5～1.0、3.5～3.0、5.5～5.0、13.0～12.0、17.0～15.0ka（B.P.）间也存在古洪水期遗迹（表2-2）。11.0ka（B.P.）的洪水频率低，平均1 次/2.0ka，流量变率大，为低频千年尺度特大洪水；在11.0～7.5ka（B.P.）和3.0ka（B.P.）以来洪水的频率较低，平均1 次/580a，流量变率较大，为低频百年尺度较大洪水；7.5～3.0ka（B.P.）的洪水频率高，平均1次/240a，但流量变率小，为高频百年尺度一般洪水（施雅风等，1996）。这几次大洪水在华北平原地下水形成过程中具有奠基作用。

表2-1 华北平原古河道特征与古水文信息

（据吴忱等，1991）

二、古气候与古水文环境

11.0ka（B.P.）以前，气候寒冷干燥，植被属于以草原为主的森林-草原植被（吴忱，1992），山麓地区栖息着披毛犀-纳玛象等食草耐寒哺乳动物群。海平面下降，侵蚀基准面降低，地面坡度加大，河流流量小但变率大，为瀑涨瀑落的洪水性质。机械风化强烈，水土流失严重，河流开始时以强烈侵蚀切割为主，形成了切割谷和第四侵蚀面，继而，快速堆积，建造了山前砂砾石洪积扇和平原地区砂质古河道带。

表2-2 华北平原重建古洪水的信息

（据吴忱等，1991、1992）

在11.0～7.5ka（B.P.）的早全新世，气候由寒冷干燥向温暖湿润方面过渡，因而植被、动物、地形、河流流量、沉积物、海平面等也均有过渡的性质。虽然开始时，由于河流水量增加，海平面在回升过程中有停顿（施雅风等，1996），在洪积扇地区形成了一个侵蚀谷，在冲积平原、滨海平原地区形成了一个侵蚀面（第三侵蚀面），几乎把冲积平原和滨海平原上的黄土状物质全部侵蚀掉，但毕竟由于侵蚀强度较小，仍未根本改变过渡时期的河流堆积性质，在洪积扇前缘堆积了冲积扇，在平原的侵蚀谷中和第三侵蚀面上又堆积了砂质古河道及泛滥砂地。在扇间、河间洼地中有亚粘土、粘土堆积。

在7.5～3.0ka（B.P.）的中全新世，气候温暖湿润，以针阔叶混交林-草原植被为主的植被繁茂，亚热带动物麋鹿和牡蛎代替了寒温带动物。海平面回升，地面坡度变小。河流水量增加，流量稳定。开始时以底蚀作用为主，形成了河槽底部的侵蚀面（第二侵蚀面），但很快又以侧向侵蚀为主，形成了微弯曲、弯曲河道以及大量牛轭湖。除在山前洪积扇和砂质高地古河道外，整个平原为河、湖相沉积，淤泥质和有机质增加。含淤泥和草炭的细砂建造了第二期古河道及入海古三角洲。在7.5～3.0ka（B.P.）期间有过短暂的变冷过程，因而河流流量变率又有所增大，侵蚀加强，砂质堆积较旺盛，砂层中夹杂着大量草根和树叶，使其来不及腐烂分解便被砂质掩埋起来，形成一层草炭层。冷期之后，很快恢复了原状。生活在晚更新世末期和早全新世急流中的对丽蚌，由于适应不了静水环境而全部死亡。新石器时代的人类开始在山前洪积扇和古河道高地上繁衍生息。

3.0ka（B.P.）以来，气候有向寒冷干燥方向发展的趋势。目前处于温凉偏干的阶段（吴忱，1992），森林植被又趋减少，人类大量繁衍，栽培作物代替了自然植被，暖温带动物代替了亚热带动物（吴忱，1992）。海平面下降，侵蚀基准面降低，河流深向切割能力又开始活跃，在洪积扇河谷内下切形成了一级阶地，在冲积平原和滨海平原形成了第一侵蚀面。机械风化强烈，水土流失严重，河流携带大量泥沙堆积，建造了洪积扇河谷内的河漫滩，洪积扇前缘以下的冲积扇以及泛滥平原上的第一期古河道在河口建造了三角洲。从而，进入了现在的地理景观。

三、水体演化分布特征

白洋淀水体面积的时空演变过程是华北平原古水文演化规律的缩影，其一万多年以来的扩张与收缩，反映了气候干湿冷暖交替变化，并印记在地质历史（地层）中，从中不难窥视出华北平原全新世以来区域地下水演化的过去。

白洋淀地区的全新世地层明显分3段，分别反映出早全新世以暴雨-径流型的河流沉积为主，中期以浅埋地下水-地表汇水积水型的湖泊、沼泽或湿地沉积为主，晚期复以多变型的河流沉积为主。这种特征与气候的寒冷—温湿—温凉变化过程相一致。在全新世期间，由于有许多河流注入或贯穿白洋淀洼地，加之河流的迁徙摆荡，白洋淀湖水面积和水体深浅不断变化。晚更新世后期，世界性的玉木冰期来临，中国东部季风区各自然带向南移动达纬度4°之多（施雅风等，1996），白洋淀地区处于冰缘气候带的前缘，因而，在干寒的气候条件下，白洋淀基本干涸，这是本研究期内自然因素造成华北平原水资源最为严重的干旱期。进入早全新世之初，华北寒冷气团衰退，来自东南部的湿热气团时常进入华北地区，致使气温升高，雨量加大。据张兰生等研究表明，中国东部晚更新世冰期时的年平均气温较现在低4～11℃，华北平原及冀北山地的年降水量不及现代的30%，多年平均年降水量仅为100～200mm，比现在少300～500mm（张兰生，1980）。施雅风等复原中国东部晚更新世的古雪线高度，认为华北至长江下游一带末次冰期最盛期的年平均气温比现在低8℃，年降水量是现在的30%，即100～200mm，比现在少70%（施雅风等，1989）。

早全新世后期，气候转暖开始多雨，渤海海面开始逐渐抬升，地表径流开始增大，常常出现暴雨后洪流，一度干涸的湖淀首先在地势最低洼处再度兴起，地表湖淀水位变化较大，湖水面积较今白洋淀略大，向南一直延伸至今肃宁-河间地区北部，东部则与同时兴起的文安古洼联为一体（王会昌，1983）。

中全新世期间，河北平原东部发生海侵，海面上升使得地面坡度变缓，河流流程缩短，大量陆地径流水量滞留陆地低洼处，尤其是侵蚀基面的升高，使河流由侵蚀转化为堆积，曲流发育，排水不畅，低洼地积成湖。与此同时，大西洋期气候温湿多雨，地表产水量和河流来水量丰富，从而使得早全新世后期再度兴起的白洋淀水域面积扩张到了全新世以来的最大范围。东起自永清，向西南方向历雄县、霸州北部，西去容城再折而南下，经保定市东、清苑而过望都与定州东部，转而东去安国、博野，直趋肃宁与河间地区，东部与文安洼水域相连。这一时期，北京地区年均气温比现在高2～4℃，林相特点与目前长江以南的低山丘陵相似（陈方吉，1979），湿润系数是1.25～1.9；南宫附近的年均气温比现在高2～3℃，湿润系数是1.6～2.3，相当于现今雷州半岛、海南岛南部的湿润环境（白润光，1986）。当时，河北平原1月份的平均气温比现在高2～3℃，7月份的平均气温与现在大致相当，年均降水量比现在多100～300mm；鲁北平原1月份平均气温比现在高2℃，7月份平均气温也与现在相当，年均降水量比现在多100～200mm。中全新世期间，华北平原区域地下水获得了充分连续补给，是全新世以来华北平原区域地下水主要补给期。

至晚全新世，由于中全新世温湿多雨的大西洋期气候向着温凉偏干旱方向的转化，导致海面下降，雨量减少，年地表径流量明显变小，陆面蒸发系数由前期的69%～85%增至84%～96%，以至白洋淀等湖泊水体变浅，乃至解体、收缩或局部干涸。

近1000年以来，白洋淀地区经历了公元 990～1170、1260～1430、1500～1890、1620～1629年和1790～1830年间5个冷期，年均气温较现今低0.2～0.7℃（吴忱，1992），经历1180～1250、1440～1490、1900～1997年3个暖期。其中，公元960～1099、1165～1214、1269～1368、1386～1439、1470～1489、1530～1577、1648～1669、1760～1810、1881～1913、1949～1964年为较湿润期。

近100年以来，水文情况并未好转。由于上游太行山区天然植被破坏，引起河流含沙量的增加，使白洋淀中的马棚淀、藻柞淀40年来平均淤高0.4m；1924年与1966年相比，白洋淀库容大约减少2.25亿m³。20世纪60年代后期，白洋淀入淀水量急剧减少，淀区水位低而不稳，尤其是80年代以来，淀区出现连续6年干涸现象。50年代及其以前，流域平均年降水量小于250mm时，来年白洋淀出现部分淀干现象，但全年仍然有水入淀；60～70年代，流域平均年降水量小于350mm左右时，来年白洋淀出现部分淀干现象，但仍未出现全年入淀水量为零的情况。进入80年代，除丰水年份以外，在平水年和枯水年份，白洋淀连续出现部分淀干涸和全年淀干的现象，以及全年入淀水量为零的情况。乾隆之后至新中国成立前夕，白洋淀的水资源基本无大的开发行动。新中国成立后，白洋淀的水系变化大致经历了两个阶段：1958～1963年以蓄水为主，在山区兴建了一批水库；1964年之后，是上蓄下泄，在上游扩建各大型水库，中下游修建闸涵，整修洼淀，开挖加宽河道，扩大白洋淀出口及入海的独流减河，以解决排水问题。

四、地表河川水文变化过程

滹沱河是本研究区内山前洪积扇地区一条重要河流，具有一定的代表性。早全新世早期滹沱河的河流宽深比63.6，曲率1.14，河床纵比降0.99‰，年均流量24.1m³/s，年均洪水流量1968.7m³/s，年均洪水流量与年均流量之比高达80倍（吴 忱等，1991）。中全新世，河流宽深比 7.82，曲率 2.18，河床纵比降 0.4‰，为微弯曲河型，年均流量46.1m³/s，年均洪水流量1100m³/s。1919～1978年滹沱河中山水文站观测结果，年均流量29.3m³/s，年均洪水流量364.7m³/s。比早全新世早期年均流量多5.2m³/s，年均洪水流量小5倍。比中全新世年均流量多分别小1.5倍，比年均洪水流量小3倍。这表明早全新世早期，河流流量变率大，气候多变，干、湿交替明显，为暴涨暴落的洪水性质，不利于地下水补给。中全新世，年均洪水流量与年均流量之比为20多倍，河流流量变率有所减小，气候趋于稳定，洪水性质减弱，有利于地表水入渗进入地下，形成地下水。

贯穿于华北平原中部的黄河、清河（今卫河）、漳河，早全新世早期，在枣强以上地区古河道曲率1.24～1.27，在枣强以下地区古河道曲率1.38～1.42，年均流量4000～6000m³/s，年均洪水流量30000～50000m³/s。中全新世，清河以上河流曲率1.40～1.45，清河以下河流曲率 1.59～1.62，年均流量 3000～3500m³/s，年均洪水流量 20000～25000m³/s。晚全新世，河流曲率1.40～1.50，年均流量300～750m³/s，年均洪水流量4500～9000m³/s（表2-3）。现今黄河高村水文站的年均流量1490m³/s，年均洪水流量3730m³/s；漳河岳城站的年均流量58m³/s，年均洪水流量147m³/s；卫河称沟湾站的年均流量53m³/s，年均洪水流量120m³/s。上述三河总计的年均流量1601m³/s，年均洪水流量8137m³/s。由此可见，晚全新世年均流量比现在小2～5倍，年均洪水流量与现在相当；中全新世年均流量比现在大2倍，年均洪水流量比现在大3倍；早全新世年均流量比现在小2～3倍，年均洪水流量比现在大4～6倍。这进一步说明早全新世河流变率大呈暴涨暴落的洪水性质，中全新世河流流量较稳定。

表2-3 华北平原黄河、清河古水文演变特征

（据吴忱等，1991）