梅里雪山重大雪崩事件重建与雪崩风险评估研究

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雪崩是山坡积雪内部的内聚力小于所受重力,底部摩擦力小于剪切应力,使其失稳下滑并引发大量雪体崩落的现象。雪崩发生时间不确定,发生时毁坏树木、冲垮道路桥梁、破坏通讯、电力等重要设施,破坏力极强。大规模雪崩还会引发泥石流、山体滑坡等次生灾害。一次雪崩造成的损害是无法估计的,雪崩已经严重影响人类生产生活和破坏自然环境。因此,雪崩被视为一种严重的自然灾害。全球气候变化显著影响山区季节性积雪覆盖的持续时间和范围,低海拔地区积雪减少,发生雪崩的区域也会减少,雪崩的总体频率可能会降低。但是,在高海拔地区,降雪仍然丰富,而且降雪强度会增加,因此雪崩发生的频率和强度有可能增加。近些年来,社会经济迅速发展,基础工程建设逐渐增多,以及登山、科考、旅游活动涉及的范围不断扩大,人类引发雪崩的频率在增加,受到雪崩危害的风险也在增加。因此有必要对雪崩发生的机理、过程及危害有全面的认识,了解潜在雪崩高发区及其危害是降低雪崩事故的有效措施。而雪崩风险在很大程度上取决于山区地形和气候状况,结合历史雪崩事件,对多种作用条件进行综合分析可作为雪崩预测预警的有效手段,尤其是对缺乏实时观测的高海拔地区。梅里雪山雪崩多发,但缺乏系统监测和研究。1991年1月3日发生了造成中日联合登山队17名队员遇难的巨大雪崩事件。2019年安装在明永冰川末端附近的物候相机拍摄到临近梅里雪山主峰的一次雪崩事件。两次事件属于不同的类型,这对梅里雪山雪崩灾害预测预警有良好的指示作用。本研究以RAMMS(Rapid Mass Movement System)模型为手段,利用经验值和经验公式确定影响雪崩模拟的主要参数和积雪可能断裂深度,在优化分析的基础上,对两次不同的历史雪崩事件进行重建,定量分析雪崩的堆积量、堆积范围、雪崩速度等。然后以这两次历史雪崩事件为基础,利用层次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP),基于气象因子(气温、降水),地形因子(坡度、曲率、海拔、坡向、地面粗糙度)和其他条件(土地利用/覆被)对梅里雪山雪崩灾害进行分区,获得梅里雪山雪崩危害等级图,结果将为梅里雪山地区未来潜在雪崩灾害的风险评估提供依据。研究表明:(1)利用RAMMS模型对梅里雪山两次雪崩事件进行重建,得到两次雪崩事件的各项数值模拟结果:1991年雪崩共持续了192 s,雪崩体从海拔5730 m处断裂,沿坡面崩塌而下最终堆积在海拔约5000 m的冰川粒雪盆地区,形成面积为0.6 km~2,体积约67×10~4 m~3的堆积体,堆积体最大高度为13.46 m,登山队的3号营地被崩塌体完全淹没。数值模拟结果显示雪崩运动过程中雪崩流最大高度和最大速度分别是16.98 m和42.22 m/s;2019年雪崩共持续了158 s,雪崩流最大高度35.91m,最大速度79.34 m/s,堆积量76.2×10~4 m~3,雪崩堆积范围与野外观测范围一致。(2)梅里雪山的雪崩危害等级图分为极低、低、中、高和极高五个区域。统计发现高和极高危险区分别占研究区总面积的7%和2%,中、低和极低区分别占研究区总面积的32%、18%和41%。空间分布上,雪崩极高危险区主要分布在中高海拔区,几条海洋性冰川区属于雪崩低危险区和极低危险区,雪崩中等危险区主要分布在中低海拔地区和较高海拔地区,这些地区要么是因为雪深不够达不到雪崩危险,要么是因为坡度较大,无法“孕育”雪崩。而中高海拔的冰川粒雪盆和季节性雪蚀洼地成为梅里雪山雪崩发育的良好场所。(3)利用气象数据对两次雪崩事件发生前后的气温和降水情况进行分析,结合雪崩暴发机制的定义,发现1991年雪崩事件属于强降雪触发的雪崩,为降雪诱发型雪崩;而2019年雪崩事件属于气温触发的雪崩类型,为温度剧变诱发型雪崩。降雪通过改变雪层之间或脆弱层受到的剪切应力,使山坡积雪失稳从而发生雪崩;温度对雪层的作用方式比较复杂,其通过不同的方式影响雪层的稳定性使其失稳发生雪崩。对造成雪崩发生因素的研究能够为雪崩预测预警提供精确的理论基础。(4)两次历史雪崩事件的模拟结果揭示了梅里雪山地区不同海拔、不同类型雪崩的特征。在雪崩风险等级划分的基础上,结合雪崩影响因素,进一步将梅里雪山雪崩类型进行划分,在雪崩风险区划内,以海拔5000 m为分界线,以下为温度剧变诱发型雪崩,以上为降雪诱发型雪崩。海拔5000 m以下雪蚀洼地发育,成为季节性雪崩源区。每年11月份,新降雪在此处堆积;3~5月,气温升高,季节性雪崩暴发频繁。而海拔5000 m以上的区域常年积雪,有终年不化的冰川和雪山,人迹罕至。每年1月初雪崩频发。野外积雪性质、气象条件观测可以确定雪崩的成因和类型,而数值模拟则可以分析和再现雪崩动力学。根据野外观测,结合经验值和经验公式,数值模型可以给出雪崩路径、堆积量、运动速度等定量结果。在此基础上,统筹雪崩灾害危险区划图和实际的天气过程,可实现雪崩灾害预测,从而发布预警信息。
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