亞洲水塔冰湖災害：“第三極”的脆弱與治理

陳淑蓮

亞洲水塔是指青藏高原及周邊地區，被稱為地球第三極。在氣候變化背景下，青藏高原的環境正在發生劇烈變化。近50年來，青藏高原地區升溫速率是全球的兩倍，氣候趨于暖濕化，使得亞洲水塔呈現整體失衡失穩的特征。鑒于亞洲水塔變化研究對我國水資源與國家生態安全的重要意義，以及第二次青藏科考在亞洲水塔變化和影響研究前沿科學問題方面取得的系列成果，“亞洲水塔失衡失穩對青藏高原河流水系的影響如何？”被評為中國科協2021年度10大對我國科學發展具有導向作用的前沿科學問題之一。近期本刊專訪了中國科學院青藏高原研究所（以下簡稱“青藏高原所”）研究員王偉財，他們團隊在亞洲水塔冰湖變化及冰湖潰決防災減災研究上取得了最新成果，建立了完整的冰湖潰決洪水數據庫，并利用高新技術實現了冰崩和冰湖潰決災害監測預警體系的實時化和智能化。

失衡的亞洲水塔

亞洲水塔是除極地冰蓋以外全球第三大冰川聚集地，如果以海拔2500米的等高線為界，亞洲水塔的面積約400萬平方公里，其中青藏高原有260萬平方公里。這里雪山連綿、冰川廣布、湖泊眾多，經初步估算，其冰川儲量、湖泊水量和主要河流出山口處的徑流量三者之和發現超過9萬億立方米，相當于230個三峽水庫的最大蓄水量。同時，這里還是黃河、長江、瀾滄江、怒江、雅魯藏布江等10多條大江大河的發源地，滋養著流域內20多億人口，是全球最重要的水資源區域之一，為陸地生態系統提供了最基本的水分資源。

亞洲水塔也是全球氣溫變化最強烈的地區之一。1960年至2018年期間，青藏高原升溫率0.3-0.4℃/10年，超過全球同期平均升溫率的2倍。氣候劇烈變化使得亞洲水塔呈現整體失衡失穩的特征，主要表現為冰川加速退縮、凍土消融退化、徑流增加以及冰崩、冰湖潰決等、滑坡、泥石流等災害加劇等。據統計，中國境內的冰川面積由5.9萬平方公里縮減至4.6萬平方公里，退縮了22%;同時，冰湖數量、面積明顯擴張，亞洲水塔冰湖數量從1990年的27205個增加到2018年的30121個，冰湖總面積從1806平方公里增加到2080平方公里;受冰川末端湖持續擴張和冰川融水徑流量增長影響，雅魯藏布江、印度河上游年徑流量呈增加趨勢，冰崩和冰湖潰決等災害風險是當前的3倍以上，瀾滄江和下游湄公河極端洪水發生頻率也是當前的3倍以上。

“如果亞洲水塔發生了變化，下游地區的人怎么辦？”王偉財提到冰川災害有別于滑坡、泥石流等地質災害，冰川是流動塑性體和氣候的產物，處于不斷的動態調整過程中，外部誘因及冰川自身特性都對冰川穩定性至關重要。他認為近期青藏高原及周邊地區連續發生多起冰崩和冰湖潰決事件，可能預示著第三極地區冰川穩定性出現新動態。2013年7月發生在西藏嘉黎縣的然則日阿錯冰湖潰決，造成了人員失蹤和房屋、橋梁、道路被毀，直接經濟損失按當時價值計算高達2.7億元;2016年7月發生在聶拉木樟藏布的貢巴通沙錯冰湖潰決，對下游中國和尼泊爾都造成了重要影響。2021年2月發生在印度喜馬拉雅山南麓的阿坎德邦冰崩事件，造成20多人死亡，200多人失蹤，下游兩座水電站大壩被沖毀。

因此，針對冰崩和冰湖潰決災害開展研究和監測預警，符合區域相關國家的共同利益，這不僅對揭示氣候變化背景下冰崩和冰湖潰決災害過程具有重要的科學意義，而且對提高區域災害風險防控能力，服務區域經濟社會平穩發展具有重要的現實意義。

建立冰湖潰決洪水數據庫

王偉財認為在全球變暖背景下，亟待建立完整的冰湖潰決洪水數據庫，以進一步對冰湖進行危險性評估和風險管理。經過青藏高原所多年努力，對于冰湖潰決洪水的研究已形成諸多的成果，包括洪水的形成、運移等問題都得到解決，同時也形成了完善的冰湖潰決洪水災害數據庫。

王偉財介紹，在青藏高原及周邊地區，冰湖潰決洪水主要分布在天山山脈、興都庫什山、喀喇昆侖山、喜馬拉雅山脈、念青唐古拉山、橫斷山以及帕米爾高原一帶，其中喜馬拉雅山脈地區是世界冰磧湖潰決事件發生最為頻繁的區域。20世紀以來，青藏高原及其周邊地區共計發生冰湖潰決洪水277起，源自97個冰磧湖和24個冰壩湖，其中冰磧湖潰決洪水113起，冰壩湖潰決洪水164起，潰決冰湖的總數量約占冰湖數量（30121個）的0.4%，累計造成7000余人死亡。

“我們的工作主要圍繞亞洲水塔進行，研究亞洲水塔正在發生的變化、造成的影響，并采取相應的措施去應對，總結起來就是變化、影響和應對六個字。”王偉財介紹道，“從2008年至今，經過十多年的共同努力，我們在工作上取得了兩大進展，一是已經大體上摸清了青藏高原及周邊地區冰湖的大體狀態，如面積，長度、特征等基本資料，完成了所有冰湖的編目;二是完成了對潛在危險冰湖的識別。”在完成區域內冰湖的編目之后，青藏高原所利用遙感方法在時空尺度方面的優勢，開展高時空分辨率的冰川穩定性的立體協同監測體系研究，確定潛在不穩定性冰川的空間分布。重點研究表征冰川穩定性和冰湖潰決關鍵表征參數的提取方法，從而動態識別危險性冰川和冰湖的空間分布。“在喜馬拉雅地區1650個冰磧湖中，我們識別出207個非常高危險冰湖和345個高危險冰湖。有204個小型冰湖被評估為高或非常高危險，這在之前重點關注大中型冰湖的研究中幾乎很少提及。”王偉財認為在同一個地區，使用不同的評估方案或許有不同的評價指標、權重和分類方法，但是對于高危和非常高危險冰湖的表達相當穩健。

調查顯示，青藏高原及周邊地區導致冰湖潰決的誘因呈現多樣性。其中，冰-雪崩或冰川滑塌占50.1%，埋藏冰融化或管涌占23.1%，強降水或上游來水占18.5%，滑坡-巖崩導致的冰磧潰決事件占7.4%，地震誘發最少，為0.9%。因此，篩選出危險冰湖之后，并不是每個危險冰湖都需要特別注意，如一些冰湖處于無人區，即便潰決也不會照成人員或資產損失，便可以不用太多關注。還有一些冰湖雖然看似危險，但短期內只要沒有觸發其潰決的條件，就可以將其相應權重降低。

“篩選出危險冰湖，重建了冰磧湖潰決洪水特征后，我們會做風險評估，假若冰湖潰決，會誘發哪些其他災害，預估其危害程度、影響范圍，統計分析不同類型洪水洪峰傳播時間以及傳播速率等。如冰湖潰決之后到達下游村莊的時間，為下一步冰湖潰決災害監測預警工程建設提供科學依據與參考。”

建立災害監測預警體系

過去幾十年中，青藏高原所組織開展了多次中尼邊境冰湖考察研究，完成冰湖潰決災害評估報告，并在青藏高原及周邊區域共建立了五個冰湖災害監測預警系統，以預測和預防冰湖潰決洪水。“過去很少有人做冰湖實地監測，一些檢測設備也許在其他災害預警系統里用過，但在中國還很少做。”王偉財介紹道。青藏高原所在冰湖潰決災害監測預警體系建設中，加強了新技術新手段新方法的應用，提出了基于三新技術的星-空-地聯合技術突破與方案。

樟藏布位于喜馬拉雅山脈中段南坡聶拉木縣波曲流域下游，溝谷兩岸山地坡體陡峭，坡度達40o以上，山高谷深坡陡。樟藏布源頭的冰湖潰決曾對中國和尼泊爾造成嚴重的社會經濟損失，其未來變化倍受兩國共同關注。根據西藏自治區政府的需求，第二次青藏高原綜合科學考察研究隊于2019年9月和2020年10月重點考察了樟藏布源頭的次仁瑪錯和貢巴通沙錯兩個冰湖。

次仁瑪錯冰湖曾于1964年、1981年和1983年先后三次暴發大規模冰湖潰決洪水，其中1981年的冰湖潰決洪水災害最為嚴重。據野外考察分析研究，此次冰湖潰決為上游阿瑪次仁冰川冰崩涌浪導致潰壩引起。冰湖潰決洪峰流量達每秒16000立方米，比波曲河多年平均最大洪峰高16倍，潰決洪水沿樟藏布迅速向下推進，沿途掏蝕溝床松散物質，在樟藏布下游形成了50公里的泥石流，摧毀了河谷兩岸牧場、跨越樟藏布的原707號大橋、友誼橋及附近所有建筑物。冰湖潰決洪水造成尼泊爾境內多人死亡，摧毀了尼泊爾遜科西水電站，導致長期停電和交通中斷，交通路線受到長達3年的影響。

據野外考察分析研究，阿瑪次仁冰川極其不穩定，在氣候變暖背景下，再次導致次仁瑪錯冰湖潰決的危險性很高。鑒于樟藏布源頭次仁瑪錯冰湖潰決的高風險性，2020年9月29日～11月25日，初步建立覆蓋上、中、下游的次仁瑪錯冰湖潰決災害監測預警體系。預警體系包括冰湖水位的實時監測、終磧壟的位移、阿瑪次仁冰川和次仁瑪錯湖面的定時拍照、下游河道徑流觀測等，實時監測的數據通過衛星傳輸到科考辦進行分析研判。

野外考察期間，科考隊利用無人船開展次仁瑪錯冰湖湖底地形觀測，獲取了冰湖水儲量。在冰湖側磧壟上架設了6米監測鐵塔，在鐵塔上安裝3套360度可旋轉高清球基攝像頭，從三個角度實時監測冰川、冰湖以及冰湖末端影像（照片和視頻）。在監測鐵塔上安裝自動氣象站，監測核心區的氣象要素（降水量、溫度、風速、風向、濕度、氣壓等）的變化。在次仁瑪錯冰湖安裝了雷達式水位計，實時監測冰湖湖泊水位變化;在冰湖出水口、樟藏布流域出水口707大橋處和波曲河安裝了雷達式水位計，實時監測冰湖出水口、下游流域出水口和波曲河的水位變化。在冰湖末端冰磧壟上安裝2套GNSS位移監測系統，實時監測冰湖末端冰磧壟位移的變化。同時，在水位監測、GNSS位移監測、氣象監測等設備上安裝了北斗衛星終端，實現了數據的傳輸;在冰湖側磧壟上安裝了海事衛星高通量傳輸設備，待解決電源適配問題后，可以實現影像的遠程控制和視頻傳輸。

“對次仁瑪錯冰湖的監測工作我們已經做了兩年，還有部分工作沒有完成，今年我還會再去一趟，對一些設備做一些調試。冰湖潰決事關兩國邊境安危，我們是負責任的大國，有責任進一步推進冰湖潰決災害監測預警數據實施傳輸和數據平臺建設，加強冰湖潰決災害監測預警，實現區域防災減災能力提升。”王偉財說道。

構建智能化災害監測預警示范平臺

在談到下一步科研工作安排時，王偉財介紹，未來他們將繼續在代表性區域構建冰崩與冰湖潰決風險協同立體觀測與示范工程。通過亞洲水塔前沿科學問題和高新技術的融合，實現代表性地點災害監測預警的實時化和智能化，從而實現災害發生預警功能。同時，開展未來冰川和冰湖不穩定性的預測與模擬研究，揭示未來氣候背景下危險性冰川與冰湖的演化趨勢與風險等級，結合潛在風險冰川和冰湖下游居民分布、旅游景區、大型基礎設施（國道、鐵路、輸電線路、水電設施）等基礎空間數據，評估冰崩和冰湖潰決災害可能影響范圍與程度。

“我們將聚焦‘氣候變化影響下冰川和冰湖災害發生機理、風險識別與工程示范’這一熱點科學與現實問題，充分發揮冰川和冰湖過程觀測模擬與多源遙感區域監測方面的優勢，開展學科交叉與尺度融合，預期構建冰川-冰湖協同立體觀測體系，獲得不同冰川和冰湖的動態變化數據，闡明不穩定性冰川和冰湖異常快速變化的規律，最終建成服務國家需求和地方發展的冰崩和冰湖潰決智能化災害監測預警示范平臺，全面參與全球性自然災害治理。”王偉財說道。

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