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近年来,随着全球气候的变暖,冰碛湖溃决灾害正日益严重地威胁着人们生命和财产安全,对冰碛湖溃决灾害的研究也日益受到重视。从对冰碛湖溃决灾害评价的方法上来看,当前我国还主要是针对典型区域,采用直接判断的方法来识别具有潜在溃决危险的冰碛湖。但是冰碛湖溃决灾害的评价与其他自然灾害一样是一个系统过程,随着研究的深入,有必要针对不同研究对象(区域尺度)和不同的溃决灾害决策需求,构建一个冰碛湖溃决灾害评价体系。本文根据对冰碛湖溃决灾害评价的层次不同,从筛选判断、初步分析、详细评价和非常详细评价4个层次上构建冰碛湖溃决灾害评价体系,并以我国喜马拉雅山地区为研究试验区,基于遥感和野外考察数据,进行潜在危险性冰碛湖的识别、危险性冰碛湖溃决概率等级估算和典型高危险性冰碛湖溃决风险评价。主要获得以下几个方面的结论:
首先,基于地形图和ASTER等两期数据,对研究区冰湖进行编目。结果显示:近30年来我国喜马拉雅山地区冰湖变化总体呈现“数量减少、面积增大”的趋势:数量由1750个减少到1630个,减少了7%;总面积由168.53km2增加到206.04km2,增加了37.51 km2,增率达22%;在现代冰川作用边缘高度附近、冰碛物丰富的地段(平均海拔约为4900~5700m),冰湖变化尤其明显。根据一定的标准选取6项冰碛湖潜在危险性识别指标,对研究区冰湖进行潜在危险性“筛选判断”,发现我国喜马拉雅山地区共有143个具有潜在危险性冰碛湖,需要进一步进行“初步分析”。
其次,冰碛湖溃决归根结底是水、热累积的结果,本文以西藏已经渍决的13个冰碛湖的资料为基础,将冰碛湖溃决的气候背景分为暖湿、暖干、冷湿和接近常态4种气候荷载。在不同气候背景组合形式下,冰碛湖溃决途径和模式又可以分为5大类、21种可能的溃决模式。对于某潜在危险性冰碛湖,依次描述所有气候荷载下所有可能的溃决途径(模式)以及发生可能性的大小,形成该冰碛湖溃决概率的事件树,建立溃决概率的事件树模型,计算该冰碛湖的溃决概率。最后,对研究区143个潜在危险性冰碛湖逐一计算其溃决概率并进行等级划分,发现我国喜马拉雅山地区潜在危险性冰碛湖中,溃决概率等级为“非常高”的有44个、“高”的有47个、“中”的有24个、“低”的有24个、“非常低”的有4个,分别占31%、33%、17%、17%和3%;溃决概率为“高”及其以上等级的91个潜在危险性冰碛湖是下一步进行溃决风险的“详细评价”和“非常详细评价”的重点。
第三,选取溃决概率等级为“非常高”的龙巴萨巴湖和等级为“高”的皮达湖为典型危险性冰碛湖,根据1:5万的DEM获得河谷水流中心线,在沿给曲经叶如藏布至朋曲入口,全长125km的河段中,应用美国国家气象局开发的土石坝溃决模型—BREACH模型和FLDWAV洪水演进模型,进行溃决洪水最大洪峰流量和洪水位高度演进模拟。结果显示,在龙巴萨巴湖溃口处溃决洪水将持续5.5小时,溃决后1.8小时达到最大洪峰流量4.0×104m3/s,最终,溃口的深度、溃口上宽、溃口下宽分别为100m、97m和5m。洪峰在溃决口至西宁桥125km的河道中,将历时4.3小时,洪水波在34km处的强木村以下流速迅速减小;洪水位由溃决口15m以上,在61km处的扎西村附近下降到4m以下。
第四,根据冰碛湖溃决洪水演进的模拟结果,从生命损失、经济损失及社会与环境影响三方面,对典型冰碛湖溃决后果进行评价和溃决风险指数计算。结果表明,龙巴萨巴湖和皮达湖溃决后果的严重性将不如章藏布错和桑旺湖的湖溃决后果严重,但是比光谢错和德嘎普湖溃决后果要严重得多;龙巴萨巴湖和皮达湖的溃决风险指数(=0.238)也处于较高水平,与已溃决的坡戈错、扎日错、章藏布错、金错、光谢错5个冰碛湖溃决前风险指数相比,仅低于章藏布错的风险指数(=0.274),而远高于其他4个冰碛湖的风险指数(这4个冰碛湖的风险指数在0.014~0.100之间)。
第五,本文以湖水位下降到母冰川危险冰体冰崩、冰滑坡(一般也包括岩/雪崩)入湖时很难产生漫顶流为龙巴萨巴湖和皮达湖排险目标,把由于危险冰体冰崩入湖壅高湖水高度与危险冰体冰崩坠入湖中引起湖浪的高度和,作为两湖排险应该降低的水位。计算表明,为减缓两湖溃决风险,龙巴萨巴湖水位应降低26.7m,皮达湖水位应降低水位21.4,综合考虑安全、水资源和工程效益等因素,两湖水位分别下降20~26m较为合理。达到排水目标后,龙巴萨巴湖的“非常高”和皮达湖的“高”溃决概率等级将降低为“非常低”等级。