西藏地区冰湖领域学术研究现状及主要进展*
高延鸿
（西藏自治区水利电力规划勘测设计研究院，西藏拉萨850000）
摘要：西藏地区处于青藏高原主要区域，典型冰湖溃决机理、危险性评价和冰湖溃决应急预案研究，重点从影响冰湖溃决的关键因素变化机理分析研究入手，揭示高寒地区冰湖溃决的內在机理，分析研究冰湖不同条件下稳定性变化情况，对于建立系统而科学的高原冰湖防灾和预警体系具有积极的意义。文章重点从西藏地区及周边区域冰湖变化态势、冰湖溃决诱因与机制研究、冰湖危险性评价研究、冰湖溃决灾害应急方案研究等方面，介绍了国内外冰湖领域学术研究现状和主要进展，重点分析介绍了西藏地区冰湖现状和研究定性和量化数值指标。
关键词：西藏冰湖领域学术研究进展
0引言
水利作为国家基础设施建设的优先领域，对于增强防灾减灾能力要求越来越迫切，水利关系经济安全、生态安全、国家安全。在《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，将“公共安全”“环境”列为重点研究领域，“重大自然灾害监测与防御”“全球环境变化监测与对策”被列为优先主题。
从国家需求角度出发，系统性开展西藏高原地区典型冰湖溃决机理和危险性评价及冰湖溃决应急预案研究，对于保持中国在青藏高原范围冰湖研究领域的领先地位，为西藏区域开展冰湖灾害防治提供有效理论和技术指导有着积极意义。西藏高原地区处于青藏高原主要区域，对于冰湖溃决机理、危险性评价和应急预案措施的相关科学研究工作，需要从冰湖溃决的重点因素变化机理分析研究入手，揭示高寒冰湖溃决的内在机理，分析研究典型冰湖在不同条件下稳定性变化情况。同时结合国内外冰湖领域研究成果，开展西藏典型冰湖危险性评价分析，并建立系统而科学的高原冰湖防灾和预警体系。1西藏地区及周边区域冰湖发展变化趋势中国境内冰湖范围主要分布在青藏高原腹地西藏地区念青唐古拉山和喜马拉雅山等区域。自20世纪中叶以来，中国西部大多数冰川处于退缩状态，特别是西藏地区喜马拉雅山区域、藏东南山地等冰川普遍处于退缩状态。青藏高原现代冰川较为发育，其分布范围广且冰川面积、冰储量量大；分布有36793条现代冰川，占中国冰川总条数79.50%；冰川面积49873.44km2，占中国冰川总面积84.00%；冰储量占比为81.60%.西藏冰川融水径流达325.00亿m3，约占全国冰川径流融水的53.60%.西藏全区各类冰湖2483个，冰湖总面积366.56km2，平均冰湖面积0.15km2，最大冰湖面积12.87km2[1]o
基于地形图DEM数据、TM影像、ETM+影像以及GPS实测数据分析：杰玛央宗冰川和冰湖1974—2010年变化趋势，冰川面积减小5.00%（21.78km2减小至
20.67km2）、冰川末端退缩了768.00m（速度为
21.00m-a-1），冰湖面积增加了63.70%（0.70km2增加至1.14km2），冰湖体积扩大约9.8X106m3[2]o念青唐古拉山西段近40年来冰湖数量和面积呈快速增加趋
：基金项目：水利部公益性行业科研专项“西藏典型冰湖溃决机理研究及水灾害风险评估”201201041）
势，冰湖增加了150个，冰湖面积增加4.38km2；新增冰湖个数峰值位于海拔5500m~5700m，占新增冰湖总数的61.00%.新增冰湖面积峰值在海拔5400m~ 5700m，占新增湖总面积的44.00%；冰湖垂直分布变化明显⑷。
在全球气候变暖的趋势下，青藏高原在生态环境方面反应敏感，导致了冰湖溃决洪水等灾害发生频率的增加。据统计，西藏境内20世纪至今发生冰湖溃决达20余次，冰湖溃决型洪水（泥石流）主要分布在西藏境内有现代冰川和冰湖的广大地区。进入21世纪后冰湖溃决发生频次呈加大态势。
2冰湖溃决诱因与机制研究
2.1冰湖溃决诱因
冰湖溃决条件和致灾诱因主要包括外部诱因（如气温变化、冰崩、降水和地震等）和内部条件（如终磧垄内冰块消融等）5冰磧湖状态失衡是由其中一种因素的主要作用激发其他因素伴生，从而共同作用
导致冰湖溃决。西藏波密县玉普乡米堆村于1988年7月15日终磧湖溃决原因：终磧堤存在渗透薄弱环境，冰磧垄堤内有埋藏冰，持续高温和冰川融水的浅蚀使得埋藏冰融化，由浅蚀而迅速发展成为管涌导致溃决。
危险的终磧湖具有封闭的湖盆地形和较陡终磧堤国。气温和降水是冰湖溃决河道洪水、泥石流等灾害形成的主要诱发因素，在湿热或干热气候和湿冷气候转向的过渡年份，冰川活动性增强，易引起冰湖溃决泥石流。溃决危险性冰湖往往具有冰川地貌陡倾、冰川活动频繁、库容较大、冰磧体稳定性差以及气候湿热五大特征。在西藏地区冰湖发生溃决根据成因溢流型溃决占有较大比例，主要表现为冰滑冰坠湖水翻坝型溃决；冰川末端突然断裂滑冰入湖后致使冰湖水位迅速上升并叠加涌浪等不利条件，由于湖水翻坝导致冰湖溃决形成洪水灾害。
2.2冰湖溃决机制
关于冰湖的溃决机制，从气象方面考虑有“水枕机制”和“应力释放”两种冰湖溃决机制0。“水枕机制”冰湖溃决机制易发月份是7、8月份，冰川末端相对于冰川源头温度高，由于热融作用冰川融水沿冰裂缝下渗汇合于临近冰湖的冰川末端部位，造成冰川末端渗流切割冰体，冰川底部渗流通道被冰磧物等堵塞，使得冰下空洞水位上升，部分冰川冰体被上升水位托起时，冰舌运动状态被打破。冰川前部以冰滑坡形式或冰崩形式进入湖内，导致冰湖溃决。“应力释放”冰湖溃决机制是借用地震学发震概念解释
提出。现代冰川积累冰雪转换为冰川冰体，使冰川重力势能增加，冰体应力增大；促使冰舌向冰湖移动速度加快，冰川活动性提高。当冰舌内部积累的应力瞬间爆发，冰舌段的冰体会以冰崩或冰滑坡形式坠入冰湖；冰湖水位迅速上升，湖水翻坝导致冰湖溃决形成洪水灾害。
3冰湖危险性评价
3.1评价指标研究
国内学术界开展冰湖评价研究主要以青藏高原腹地西藏地区冰湖为主要研究选取对象，研究多采用定性和定量相结合的评价方法。20世纪70年代以来，结合DEM、RS和GIS数据，对西藏地区冰湖的面积、数量和空间分布等主要特征值进行遥感图解识别。在对西藏地区开展高原冰湖溃决及所造成洪水灾害事件调查基础上，根据时空要素指标变化趋势特征（例如冰川面积、冰湖数量、冰湖面积和水量等基本数值）、溃决机制和影响因子等冰湖溃决成因进行分析；开展冰湖溃决影响数值模拟工作，提出了影响冰磧湖溃决的7个主要判别标志指标（详见表1冰湖溃决的判别标志指标），为我国冰湖评价研究奠定了基础⑺。国外学术界在冰湖溃决危险性和风险评价等方面取得了相关成果和进展。其主要是结合新的技术手段方法开展实地调查，例如自动提取冰湖的量化特征指标方面应用数字高程模型（DEM）等。国外学术界采用定性和半定量相结合的方法进行冰湖溃决危险性和风险评价；冰湖溃决危险性和风险评价体系包括了三个层次：野外调查（结合遥感）-评价方法（结合GIS）-评价模型（结合GIS）o
表1冰湖溃决的判别标志指标
判别指标指标变化范围冰湖溃决量化标志
冰湖后缘积雪面积(km2) 2.00〜30.00>2.00
冰湖积雪区平均纵坡(°)7.00〜12.00>7.00
临近冰湖冰舌段坡度(°) 3.00〜20.00>8.00
冰舌与冰湖的距离(m)8.00〜500.00$0.00
冰湖储水量(X108m3)0.03〜5.00>0.01
终磧堤坝顶宽度(m) 3.00〜1000.00V60.00终磧堤坝背水坡坡度(°)25.00〜33.00>20.00国外研究成果冰湖溃决评价指标体系，主要包括
5个主要指标及15个次级指标(表2)，将冰磧垄特征、冰湖特征、地形地貌和诱发因素等特征指标分类归纳并系统化，提高了评价的精度[8-9]o
表2冰湖溃决的定性指标
指标分类可能性坝体物质冰体高
冰磧石中等至高
基岩低
超出水面高与坝高比值低高
中中
高低
坝宽与坝高比值小,0.10-0.20高
中等，0.20〜0.50中
大，〉0.50低
冰或岩体崩落后抵达频繁，大体积高冰湖的影响波
零星，中等体积中
无，小体积低
频繁高极端气象事件(高温
或降水)
零星中
无低
3.2评价方法运用
冰湖研究应用逻辑回归方法，建立冰湖溃决风险
概率方程[10]:p(outburst)={1+exp-[a+B[(M_hw)+Ice_core j
+B2(Lk_area)+"BJGeo l ogy j)]}-1(1)
式中：a为截距;01、02、B、B均为回归系数；M_hw是冰磧湖水位距冰磧坝顶距离与冰磧坝高度之比，Ice_core是冰磧坝内冰核,Lk_a rea为冰磧湖面积，Geol o gy为冰磧坝主要岩石组成。
国内冰湖研究对于西藏日喀则市聂拉木地区具
有溃决危险冰湖进行了预分类评估。采用喜马拉雅
地区调查评估30个冰湖作为基础训练样本，采用人工神经网络BP算法对子样本进行训练和计算评估，得到9个冰湖的评价指标[11]o其初始模型采用粗糙集方法定权，翻坝系统和终磧垄系统等具有10个以上训练样本和3个以上评估样本。
有研究运用模糊理论建立冰湖溃决危险度评价方法，采用模糊分析法确定因素权重，研究成果应用于西藏山南市洛扎县境内14个冰湖，结果与实际情况基本一致[12]o其研究主要选取冰湖面积、海拔高度、冰川冰舌前端距离、主沟床纵比降和松散固体物质丰富程度等8个因素作为冰湖溃决危险度划分的主要因素。
4冰湖溃决灾害应急方案研究
4.1冰湖溃决灾害应急方案研究理论的提出
由于地球气候变暖，冰川逐渐呈退缩状态，冰川融水不断加大了高原冰湖补给源，冰湖发生溃决形成洪水灾害的危险不断增大。由于冰湖溃决危险性概率的提升，提出了针对性的预警预防和应急处理方案研究。冰湖溃决引发的洪水，具有破坏性强、突发性、洪峰值高等特点。目前冰湖溃决灾害应急方案基本模式：监测体系-预警体系-工程性防灾措施等，同时对于普及防灾减灾知识并设置避灾场所(场
地)等。例如，可通过完善冰湖溃决型泥石流沟的监测设施，加固终磧湖溃决型泥石流沟上游的终磧坝，在物源累计较多的沟段修建谷坊坝等工程，在沟口路段设置交通信号灯，对当地居民进行防灾减灾知识的普及等方法和手段进行冰磧湖溃决型泥石流灾害进行监测和预防叫
国内相关研究单位通过资料收集和现场调研，对西
藏境内G318线竹巴龙(金沙江)一拉萨一樟木全长约2041km的线路，进行了典型重大地质灾害成因机理和发育分布特征分析，开展了沿线地质灾害危险性分段评价，得出西藏境内G318沿线发育重大地质灾害324处(段)，包括以冰湖溃决型和降雨诱发型为主泥石流88条；提出分期分批分级治理的应急防灾思路和不同成因模式的防治措施。通过对冰湖溃决型洪水的形成、演化与减灾对策研究，需要完善建立监测预警、工程防治和临灾预案等综合减灾措施皿。
4.2冰湖溃决灾害应急方案研究的有效实践
国内研究机构根据研究区实际情况和研究要求，在河道上游安装DFW-I皿型泥石流次生报警器，同时对于河道上游建立上游水位实时监测设施(无人值守)，实施超高报警综合方案。通过对几十次(包括泥石流地质灾害)预警实践应用结果说明，对于突发性冰湖溃决引发洪水灾害预警是有效的血。西藏日喀则市聂拉木县冲堆普于2002年5月23日和6月29日发生的冰湖局部溃决引发河道洪水灾害，通过现场考察和气象资料分析，判断灾害成因是冲堆普上游冰川融水和嘉龙湖局部溃决所诱发，对于该种诱发因
子共同作用导致冰湖溃决而形成洪水类型，防治措施包括软性措施和硬性措施肮。西藏那曲地区冰湖溃决灾害预警防治体系，包括建立在线风险评估系统、高危险程度冰湖监测预报系统、应急指挥系统，在评估预警的基础上，采取防治工程等硬性措施，避免重大灾害损失。同时开展险情冰湖应急措施的研究，揭示高海拔地区冰湖险情处置施工的规律和特点[17]，从保护生态及环境的角度出发，对冰湖的保护和治理进行有益的探索。
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编校辛霞霞
