喜马拉雅山地区是我国地质灾害最为严重的区域之一。地质灾害对当地社会经济发展和生态环境带来了极大危害, 每年造成直接经济损失数以亿计。区内主要的地质灾害包括滑坡、泥石流、崩塌、冻胀融沉、碎石流和冰湖溃决等, 每年汛期均有险情发生。近几年来, 随着全球温室效应加剧, 气温上升, 喜马拉雅山地区的冰川正以平均10~15 m/a的速度退缩, 成为全球冰川退缩最快的区域之一。伴随着生态环境的进一步恶化, 喜马拉雅山地区的滑坡、泥石流、崩塌和冰湖溃决等地质灾害的发生频率有逐步增高的趋势^{[1, 2, 3, 4]}。

研究区地旷人稀、山高路险, 空气稀薄, 地质灾害的实地调查极为困难。以往的地质灾害研究或调查工作, 多是针对典型的小流域地区^{[5, 6, 7]}, 或针对大型工程的沿线地区开展^{[8, 9, 10]}, 尚没有覆盖全区的高精度调查成果, 所得到的区域尺度的地质灾害分布、发育特征与形成规律具有一定的局限性。而遥感调查方法具有视域广、数据采集快、连续观察和不受地形限制等特点, 近些年来在地质灾害调查领域得到广泛应用^[11]。中国地质调查局于2006年部署了“ 喜马拉雅山地区重大地质灾害遥感调查” 项目, 以期基于多源遥感数据获取喜马拉雅山地区地质灾害的类型和空间分布等信息, 总结该区域地质灾害的形成条件与发育规律, 为区域减灾防灾工作提供基础数据和科学决策依据。

本文是“ 喜马拉雅山地区重大地质灾害遥感调查” 项目的总结成果之一。以研究区多源遥感数据为基础, 通过建立各种类型泥石流的遥感解译标志, 采用人机交互和目视解译的方法获取喜马拉雅山地区泥石流的类型、空间分布及发育特征等信息; 利用GIS空间分析手段, 对泥石流分布及其背景环境数据进行叠置分析, 研究和总结泥石流的水源类型、长度、形态、比降、集水区面积和运动方向等发育特征; 定量统计泥石流在工程地质岩组、地质构造、地形地貌、土地利用类型、植被盖度、降水量与气候等不同环境背景条件中的指标, 分析泥石流的形成条件及其与外部影响因素的关系, 总结喜马拉雅山地区泥石流的发育规律, 为喜马拉雅山地区减灾防灾工作提供基础数据和科学决策依据。

研究区位于我国西藏自治区南部, 西起阿里地区的札达县、葛尔县, 东侧以雅鲁藏布江为界, 北界为雅鲁藏布江大断裂, 南至国界, 地理范围在E 78° ~95° 30', N 26° ~33° 之间; 东西长约1 700 km, 南北宽约60~250 km, 总面积约170 000 km²(图1)。

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	图1 研究区位置与范围示意图Fig.1 Sketch map of location and boundary of study area

喜马拉雅山是近EW走向的山系, 由许多平行山脉组成, 地势总体上南坡陡峻、北坡平缓, 西高东低、北高南低; 海拔高度由西北向东南呈阶梯式递降, 西部平均海拔5 000 m以上, 东部平均海拔4 700 m左右。研究区内的河流分属雅鲁藏布江和朗钦藏布江2大水系。雅鲁藏布江发源于喜马拉雅山北麓仲巴县境内的杰马央宗冰川, 全长2 057 km, 流域面积24× 10⁴ km², 流域平均海拔约4 500 m; 朗钦藏布江主要在札达县境内。其他河流有孔雀河、吉隆藏布、波曲、澎曲、康布麻曲、洛扎雄曲和达旺河等^{[12, 13, 14, 15]}。

区内地层发育齐全且复杂多变, 以大面积出露前寒武系变质岩和从奥陶纪至新近纪基本连续沉积的海相地层为特点, 显生宇沉积地层总厚度达12 500 m。区内岩浆岩活动较强烈, 具有活动期次多、类型多、阶段性强等特点。侵入岩主要为花岗岩类, 以元古宙及奥陶纪花岗岩和中新世淡色花岗岩为主, 侏罗纪花岗岩仅有个别岩体出露, 多集中于高喜马拉雅带和拉轨岗日带, 显示了花岗岩形成时代自南至北由老变新的趋势^{[15, 16, 17]}。喜马拉雅山经历了多期、多层次的构造变形, 在大地构造位置上属冈瓦纳北缘特提斯构造域晚古生代— 中生代冈底斯— 喜马拉雅构造区, 分为印度陆块、印度河— 雅鲁藏布江结合带和拉达克— 冈底斯— 拉萨— 腾冲陆块3个二级构造单元; 从南到北可划分低喜马拉雅、高喜马拉雅、北喜马拉雅南带、康马— 隆子、雅鲁藏布江、拉萨— 察隅和冈科布斯坦— 达拉克等7个构造-地层分区^{[16, 17]}。

喜马拉雅山地区共分布有大型以上泥石流361条(其中巨型泥石流353条、大型泥石流8条)。根据所获取的研究区泥石流的坐标位置信息, 区域泥石流灾害的空间分布具有如下特点:

1)丛集性分布。研究区内存在16个泥石流集中片区: 雅鲁藏布江南岸米林县段, 隆子县脱机拉山一带, 洛扎县库拉抗日北麓, 康马县涅如堆乡涅如藏布东岸, 康马县康马镇、萨玛达乡江日曲两岸, 定结县江嘎镇、萨尔乡叶如藏布西岸, 定日县曲当乡通门一带, 定日县扎果乡至岗嘎镇以东中尼公路段, 聂拉木县门布以西中尼公路段, 聂拉木县聂拉木镇至亚来波曲段, 吉隆县扎隆沟以南吉隆沟两岸, 仲巴县亚热乡西边缘, 札达县达巴乡西北部, 札达县城南部象泉河支流玛朗曲两岸, 噶尔县北西阿伊拉日山东麓和噶尔县扎西岗乡北西噶尔藏布两岸(图4)。

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	图4 研究区泥石流分布Fig.4 Distribution of debris flows in study area

2)北坡最为发育。根据泥石流沟道的流向, 喜马拉雅山脉的北坡(阴坡)大型泥石流沟最多。其中, 阴坡泥石流沟144条, 西坡泥石流沟62条, 东坡和南坡(阳坡)的泥石流分别有55条和53条, 东北坡泥石流沟26条, 其他3个方向的泥石流极少(表2)。

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表2(Tab.2)

表2 研究区泥石流流向 Tab.2 Flow direction of debris flows in study area 泥石流流向 北 东北 东 东南 南 西南 西北 西 合计 泥石流数量/条 144 26 55 6 53 6 9 62 361 占泥石流总量比例/% 39.89 7.20 15.24 1.66 14.68 1.66 2.50 17.17 100

表2 研究区泥石流流向 Tab.2 Flow direction of debris flows in study area

阴坡大型泥石流的数目是阳坡的2.7倍, 大型泥石流在阴坡比阳坡更发育。例如洛扎县喜马拉雅山脉主脊的库拉抗日山阴坡发育了近20条泥石流, 但其阳坡却没有泥石流; 距喜马拉雅山脉主脊较远的阿依拉日山的东北坡发育了19条泥石流, 但其阳坡却未解译出泥石流。这种现象与有些人认为喜马拉雅山阳坡地带更易发育泥石流的认识 ^{[10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22]}不同, 有待进一步研究。

研究区内的大型泥石流发育具有如下特征:

1)发育阶段。大型泥石流多处于发育旺盛期, 其中旺盛期222条, 发育期52条, 衰败期44条, 停歇期43条(表3)。

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表3(Tab.3)

表3 研究区泥石流发育阶段 Tab.3 Evolution stages of debris flows in study area 泥石流发育期 旺盛期 发育期 衰败期 停歇期 合计 泥石流数量/条 222 52 44 43 361 占泥石流总量比例/% 61.5 14.4 12.2 11.9 100

表3 研究区泥石流发育阶段 Tab.3 Evolution stages of debris flows in study area

2)水源类型。研究区内雨水型泥石流最多(254条, 占泥石流总数的70%), 其次为冰雪融水型泥石流(107条, 占泥石流总数的30%)。

3)沟道比降。大型泥石流的主沟道比降在200‰ ~100‰ 之间的最多(138条), 比降在300‰ ~200‰ 之间的泥石流沟有87条, 比降小于100‰ 的泥石流沟有71条(表4)。由此可见, 沟道比降过大时碎屑物不易原地留存, 难以形成大型泥石流。

表4

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表4(Tab.4)

表4 泥石流沟道比降 Tab.4 Channel gradients of debris flows 沟道比降/‰ < 100 [100, 200) [200, 300) [300, 400] > 400 合计 泥石流数量/条 71 138 87 43 22 361 占泥石流总 量比例/% 19.67 38.23 24.10 11.91 6.09 100

表4 泥石流沟道比降 Tab.4 Channel gradients of debris flows

4)形态及沟道长度。研究区内漏斗状泥石流232条, 长条状泥石流129条。泥石流的沟道长度主要集中在1~4 km范围内。其中, 沟道长度1~2 km的泥石流沟最多, 其次为2~3 km的泥石流沟。沟道长的泥石流少, 但灾害规模相对较大(表5)。

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表5(Tab.5)

表5 泥石流沟道长度 Tab.5 Channel length of debris flows 沟道长度/km < 1 [1, 2) [2, 3) [3, 4) [4, 6) [6, 12] 合计 泥石流数量/条 35 103 83 56 52 32 361 占泥石流总 量比例/% 9.7 28.5 23 15.5 14.4 8.9 100

表5 泥石流沟道长度 Tab.5 Channel length of debris flows

1)喜马拉雅山大型泥石流空间分布特征为: ①具有丛集性特点, 较为集中地分布在16个区域; ②阴坡较阳坡发育, 阴坡大型泥石流是阳坡的2.7倍。

2)喜马拉雅山大型泥石流发育特征为: ①水源类型以降雨为主, 占泥石流总数的70%; ②发育期多处于旺盛期, 占泥石流总数的61%; ③主沟道比降在200‰ ~100‰ 之间的最多; ④标准形态的漏斗状最多, 占泥石流总数的64%; ⑤沟道长度主要集中在1~4 km范围内。

3)喜马拉雅山泥石流形成背景特征为: ①形成泥石流的松散堆积物质主要由软弱岩夹较软弱、较坚硬岩与软弱岩互层等岩组提供; ②地质构造活动提供了松散堆积物和陡峭沟道地形, 泥石流主要发育在距断层带8 km以内的区域; ③随着斜坡坡度变大泥石流发育的比例呈现先上升后下降的趋势; ④泥石流发育和活动与地形粗糙度大致呈正相关关系, 地形粗糙度越大泥石流发育的概率也越大; ⑤高位中山地貌区更易产生泥石流; ⑥降雨型泥石流在300~400 mm/a降雨量的区域比例最大; ⑦泥石流流域面积与绿度呈负相关, 植被覆盖差的区域更易发生泥石流; ⑧裸岩及裸地、草地和荒草地是泥石流相对易发的土地利用类型区; ⑨最易发育泥石流的气候区是温带草原气候区。

限于本文的篇幅及遥感调查的工作性质, 本文仅从宏观上讨论了喜马拉雅山地区泥石流的分布、发育及其形成背景等特征。针对某些具体的问题(如泥石流在喜马拉雅山地区南北坡分布差异的机制等), 还需进一步研究。