冰川崩塌冰湖潰決引發(fā)的洪澇災(zāi)害調(diào)查及應(yīng)對(duì)策略

曲 偉 劉昌軍 呂 娟 宋文龍 劉業(yè)森 李 帥

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.水利部防洪抗旱減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，北京 100038；3.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，沈陽(yáng) 110000）

0 引 言

中國(guó)是世界上冰川資源最為豐富的國(guó)家之一，有“亞洲水塔”的美譽(yù)。在全球變暖背景下，冰川加速消融，有研究對(duì)第一次冰川編目中34 578條冰川變化做了分析，在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)中，有5 956條小冰川已消失，25 901條冰川不斷萎縮，融化的冰川水流入下游江河湖泊中，導(dǎo)致80%以上的冰湖面積擴(kuò)大，而且冰川自身的不穩(wěn)定性增大，從而導(dǎo)致伴生的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)加劇[1]。20世紀(jì)以來(lái)，亞洲高山區(qū)共計(jì)發(fā)生冰湖潰決洪水277起，其中冰磧湖潰決洪水113起，冰壩湖潰決洪水164起[2]。

2021 年2 月7 日，印度北阿坎德邦查莫利地區(qū)的一處水電站因附近山上的冰川滑落，造成潰壩，導(dǎo)致62人死亡、142人失蹤，造成重大國(guó)際影響，引起了黨中央和國(guó)務(wù)院的高度重視。本文搜集整理了相關(guān)資料，對(duì)我國(guó)冰川冰湖基本情況、典型災(zāi)害事件、冰湖潰決洪水發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行了分析，并對(duì)冰川崩塌冰湖潰決引發(fā)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)提出了下一步工作建議。

1 我國(guó)冰川冰湖基本情況

中國(guó)是世界冰川資源大國(guó)，冰川資源主要分布在青藏高原及周邊地區(qū)。這些冰川分為海洋型冰川（占中國(guó)冰川面積的22%，分布于青藏高原東南部）、亞大陸型冰川（占中國(guó)冰川面積的46%，分布在青藏高原東北部及高原南緣和天山）、極大陸型冰川（占中國(guó)冰川面積的32%，主要分布在青藏高原西部）等3 類。根據(jù)《中國(guó)第二次冰川編目》（2014 年發(fā)布），中國(guó)境內(nèi)面積超過(guò)0.01 km2的冰川共有48 571 條，總面積51 766 km2，總儲(chǔ)量4 554 m3。與《中國(guó)第一次冰川編目》（1999 年發(fā)布）數(shù)據(jù)對(duì)比，中國(guó)境內(nèi)冰川面積縮小約18%，儲(chǔ)量減少約20%[3]。衛(wèi)星遙感資料和實(shí)地觀測(cè)研究均顯示，在全球變暖背景下，青藏高原及周邊地區(qū)冰川整體上處于快速消融狀態(tài)[4-5]。

冰川的快速變化降低冰川自身的穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致冰川災(zāi)害的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加。青藏高原及周邊地區(qū)冰川災(zāi)害的類型包括冰崩、冰川躍動(dòng)、冰湖潰決洪水、冰川泥石流、冰雪洪水等[6]。冰湖是以現(xiàn)代冰川融水為主要補(bǔ)給源或在冰磧壟洼地內(nèi)積水形成的天然水體，包括冰川末端湖、冰川表面湖、冰川補(bǔ)給湖等類型。冰湖潰決洪水是由冰川成因湖泊快速的大量排水或壩體垮塌而形成的突發(fā)性洪水[7]。青藏高原及周邊地區(qū)的冰湖分布廣泛，在冰川發(fā)育區(qū)幾乎都有存在，但集中分布在念青唐古拉山和喜馬拉雅山地區(qū)。

冰湖潰決洪水是冰川災(zāi)害中影響最大的自然災(zāi)害。氣候變化引起的降水增加或冰川融水增加會(huì)引發(fā)冰湖潰決，冰崩、冰川躍動(dòng)形成的物質(zhì)沖進(jìn)下游冰湖，也會(huì)引發(fā)冰湖潰決，因此冰湖潰決洪水是冰川災(zāi)害中影響最大的自然災(zāi)害。冰湖潰決洪水主要發(fā)生在喜馬拉雅山、喀喇昆侖山的葉爾羌河和天山的阿克蘇河源區(qū)。發(fā)生潰決的冰湖主要分為冰川阻塞湖（冰壩湖）和冰磧阻塞湖（冰磧湖）兩大類，其中冰磧湖堤潰決過(guò)程主要有溢流型和管涌型兩種機(jī)制[8]。冰湖潰決洪水具有突發(fā)性強(qiáng)、規(guī)模大、破壞力強(qiáng)和危害范圍廣的特點(diǎn)，往往會(huì)使下游地區(qū)遭受慘重的生命財(cái)產(chǎn)損失。

2 典型歷史災(zāi)害事件

冰湖潰決洪水是全球關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，其引發(fā)的次生災(zāi)害極易造成重大損失。自20世紀(jì)30年代以來(lái)，有記錄的冰湖潰決災(zāi)害呈增加趨勢(shì)，其中超過(guò)一半以上事件發(fā)生在我國(guó)西藏地區(qū)。據(jù)記載，我國(guó)西藏地區(qū)1960—2019 年共33 個(gè)冰湖發(fā)生過(guò)37次潰決災(zāi)害[9]。據(jù)自然資源部的調(diào)查顯示，21 世紀(jì)以來(lái)冰湖潰決災(zāi)害發(fā)生頻率明顯上升，近100 年來(lái)詳細(xì)記載的34次冰湖潰決災(zāi)害中，2000年以來(lái)就有10次[10]。冰湖潰決及其引發(fā)的次生災(zāi)害不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)設(shè)施和人民生命財(cái)產(chǎn)安全有重要影響，更關(guān)系到我國(guó)與周邊國(guó)家的睦鄰友好關(guān)系。

冰川冰湖災(zāi)害鏈災(zāi)害類型多樣、后果嚴(yán)重，其中冰湖潰決災(zāi)害頻次最高、破壞最大。1954年7月16日，西藏自治區(qū)康馬縣桑旺錯(cuò)冰湖潰決導(dǎo)致下游約400人死亡，2萬(wàn)多人受災(zāi)，造成江孜縣和日喀則市城區(qū)等人口重鎮(zhèn)蒙受慘重?fù)p失。1981年，聶拉木縣樟藏布溝次仁瑪錯(cuò)冰湖發(fā)生潰決，摧毀了河谷兩岸牧場(chǎng)、707 大橋、友誼橋及附近所有建筑物，摧毀了尼泊爾境內(nèi)的遜科西水電站，影響交通路線3 年，導(dǎo)致尼泊爾境內(nèi)200 人喪生。1988 年，波密縣光謝錯(cuò)冰湖潰決沖毀川藏線42 km，導(dǎo)致交通中斷200 d，沖毀橋梁18 座，造成5人死亡。2013 年，嘉黎縣然則然錯(cuò)冰湖潰決導(dǎo)致下游村落人員失蹤，房屋、橋梁和道路等基礎(chǔ)設(shè)施嚴(yán)重受損，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)2.7 億元。2020 年6 月，那曲市金烏措在持續(xù)升溫和強(qiáng)降雨影響下，冰湖后緣冰川冰舌發(fā)生冰崩，形成冰湖潰決洪水，對(duì)下游水利、交通基礎(chǔ)設(shè)施造成了較為嚴(yán)重的損失。

冰川洪水、冰川崩塌引發(fā)泥石流等次生災(zāi)害也具有很大風(fēng)險(xiǎn)。1950年，米林縣直白村曾發(fā)生冰川崩塌災(zāi)害，導(dǎo)致97人遇難，堵塞雅魯藏布江1 d。2017—2018年，雅魯藏布江色東普溝發(fā)生了7次有記錄的堵江事件，都是由冰川崩塌引起的泥石流導(dǎo)致的。2018年，葉爾羌河上游克亞吉爾冰川洪水，形成了冰川堰塞湖，對(duì)下游阿爾塔什水利樞紐工程造成很大風(fēng)險(xiǎn)。2015年公格爾冰崩、2016年阿汝冰崩、2018年藏東南冰崩、2021年印度冰崩都引發(fā)了一系列次生災(zāi)害。

3 冰湖潰決洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)發(fā)展趨勢(shì)

在氣候變暖的驅(qū)動(dòng)下，冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)不斷加劇。1960 年以來(lái)，氣候變暖進(jìn)入加速期，全球地表年平均溫度升高0.4～0.6℃，西藏地區(qū)年平均氣溫升高1.0～1.5℃，升溫幅度高于全球海陸均溫增幅近2倍[11]。據(jù)聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門(mén)委員會(huì)預(yù)測(cè)，到2030年，西藏年平均氣溫較1990年將升高0.8～1.2℃，降雨量將增加7%～17%；到2050年，年平均氣溫將升高2.3～2.7℃，降雨量增加3%～33%[12]。

氣溫升高和降水增加將加速冰川的退化。即便在全球升溫幅度低于1.5℃的情況下，亞洲高山地區(qū)仍將損失35%的冰量，在溫室氣體排放量較高的情景下，這一損失比例將增至65%[13]。氣溫升高、冰川融水增加、降水量增加、高溫、強(qiáng)降雨等極端天氣條件增多，必將造成冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)增大。同時(shí)，氣溫升高、降水增加，又有利于地表物質(zhì)加速風(fēng)化，溝谷中的松散固體物質(zhì)增多，冰湖潰決洪水更易引發(fā)泥石流。冰川災(zāi)害會(huì)引發(fā)一系列的次生災(zāi)害，包括冰崩、冰川泥石流、冰湖潰決洪水等，形成一個(gè)從冰凍圈開(kāi)始影響到巖石圈、水圈、生物圈和人類圈的災(zāi)害鏈。

冰湖潰決風(fēng)險(xiǎn)提高，將對(duì)下游地區(qū)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。過(guò)去40年的衛(wèi)星數(shù)據(jù)表明喜馬拉雅山脈2000—2016年損失的冰量比1975—2000年翻了一番，喜馬拉雅山脈東部冰川的萎縮速度高于中部和西部冰川[14]，喜馬拉雅山脈東部地區(qū)是冰湖潰決洪水的熱點(diǎn)地區(qū)，其洪水風(fēng)險(xiǎn)是喜馬拉雅山脈其他地區(qū)的3 倍。2020 年世界銀行開(kāi)展的一項(xiàng)研究，調(diào)查了印度喜馬拉雅山脈中329個(gè)冰湖的風(fēng)險(xiǎn)狀況，考慮下游居民、建筑、橋梁和水利工程的數(shù)量，認(rèn)定23 個(gè)冰湖為“極高危冰湖”，50個(gè)冰湖為“高危冰湖”。

我國(guó)冰川周邊水利工程眾多，要加強(qiáng)冰川災(zāi)害對(duì)水利工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。據(jù)有關(guān)部門(mén)對(duì)我國(guó)冰川周邊水電站和水庫(kù)的統(tǒng)計(jì)，10 km 范圍內(nèi)大中型水電站11 個(gè)、水庫(kù)16 個(gè)，小型水電站97 個(gè)、水庫(kù)43 個(gè)；20 km 范圍內(nèi)大中型水電站44 個(gè)、水庫(kù)41 個(gè)，小型水電站336 個(gè)、水庫(kù)117 個(gè)；50 km 范圍內(nèi)大中型水電站116 個(gè)、水庫(kù)135 個(gè)，小型水電站1 069個(gè)、水庫(kù)440個(gè)。隨著氣候持續(xù)變化，必須做好更充分的準(zhǔn)備以應(yīng)對(duì)冰湖災(zāi)害事件的發(fā)生。

4 冰川冰湖災(zāi)害應(yīng)對(duì)建議

基于全國(guó)山洪災(zāi)害防治項(xiàng)目和“十一五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目等的積累，中國(guó)水利水電科學(xué)研究院在青藏高原地區(qū)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)系統(tǒng)、高寒地區(qū)水文模型等有豐富積累，具有高原地區(qū)冰湖發(fā)生、潰決、模擬和評(píng)估體系等方面的技術(shù)儲(chǔ)備，研發(fā)了寒區(qū)冰湖潰決及次生災(zāi)害的觀測(cè)、模擬和排險(xiǎn)技術(shù)及裝備，參與了近年來(lái)帕里河堰塞湖、易貢特大滑坡、新疆庫(kù)勒堰塞湖等冰湖堰塞湖的應(yīng)急處置。鑒于此，對(duì)冰川冰湖引發(fā)的災(zāi)害鏈提出以下建議。

（1）立即部署排查普查，建立重點(diǎn)區(qū)域清單。組織相關(guān)單位，聯(lián)合地方政府水利部門(mén)，根據(jù)湖泊大小，匯水區(qū)面積，冰/巖石的崩塌地形潛力及壩體坡度等重要指標(biāo)開(kāi)展高危冰湖排查。對(duì)我國(guó)現(xiàn)有高危冰湖進(jìn)行摸底排查，對(duì)可能威脅下游鐵路、公路、水利基礎(chǔ)設(shè)施和居民聚集區(qū)等冰湖，建立重點(diǎn)區(qū)域清單，利用3S技術(shù)綜合評(píng)定隱患影響區(qū)域及風(fēng)險(xiǎn)。建議在風(fēng)險(xiǎn)普查基礎(chǔ)上做風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估及區(qū)劃工作等。

（2）建立長(zhǎng)效機(jī)制，做好協(xié)同協(xié)作。各部門(mén)依據(jù)職責(zé)分工，建立與國(guó)土、應(yīng)急等部門(mén)的長(zhǎng)效協(xié)調(diào)機(jī)制，做好相關(guān)工作。建議由國(guó)土及地方負(fù)責(zé)做好冰川冰湖及災(zāi)害的普查排查工作，水利部對(duì)可能造成水利工程安全有重大影響的區(qū)域，做好監(jiān)測(cè)預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)分析工作，指導(dǎo)地方制定相應(yīng)的處置措施。水利部配合應(yīng)急管理部對(duì)突發(fā)冰川冰湖及次生災(zāi)害做好應(yīng)急處置工作，逐步完善信息報(bào)送和應(yīng)急值守、基礎(chǔ)資料獲取、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、會(huì)商研判、水工程調(diào)度、應(yīng)急處置方案編制、災(zāi)后水利設(shè)施水毀修復(fù)等主要工作流程，以規(guī)范指導(dǎo)水利部及各地相關(guān)部門(mén)堰塞湖應(yīng)急處置相關(guān)工作。

（3）加強(qiáng)遙感監(jiān)測(cè)，做好重點(diǎn)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警。應(yīng)用中高分辨率多光譜與溫度衛(wèi)星數(shù)據(jù)，構(gòu)建基于深度學(xué)習(xí)與水體指數(shù)、溫度閾值漂移算法等方法的冰湖快速監(jiān)測(cè)識(shí)別與變化分析技術(shù)，開(kāi)展高時(shí)間頻率冰湖面積監(jiān)測(cè)和潰決預(yù)警分析；融合InSAR 衛(wèi)星遙感、光學(xué)遙感、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)、激光雷達(dá)和無(wú)人機(jī)等綜合監(jiān)測(cè)手段，形成空天地一體化的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)排查和穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)預(yù)警成套技術(shù)。針對(duì)已確定的目標(biāo)災(zāi)害隱患體研發(fā)長(zhǎng)期、專用、智能的精細(xì)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，解決維護(hù)難、周期長(zhǎng)、自動(dòng)化、智能化等問(wèn)題。充分利用遙感、無(wú)人機(jī)、雷達(dá)、InSAR 等綜合現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)，研發(fā)冰湖堰塞湖、滑坡、泥石流、潰決山洪等鏈發(fā)災(zāi)害形成過(guò)程、機(jī)理、多災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵因子識(shí)別、分析評(píng)估和預(yù)測(cè)預(yù)警等成套技術(shù)，構(gòu)建冰川冰湖災(zāi)害及次生災(zāi)害綜合防治減災(zāi)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)和水工程安全帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)時(shí)評(píng)估，最大可能減少青藏高原地區(qū)因自然、地質(zhì)災(zāi)害所引發(fā)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

（4）研究冰湖潰決和漫溢潰壩洪水機(jī)理和風(fēng)險(xiǎn)。研究氣候變化條件下冰川冰湖災(zāi)害鏈孕災(zāi)機(jī)理、成災(zāi)機(jī)制，以及對(duì)水工程影響規(guī)律。防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)是急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，全球氣候變暖趨勢(shì)下埋藏冰融化誘發(fā)的冰湖潰決和涌浪條件對(duì)冰湖潰決模式的影響，急需深入細(xì)化研究以揭示其復(fù)雜的形成機(jī)制。開(kāi)展綜合遙感調(diào)查監(jiān)測(cè)，研究其機(jī)理、形成規(guī)律和監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)工作。

（5）做好應(yīng)急處置技術(shù)支撐，指導(dǎo)地方編制預(yù)案。針對(duì)寒區(qū)冰湖潰決及次生災(zāi)害的特殊情況，依托科研單位研究成災(zāi)及災(zāi)害鏈機(jī)理，加強(qiáng)冰川冰湖潰決應(yīng)急處置技術(shù)研發(fā)，在災(zāi)害模擬、排險(xiǎn)技術(shù)及裝備等方面創(chuàng)新與高原相適應(yīng)的技術(shù)手段，指導(dǎo)各地分區(qū)分級(jí)建立冰川冰湖相關(guān)災(zāi)害應(yīng)急處置預(yù)案，創(chuàng)新監(jiān)測(cè)手段，提升“十四五”期間應(yīng)急水文監(jiān)測(cè)能力，從災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急處置等各方面規(guī)范流程，提高應(yīng)急處置能力。