国土资源遥感, 2020, 32(2): 11-18 doi: 10.6046/gtzyyg.2020.02.02

综述

冰崩灾害的界定与类型划分——以青藏高原地区为例

童立强1, 裴丽鑫2, 涂杰楠,1, 郭兆成1, 余江宽1, 范景辉1, 李丹丹2

1.中国自然资源航空物探遥感中心,北京 100083

2.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院,北京 100083

A preliminary study of definition and classification of ice avalanche in the Tibetan Plateau region

TONG Liqiang1, PEI Lixin2, TU Jienan,1, GUO Zhaocheng1, YU Jiangkuan1, FAN Jinghui1, LI Dandan2

1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Natural Resources, Beijing 100083, China

2. China University of Geoscience (Beijing), School of Earth Sciences and Resources, Beijing 100083, China

通讯作者: 涂杰楠(1982-),男,高级工程师,主要从事环境遥感相关研究工作。 Email:tujienan@outlook.com。

责任编辑: 李瑜

收稿日期: 2019-07-12   修回日期: 2019-10-21   网络出版日期: 2020-06-15

基金资助: 中国地质调查项目“全国冰川及荒漠化遥感地质调查”.  DD20190515
中国地质调查专项.  2019505

Received: 2019-07-12   Revised: 2019-10-21   Online: 2020-06-15

作者简介 About authors

童立强(1965-),男,研究员,主要从事环境遥感与地质灾害遥感相关研究工作。Email:tlqhx@sohu.com。 。

摘要

青藏高原地区是我国冰崩发生最多的区域。20世纪以来,随着全球气候变暖,该区域多次发生冰崩事件,给当地居民带来了严重的生命财产损失。对该区域冰崩的深入调查和研究对于冰崩灾害的防灾减灾具有重要的实际意义。通过对冰崩灾害的致灾方式、运动过程和影响因素等进行分析和总结,结合高山峡谷地区冰崩灾害的典型特征,对冰崩灾害的定义进行了详细阐述,认为冰崩灾害不应仅包含冰川垮塌形成的直接灾害,还应包含由冰川垮塌引发的链式灾害。在此基础上,将冰崩灾害分为冰崩直接灾害、冰崩-冰湖溃决灾害和冰崩-堵溃链式灾害3种类型,以期建立具有普适性、实用性的分类标准,为青藏高原地区冰崩灾害的深入研究和防灾减灾救灾提供理论基础和科学依据。

关键词： 冰崩 ; 青藏高原 ; 冰川 ; 遥感 ; 灾害

Abstract

The Tibetan Plateau has the largest ice avalanche in China. Since the 20th Century, with global warming, more and more ice avalanches have occurred in this region, which makes serious loss of life and property of the local residents. Further researches and investigations on ice avalanches have important practical significance for preventing and reducing the disasters. On the basis of the analysis and summary of the disaster mode, the avalanches movements and influence factors, in combination with the typical characteristics of the ice avalanche in alpine valley region, the authors elaborated the definition of the ice avalanche disaster. It is considered that ice avalanche disaster should not only contain the formation of the disasters directly induced by ice avalanche but also include the chain-type disaster induced by ice avalanche. Based on the definition, the authors also divided ice avalanche disaster into three types, i.e., ice avalanche direct hazard, ice avalanche induced glacier lake outburst flood hazard and ice avalanche induced dammed lake outburst flood hazard. The authors want to establish some universal and practical classification criteria which could provide the theoretical and scientific basis for the further study about disaster prevention, mitigation and relief of ice avalanche in the Tibetan Plateau.

Keywords： ice avalanche ; Tibetan plateau ; glacier ; remote sensing ; hazards

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本文引用格式

童立强, 裴丽鑫, 涂杰楠, 郭兆成, 余江宽, 范景辉, 李丹丹. 冰崩灾害的界定与类型划分——以青藏高原地区为例. 国土资源遥感[J], 2020, 32(2): 11-18 doi:10.6046/gtzyyg.2020.02.02

TONG Liqiang, PEI Lixin, TU Jienan, GUO Zhaocheng, YU Jiangkuan, FAN Jinghui, LI Dandan. A preliminary study of definition and classification of ice avalanche in the Tibetan Plateau region. REMOTE SENSING FOR LAND & RESOURCES[J], 2020, 32(2): 11-18 doi:10.6046/gtzyyg.2020.02.02

0 引言

冰崩灾害由冰川垮塌导致。冰川是高寒地区的降雪经过粒雪化密实固结,且达到一定厚度并能在重力作用下缓慢流动的自然冰体,是全球重要的淡水资源,是气候变化的重要响应指标[1,2]。青藏高原作为“世界屋脊”是全球除南极和北极外现代冰川最为发育的地区,其冰川面积约占全球冰川总面积的14.5%,主要集中分布在高原南缘的喜马拉雅山、念青唐古拉山、西部的喀喇昆仑山和北部的昆仑山西段等区域[3,4,5]。青藏高原地区冰川和积雪分布广泛,因此,与冰雪相关的自然灾害时有发生,严重威胁到了当地居民的生命财产安全,对当地建筑和交通干线等基础设施产生了较大的威胁[6]。近年来,由于气候变化和人为活动等因素的影响,全球气温普遍升高,青藏高原作为全球气候变化的敏感区受到了严重影响,各主要冰川消融加速,冰川失稳的现象逐渐增多,加之受地形、降雨量以及地震等内外动力作用的影响,冰崩灾害发生的频率逐年上升。在全球气候变化的背景下,冰崩灾害极有可能成为人类面临的新常态[7],因而对其进行准确定义、合理分类与深入认识对于冰崩灾害的研究调查和防灾减灾十分重要。近年来,冰川变化是全球气候变化领域的研究热点,相关科研工作者众多,文献丰富,但对于冰崩灾害的研究仍然有待深入,其定义的不确定和类型划分的不统一,严重阻碍了冰崩灾害研究的深入和调查工作的开展。笔者团队基于近年冰崩灾害的相关文献资料和在喜马拉雅山区进行的冰崩灾害遥感调查,分析总结了青藏高原冰崩灾害的现状,讨论了冰崩理论的内涵和外延,对其进行了定义诠释和类型划分,以期为冰崩灾害的深入调查和研究提供理论基础和科学依据。

1 国内外冰崩灾害研究现状

冰崩灾害的发生与冰川运动有着十分密切的关系。对于冰川运动的研究起源于阿尔卑斯山地区,早在1767年,瑞士地质学家、气象学家和登山家Saussure 在登山过程中首次详细记录了阿尔卑斯冰川的运动和雪崩现象[8],但由于冰崩灾害偶发性强且地处偏远区域,有关冰崩灾害的研究起步相对较晚。1849年7月30日,苏格兰的Balvullich小镇农场报道有1 t重的冰块落在农场,多家报纸进行了报道,是公众对冰崩现象的第一次广泛认识与关注。Osczevski[9]认为当时正处于小冰期的末端,温度逐渐回升,极有可能是周围发生冰崩导致,但科学界对于冰崩的研究一直十分匮乏。1895年9月阿尔卑斯山Altels冰川发生了冰崩,1896年Pasquier[10]以简讯的形式在Nature上进行了简单报道。直至20世纪60—70年代,冰崩现象作为一种自然灾害才有了较为广泛的研究,1968年,Pinchak[11]对美国Alaska西北部Juneau的Vaughan Lewis Glacier冰川发生冰崩的频率及规模等要素进行了详细统计,对冰崩发生的概率进行了初步研究。瑞士著名的冰川学家Röthlisberger[12]对冰崩的形成机理和运动方式进行了详细阐述,认为冰崩主要有2种方式: 一是斜坡上的冰川不断破裂,形成冰崩,落在冰川表面上的碎片可以重新融合到冰川内部或者堆积形成新的冰舌; 另一种形式的冰崩与山体滑坡类似,部分冰川解体后运动超出了原有范围,到了本没有冰川覆盖的地方,这种形式的冰崩灾害通常会产生灾难性的影响。

随着冰崩灾害次数的增加、遥感技术的普及和科学界的重视,对于冰崩灾害的形成过程、运动方式等方面有了更为深入的认识。Margreth等[13]对冰崩灾害的形成机理进行了分析,认为冰崩是高海拔地区斜坡上的冰川在正常消融的过程中,由于重力作用使得巨大的冰川块体从冰川上崩落下来,沿着斜坡滚落,并最终分解成碎块的过程; Salzmann等[14]则认为冰崩为冰川块体从斜坡上悬冰川的断裂、脱离形成。在高海拔山区,由于山体中部或下部较为陡峭,冰舌无法延伸至消融区正常融化保持平衡,从而在陡壁上方以断裂垮塌的方式维持冰川物质平衡,导致冰崩现象的发生[14,15]。科研工作者除了对冰崩灾害的形成过程进行了总结,对于冰崩灾害的触发因素也开展了较为深入的研究,Woerd等[16]研究了发生在2001年昆仑山的几次集中的冰崩事件,通过遥感影像分析显示,在冰崩发生前并没有冰川明显变化的迹象,推测该冰崩事件可能并非因气候、降雨等原因造成,其触发因素主要是可可西里7.9 Mw级地震。2002年9月20日,位于俄罗斯境内著名的Kolka冰崩事件发生,导致当地100多名居民死亡, Kotlyakov等[17]通过此次事件对冰崩灾害的触发因素进行了详细分析,认为频繁的冰川跃动、火山活动以及夏季充沛的雨水共同作用导致了冰崩灾害的发生。2012年4月7日,锡亚琴冰川争端区域发生冰崩-岩崩事件摧毁了巴基斯坦Gayari基地,造成138名士兵死亡[18]。Coe等[19]针对1984—2016年期间,阿拉斯加东南部的国家冰川保护公园发生的多次冰崩-岩崩事件进行了研究,结果表明,该地区发生的事件与地震无关,更多的可能是因为该地区多年冻土退化引发冰崩灾害; Andreas等[20]利用高空间分辨率遥感数据和数值模拟分析了2016年西藏阿里双冰崩灾害的运动模式和致灾因素,综合遥感影像、数值模拟和实地调查认为,气候突变作为外力驱动加上软岩基底和亚大陆性(或多温性)冰川的特质是导致该次双冰崩灾害发生的主要原因。

在详细分析冰崩灾害致灾机理的基础上,部分学者还进一步对冰崩灾害的风险评估和安全评价做了相关研究。Salzmann等[14]运用建模的方式对阿尔卑斯山地区冰崩灾害事件进行风险评估,通过统计参数、地理信息系统建模和遥感技术对具有潜在危险的冰川运动路径进行模拟,以此来分析冰崩发生的潜在危险性; Margreth等[21]针对改进后的安全概念,运用RAMMS模型对发生在2010年7月24日勃朗峰附近的冰崩事件进行模拟,认为该安全概念只有在估算出发生冰崩的冰川体积的情况下才适用; Mahboob等[18]就发生在2012年4月7日巴基斯坦境内的Saltoro山谷中的冰崩灾害进行了研究,通过冰崩体的高度、面积、运动速度、压力以及动力等方面对该次冰崩事件进行建模分析,并根据建模分析的结果对Saltoro山谷中可能发生的冰崩事件进行了风险评估。

综上所述,国内外学者对于冰崩灾害的研究涉及内容广泛、使用方法众多,在研究灾害形成过程、获取灾害的触发因素等方面均取得了较为显著的进展,对典型冰崩灾害的发生机理、运动模式和风险评估等方面进行了广泛的研究。但迄今青藏高原冰崩灾害的研究显得较为滞后,对于冰崩灾害的定义及分类体系等基础概念和相关理论仍没有详细的阐述。本文在深入调查青藏高原冰崩灾害和调研大量相关文献的基础上对冰崩灾害的定义及其分类体系进行了详细阐述和深入分析,提出了冰崩灾害的具体定义,并进行了类型划分,以期为冰崩灾害的深入研究及防灾减灾提供理论支持和科学依据。

2 冰崩灾害定义

目前,关于冰崩的定义并不太统一,《冰冻圈科学辞典》中没有冰崩灾害的相关定义,但对冰崩和冰川灾害有明确的定义: 冰崩的定义为“在重力作用下冰川冰从冰川陡峻处或冰架边缘处崩落的现象。冰崩多发生在山地冰川的末端,或在极地地区冰架的边缘处。冰崩一般发生在暖季,是一种可致灾的自然现象”; 冰川灾害的定义为“由冰川自身构造、运动及冰川融水急剧变化等造成的灾害,具体为冰川洪水及泥石流、冰崩、冰川跃动等。冰川灾害的分布、形式与危害程度与冰川类型和规模密切相关”[22]。但不同的学者对于冰崩的阐述也有一定差异,我国冰川学者沈永平教授认为冰崩是冰川上冰体崩落的现象,是分布在陡急斜坡上的冰川在重力作用下沿着冰川内部的某一剪切破裂面或脆弱面,脱离母体而迅速倾倒、滑塌、坠落的现象[23]。著名的瑞士冰川灾害学者Röthlisberger[12]认为冰崩的形成机理类似于山体滑坡,是指一部分冰川从陡峭的冰床上脱落,离开原位置,移动到没有冰雪覆盖地方的过程,可能会形成灾害效应; Margreth等[13]认为冰崩是高海拔地区斜坡上的冰川在正常消融的过程中,由于重力作用巨大的冰川块体从冰川上崩落下来,沿着斜坡滚落,并最终分解成较小碎块的过程; Salzmann等[14]认为冰崩是陡峭的冰川上大块的冰块断裂所形成的。上述多个学者对冰崩均有各自的定义,总体来看,冰崩灾害的发生条件和组成物质有以下基本特征: ①冰崩都是发生在斜坡处; ②冰崩都是由于冰川断裂崩解而形成。

在实际研究过程中,通常把冰川垮塌并直接造成灾害的情况归结为冰崩灾害,但从冰崩灾害的致灾形式来看应将其分为2种: 一是冰川垮塌后快速运动混合积雪、土石等形成碎屑流造成灾害,其主要是冰块-土石混合体碎屑流直接冲毁、掩埋和破坏居民区与基础设施的形式; 二是冰川垮塌后落入冰湖或堵塞河道形成堰塞湖后发生溃决洪水造成下游居民区与基础设施淹没和冲毁的形式。目前,多数冰崩灾害的研究均聚焦于第一种形式,即冰川分解崩落后直接造成生命财产损失的现象,而第二种形式基本没有涵盖在冰崩灾害的研究范畴内。从灾害的形成机理来看,由冰川垮塌造成的冰湖溃决洪水或堵塞河道继而形成的溃决洪水的致灾因素均是冰崩,抓住致灾因素进行研究对于冰崩灾害的形成机理和防灾减灾均具有重要现实意义,因此,对冰崩灾害进行定义时应充分考虑由冰崩引起的相关灾害。本文在综合考虑冰川的运动模式和致灾方式的基础上将冰崩灾害定义为: 冰崩灾害是在重力作用下,位于斜坡上的冰川发生断裂、崩塌、解体形成碎屑流或造成冰湖溃决洪水及堰塞湖溃决洪水等威胁人民生命财产安全的现象。

3 冰崩灾害类型划分

目前,冰崩灾害的分类体系较少且无统一标准。由于不同类型的冰崩灾害预防及治理措施有较大差异,因此对于冰崩灾害的深入研究有必要开展青藏地区冰崩灾害类型划分的相关研究工作。不同机构和学者根据研究区域或研究目的进行了总结分析,Salzmann等[14]认为冰崩灾害可分为4类: ①冰川垮塌引发的冰崩雪崩灾害; ②冰崩-岩崩的混合灾害; ③冰崩岩崩混合引发的泥石流或碎屑流灾害; ④冰崩导致的冰湖溃决灾害。但上述分类在青藏高原有一定局限性,如冰崩后碎屑物堵塞河道造成溃决洪水的灾害类型未包含在内。在综合分析前人研究成果基础上,以全面性、可操作性和规范性为原则,按照冰崩的形成机理和致灾形式本文将青藏高原地区冰崩灾害分为以下3种类型: ①冰崩直接灾害,指位于斜坡上的冰川在重力作用下发生断裂、垮塌、解体混合土石形成碎屑流快速运动,造成沿途的居民地或交通设施严重损坏的现象; ②冰崩-冰湖溃决灾害,指冰川垮塌后进入冰湖发生涌浪,形成冰湖溃决洪水造成下游生命财产损失的现象; ③冰崩-堵溃链式灾害,指冰川垮塌后碎屑物堵塞江河形成堰塞湖,继而发生溃决洪水造成下游生命财产损失的现象。上述3种类型的冰崩灾害能够较为全面地覆盖由于冰川垮塌导致的各种类型的灾害,初步构建了完整的冰崩灾害的分类体系,可为冰崩灾害的后续研究提供理论基础。由于冰崩灾害往往发生在偏远区域,实地调查获取的现场资料极少,人们往往通过遥感影像进行相关研究,因为遥感影像可以真实地提供冰崩灾害的瞬时特征信息和动态变化信息,是分析研究的重要依据。本文对青藏高原地区3种冰崩灾害的典型特征从遥感的角度分别进行阐述。

3.1 冰崩直接灾害

冰崩直接灾害发生时,冰体与冰川分离并迅速运动,摧毁沿途村庄或交通设施,一般会造成严重的生命和财产损失。西藏地区自20世纪以来有文献记载的冰崩直接灾害共5处,4处造成了严重的生命财产损失。1950年8月15日,西藏林芝地区南迦巴瓦峰发生则隆弄冰崩,瞬间摧毁了则隆弄沟口的直白村,造成97人死亡,并堵塞雅鲁藏布江1 d; 1953年,西藏波密地区古乡沟冰崩引发冰川泥石流,造成古乡村140余位村民死亡,公路路基、桥梁被毁,大量耕地被淤埋。2001年,可可西里7.9 Mw级地震引发了昆仑山东部发生了几次集中的冰崩事件,该次事件由于地处偏远未对下游居民造成损失; 2004年2月10日,青海省玛沁县大武乡的阿尼玛卿山发生冰崩灾害,造成大武乡3.3 km2草场被覆压,切断河流,使175户牧民往返夏秋草场的道路受阻。2016年7月17日和9月21日,西藏阿里地区阿汝错西侧先后发生2次冰崩,其中第一次冰崩造成日土县东汝乡阿汝村9名牧民和数百头牦牛失踪、大量草场被毁,是国内有观测记录以来直接冰崩灾害造成后果最严重的一次。因此,本文选取西藏阿汝错冰崩为研究重点,分析冰崩的形成过程、冰川演化轨迹及其气候环境。

2016年7月17日,西藏阿里地区日土县东汝乡阿汝错西侧山谷冰川发生冰崩灾害,即图1(a)中北侧冰川。该图为2016年10月2日获取的GF-2真彩色合成影像,冰川前缘约0.91 km2的冰体与母冰川分离滑向下游V型沟谷,在约3 km的滑动过程中冰川解体、破碎,裹挟铲刮碎屑形成碎屑流,铲刮沟谷两侧各约180 m,越过狭窄沟口后冰川碎屑继续向下游运动向两侧扩展,其前缘伸入阿汝错约500 m,造成涌浪,形成宽2.36 km,长4.42 km的扇形冰崩-碎屑流堆积体,覆盖面积为8.67 km2,实地照片如图1(b)所示。

图1

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图1   西藏阿里地区阿汝错冰崩灾害遥感影像与实地照片

Fig.1   Remote sensing image and field photo of Aru glacier collapse in Ngari, Tibet


该冰川面积为3.27 km2,垮塌冰川区域面积为0.91 km2,2003—2014年期间,冰川整体呈退缩状态,截至2014年12月20日,该冰川共退缩200 m,达到最小值,随后冰川开始快速前进,最终在2016年7月17 日时,引发冰崩灾害,碎屑物冲出沟口在下游形成了扇形堆积物,冰块、土石等碎屑物覆盖面积约10 km2,堆积体呈扇形分布,长约6.3 km,宽约2.6 km,是国内有观测记录以来冰崩堆积体面积最大,冰崩物质运动距离最长的一次。

为研究冰川的变化特征以及冰崩前冰川的运动轨迹,收集了2003—2016年6月期间共24景Landsat影像。其中2003—2013年期间,均获取12月的遥感数据,共8景,缺失 2005年、2009年和2012年12月数据; 从2014年开始对所有可用数据进行了获取,共16景,基于上述遥感影像对阿汝错西侧冰川运动进行详细分析。

西藏日土县年均降雨量和气温变化以及阿汝错西侧冰川面积变化情况如图2所示。

图2

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图2   西藏日土县年均气温和降雨量及阿汝错西侧冰川面积变化

Fig.2   Variation of average temperature, preicipitation in Rutog County andthe glacier area on the west side of Aru Co


中日土县近年来气象数据(图2)表明,2003—2014年期间年均气温相对较高,而年均降雨量相对较少,仅为445 mm,在2008—2012年期间年均降雨量小于400 mm,但2014年,该地区降雨量猛增至637 mm,为近10 a内年均降雨量最高; 气候与冰川面积的相关分析表明区域降雨量和气温的变化与冰川的退缩和扩张趋势呈现明显的相关性,在2003—2014年间,该地区降雨量较少,气温整体偏高,因此该冰川面积逐年减少,在2012年时冰川面积达到最小值,2014年日土县年均降雨量较多,推测降水为冰川的迅速扩张提供了物质基础,导致冰川面积迅速增加,体积快速增大,最终导致了2016年冰崩灾害的发生。

3.2 冰崩-冰湖溃决灾害

冰崩-冰湖溃决是青藏高原地区主要的地质灾害类型之一,其诱发因素较多,冰川垮塌是导致其溃决的最重要因素[24]。20世纪以来,西藏地区先后共发生多次规模较大,后果严重的冰湖溃决灾害事件,并整体上呈增加态势[25]。冰碛阻塞湖和冰川阻塞湖是最易发生溃决的冰湖类型,其上游冰川在垮塌过程中,冰块落入湖内形成涌浪发生溃决洪水灾害,通常给下游居民点、公路、桥梁和水利供电基础设施工程等造成严重的生命财产损失[26]。2013年7月5日,西藏自治区嘉黎县忠玉乡然则日阿错冰湖发生溃决,洪水造成忠玉乡238户、1 160名居民受灾,其中49户房屋被冲毁,部分人员和牲畜失踪,通往嘉黎县的水泥桥被冲毁,经济损失估计达2.7亿元[27]。这次冰湖溃决灾害是近期发生的规模较大的冰湖溃决灾害,因此本文选取其为典型实侧分析冰崩-冰湖溃决灾害的形成过程及致灾方式。

然则日阿错为冰川融水受终碛垄阻塞而形成的冰碛湖,遥感影像显示然则日阿错位于冰舌前缘,冰碛垄侧可见排水渠。为获取冰湖溃决的相关参数,利用2013年Landsat8遥感影像进行解译,结果显示冰湖溃口长约120 m,宽约90 m,溃决后在沟谷内形成大量冲洪积堆积物,分别在衣布沟和罗琼沟2个沟口处形成堰塞湖,堰塞湖面积分别为0.13 km2(1号堰塞湖)和0.32 km2(2号堰塞湖),并且在罗琼沟处形成扇状堆积物(图3)。

图3

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图3   然则日阿错溃决后遥感影像

Fig.3   Remote sensing image about Glacier Lake Outburst Flood event of Recire Co


然则日阿错发生溃决受气候影响较大。嘉黎地区近50 a来降雨量和气温数据表明,该区域年均降雨量在700 mm附近波动,70年代降雨量相对较少, 90年代后降雨量有所增加,至2003年左右降雨量达到峰值, 2005年之后的年均降雨量多低于均值。气温的变化规律性亦较为明显,1980年之后,嘉黎地区的年均气温整体呈明显的上升趋势,进入2000年之后气温上升趋势更为明显[27]。在降雨量并没有明显减少的情况下,年均气温升高导致冰川融水增加,冰川因冰雪融水的存在而变得不稳定,极有可能导致上游母冰川发生冰崩,进而引发冰湖溃决灾害。

冰崩-冰湖溃决灾害是西藏地区最常见的地质灾害类型之一,而冰川垮塌是其最重要的致灾因素,断裂破碎的冰体入湖后形成涌浪破坏冰碛垄,引发溃决洪水灾害是最主要的致灾模式,冰崩-入湖涌浪-破坏冰碛垄-溃决洪水成灾为该类灾害的典型模式。

3.3 冰崩-堵溃链式灾害

冰崩-堵溃链式灾害是青藏地区的典型冰崩灾害。冰川垮塌后产生的冰崩碎屑物堵塞下游江河形成堰塞湖,当坝体溃决后致使下游地区发生洪水灾害造成严重的损失[28]。自2000年以来,青藏高原地区冰崩导致的规模较大的堵溃链式灾害目前主要发生在雅鲁藏布江左岸加拉白垒峰色东普流域。在2017—2018年间,色东普流域连续发生多次冰崩-堵溃链式灾害[29,30],流域上游色东普冰川下部冰舌整体垮塌、解体并混合土石铲刮沟道冰碛物在沟口堵塞雅鲁藏布江形成堰塞湖,导致雅鲁藏布江回水超过20 km,淹没了部分公路和村庄; 其后堵塞坝体溃决后使下游江水变得浑浊,2017年,印美部分媒体认为中国水电工程建设污染了雅鲁藏布江。为此印度总理曾向我国政府提出抗议,造成一定国际影响[31,32]。以该事件为例对冰崩-堵溃链式灾害进行具体分析。2017年10月22日,色东普流域发生碎屑流堵塞雅鲁藏布江事件,为上游发生冰雪垮塌形成。灾前沟谷两侧植被覆盖率较高,中部隆起处仍有明显植被覆盖,沟口雅鲁藏布江河道仍然较宽,无大规模堆积物。灾害发生后,碎屑物对沟底铲刮严重,造成沟谷中部隆起处和沟谷两侧宽约100 m范围内植被消失,表明冰崩灾害对该流域地表植被造成了严重破坏; 冰崩碎屑物在沟口大量堆积,导致雅江堵塞形成堰塞湖,溃决后砂石随洪水下泄并冲刷沿江两岸山体,导致下游江水浑浊。图4为色东普冰崩碎屑流灾害前后GF-1影像和Landsat8影像的对比。

图4

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图4   色东普沟2017年10月冰崩灾害前后遥感影像对比

Fig.4   Remote sensing image before and after the ice avalanche of Sedongpu Valley on 2017 October


2017年12月下旬,色东普再次发生冰崩灾害。对比灾害前后的遥感影像(图5)可知,原冰川表面形成的冰湖消失,沟口可见形成完整的堆积扇,导致河道再次堵塞形成堰塞湖。2018年10月该流域再次发生冰崩堵塞雅江事件,导致向上游回水,长度约26 km,淹没部分道路,导致加拉村居民撤离。综合多期次遥感影像分析表明,色东普流域碎屑流堵江事件主要由冰川垮塌造成,为典型冰崩-堵溃链式灾害。青藏高原地区该类冰崩灾害相对罕见,但具有破坏范围广、持续时间长、复发率大的特点。其典型致灾模式为冰崩-碎屑流-堵塞河道-堰塞湖-溃决洪水成灾。

图5

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图5   色东普沟发生碎屑流后上游物源区Landsat 8遥感影像对比

Fig.5   Comparison Landsat 8 remote sensing image about upstream provenance of Sedongpu Valley before and after debris flow


上述分析表明,3种冰崩灾害致灾过程各有特点,冰崩直接灾害发生迅速,反应时间十分短暂,但覆盖范围有限,对下游较远区域影响较小; 而冰崩-冰湖溃决灾害和冰崩-堵溃链式灾害的致灾过程复杂、持续时间长、影响范围广,对下游较远的区域也可能造成比较严重的后果,但反应时间较长,若发现及时则能够为下游抗灾救灾提供一定的准备时间; 与冰崩直接灾害相比后两者的破坏性更大、影响范围更广。

4 结论

随着全球气候变暖,青藏高原地区作为敏感区和指示计其冰崩灾害日益严重,造成的后果引起了学术界和地方政府的高度重视。为更加深入地对青藏高原地区冰崩灾害进行研究,本文针对研究过程中冰崩灾害定义不明确、分类覆盖不完全的情况,依据青藏高原冰崩灾害的遥感调查成果和相关文献,结合实际案例,对冰崩灾害的致灾模式、触发因素和运动方式进行了分析总结,尝试给出冰崩灾害的具体定义,并依据致灾方式对冰崩灾害进行类型划分,将其分为冰崩直接灾害、冰崩-冰湖溃决灾害和冰崩-堵溃链式灾害3种类型,总结了不同类型灾害的致灾模式和典型特征,为青藏高原冰崩灾害的深入研究和防灾减灾提供了理论支持和科学依据。

尽管本文尝试以遥感影像为基础对青藏高原的冰崩灾害进行了定义和类型划分,但在具体研究工作中仍存在一些问题。如阿汝错冰崩灾害中,冰川垮塌后在阿汝错中形成涌浪,但由于阿汝错面积较大,且不是冰碛湖,涌浪并未造成严重后果,若造成灾害则该类型与冰崩直接灾害仍然有较大差异且不宜划分为冰湖溃决灾害和堵溃链式灾害,因此,是否将该类型冰崩灾害单独划分为冰崩-涌浪型灾害仍然有待进一步研究。

参考文献

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[本文引用: 1]

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刘时银, 姚晓军, 郭万钦, 等.

基于第二次冰川编目的中国冰川现状

[J]. 地理学报, 2015,70(1):3-16.

DOI:10.11821/dlxb201501001      URL     [本文引用: 1]

4βkm2,约占全国国土面积的0.54%,冰川储量约4.3~4.7×103βkm3。中国冰川数量和面积分别以面积<0.5βkm2的冰川和面积介于1.0~50.0βkm2的冰川为主,面积最大的冰川是音苏盖提冰川（359.05βkm2）。中国西部14座山系（高原）均有冰川分布,其中昆仑山冰川数量最多,其次是天山、念青唐古拉山、喜马拉雅山和喀喇昆仑山,这5座山系冰川数量占全国冰川总数量的72.3%;冰川面积和冰储量位列前3位的山系分别为昆仑山、念青唐古拉山和天山,尽管喀喇昆仑山冰川数量和面积均小于喜马拉雅山,但前者冰储量高于后者。从冰川海拔分布来看,海拔4500~6500βm之间是冰川集中发育区域,约占全国冰川总面积的4/5以上。冰川资源在各流域分布差异显著,东亚内流区（5Y）是中国冰川分布数量最多、面积最大的一级流域,约占全国冰川总量的2/5以上;黄河流域（5J）是冰川数量最少、规模最小的一级流域,仅有冰川164条,面积126.72βkm2。新疆和西藏的冰川面积和冰储量约占全国冰川总面积的9/10。]]>

Liu S Y, Yao X J, Guo W Q, et al.

The contemporary glaciers in China based on the Second Chinese Glacier Inventory

[J]. Acta Geographica Sinica, 2015,70(1):3-16.

DOI:10.11821/dlxb201501001      URL     [本文引用: 1]

4 km2 and ice volume of 4.3×103-4.7×103 km3 in China (including glaciers measured from 1:50,000 or 1:100,000 topographic maps made from the 1960s to the 1980s because of no high quality remote sensing images for the contemporary glacier inventories). The number of glaciers with the area below 0.5 km2 reaches 33,061 and accounts for the majority part (66.07%) of glaciers in China. Glaciers with areas between 1.0 km2 and 50.0 km2 are totaled as ~3.40×104 km2 (~2.65×103 km3 in ice volume) and constitute the main part of glaciers in China. The Yengisogat Glacier (359.05 km2), located in the Shaksgam Valley, north slope of the Karakoram Mountain, is the largest glacier in China. The glaciers are spatially distributed in 14 mountains and plateaus in western China. The Kunlun Mountains has the largest number of glaciers in China, followed by Tianshan Mountains, Nyainqêntanglha Range, the Himalayas and Karakoram. Glaciers in the above five mountains account for 72.26% of the total glacier number in China, however, over 55% of the total area of glaciers and 59% of the total ice storage in China are concentrated in the Kunlun Mountains, Nyainqêntanglha Range and Tianshan Mountains. The number and area of glaciers in Karakoram Mountains are less than those in the Himalayas, but the volume of the former is more than that of the latter because the glaciers in the Karakoram are generally larger. Some 4/5 of the total area of glaciers in China is mainly distributed in an altitudinal band between 4500-6500 m a.s.l. with regional differences depending on the general elevations of various mountains. Analogously, there is an obvious difference of glaciers in basins. The first level basin having the most glaciers is the East Asia interior drainage area (5Y) which occupies ~40% of glaciers in China. The Yellow River basin (5J) has the fewest glaciers where only 164 with an area of 126.72 km2 are distributed. Xinjiang and Xizang autonomous regions are the two provincial units rich in glaciers, with ~9/10 of the total area and ice storage of glaciers in China.]]>

赵越, 钱方, 朱大岗, 等.

青藏高原第四纪冰川的早期记录及其构造与气候含义

[J]. 中国地质, 2009,36(6):1195-1207.

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Zhao Y, Qian F, Zhu D G, et al.

Early records of Quaternary glaciation in Qinghai-Tibet plateau and their tectonic and climatic implications

[J]. Geology in China, 2009,36(6):1195-1207.

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吴右.

青藏高原冰川变化趋势及对策研究

[C]//西藏发展论坛, 2018(1):73-75.

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Wu Y.

Study on the trend and countermeasures of glaciers on the Tibetan Plateau

[C]//Tibet:Tibet Development Forum, 2018,(1):73-75

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蒲健辰, 姚檀栋, 王宁练, 等.

近百年来青藏高原冰川的进退变化

[J]. 冰川冻土, 2004,26(5):517-522.

URL     [本文引用: 1]

近百年来,青藏高原的冰川虽然出现过两次退缩速率减缓或相对稳定甚至小的前进阶段,但总的过程仍然呈明显的波动退缩趋势.随着全球气候的波动变暖,特别是进入20世纪80年代以来的快速增温,使高原冰川末端在近几十年间出现了快速退缩.以高原东部和南部边缘山地的冰川变化幅度最大,而高原中北部山区和羌塘地区的冰川变化幅度较小,相对比较稳定.显示出青藏高原冰川对气候变化响应的敏感性在边缘山区较中腹地区更为敏感.

Pu J C, Yao T D, Wang N L, et al.

Fluctuations of the glaciers on the Qinghai-Tibetan Plateau during the past century

[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2004,26(5):517-522.

URL     [本文引用: 1]

In the past 100 years, glaciers on the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) have been general retreating continuously, although the retreat rate was twice depressed, and the glaciers were relatively positive mass balance or advanced a little. Glacier retreat rates have increased rapidly under the fluctuant global warming since the 1980s. The magnitude of the glacial retreat is the largest at the south and east margins of the QTP. Larger retreat occurs at the north of the QTP, and the least retreat occurs in the central of the QTP and the Qangtang Region. The glacial response to climatic change is more sensitivity at the margins of Qinghai-Tibetan Plateau than those inlands of Qinghai-Tibetan Plateau.

沈永平, 苏宏超, 王国亚, 等.

新疆冰川、积雪对气候变化的响应(Ⅱ):灾害效应

[J]. 冰川冻土, 2013,35(6):1355-1370.

DOI:10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0151      URL     [本文引用: 1]

新疆地区冰川、积雪广泛分布，在其融水补给河川径流的同时，也常伴有冰川洪水、融雪洪水、冰湖突发洪水、冰川泥石流、冰雪崩和风吹雪等冰雪灾害发生，这些灾害对当地居民居住地以及重要国防干线的安全运营形成较大威胁. 冰川、积雪变化直接影响到冰雪灾害发生的程度与影响范围，新疆的冰川洪水和冰湖突发洪水灾害主要发生在塔里木河流域的喀喇昆仑山、昆仑山以及天山南坡西部一带，融雪洪水灾害主要发生在新疆北部的阿勒泰地区、塔城地区和天山北坡一带，冰川泥石流、冰雪崩灾害主要发生在帕米尔高原、天山西段和西昆仑山地区，风吹雪主要在天山中、西段地区. 随着全球气候变暖，尤其是新疆从1987年开始的气候由暖干向暖湿的转型，冰川退缩加剧，融水量增大，冰川洪水和冰川泥石流灾害随着冰川融水径流的增加而增多；而融雪洪水、雪崩和风吹雪随着气候变化引起的冬季积雪增加和气温升高，其灾害强度在增强；冰崩灾害随着气温升高引起的高山冰体崩解而呈增加趋势. 在新疆地区，冰雪灾害主要表现为冰雪洪水，已观测到近十几年来在气候变化影响下冰雪洪水发生的频次和强度有增加的趋势，塔里木河流域的冰湖溃决洪水和冰川洪水及北疆春季的冰凌和融雪洪水已对当地的生命财产和社会经济发展带来巨大危害，新疆的水资源安全、灾害等问题日益凸显. 预计未来，随着气候增温引起的冰雪融水径流的增加，相关的冰雪灾害增多，因而增加了冰雪灾害的危险程度，并可能形成若干新的灾害点. 面对气候变化诱发的众多冰川、积雪灾害，目前还缺乏对灾害监测、预测预警方面的适应对策. 因此，在全球气候变化不断加速的趋势下，冰雪灾害应引起有关方面的足够重视，加强气候变化对冰雪灾害的影响评估和适应性管理对策研究，使科学技术在减灾方面发挥主导作用.

Shen Y P, Su H C, Wang G Y, et al.

The responses of glaciers and snow cover to climate change in xinjiang(II):Hazards Effects

[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2013,35(6):1355-1370.

DOI:10.7522/j.issn.1000-0240.2013.0151      URL     [本文引用: 1]

Glacier and snow cover distributed widely in Xinjiang, when its melt water supply to the rivers often accompanied by glacial floods, snowmelt floods, glacial lake outburst floods, glacial debris, ice and snow avalanches, snowdrift and other snow disasters. There are greater threats on the local urban residence and the important defense lines because of these disasters. The extent and range of the ice and snow disasters impact subjected to the changes of glacier and snow cover. The glacier flood and glacial lake outburst floods occurred mainly in the Karakoram Mountains, Kunlun Mountains and the western of the southern slope of the Tianshan Mountains in the Tarim River Basin. The snowmelt floods occurred mainly in Altay area, Tacheng area and the northern slope of the Tianshan Mountains in North Xinjiang. The glacier debris and the ice and snow avalanches disasters occurred mainly in the Pamirs Plateau, the western of the Tianshan Mountains, the Karakorum and the West Kunlun Mountains. The snowdrift occurred mainly in the middle and western of the Tianshan Mountains regions. With global warming, especially the beginning of the climate change from warm-dry to warm-wet in 1987 in Xinjiang, the glacier retreat intensified, the melt water increases, the glacier floods and debris flows increased with the increased of glacier melt water, and the snowmelt floods, ice and snow avalanches and snowdrift enhanced with the snow cover increased in winter and the air temperature rise, the alpine ice disintegration caused by ice avalanches with climate warming showed an increasing trend. The ice and snow disasters dominated by the glacier and snow floods in Xinjiang. The increasing trend of the frequency and intensity of glacier and snow floods under the influence of climate change have been observed in the last decade in the Xinjiang region. The water safety and disasters and other problems caused by glacial lake outburst floods and glacial floods in the Tarim Basin and the ice and snowmelt floods in spring in North Xinjiang have become increasingly prominent, and have great harm on the local lives, property and socio-economic development. With the glacier melt water increasing, some new disaster may be formed in the future. For the numerous glaciers, snow disaster induced by the climate change, there is a lack of adaptation on disaster monitoring, forecasting and early warning. So it should be keep an eye on the ice and snow disasters with the global climate change accelerating consistently, and to strengthen the study of the impact assessment and adaptation strategies of the disasters, and make the science and technology play a leading role in disaster reduction.

胡文涛, 姚檀栋, 余武生, 等.

高亚洲地区冰崩灾害的研究进展

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