喜馬拉雅山地區冰川湖潰決災害隱患遙感調查及影響因素分析

劉春玲， 童立強， 祁生文， 張世殊， 鄭博文，4

(1.中國國土資源航空物探遙感中心,北京　100083； 2.中國科學院地質與地球物理研究所頁巖氣與地質工程重點實驗室,北京　100029； 3.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,成都　610072；4.中國科學院大學,北京　100049)

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喜馬拉雅山地區冰川湖潰決災害隱患遙感調查及影響因素分析

劉春玲1， 童立強1， 祁生文2， 張世殊3， 鄭博文2，4

(1.中國國土資源航空物探遙感中心,北京100083； 2.中國科學院地質與地球物理研究所頁巖氣與地質工程重點實驗室,北京100029； 3.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司,成都610072；4.中國科學院大學,北京100049)

摘要：喜馬拉雅山地區的冰川湖(簡稱“冰湖”)受形成條件和自然環境的影響，往往會發生潰決，造成洪水和泥石流災害，嚴重威脅人類生產和生活、生存與發展，成為該地區一重大地質災害隱患。采用QuickBird和ETM等衛星遙感數據，結合野外考察，研究喜馬拉雅山地區冰湖潰決災害隱患后認為： ①喜馬拉雅山地區的冰湖在區域分布上具有由東南向西北逐步遞減的趨勢，冰湖分布最多的是山南、日喀則、林芝和阿里地區，分布密度最大的是山南地區的洛扎一帶； ②喜馬拉雅山地區存在19個潰決災害隱患的冰湖，均為冰川終磧湖，其中13個湖存在重大潰決災害隱患，6個存在較大潰決災害隱患； ③引起冰川終磧湖潰決的激發因素較多，其中冰湖周圍的冰崩、雪崩、基巖崩塌和滑坡入湖涌浪潰壩是最重要的原因。研究結果對西藏地區冰湖潰決災害的預警與防治具有重要意義。

關鍵詞：冰川終磧湖； 潰決； 隱患； 遙感

0引言

喜馬拉雅山脈呈近EW向弧形展布于西藏高原南側，是地球上最年輕和最雄偉的褶皺山系，其同位素年齡只有10～20Ma。喜馬拉雅山脈隨青藏高原自新近紀開始大幅度抬升以來，形成了世界上最年輕而又最高的高原[1-4]，發育了許多規模巨大的現代冰川，冰斗、角峰、刃脊、冰磧垅崗、冰磧丘陵和冰磧臺地等冰川地貌廣泛發育[5-11]。

冰川湖(簡稱“冰湖”)多分布于現代冰川的前緣、側緣以及古冰川谷、古冰斗內，分布位置海拔高，湖面面積較小。在地貌上，冰湖需要有山間谷地、冰斗、古冰川谷等積水洼地才能形成。涉及現代冰川的有冰面湖、冰內湖、冰壩湖； 涉及冰川退縮的有冰川終磧湖、冰蝕槽谷-冰磧湖、冰斗湖、冰川側磧阻塞支谷湖等[12]。多數冰湖后緣與現代冰川相連或距離現代冰川的冰舌較近，在現代冰川前進或躍動、冰舌斷裂、冰湖岸坡出現崩塌或滑坡、溫度驟然增加導致冰川融化加速、湖口溯源侵蝕加劇、壩體下部管涌引起塌陷等諸多可能因素的影響下，易造成冰湖潰決災害，其中部分會演化發展，引發泥石流而使災害進一步擴大[12-13]。

根據筆者的遙感調查結果，分布在喜馬拉雅山脈、面積大于0.014km2的冰湖大約有1 680個，約占西藏全區冰湖總數的67.7%。冰川終磧湖占冰湖總數的40%～45%，其中面積大于1km2的冰川終磧湖只有12個，最大的是康馬縣沖巴雍水庫，水面面積約11km2(人工筑壩)； 其次是面積為5.7km2的康馬縣桑旺錯。據迄今為止所了解到的情況，喜馬拉雅山的冰湖潰決都是冰川終磧湖潰決[14-15]。冰川終磧湖受形成條件和自然環境的影響，往往會發生潰決，造成洪水和泥石流災害，嚴重威脅人類生產和生活、生存與發展，成為喜馬拉雅山地區一重大地質災害隱患[12-17]。

從20世紀30年代中期起，很多學者就對西藏冰湖潰決進行過研究，例如崔鵬等[17]、李吉均[18]、徐道明等[19-20]和李德基等[21]。1999年呂儒仁等系統總結了1995年以前西藏發生的12次冰湖潰決事件，并對每次事件進行了詳細描述[12]。但因研究區自然環境極度惡劣、高寒缺氧、地形切割極大，大部分地區人跡罕至，常規地面調查工作難以開展，導致地質研究調查程度極低； 加之調查技術手段落后，對冰湖潰決的研究仍限于潰決事件發生后才能開展，不能及時指出冰湖潰決隱患，難以滿足防災減災要求。

本文發揮遙感技術優勢，采用QuickBird和ETM等衛星遙感數據，結合野外考察，研究了喜馬拉雅山地區冰湖潰決災害隱患，并對其影響因素進行了分析。研究結果對西藏地區冰湖潰決災害的預警與防治具有重要意義。

1喜馬拉雅山地區冰湖與冰川

經研究發現，喜馬拉雅山地區的冰湖在區域分布上具有由東南向西北逐步遞減的趨勢[14]。冰湖分布最多的地區是山南、日喀則、林芝和阿里地區，分布密度最大的地區是山南地區的洛扎一帶。從實地考察和文獻資料來看，高度在海拔5 000m以上的冰湖約占冰湖總數的50%～60%，海拔4 000～5 000m的冰湖占40%左右，海拔低于4 000m的冰湖僅占0.5%～2%。海洋性冰川分布區的冰湖的海拔高度普遍低于大陸性冰川分布區的冰湖。同一地區的冰斗湖的海拔常常高于冰磧湖(冰斗湖在雪線附近，冰磧湖則在雪線以下)。在地理位置上，林芝地區冰湖的高度明顯低于日喀則和阿里地區冰湖的高度(高差甚至能達到1 500m)。由于林芝地區地形切割強烈，多處于峽谷區，冰湖的數量多，但規模一般較小； 日喀則地區冰湖的數量不多，但規模較大。

冰面湖、冰內湖及冰壩湖不僅體積都非常小，而且分布在大型現代冰川體上，湖深很淺，形態很不穩定。分布數量較多、規模較大的是冰川終磧湖，其次是冰斗湖和側磧阻塞支谷湖。在冰川融化季節，冰川終磧湖和側磧阻塞支谷湖的湖水多數是渾濁的，湖水中的泥沙來自于冰川運動沿程所攜帶的巖石風化碎屑物質，湖面上漂浮著大小不同的冰塊。發生潰決最多的冰湖是冰川終磧湖，多沿冰川谷分布，一般呈長條狀； 其后緣距現代冰川冰舌距離為0～數百m，近年來隨著全球氣候的變暖，這種距離的大部分在進一步增加[15]。

由于冰湖的補給來源主要是冰雪融水，其分布往往與冰川分布區域緊密相連，尤其是冰磧湖。冰川在運動過程中不僅強烈掏蝕下墊冰床和溝床，而且作用于沿程的2側谷坡，不斷改造槽谷形態，并在不同位置形成不同類型的冰湖。冰川的大小與數量取決于積雪區面積，積雪區的面積愈大，冰川的規模就愈大，匯集到冰舌地段和冰湖內的消融水量也就越多，冰湖的規模也就越大。同樣的消融水補給面積，海洋性冰川分布區的冰川和冰湖規模要大于大陸性冰川分布區，其主要原因是海洋性冰川具有補給快、消融快的特點[14]。本次遙感調查發現，一般補給區的面積只有大于2km2才能形成具一定規模的冰川和冰湖。冰湖分布的數量與冰川分布的數量成正比，冰湖的規模大小與冰川的大小成正相關，目前發生潰決的冰湖補給區面積都大于3km2(多數在2～40km2之間)。

喜馬拉雅山脈的措美以東為海洋性冰川分布區。該段山脈的南北2側地形皆十分陡峭，部分地段形成再生冰川； 冰湖分布的海拔有高有低，海拔最低的冰湖高程在3 500m，最高可達5 500m； 冰斗湖分布在山脈上部，冰磧湖分布在山脈下部。喜馬拉雅山脈的措美—吉隆段為海洋性冰川與大陸性冰川的過渡區，降水由東向西逐步遞減，植被也由森林覆蓋區變成稀疏植被覆蓋區； 分布位置最低的冰湖高程從3 500m增加到4 200m，最高可達5 800m； 該段也是冰湖分布最多的區段。喜馬拉雅山脈的吉隆以西為大陸性冰川分布區。由于降水明顯逐步遞減，該段山脈南北坡的植被發育差異很大，北側基本無植被，雪線高度大于5 000m，冰湖數量也由東向西大幅度遞減； 冰湖分布位置的最低高度從4 200m增加到4 500m，最高可達5 500m。

冰川終磧湖的補給來源有冰川融化補給、降雨直接補給、降雪直接補給、溝谷地表徑流補給、地下水補給和其他冰川湖補給。冰川終磧湖主要是通過天然泄水口進行排泄，也存在地下滲漏和蒸發排泄。天然徑流排泄的泄水口往往分布在終磧壟上，由于天然終磧壟堆積相對較緊密，有一定的寬度，不均一，滲透性相對較差，一般情況下的穩定性較好； 但終磧壟多數起伏較大，最凹的地方就變成了天然泄水口，當水位上升較快、最低的天然泄水口達不到泄流要求時，就會在較低的凹口形成新的天然泄水口。因此，1個冰磧湖通常有1個到多個天然泄水口，用以滿足正常的排泄。還有1種排泄方式是非正常突然超量排泄，這種排泄即為冰湖潰決排泄。

2冰湖潰決災害隱患遙感調查

中、高分辨率的ETM和QuickBird等衛星遙感圖像忠實地紀錄了冰湖潰決形成的印跡。冰湖潰決過程中形成的水體變化和地形地貌改變都可以通過遙感圖像的紋理、色調、形態等影像特征表達出來。從遙感圖像中的典型影像特征分析和實地踏勘驗證來看，已發生過潰決的冰湖一般都會在溝口部位有明顯的扇狀堆積體，在遙感影像中呈現扇狀暗色調區域，堆積體有較強的浮雕般凸起感，花紋呈斑點狀，花紋結構較為粗糙，色調不均一； 冰湖的湖岸有階地； 終磧上有明顯的潰口和“U”型沖溝，冰湖下游的老冰磧物上也有明顯的“U”型沖溝； 冰湖下游河道冰磧物和坡積物發育，物源豐富，河道多呈明顯的“U”型沖溝。圖1示出沖巴嚇錯潰決冰湖的ETM和QuickBird衛星遙感影像圖，從圖像中可以明顯地看到潰決冰湖的影像特征。

(a)ETM(2000年3月) (b)QuickBird(2008年2月)

圖1沖巴嚇錯冰湖ETM和QuickBird影像圖

Fig.1ETMandQuickBirdimagescoveringChongbaxiaglacierlake

冰湖潰決災害隱患是指冰湖存在潰決的危險性，并有災害風險。其判斷依據是冰湖周圍有高陡的邊坡、破碎的巖體，冰湖上游有高位冰川，冰湖內有足量的湖水存儲，冰湖下游有明確的致災體。據此，本次遙感調查最終確定喜馬拉雅山地區存在19個潰決災害隱患冰湖，其中13個存在重大潰決災害隱患，6個存在較大潰決災害隱患(表1、圖2)。

表1　喜馬拉雅山地區冰湖潰決災害隱患

圖2　喜馬拉雅山地區冰湖潰決災害隱患分布圖

3冰湖潰決災害隱患分析

以沖巴嚇錯潰決隱患為例，對喜馬拉雅山地區冰川終磧湖潰決災害隱患進行分析。

沖巴嚇錯位于康馬縣薩馬達鄉雅拉山口北坡，湖面面積82.4萬m2，湖口高程4 912m，終磧高程4 938m。沖巴嚇錯的遙感影像特征顯示，在終磧下有明顯的“扇狀”堆積體，堆積體的色調飽和度較高，色調均一，植被不發育。冰川湖周圍植被很少。湖中見冰川碎塊，湖水渾濁，湖后緣為陡崖(如圖1所示)。終磧上有明顯的“U”型沖溝，下游河道有明顯過水沖刷痕跡。湖口下游的溝谷為“U”型谷，冰磧物發育，物源豐富。湖口下游4.5km處為沖巴芒錯，河床平均比降48‰； 下游14.4km處為沖巴水庫，河床平均比降24‰。冰川前緣為一陡崖，進入冰川湖后，平均坡度13.6°，山峰高程5 571m。

本次遙感調查的結果(圖3)顯示，1990年11月14日―2000年11月17日期間，沖巴嚇錯曾發生過潰決事件，前端湖水后退320m，最大湖寬從500m減至365m； 潰口深約30m，寬約35m(圖4)，總洪水量約375萬m3。

圖3　沖巴嚇錯冰湖遙感解譯圖

圖4　沖巴嚇錯2000年潰決口實景照片

2008年，筆者對沖巴嚇錯進行了實地調查與走訪，得知該湖于2000年8月6日下午因后緣冰川滑坡引發涌浪潰壩洪水和泥石流，使冰湖下游的薩馬達、康馬、少崗和南尼等4個鄉受災，共沖毀農田222畝*1畝=666.7m2、草場8 160畝、林地80畝、水渠4 600m、公路328m、橋梁10座、護河堤140m、羊圈7個。從遙感影像及實地調查中看到，沖巴嚇錯壩體2側高山聳立，巖體破碎，崩塌、落石很多。據此，判斷該湖有再次潰決的高危險； 但因現在的溢流口與終磧最低高程基本一樣，湖水較淺，故預測其災害風險會低于2000年潰決形成的災害。

4冰湖的穩定性與潰決因素分析

4.1冰湖動態變化分析

由于冰湖分布的位置往往在當地雪線附近，在冬季最寒冷的時段會凍結成冰，而在夏秋季節又會全部融化，因此冰湖的形態是隨季節而變化的[14]。冰湖的水位也是隨雨季和旱季的水補給量變化而動態變化的，雨季的水補給量大，水位上升，其他季節則水位下降。最近20a以來，喜馬拉雅山脈冰湖的面積有增加趨勢，其中增幅最大的區域為位于喜馬拉雅山脈中段的波曲和洛扎雄曲(增幅分別為22.1%和12%)。冰湖面積減小的區域位于喜馬拉雅山脈西段的朗欽藏布、森格藏布和東段的丹巴曲。

4.2冰湖穩定性分析

冰內湖和冰面湖的穩定性是由冰川的運動和融化因素決定的，總體穩定性較差。冰斗湖穩定性最好，因為冰斗湖分布在冰斗內，湖水的動態變化不大，湖岸穩定，目前尚未發現過冰斗湖發生潰決的情況。冰川終磧湖穩定性最差，主要受到冰川前進與退縮的影響，冰川反復的前進與退縮，使得冰川終磧湖前緣的湖堤多由松散堆積物——冰磧壟構成，而終磧壟的穩定性較差[12-13]。冰磧湖側緣的側磧壟在冰川的前進與退縮中，將湖岸下部的松散物質不斷推走，形成陡峭的側壁，在水位發生變化或受到其他作用使湖水產生波浪時，便容易發生崩塌或側滑坡，導致冰湖產生涌浪，危及終磧壟，甚至造成潰決。冰磧湖的后緣有的與冰川直接相連，有的因冰川退縮而為新的次級冰磧壟所代替，不論是那一種，都不夠穩定； 尤其是冰舌伸入湖內的后緣，容易因水枕機制發生冰舌斷裂，導致冰湖產生涌浪[12]。

4.3冰湖潰決激發因素分析

冰湖潰決大多受外界因素的激發，存在激發后突然潰決的過程。根據對已潰決冰川終磧湖的研究和堤壩潰決原理的分析，冰川終磧湖潰決有多種激發因素[12-15]： ①冰崩、雪崩入湖涌浪潰壩； ②降水和融水明顯增多，湖水猛漲使湖岸側磧壟失穩而發生大規模崩塌或滑坡，引起終磧湖潰決； ③在溫度升高和降水增多的共同作用下，泄水口因流量增加而切割加劇，終磧壟出現溝槽并迅速擴大，導致終磧壟失穩而潰決(發生當天一般都有小雨，發生當天及發生前1～2d溫度陡然升高1～2 ℃)； ④高海拔的冰湖補給低海拔的冰湖，形成湖鏈，其中上游湖泊在溫度升高和降水增多的共同作用下，猛然激增的流量注入到下游湖泊，形成漫壩潰決； ⑤ 2條近于相交(甚至完全相交)的冰川各自形成了與冰川運動方向一致的終磧湖，位置較高的終磧湖會受到位置較低的冰川的側蝕，導致終磧壟前緣失穩，或者終磧壟的泄水口加速溯源侵蝕造成終磧壟直接潰決； ⑥終磧壟壩體下部的凍土融化或管涌引起塌陷，造成終磧湖潰決； ⑦冰湖周圍基巖崩塌、滑坡入湖涌浪導致終磧壟潰壩。喜馬拉雅山地區有記錄的冰川終磧湖潰決災害都具有冰崩、雪崩入湖涌浪潰壩成因。終磧壟壩體下部凍土融化或管涌引起塌陷造成的終磧湖潰決雖更常見，但因變化過程較長、潰口淺、流量小，災害風險一般較小。

5結論

本文采用遙感方法調查了喜馬拉雅山地區冰湖分布情況，并以沖巴嚇錯為例，對冰川終磧湖潰決災害隱患進行了分析； 在此基礎上，對冰川終磧湖潰決隱患影響因素進行了研究。得出以下結論：

1)喜馬拉雅山地區的冰湖在區域分布上具有由東南向西北逐步遞減的趨勢。冰湖分布最多的地區是山南、日喀則、林芝和阿里地區，分布密度最大的地區是山南地區的洛扎一帶。林芝地區地形切割強烈，多處于峽谷區，冰湖的數量多，但規模一般較小。日喀則地區冰川湖的數量不多，但規模較大。

2)喜馬拉雅山地區存在19個潰決災害隱患的冰湖均是冰川終磧湖，其中13個存在重大潰決災害隱患，6個存在較大潰決災害隱患。

3)引起冰川終磧湖發生潰決災害的條件和因素較多。其中，冰湖周圍的冰崩、雪崩、基巖崩塌和滑坡入湖涌浪潰壩等是最重要的誘發因素。

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(責任編輯： 劉心季)

Remote sensing investigation and influence factor analysis of glacierlakeoutburstpotentialintheHimalayas

LIU Chunling1， TONG Liqiang1， QI Shengwen2， ZHANG Shishu3， ZHENG Bowen2，4

(1. China Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources， Beijing 100083， China； 2. Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering， Institute of Geolgoy and Geophysics， Chinese Academy of Sciences， Beijing 100029， China；3. Chengdu Engineering Corporation Limited， Power Construction Corporation Limited of China， Chengdu 610072， China；4. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China)

Abstract:Undertheimpactofformationconditionsandnaturalenvironment,moraine-dammedlakeoutburststakeplacefrequentlyandthengiverisetofloodsandmudslides,whichmenacespeople'sproduction,life,survivalanddevelopmentandbecomesoneofthegreatgeohazardhiddendangersintheHimalayas.UsingQuickBirdandETMdataofremotesensingsatelliteandcombiningtheinvestigationsinfieldwork,theauthorsstudiedtheglacierlakeoutburstpotential.TheresearchresultsshowthatthearealdistributionofglacierlakespresentsatrendofdecreasegraduallyfromSEtoNWintheHimalayas.MostoftheglacierlakesaredistributedinShannan,Shigatse,NyingchiandNgari.TheregionofmaximaldistributiondensityisLho-bragareaofShannan.Itcanbefoundthattherearenineteenglacierlakes,allofwhicharemoraine-dammedlakesthathaveoutbursthazardpotential.Amongthenineteenglacierlakes,thereare13glacierlakeshavinggreatoutbursthazardpotentialand6glacierlakeshavingsecondarygreatoutbursthazardpotential.Itisalsoindicatedthatthereareseveraltriggerfactorsimpactinginstabilityofmoraine-dammedlakes,whoseforemostreasonsaresurgetriggeredbyavalanche,bedrockcollapse,androckavalanchearoundthemoraine-dammedlakes.

Keywords:glacierlake；outburst；potentialhazard；remotesensing

doi:10.6046/gtzyyg.2016.03.18

收稿日期：2015-06-26；

修訂日期：2015-09-22

中圖法分類號：TP79

文獻標志碼：A

文章編號：1001-070X(2016)03-0110-06

第一作者簡介：劉春玲(1976-),女,碩士,高級工程師,主要從事遙感環境地質、水文地質及災害地質等方面的研究。Email： 20517415@qq.com。

引用格式： 劉春玲,童立強,祁生文,等.喜馬拉雅山地區冰川湖潰決災害隱患遙感調查及影響因素分析[J].國土資源遙感,2016,28(3)：110-115.(LiuCL,TongLQ,QiSW,etal.RemotesensinginvestigationandinfluencefactoranalysisofglacierlakeoutburstpotentialintheHimalayas[J].RemoteSensingforLandandResources,2016,28(3)：110-115.)