气候变化影响下高山区泥石流形成机制研究及展望

全球范围内高海拔或高纬度山区（以下简称高山区）,尤其高山冰川冻土急剧消退地区,广泛发育泥石流灾害。在全球气候变暖的大背景下,高山区泥石流的现实危害和潜在风险日渐凸显。与其他环境条件下泥石流过程主要由降雨激发不同,高山区泥石流的暴发多受降雨和温度条件的共同影响,其形成机制更为复杂,预测预警十分困难,因此加强高山区泥石流研究具有重要的科学价值和实践意义。通过述评近期高山区泥石流起动研究的主要进展,包括泥石流暴发与气象条件的关系,典型高山区泥石流事件成因,冰川冻土体消融破坏机制,以及冰碛土泥石流起动特征,认为未来高山区泥石流研究应加强高时空分辨率气象数据获取和物源动态变化分析研判,并从动力学机制层面进一步明晰高山区泥石流起动条件和发育过程。     

深切怀念我国泥石流科学事业的重要创始人李鸿琏先生

正0引言2014年4月27日16:00,我国泥石流科学研究的重要创始人之一、原中国科学院兰州冰川冻土研究所(现中国科学院寒区旱区环境与工程研究所)李鸿琏先生在兰州辞世,享年82岁.李鸿琏先生自1958年大学毕业后,追随我国冰川冻土和泥石流科学创始人施雅风院士开始从事冰川和泥石流研究,对我国泥石流科学研究事业的开创、发展和     

西藏天摩沟泥石流形成机制与成灾特征

西藏林芝市波密县天摩沟于2007年9月、2010年7月、2010年9月和2018年7月分别发生大型和巨型泥石流,4次泥石流活动均不同程度堵塞主河帕隆藏布,淤埋国道318或摧毁桥梁,堰塞湖淹没村道、溃决造成下游塌岸,给当地居民生命财产尤其是交通干道造成极大危害。文章针对以上4次泥石流活动,采用高分辨率遥感影像,对泥石流发生前的孕灾背景进行解译,同时结合无人机航空摄影和地面调查对天摩沟泥石流形成机制和成灾特征进行了对比分析,得到以下结论:(1)天摩沟内冰川发育,年际变化大,目前泥石流形成的主要方式为岩崩和堵溃,其中2018年和2007年为岩崩引发,2010年为堵溃引发,该沟同时具有冰川泥石流和降雨泥石流的特征。(2)经历了2007年和2010年3次大规模泥石流后,天摩沟内斜坡类物源储量增加了19.6%,绝大部分启动的冰碛物和崩滑物源都转化为泥石流沟道堆积物或冲出沟口。(3)天摩沟2018年泥石流容重为2.10g/cm^3,为黏性泥石流,流速快冲击力强,帕隆藏布河道受到挤压多次变道,历史上最大偏移距离为190m。(4)2018年7月11日泥石流成因为降雨条件下加剧冰川消融引发主沟沟源右侧岩崩,形成多阵次泥石流,主泥石流体积18×104m3,淤埋G318近220m。后续依然具有暴发大型泥石流的可能性,建议进行防治降低其危害程度。     

中巴公路喀什至塔什库尔干路段冰川泥石流

冰川泥石流集中分布于该段k136—160之间,大小共有7条泥石流沟,源头为积雪或现代冰川,汇集条件优越,落差可至千米以上。泥石流暴发的主要原因是,由于堵塞而形成的突发性冰雪消融洪水,固体物质的主要补给来源是由岩崩和沟岸坍塌而形成的松散堆积物,而陡峻的沟床则为泥石流运动提供了方便。     

近15a喜玛拉雅山中段波曲流域冰川和冰湖变化

西藏聂拉木县波曲流域内分布有大量的冰川和冰湖,通过对2000/2001年度遥感数据解译并与1987年的数据对比,发现近15 a来该流域内的冰川面积、冰湖数量和面积等均发生了巨大的变化,结果表明:冰川总面积减小了20%,>0.020 km²的冰湖数量增加了11%,冰湖面积增加了47%.其中位于西夏邦马峰东侧的嘎龙错和扛西错最为典型,面积分别增加了104%和118%.2005年夏季野外考察对以上资料进行了核实.在全球气候变暖的趋势下,预计该流域内的冰川面积将进一步缩小,冰湖数量在小幅增加后将会出现大规模的冰湖溃决,导致严重的泥石流灾害.     

基于激发条件和堆积体稳定性的冰川降雨型泥石流预警模型研究

在全球变暖的背景下,冰川泥石流将进入高发期。分析了冰川泥石流成因,选取日最高温度、日降雨量、泥水位、地表位移、含水率作为泥石流监测预警指标。通过层次分析法确定了5个指标的权重,提出了基于激发条件和堆积体稳定性的冰川降雨型泥石流预警模型。应用该模型成功对天山公路K636冰川泥石流沟2017年7月14日爆发的泥石流进行了预警,证明该预警模型有一定的可靠性和实用价值,为冰川泥石流预警研究提供了一种新的参考。     

冰川泥石流研究进展概述

冰川泥石流是冰川退化的结果。在全球气候变暖的大背景下,冰川不断退化,消融加剧,冰舌后退引发径流量增大,冰湖面积扩大,加之冰川退化,冰崩雪崩所带来的丰富的冰碛物、寒冻作用产生的岩屑和沟谷及两岸丰富的松散固体物质,在自身陡峻的地形作用下,容易发生大规模的冰川泥石流。在全球变暖的大背景下,冰川泥石流的爆发越发频繁,其爆发时能量巨大,来势凶猛,破坏力强,难以预报,所到之处,如摧枯拉朽一般横扫一切,造成了严重的人员财产损失,这引起了山地冰川国家的广泛关注。在这种背景下,研究冰川泥石流的形成机理和活动规律,进行适当的防护措施,对减少人员伤亡、经济损失具有重要的意义。本文主要对国内外冰川泥石流的研究进展进行追索,探求冰川泥石流的时空分布,揭示冰川泥石流的演化过程,并对未来的研究做了展望。     

基于遥感技术的高山极高山区冰川冰湖变化动态监测

在全球变暖的大背景下,我国藏南地区冰川持续退缩,冰湖不断扩张,从而引发了一系列的地质灾害问题。文章利用Landsat系列影像,在面向对象分类方法的基础上采用波段比值法和NDWI指数提取了藏南希夏邦玛峰地区1994—2018年共9期冰川和冰湖的面积。研究表明,希夏邦玛峰地区净冰川持续退缩,总体速率为（1.28±0.32）%/a,冰湖的扩张速率约为（1.88±1.07）%/a。同时,面积小于1 km2的冰川退缩极为严重,高达33.25%。其次气象再分析数据表明夏季气温和降水的增加可能是该地区净冰川退缩加快的重要原因,并且共同促进了冰湖的加速扩张,大大提高了该地区冰湖溃决的风险。     

川藏交通廊道林波段冰川泥石流发育动态演化分析及监测预警方案

川藏交通廊道沿线山高谷深,地层岩性多变,新构造运动活跃,气候恶劣复杂,导致滑坡、崩塌、泥石流、冰湖溃决洪水等灾害极其发育,对铁路施工及运营带来严重影响.林芝-波密段就是典型地质灾害高发区域,常年受到冰川泥石流的影响,是川藏交通廊道重大灾害防治的难点区段.虽然目前在单沟尺度上对冰川泥石流的形成条件、影响因素、物源性质取得了一定的认识,但对于川藏交通廊道沿线不同类型的冰川泥石流诱发因素、区域发展演化规律及灾变指标的研究还较为初步,尚未构建完善的监测预警体系.借助多源长时序遥感影像、气象监测数据,结合野外实地验证和历史数据分析发现:川藏交通廊道周边区域冰川泥石流沟谷共99条,主要分布于恰青冰川-易贡乡、加拉贝垒-南迦巴瓦峰和古乡沟-嘎隆寺冰川一带;过去40年冰川经历了复杂的流动速度变化,表现为较小高海拔悬冰川活动性增强,大型沟谷冰川活动性减弱;自1973年以来,研究区冰川泥石流呈现频率增高、规模增大的特征.此外,从冰川泥石流发育沟道比降来看,发生高陡地形的滑坡、冰-岩崩诱发的泥石流频率增加.未来,冰川持续退缩,促使冰川源区冰瀑消失,发育更大规模的悬冰川,会增加这类冰川泥石流的风险;冰川泥石流形成及演化过程具有明显的灾变指标,如悬冰川裂隙密度增加、冰川速度增强、冰湖面积快速增加等.因此,基于以上认识,建议针对不同类型的冰川泥石流地建立完善的监测预警指标,并提出了融合卫星、航空遥感平台,气象、水文地面监测平台,地震动监测平台的冰川泥石流“空-天-地”立体监测框架,针对不同类型冰川泥石流进行灾变信息监测与预警判识,为川藏交通廊道安全施工运营提供技术参考.      

20世纪全球变暖的冰冻圈证据

20世纪80年代以来，地面气象观测结果表明全球气温在明显升高，而探空资料和卫星遥感资却表明低层大气在降温，这使得人们对于全球变暖问题提出了质疑。通过对近100多年来冰冻圈各组成要素（冰川、积雪、冻土、海冰等）变化的综合分析，并结合全球不同地区的冰芯记录，证明了20世纪全球气候是在变暖，指出开展冰冻圈（尤其是冰盖、积雪、冻土和海冰）与大气／海洋之间相互作用（影响和响应）过程研究的必要性和迫切性。     

我国寒区径流对气候变暖的响应

文章总结了近期我国冰冻圈变化对水文过程影响研究的主要成果。研究表明,过去50年全球变暖已经对我国主要寒区河流径流产生了影响。实测资料和模拟结果均表明气候变暖导致冰川径流的显著增加,但未来气候变暖导致的冰川径流峰值大小和出现时间取决于冰川规模和升温速率。同时冰川融化加剧已经导致青藏高原冰川补给湖泊面积扩大、水位上升,随着气温的变暖,冰川减薄后退、冰川融水增多、冰湖库容增加,结果是洪水总量在不断增大,洪水频率也在不断增加; 气候变暖已经导致融雪径流过程提前,改变了径流的年内分配; 冻土退化使径流年内过程趋于平缓,主要是由于随着冻土退化,冻土的隔水作用减小,一方面使冻土区地表径流减少,有更多的地表水入渗变成地下水,使流域地下水水库的储水量加大,导致冬季径流增加;另一方面,入渗区域的加大和活动层的加厚,使流域地下水库库容增加,使流域退水过程更为缓慢。     

激光雷达监测2000和2008年间奥地利HinteresLangtal冰斗冻土环境的块体移动

近年来,由于全球气候逐渐变暖,多年冻土区在自然灾害方面引起人们越来越多的关注。活动的冰川石流是在相当长的时间内,冻土条件下,在高的地形环境中,岩屑和冰（不同起源）的混合体。这种冰川石流块体向下移动的形态和速度受地形和气候影响。由于表层移动速度非常快,冰川石流HinteresLangtalkar是处于近10年大范围调整的阶段。自2000年起,每年一两次进行地表扫描（激光雷达）,监测冰川石流前沿高活动地带地表动态。高清晰度的数字化地形模型是每年一次和年间进行地表海拔高度变化分析的基础工具。结果显示,观察的区域表现出正向的地表海拔变化,导致了地面在整个时期内的上升。然而,前三年观察的区域的地表抬升量的减少,得出了前几年斜坡上部物质迁移这一假定。而且,冰川石流前缘出现大范围的块体漂移和部分冰川石流出现剥蚀现象特征。激光雷达的结果以及野外数据表明,该冰川石流前缘似乎是受冻土影响的滑坡。     

郑万高铁宜万段边坡危岩崩落破坏特征

危岩是山区常见的地质灾害之一。以往研究缺少对危岩整体破坏导致危岩解体方面的关注,而危岩在失稳崩落过程中的解体行为却是预测危岩影响范围和防治成效的关键所在。为此,文章以郑万（郑州—万州）高铁宜万段沿线隧道洞口边坡危岩为研究对象,从结构面角度出发,对危岩崩落破坏特征进行研究。通过对15个隧道洞口边坡的调查,首先从边坡坡度、岩性组合、相对高差三个方面总结了研究区危岩发育分布规律;然后根据边坡岩体结构特征,分析了危岩失稳模式,并基于边坡上部危岩和下部落石的体积和形状对应关系,进一步探讨了边坡危岩崩落破坏演化过程;在此基础上,利用Rockfall模拟软件对落石运动特征进行预测分析。结果表明:（1）研究区边坡呈上陡下缓地形,上部基岩裸露,坡度基本上≥70°;危岩主要发育于弱风化的灰岩和白云岩中;边坡高差在150~300 m之间。（2）边坡上部危岩将呈阶梯状方式逐渐沿基底结构面滑移或者沿后缘结构面拉裂坠落。（3）研究区危岩崩落破坏模式主要为边坡上部岩体沿结构面解体破坏。（4）大部分隧道洞口边坡落石危险性较大,严重威胁隧道洞口的安全,需要采取相应的防治措施。研究成果可为在建的郑万高铁宜万段隧道边坡危岩的有效防治提供参考。     

藏东南嘎龙曲冰川泥石流的物源特征及其对扎墨公路的影响

在全球气候变暖的大背景下,冰川消融加剧,冰舌后退,冰川泥石流加剧。扎墨公路是目前通往西藏墨脱的唯一公路,公路必经的嘎龙曲发育藏东南地区典型的海洋性冰川泥石流,针对嘎龙曲冰川泥石流的物源特征,经现场调查得出,嘎龙曲冰川泥石流物源类型有冰碛物物源、崩塌型物源以及沟道堆积型物源三类,总结分析了三种物源类型的分布特征和启动模式。通过建立物源计算模型,定量计算嘎龙曲沟域内可参与泥石流活动的松散固体物源动储量为366.28×104 m3,其中冰碛物物源为主要的动储量物源,物源补给特征在藏东南海洋性冰川发育区域具有一定代表性。嘎龙曲沟域内水动力分布的不均一特性决定了物源启动参与泥石流活动的不均一性,随着全球气候变暖影响下水动力条件的增强,嘎龙曲冰川泥石流对扎墨公路的危害会愈加严重。      

藏东南乌连沟石冰川活动特征与灾变机制

全球气候变暖背景下,青藏高原的石冰川活动性增强,产生灾变的趋势上升。采用遥感影像分析、现场调查及气象和径流监测等方法,获取了藏东南地区乌连沟石冰川的特征数据,分析其灾变形成泥石流的诱发因素及过程。结果显示,乌连沟石冰川2010—2017年平均运动速度为1～3 m·a^-1,且前缘整体运动速度显著高于中后部。石冰川前缘向前运动进而失稳,可持续为沟道输送松散物源,2013年及2014年约有5 600～9 000 m³石冰川输送的松散物质被启动。形成泥石流除需要充沛的物源外,还需要足够的水源启动。区内降雨量有限,乌连沟最大径流出现在5—6月,主要由高温引发冰雪消融贡献。分析2013年及2014年两次泥石流事件发现,其主要诱发因素是高温,灾变机制为气温快速升高导致表层冰雪快速消融,融水在石冰川表面凹陷处积聚形成湖塘,湖水泄流启动了石冰川前缘积累的松散物质形成泥石流。未来随着气候变暖加剧,石冰川的活动性进一步增强,在急剧升温或强降雨影响下,形成泥石流的规模及频率可能会增加,需防范石冰川灾变形成泥石流的致灾风险。     

遥感技术监测气候变化对冰川和多年冻土相关灾害的影响

冰川和多年冻土相关的灾害持续威胁着高山区人类生命和基础设施。因为地表冰和地下冰通常接近融化状态,冰川和多年冻土灾害特别容易受到气候变化的影响。因气候变暖,导致了目前的冰冻灾害区的移动、移动过程的相互影响作用和连锁反应,要进一步地对潜在冰川灾害进行研究,非常有必要在高山区应用现代的遥感技术评价冰川和冻土灾害。本文综述了不同灾害类型,以及如何应用航空遥感方法评价这些灾害。     

贡嘎山海螺沟冰川冰舌地段的泥石流

海螺沟冰川冰舌地段1976年以来发生过两次大的冰雪雨水泥石流。1989年7月8日和26日观景台西沟的泥石流通过1.7km长的冰面后,在冰川末端前形成一个5.5×10~4m~3的扇形地;1976年8月长草坝3号冰川下部冰碛体边坡的两处滑坡泥石流在开阔地上扩散堆积后,达1317.8m~3/s的泥石流和洪水下到冰川上。今后每年雨季还有可能发生更大规模的泥石流,值得人们警惕。     

中国冰冻圈水文未来变化及其对干旱区水安全的影响

受气候变暖持续影响, 中国冰冻圈水文过程正在发生着显著变化。在梳理已有过去冰冻圈融水变化基础上, 重点分析了冰冻圈融水径流未来变化特点, 尤其是对冰川融水拐点及温升2 ℃阈值情况下, 到2050年和21世纪末, 冰川融水的可能变化进行了辨析, 进而研判了冰冻圈水文变化对流域、 重点是干旱区内陆河流域水安全的影响。研究表明, 中国未来大部分流域冰川融水径流总体呈现减少趋势, 并呈现冰川径流持续减少、 在不久的将来出现峰值和持续增加三种情况; 单条冰川融水可能会出现拐点, 而且拐点是否出现和出现的时间与升温速率和冰川面积大小有关; 在流域尺度上, 冰川覆盖率较大、 大型冰川面积占比较高的流域, 到2050年融水径流持续稳定增加; 冰川规模较小的流域, 冰川径流峰值早已出现; 介于上述两种情况之间的大多数流域, 冰川融水峰值在2020 - 2030年相继出现或变化呈现不显著增加或减少, 相对稳定; RCP情景温升2 ℃阈值下, 到21世纪末, 西北干旱区冰川融水量减少34% ~ 74%。冰冻圈水文变化导致水源涵养能力下降、 径流补给量减少、 对水资源的调节作用减弱、 流域径流变化幅度增加、 发生旱涝的风险增加、 春汛提前进而影响用水制度。     

第二届全国泥石流学术会议

1986年10月20—24日,在成都召开了第二届全国泥石流学术会议。这次会议由中国科学院地学部主持,中国科学院成都地理研究所、中国铁道科学研究院西南研究所、甘肃省地质灾害协调中心、中国科学院冰川冻土研究所和成都科技大学共同发起组织。来自科研、生产、教学和泥石流防治第一线     

我国冰川测量与制图进展

在庆祝我国专业冰川冻土研究机构成立三十周年之际,回顾和展望冰川测量与制图工作也是很有益的。测量与制图室是我所技术系统中最早筹建的一个以摄影测量为主的技术室,其主要方向是为冰川、冻土和泥石流研究测量和编绘各种比例尺的专题地图、观测和积累冰川运动、冰面升降和末端进退变化等有关定量资料,以及改进高山冰川区测量与制图的方法。 我国的冰川测绘工作,解放前,只有少数外国学者曾深入我国的喀喇昆仑山、喜马拉雅山和横断山等地区,对某些冰川作过零星、粗糙的考察测绘。解放后,除国家基本地图外,冰川的测绘工作始于1958年的祁连山冰川考察,但较全面系统的冰川测绘工