在世界范围内,流域泥沙侵蚀、搬运、堆积是引起一些自然灾害的主要原因,黄河下游洪水灾害和缺水问题与泥沙更是密不可分。研究黄河下游泥沙堆积特征和中游侵蚀产沙历史过程对认识流域泥沙输移系统和环境整治有重要的意义。黄河下游是黄河输沙系统的一个主要泥沙沉积区,本研究将通过从大量钻孔中获取黄河下游泥沙堆积的空间分布特征和时间变化过程,建立黄河下游泥沙沉积与中游产沙的关系,进而估算出黄河中游产沙变化的历史过程,并分析得到影响黄河下游沉积特征和中游产沙过程的主要因素及影响程度。同时,希望通过分析下游不同时期沉积物的粒度和矿物特征,获取黄河中游侵蚀区之间侵蚀强度随时间相对变化的信息,以此弄清造成黄河下游河床强烈淤积的粗泥沙来源区侵蚀强度近期是否发生了明显的变化。
利用黄河水文泥沙观测数据、华北平原沉积物钻孔和测年数据、下游河道历史变迁以及流域地质与地貌资料,对黄河下游现代与历史沉积过程,黄河上中游侵蚀产沙与下游和河口三角洲沉积的耦合关系等进行了定量研究,分析了黄河下游及河口泥沙沉积和上中游产沙变化的驱动机制。提出了如何定量计算基面和上游来沙对下游河床堆积影响的方法,并通过建立模型,结合黄河来沙和边界条件历史变化,明确给出了现代黄河持续淤积的原因。发现了华北平原近4万年来最大平均沉积速率逐渐加速,加速过程中存在4个突变点与5个阶段,其中3000aBP以来的2个阶段的加速是由自然和人为原因共同造成的。估算出602BC以来黄河下游冲积扇和冲积平原5个时期的沉积分布和年平均沉积量,进一步推求出黄河上中游的平均年输沙量,发现黄河上中游产沙在宋朝以前有缓慢增加的趋势,但平均不足现在的一半,自宋朝以后约1000年中黄河上中游产沙迅速增加。分析认为黄土高原人口、气候、农业活动的变化是黄河历史输沙量变化的主要原因。这些成果对于认识流域泥沙输移系统如何响应全球变化和人类活动影响有重要的意义,同时为黄河流域的治理特别为黄河高原的水土保持提供了重要的科学基础。