《Journal of Hydrology》：Grain size and thickness of event layers in relation to the flood magnitude: examples from floodplains in the middle and lower Yangtze River, China
编辑推荐：
•大型和中等级洪水通常不会导致悬浮泥沙粒径变粗。•大型和中等级洪水可能导致洪泛区事件层粒径变粗。•在洪水事件期间，悬浮床质载荷组分对洪泛区沉积变得重要。•洪水强度的信号传递是通过泥沙分级的沉降概率变化来实现的。引言洪泛区是紧邻河流、经历周期性洪水的平坦或近乎平坦的地带。当洪泛
- •
大型和中等级洪水通常不会导致悬浮泥沙粒径变粗。
- •
大型和中等级洪水可能导致洪泛区事件层粒径变粗。
- •
在洪水事件期间，悬浮床质载荷组分对洪泛区沉积变得重要。
- •
洪水强度的信号传递是通过泥沙分级的沉降概率变化来实现的。
引言
洪泛区是紧邻河流、经历周期性洪水的平坦或近乎平坦的地带。当洪泛区被淹没时，会形成洪泛区沉积物。约有15–30%的河流泥沙沉积在洪泛区（Middelkoop和Asselman，1998；Omengo等，2016）。因此，洪泛区在调控输向海洋的河流泥沙量方面发挥着重要作用。同时，作为洪水历史的档案，洪泛区沉积物被广泛用于古洪水重建，通过多种粒径代用指标（例如，Toonen等，2015；Mahadev等，2025）。重建的洪水记录被用于研究渝河（Lim等，2013）、汉江（Guo等，2015）和长江（Zhang等，2024）中极端洪水对古气候的响应。此外，采用古洪水数据可以提高设计洪水的合理性（Xie等，2000）。古洪水重建的基础在于洪水强度的变化会影响沉积层的沉积学特征。
大量研究揭示了洪泛区沉积物特征对洪水强度的响应。例如，当地洪泛区沉积物的粒径和厚度主要取决于相对于主河道的位置、洪水位和微地形（例如，Middelkoop和Asselman，1998；Omengo等，2016）。此外，多场洪水沉积物的对比研究表明，大型洪水会导致粗粒洪泛区沉积物（Knox，2006；Heitmuller等，2017）。Toonen等（2015）将洪水沉积物的粒径与荷兰下游莱茵河同期的径流量进行了比较，并建立了过去约240年间粗尾粒径参数与实测径流量之间的回归关系。粒径参数如中值粒径、平均粒径、粗组分含量（即砂组分，>0.25 mm颗粒）、粒径数据的第80百分位数等，可作为古洪水及其相对强度的代用指标（Knox，2006；Wang和Leigh，2012；Lim等，2013；Zhang等，2015）。这些定性和定量发现构成了古洪水重建的基础。
作为将洪水信号传递到洪泛区沉积物的主要介质，洪水事件期间悬浮泥沙输运的行为对于塑造保存在洪泛区地层中的洪水特征起着关键作用。对于小型山区河流，少数研究表明大型洪水径流可导致悬浮泥沙粒径变粗（Lenzi和Marchi，2000；Grangeon等，2012）。对于大型河流，大型洪水径流事件对悬浮泥沙粒径的影响似乎更为复杂。1983年的大洪水发生在5月至10月，位于长江中游。然而，Liu等（2020）发现，其极端径流量并未导致中国汉口段长江悬浮泥沙粒径变粗，却导致大同段长江7月悬浮泥沙显著变粗（图1）。对于密西西比河，悬浮泥沙中的砂含量随径流量增加而增加，在Tarbert Landing处存在明显的离散度。超过15,000 m3/s的径流阈值后，在下游Belle Chasse处砂含量随径流量快速增加，离散度较小（Mossa，1996）。这些表明，悬浮泥沙粒径对不同强度洪水的响应需要进一步深入研究。
上述研究表明，研究者已经发现泥沙粒径增大和砂含量增加是洪泛区沉积物对洪水期间高径流量的响应，这种响应已被广泛应用于古洪水重建。对于古洪水重建，了解洪泛区沉积物中洪水信号的形成是准确解锁洪水历史的关键前提。然而，目前很少有研究探讨洪泛区沉积物中洪水信号的形成是由悬浮泥沙输运的变化驱动，还是由沉积水动力条件的变化驱动，抑或由两者共同驱动。
长江中下游的洪泛区在过去几十年一直处于快速沉积状态（Liu等，2019）。近几十年来，该流域经历了不同强度的洪水事件，且有明显的频率增加趋势（Yin和Li，2001；Shi等，2004）。汉口和大通水文站分别位于长江中下游。因此，靠近汉口站的汉口洪泛区和靠近大同站的大同洪泛区是基于泥沙动力学探索洪水特征与洪水沉积物特征关系的理想区域。具体而言，本研究探讨：（1）悬浮泥沙对不同强度洪水事件的响应；（2）洪泛区沉积物对不同强度洪水事件的响应；（3）通过分析由漫堤流驱动的悬浮泥沙运动，研究洪水信号向洪泛区沉积物的传递。
各章节摘要
研究区域
我们的上游研究区域位于中国武汉市的堤防汉口洪泛区内，地处长江中游（图1a、1b）。图1a中活动河道和洪泛区外的白色区域代表由于人工堤坝的存在而在侧向上脱节的冲积平原部分。汉口洪泛区位于汉口水文站下游约3.0 km处（图1b）。汉口洪泛区的宽度约为500 m。该洪泛区被覆盖于
水文数据收集
汉口水文站的水文数据，包括日径流量、日悬浮泥沙浓度（SSC）和悬浮泥沙的粒径分布，收集自《中华人民共和国水文年鉴》或长江中游水文水资源勘测局。本研究中使用的大同水文站同类型水文数据获取自《中华人民共和国水文年鉴》或水文局
1997年和1998年汉口站实测径流量与悬浮泥沙特征
在汉口水文站，1997年和1998年HK1站点的临界淹没水位估计为站址本地基面上的21.57 m。由于该本地基面比1985国家高程基准（NHD 1985）高2.105 m，因此相当于NHD 1985上的19.465 m（21.57 – 2.105）。1998年淹没期间（整个高流量期，持续超过四个月）的最大径流量为71,000 m3/s，远高于
不同强度洪水事件期间悬浮泥沙的粒径特征
2020年大洪水产生的P50和砂含量与2021年汉口事件的可比，甚至略低于大同2021年的值（表2）。如图3c、3d、5b、6b、7c、7d、8c、8d、9c和9d所示，在大多数研究年份中，径流量与不同强度洪水事件期间作为悬浮泥沙载荷动员的颗粒粒径无相关性，而两年（2012年和2020年）则呈负相关。同样，它也表现出
结论
通过考察汉口和大同洪泛区的洪水沉积物，结合相应的径流量和悬浮泥沙特征，并进一步分析洪水强度信号向洪泛区沉积物的传递，可以得出以下结论：
- 1.
不同强度的洪水事件通常不会导致悬浮泥沙粒径变粗或砂含量增加，1998年大洪水除外。这表明中等级和大型洪水通常
CRediT作者贡献声明
刘秀娟（Xiu Juan Liu）：撰写——初稿、项目管理、概念化。Albert J. Kettner：撰写——审阅与编辑。李会玲（Hui Ling Li）：调查研究。米风阳（Feng Yang Min）：调查研究。王道生（Dao Sheng Wang）：方法论。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的 competing 经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（42176172，42106033）的支持。感谢长江水资源委员会水文局和长江中游水文水资源勘测局分别提供大同和汉口水文站的水文数据。感谢刘佳、冉琼、徐建尼、黄金良参与野外工作。感谢审稿人提出的建设性
Xiu Juan Liu|Albert J. Kettner|Hui Ling Li|Feng Yang Min|Dao Sheng Wang
