喜马拉雅山中段波曲流域近期冰湖溃决危险性分析与评估.doc

文章编号 : 100020240 (2007) 0420509208喜马拉雅山中段波曲流域近期冰湖溃决危险性分析与评估陈晓清1 , 2 ,崔鹏1 , 2 ,杨忠2 ,齐永青2( 1 . 中国科学院 山地灾害与地表过程重点实验室 , 四川 成都 610041 ; 2 . 中国科学院成都山地灾害与环境研究所 , 四川 成都 610041)摘 要 : 西藏聂拉木县波曲流域内分布有大量的冰湖 , 对 2000/ 2001 年度卫星遥感数据遥感解译获取了冰湖的分布及面积 ; 对比 1987 年的数据发现 , 经过 15 a 流域内冰湖数量和面积均发生了巨大的变 化 . 通过野外考察获取了重要冰湖的溢流状态 、冰碛堤稳定性 、冰川影响等资料 , 在此基础上使用直 接判别法和冰湖溃决危险性指数 ( Idl ) 进行了冰湖溃决危险性评价 , 所有冰湖中有 9 个处于高度危险状 态的 , 3 个处于较高危险的 , 2 个处于稳定状态 , 其余 35 个处于相对稳定或趋于衰退状态 . 冲堆普下 游 、科亚普下游和主河至科亚普汇口以下为高度危险区 , 塔吉岭普下游 、如甲普下游和章藏布下游处 于较高危险 , 其他支沟下游及所有上游区处于冰湖溃决相对安全区 . 基于危险性评价结果 , 建议下游 根据危险性大小 , 采取相应的应对措施以减轻冰湖溃决泥石流的危害 .关键词 : 波曲流域 ; 冰湖 ; 溃决 ; 危险性中图分类号 : P343 . 6/ X43文献标识码 : A冰湖溃决是青藏高原常见的灾害类型之一 , 溃决洪水起动溃决口处和沿途的大量松散固体物质形 成泥石流 , 增大其破坏力. 从西藏自 1935 年以来15 个冰湖的 20 次溃决来看 1 - 2 , 冰湖溃决发生突然 、危害非常大 、影响范围广 、造成的经济损失严 重 , 是本区域灾害防治的重点之一.西藏日喀则地区聂拉木县的波曲流域内冰湖分布数量大 , 1935 - 1987 年期间曾有 2 个冰湖发生 3 次溃决 2 , 1981 年章藏布次仁玛错冰湖溃决泥石流 灾害 , 摧 毁 了 50 k m 范 围 内 的 中 尼 公 路 和 交 通 设施 , 诱发了多处大滑坡 , 冲毁曲乡附近的建筑及尼泊尔境 内的 逊 科西 水电 站 , 导致 尼 泊尔 200 人 死感解译冰湖及其变化 , 并进行危险性分析 , 为今后冰湖溃决泥石流灾害防治提供指导 .自然环境背景1波曲流域位于聂拉木县的南部 , 喜马拉雅山区的中段 (西夏邦马峰与卓奥友峰之间) , 在 85388857E , 27492905N 之间 , 是恒河的主要支 流之一. 中尼公路国道 318 线南北横穿其中 , 从亚 如雄拉山口进入 , 顺主河而下 , 至樟木口岸的友谊 桥进入尼泊尔 . 聂拉木县城位于流域的中间 , 樟木口岸位于流域的正南边 , 流域集中了全县大部分人口和固定资产 .1 . 1 流域特征波曲流域面积 2 018 . 4 k m2 , 流域最高处为海 拔 8 012 m 的希夏邦马峰 , 最低海拔 1 468 m (宗曲与波曲的汇 口) , 相 对 高 差 6 544 m , 主 沟 沟 道 长亡 2 .2002 年 5 月 23 日和 6 月 29 日位于日喀则地区聂拉木县西北的冲堆普暴发冰川融水与冰湖溃决混合型 泥石 流 灾害 , 造 成直 接经 济 损失 750 余 万元 3 .为此 , 引起了政府对波曲流域冰湖溃决的高度重视 , 立项对波曲流域的冰湖进行重点考察和遥86 . 5 k m . 流域内沟床纵比降变化 较大 , 呈 上陡 、收稿日期 : 2006211218 ; 修订日期 : 2006212229基金项目 : 国家自然科学基金西部重大研究计划项目 ( 90202007) ;国家杰出青年科学基金项目 ( 40025103) 资助作者简介 : 陈晓清 ( 1974 ) , 男 , 四川遂宁人 , 副研究员 , 2006 年在中国科学院研究生院获博士学位 , 主要从事滑坡泥石流防治理论研 究和工程设计以及地理信息系统的应用研究. E2mail : xqchen i mde . ac . cn中缓 、下陡.流域主沟两侧分布的支沟主要有冲堆普 、科亚 普 、腊扎普 、如甲普 、塔吉 岭 普 、多 工 普 、章 藏 布等 , 冲 堆 普 是 流 域 内 最 大 的 支 流 , 位 于 流 域 的 西 部 , 西夏邦马峰的东侧 , 面积 365 . 3 k m2 , 占全流 域的 18 %.1 . 2 地貌条件波曲流域是典型的高山峡谷地貌 , 地势为东西 两侧和北面高 、中间和南面低 , 地形高差大 . 构造地貌上主要表现为山体强烈隆升 , 河流深切 , 但下切速度远远赶不上山体抬升的速度 , 据沈永平等 4 研究 , 本流域县城处自中更新世间冰期以来的抬升 量在 2 000 m 以上. 受强烈抬升的影响 , 这里没有象青藏高原面上普遍存在的海拔 4 200 4 500 m和 4 8005 000 m 的两级夷平面 .从气 候地 貌 来 看 , 可 以 分 为 现 代 冰 川 冰 雪 地 貌 、古冰川地貌和坡地地貌 . 现代冰川冰雪地貌分 布于流域海拔 5 200 m 以上 , 古冰川地貌分布于海拔 3 8005 200 m 之间 , 包括冰碛台地 、侧碛堤和 终碛堤等 , 是松散固体物质的主要来源 .1 . 3 地质条件流域内出露的地层为燕山期侵入岩 (61 ) 、前震 旦系高喜马拉雅分区聂拉木群 ( A n Znl) 及第四纪的冰碛层 、砾石层 、滑坡泥石流堆积层等 . 岩性主要为石英片岩 、黑云母片岩和二云母片岩等. 区域地 质构造属高喜马拉雅结晶岩带中的复式背斜北翼 , 主要构造形态有褶皱 、断裂和节理 . 受区域地质构 造作用 , 加之新构造运动强烈 , 地震活动频繁等因 素 , 裂隙发育 , 节理 、劈理等构造特征也较明显 .新 构 造 运 动 强 烈 , 自 第 四 纪 以 来 地 壳 隆 升4 000 m 以上 , 经过上新世末 、早更新世和中更新 世晚期的 3 次急剧上升 , 加速了卸荷裂隙的发育和 地表水的渗入 , 进而造就了区域内发育山地灾害的 必要环境条件. 据不完全统计 5 , 自 1833 年以来 ,流域附近 200 k m 范围内 , 曾发生 8 级以上强震 2 次 、5 级或 5 级以上地震 21 次 , 其中对研究区产生 影响的强震有 8 次 , 强震活动周期大约为 100 a .1 . 4 气象与水文波曲 流域 由 于 地 形 高 差 大 , 气 候 跨 越 了 亚 热 带 、暖温带 、寒温带 、高山苔原带和雪山冰漠带 5 .海拔 1 4682 500 m 为亚热带 , 年均温 10 , 年降雨量 2 5003 000 mm ; 海拔 2 5003 100 m 为 暖温带 , 年均温 710 , 年降雨量 1 5002 500 mm ; 海拔 3 100 3 900 m 为寒 温 带 , 年均 温 2 . 7, 年降雨量 6001 500 mm ; 海拔 3 9005 200m 为高山苔原带 , 年均温 0 . 02 k m2 的 冰湖有 49 个 (图 1) , 冰湖面积总共为 17 . 558 k m2 . 冲堆普分布 22 个冰湖 , 占总数的 44 . 9 % ; 科亚普 分布 7 个冰湖 , 占总数的 14 . 3 % ; 塔吉岭普分布 3个冰湖 , 占总数的 6 . 1 % ; 通曲分布 4 个冰湖 , 占总 数的 8 . 2 % , 其余的分布于其他支沟. 面积 0 . 2 k m2 的 有 18 个 , 占 总 数 的 36 . 7 % , 且 面 积 0 . 5 k m2 的有 8 个 , 占 总 数 的 16 . 3 %. 在 冰 湖 各 类 型 中 , 冰川终碛湖有 32 个 , 占总数的 65 . 3 % ; 侧碛湖4 期陈晓清等 : 喜马拉雅山中段波曲流域近期冰湖溃决危险性分析与评估511 图 1 冰湖分布及流域危险性分析Fig. 1 Map sho wing t he di st ributio n of glacial la ke s a nd t heir ri sk regio nalizatio n in t he Poiqu River ba si n1 个 , 占 2 . 0 % ; 槽谷湖 7 个 , 占 14 . 3 % ; 冰川侵蚀附近牧民 , 了解冰湖水位和面积的大致变化 、溃决湖 2 个 , 占 4 . 1 % ; 冰斗湖 7 个 , 占 14 . 3 %.给出了主要冰湖的解译参数 10 .2 . 2野外考察表 1情况 、上游冰川面积大致变化等. 通过对冲堆普 、科亚普和塔吉岭普的野外考察和调查访问 , 基本掌握了波曲流域冰川和冰湖的现状 . 主要认识有 : 1) 终碛湖的面积呈增大趋势 , 侧碛湖 、侵蚀湖和冰斗 湖的面积呈减小趋势 , 并且冰湖数量呈增加趋势 ;2) 冰湖上游冰川面积呈减小趋势 , 厚度也呈减小的 趋势.2005 年 6 月 5 25 日期间对主要冰湖进行了野外实地考察 . 考察内容主要包括冰湖溢流口 、冰 碛堤的稳定性 、伸入冰湖的冰舌 、冰川上发育的裂缝及冰滑坡 、目前的出流水量 、冰川厚度等 , 通过表 1 波曲流域主要冰湖要素解译Main element of t he glacial lake s in Poiqu River ba si nTa ble 1序号冰湖名称所属支沟纬度/ N经度/ E湖面形状湖面海拔/ m面积/ k m2类型达惹错嘉龙错 嘎龙错 共错 峡湖 姆拉错 扛西错尤莫尖错 查乌曲登 扛普错 北湖南湖 酸奶湖次仁玛错冲堆普冲堆普 冲堆普 冲堆普 科亚普 科亚普 科亚普 如甲普 如甲普 如甲普 塔吉岭普 塔吉岭普 塔吉岭普章藏布2811 . 002812 . 852818 . 732819 . 812818 . 882819 . 302821 . 592821 . 112820 . 342819 . 162818 . 232817 . 592817 . 492804 . 628555 . 468551 . 078550 . 448552 . 168556 . 858555 . 798553 . 128613 . 498611 . 428609 . 528609 . 408609 . 118607 . 908603 . 91椭圆长条 长条 方形 山字形 长条 长条 长条 长条 长条 长条 长条 长条长条侵蚀湖终碛湖 终碛湖 侵蚀湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖 终碛湖终碛湖243400 . 512544100 . 2131450703 . 4381523242751705200532052102 . 4110 . 3000 . 1233 . 7043053500 . 4363154400 . 6283255800 . 2303353200 . 6493453600 . 1743552500 . 2684247200 . 677通过 野外 考 察 , 也 验 证 了 遥 感 解 译 的 数 据 可速崩滑入冰湖 , 造成浪涌和冲击波 , 击溃终碛堤坝或溢流拉槽刷深平时的溢流口 , 或击溃坝体薄弱部 位造成新的溃口所致 . 冰体拥入湖中 , 湖水相应就 排走同样多体积 , 故可以将危险冰体的体积与冰湖 水体体积的比值 ( R) 的倒数叫做冰湖溃决的危险性靠 .冰湖溃决危险性分析方法33 . 1单个冰湖危险性分析方法影响冰湖溃决的因素很多 , 综合分析各影响因 子 , 建立合理客观反映实际的判别模式 , 识别冰川 终碛湖溃决的危险性 . 在分析西藏曾经暴发的冰湖 溃决事件的环境背景 , 提出了目前两种较为合理的 分析方法 直接判别法和危险性指数法 2 .(1) 直接判别法. 从冰湖的相关因子中 , 通过 统计 比 较 , 确 定 了 7 个 参 数 作 为 直 接 判 别 的 依 据 2 , 表 2 给出了最有利于冰湖溃决的判别标志 .(2) 冰湖溃决危险性指数法 . 自 1935 年来 , 西 藏发生的冰川终碛湖溃决都是因为冰舌末端冰体高指数 2 , 即 Idl = 1/ R .这里 R 用倒数 , 其含义在于R 值越大 , 发生的几率越小 . 在西藏历史上暴发的冰湖溃决事件中 , 工布江达县唐不朗沟内的达门拉咳错 , 其Idl 值 最 大 ( 0 . 730 ) , 首 先 发 生 溃 决 , 于1964 年 9 月一次性溃决 ; 而波 密县 米堆 沟 的光 谢错 , 其 Idl 最小 (0 . 033) , 于 1987 年 8 月溃决 , 较达 门拉咳错晚 24 a 2 .3 . 2流域冰湖溃决危险性评价方法对于冰湖溃决危险性区域评价 , 目前还没有一 个完善的评价方法. 前面介绍了对单个冰湖是否溃表 2 冰湖溃决的直接判别标志The indexe s fo r direct di stingui shing glacial la ke s o ut bur stTa ble 2标 志已溃决冰湖的变化范围最有利于冰湖溃决的标志补给的现代冰川和积雪面积 ( F)冰川积雪区的平均纵坡 ( L g) 冰舌段坡度 ( S g ) 冰舌和冰湖的距离 ( d) 冰湖储水量 ( W ) 终碛堤坝顶宽度 ( B)终碛堤坝背水坡坡度 ( Dg)230 k m27123200500 m3 10 6 5 108 m331 000 m2533F 2 km2L g 7S g 8 d 10 6 m3B 204 期陈晓清等 : 喜马拉雅山中段波曲流域近期冰湖溃决危险性分析与评估513 决的危险性评价方法 , 这些方法不能用于区域的评价 , 但可以作为区域危险性评价的基础 .这里采取的主要区域评价方法是 : 在单个冰湖 危险性评价的基础上 , 结合流域分析及冰湖溃决后对下游产生的可能危害 , 在冰湖溃决洪水 ( 泥石流)沿程演化的模拟计算 11 基础上进行区域评价 . 为 了使评价的结果更科学 、合理 , 在溃决洪水 ( 泥石 流) 模拟计算时 , 计算洪水 (泥石流) 的流量和水位 ,利用这两个指标来评价沿程的破坏力. 在区域评价 中 , 潜在的经济损失也是一个重要的评价内容 , 在 评价这个项目时 , 还应考虑区域的经济密度 、经济 分布等经济性指标.由此 , 流域冰湖溃决危险性评价技术路线为 :1) 进行单个冰湖的危险性评价 ; 2) 冰湖溃决沿程洪 水 (泥石流) 模拟演算 ; 3) 沿程经济调查 , 获得定量 化经济指标 ; 4) 单个冰湖流域评价 ; 5) 综合各流域 形成区域评价. 在波曲流域的区域评价中将聂拉木 县城和樟木口岸的安全作为重点来考虑.小 , 目前其湖面面积也呈减小的趋势 , 如姆拉错 ;或者在近期内发生过溃决或局部溃决 , 目前面积较 溃决前减小了 , 如嘉龙错.冰湖 面 积急 剧 增 大 , 相 应 增 大 了 溃 决 的 可 能 性 , 对 下游 社会 经 济将 产生 更 大的 威胁 . 相对 而 言 , 面积 0 . 5 k m2 的冰湖一旦溃决 , 将会给下游 造成 更 严 重 的 灾 难. 在 所 有 冰 湖 中 , 面 积 0 . 5k m2 的有 8 个 , 面积呈急剧增加趋势的有 6 个 10 , 其余 2 个为冰川侵蚀湖 , 其面积减小幅度很小 , 没 有超过 1 %. 特别是扛西错 、嘎龙错和次仁玛错的 面积增加量大 , 扛西错面积增大 118 % , 嘎龙错面 积增大 104 % ; 相应增加的蓄水量很大 , 扛西错蓄 水量增加约 2 . 7 107 m3 ( 水深增加约 10 m) , 嘎龙错蓄水量增加约 2 . 1 107 m3 (水深增加约 8 m) , 次仁玛错蓄水量增加约 1 . 5 107 m3 ( 水深增加约 32 6 )m , 参考 1981 年溃决时面积对应的水深.面积增大的终碛湖是危险性评价的重点.因此根据给出的单个冰湖危险性评价方法 , 由遥感解译数据 、地形图和野外考察资料 , 对面积 0 . 5冰湖溃决危险性分析4k m 的冰湖 和 野 外 判 定 较 危 险 的 终 碛 湖 进 行 了 评价 . 表 3 是用直接判别法对主要冰湖进行危险性分 析的结果 , 表 4 是用冰湖溃决危险性指数 ( Idl ) 对主 要冰湖进行危险性分析的结果.24 . 1单个冰湖危险性分析根据遥感解译冰湖的面积变化 , 终碛湖的面积 呈增加的趋势 10 ; 冰斗湖 、槽谷湖和侵蚀湖的面积呈减小的趋势. 一些终碛湖由于上游的冰川面积较表 3 直接判别法分析主要冰湖的危险性Ta ble 3 The ri sk degree of t he mai n glacial la kes by using di rect di stingui shing现代冰川 冰川积雪冰舌与冰 冰湖储堤背水坡坡度Dg/ ()下游可起动松散 物质湖面面积A / k m2冰舌坡度S g/ ()堤顶宽B/ m下游沟床比降/ 下游居民和设施状况名称面积F/ k m2区平均纵坡 L g/ ()湖距离d/ m水量W / 10 6 m3危险程度达惹错嘉龙错 嘎龙错 共错 峡湖 姆拉错 扛西错龙莫尖错 查乌曲登 扛普错 北湖南湖 酸奶湖次仁玛错丰富丰富 丰富 丰富 丰富 丰富 丰富 丰富 丰富 较丰富 丰富 丰富 丰富丰富有居民和设施 较稳定有居民和设施 较高 有居民和设施高有居民和设施 较稳定0 . 512020 . 50100300 . 2134 . 67182303 . 903351503 . 43815 . 0615200103 . 0020302002 . 411093 . 2040025有居民和设施有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施 有居民和设施有居民和设施高高 较高 高高 较高 高高 高高0 . 3000 . 1233 . 7040 . 4361 . 602 . 804 . 9210 . 9112108102525201500006 . 002 . 40145 . 0015 . 3010310010303225251001201501200 . 6286 . 301015025 . 1010251500 . 2301 . 358152004 . 6050302500 . 6494 . 27918016 . 6010231500 . 1741 . 2210181005 . 5820281500 . 2682 . 3210184007 . 7420252500 . 6772 . 15812025 . 005025250表 4 冰湖溃决危险性指数法分析主要冰湖的危险性The ri sk degree of t he main glacial lake s by usi ng ri sk indexes of glacial la ke o ut bur st ( Idl )Ta ble 4现代冰川面积/ k m2平均厚度/ m 3危险冰体面积/ k m2危险冰体体积/ 104 m3冰湖体积/ 10 4 m3危险冰体与冰湖体积比值 R危险性指数I dl名 称达惹错嘉龙错 嘎龙错 共错 峡湖 姆拉错 扛西错龙莫尖错 查乌曲登 扛普错 北湖南湖 酸奶湖次仁玛错0000205004 . 67381 . 038483909 . 870 . 1015 . 06653 . 019489103001 . 890 . 530000932001 . 602 . 804 . 9210 . 91253139560 . 30 . 82 . 01 . 57402478787284106002401450015301 . 2310 . 320 . 545 . 500 . 810 . 101 . 840 . 186 . 30441 . 8789425103 . 140 . 321 . 35230 . 24624601 . 001 . 004 . 27371 . 2444316602 . 680 . 371 . 22220 . 36665581 . 190 . 842 . 32290 . 514337741 . 850 . 542 . 15280 . 5138925000 . 561 . 80注 : 3 对于海洋性冰川 12 , 平均厚度 h = 5 . 2 + 15 . 4 F0. 5 ( m) , 式中 F 为冰川面积.综合表 3 和表 4 的分析结果 , 波曲流域的冰湖中 , 处于高度危险状态的有 9 个 , 即嘎龙错 、峡湖 、 姆拉错 、龙莫尖错 、查乌曲登 、北湖 、南湖 、酸奶湖 和次仁玛错 ; 处于较高危险的有 3 个 , 即嘉龙错 、 扛西错和扛普错 ; 处于稳定状态的有 2 个 , 达惹错 和共错 ; 其余 35 个处于相对稳定或趋于衰退状态.4 . 2流域冰湖危险性评价根据上面单个冰湖危险性分析的结果 , 进行波 曲流域的冰湖危险性分析. 基于处于高度危险和较高危险的 12 个冰湖中 , 冲堆普 2 个 、科亚普 3 个 、塔吉岭普 3 个 、如甲普 3 个和章藏布 1 个. 从蓄水 量来看 , 冲堆普的嘎龙错和科亚普的扛西错远大于 其他冰湖 ; 从近 18 a 来面积和蓄水量的增加来看 , 冲堆普的嘎龙错和科亚普的扛西错也是远大于其它 冰湖 , 故这两个冰湖下游的危险性等级应该很高 ; 塔吉岭普 、如 甲普 和 章 藏 布 下 游 处 于 较 高 危 险 程 度 , 其它支沟下游相对安全 .由于各个支沟都会汇入主河 , 按照危险性等级 叠加取高等级的原则来判定主河的危险性等级 . 按 照高度危险 、危险和相对安全 3 个等级划分波曲流 域 , 其流域危险性分析结果见图 1 . 其中 , 冲堆普 下游 、科亚普下游和主河至科亚普汇口以下为高度 危险区 , 塔吉岭普下游 、如甲普下游和章藏布下游处于较高危险 , 其它支沟下游及所有上游区处于冰湖溃决相对安全区.结论与防治建议通过研究表明 , 波曲流域目前有 49 个冰湖 , 其 中处于高度危险状态的有 9 个 , 处于较高危险的有3 个 , 处于稳定状态的有 2 个 , 其余 35 个处于相对 稳定或趋于衰退状态 . 通过流域冰湖危险性分析 , 将波曲流域分为高度危险 、危险和相对安全 3 个区 域 . 其中 , 冲堆普下游 、科亚普下游和主河至科亚 普汇口以下为高度危险区 , 塔吉岭普下游 、如甲普 下游和章藏布下游处于较高危险 , 其它支沟下游及 所有上游区处于冰湖溃决相对安全区 .受全球气候变暖的影响 , 特别是 20 世纪 50 年代以来青藏高原变暖趋势超过北半球及同纬度地区 的事实 13 , 在未来一段时间内 波曲 流域 将 可能 出 现更多 、规模更大的冰湖溃决型泥石流灾害. 为了减轻灾害对聂拉木县城和樟木口岸的危害 , 针对冰湖溃决洪水 (泥石流) 灾害提出如下建议 : 1) 在现在 危险性评价的基础上 , 针对每个危险冰湖制定防治 规划 , 包括土木工程措施和生态工程措施 ; 在经济 密度高度集中的区域制定防护规划 , 以工程措施为主 ; 2) 制定相应的临灾预案 , 一旦灾情出现 , 采取54 期陈晓清等 : 喜马拉雅山中段波曲流域近期冰湖溃决危险性分析与评估515 相应的预案来应对 , 减轻灾害造成的损失 ; 3) 加强冰湖溃决的机理和预测预报研究 , 制定定期的冰川 和冰湖的监测体系 ; 4) 大力宣传 , 推广相关知识的科普教育 , 加强领导和群众的认识水平 , 为群测群 防奠定基础 . 做到一旦出现灾害暴发的可能隐情 , 能够及时发现 , 并尽量排除隐患 , 如果不能排除就 及时撤离 , 避免或减少灾害造成的损失 .致谢 : 研究工作得到了西藏国土资源厅地质环 境与灾害防治科学研究所和聂拉木县国土局的大力 支持 , 在此一并感谢.都山地灾害与环境研究所. 中尼公路聂友段公路病害整改对策研究 M . 成都 : 四川科学技术出版社 , 2003 : 11 - 35 . 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