陳淑蓮

亞洲水塔是指青藏高原及周邊地區(qū)，被稱為地球第三極。在氣候變化背景下，青藏高原的環(huán)境正在發(fā)生劇烈變化。近50年來，青藏高原地區(qū)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(xiàn)整體失衡失穩(wěn)的特征。鑒于亞洲水塔變化研究對我國水資源與國家生態(tài)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(xué)問題方面取得的系列成果，“亞洲水塔失衡失穩(wěn)對青藏高原河流水系的影響如何？”被評為中國科協(xié)2021年度10大對我國科學(xué)發(fā)展具有導(dǎo)向作用的前沿科學(xué)問題之一。近期本刊專訪了中國科學(xué)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(tuán)隊在亞洲水塔冰湖變化及冰湖潰決防災(zāi)減災(zāi)研究上取得了最新成果，建立了完整的冰湖潰決洪水?dāng)?shù)據(jù)庫，并利用高新技術(shù)實現(xiàn)了冰崩和冰湖潰決災(zāi)害監(jiān)測預(yù)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(jīng)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(fā)現(xiàn)超過9萬億立方米，相當(dāng)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(fā)源地，滋養(yǎng)著流域內(nèi)20多億人口，是全球最重要的水資源區(qū)域之一，為陸地生態(tài)系統(tǒng)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(qiáng)烈的地區(qū)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(xiàn)整體失衡失穩(wěn)的特征，主要表現(xiàn)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(zāi)害加劇等。據(jù)統(tǒng)計，中國境內(nèi)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(shù)量、面積明顯擴(kuò)張，亞洲水塔冰湖數(shù)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(xù)擴(kuò)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(zāi)害風(fēng)險是當(dāng)前的3倍以上，瀾滄江和下游湄公河極端洪水發(fā)生頻率也是當(dāng)前的3倍以上。

“如果亞洲水塔發(fā)生了變化，下游地區(qū)的人怎么辦？”王偉財提到冰川災(zāi)害有別于滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，冰川是流動塑性體和氣候的產(chǎn)物，處于不斷的動態(tài)調(diào)整過程中，外部誘因及冰川自身特性都對冰川穩(wěn)定性至關(guān)重要。他認(rèn)為近期青藏高原及周邊地區(qū)連續(xù)發(fā)生多起冰崩和冰湖潰決事件，可能預(yù)示著第三極地區(qū)冰川穩(wěn)定性出現(xiàn)新動態(tài)。2013年7月發(fā)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(jīng)濟(jì)損失按當(dāng)時價值計算高達(dá)2.7億元;2016年7月發(fā)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(fā)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(zāi)害開展研究和監(jiān)測預(yù)警，符合區(qū)域相關(guān)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(zāi)害過程具有重要的科學(xué)意義，而且對提高區(qū)域災(zāi)害風(fēng)險防控能力，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會平穩(wěn)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

建立冰湖潰決洪水?dāng)?shù)據(jù)庫

王偉財認(rèn)為在全球變暖背景下，亟待建立完整的冰湖潰決洪水?dāng)?shù)據(jù)庫，以進(jìn)一步對冰湖進(jìn)行危險性評估和風(fēng)險管理。經(jīng)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(yùn)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(zāi)害數(shù)據(jù)庫。

王偉財介紹，在青藏高原及周邊地區(qū)，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(qū)是世界冰磧湖潰決事件發(fā)生最為頻繁的區(qū)域。20世紀(jì)以來，青藏高原及其周邊地區(qū)共計發(fā)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(shù)量約占冰湖數(shù)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(jìn)行，研究亞洲水塔正在發(fā)生的變化、造成的影響，并采取相應(yīng)的措施去應(yīng)對，總結(jié)起來就是變化、影響和應(yīng)對六個字?！蓖鮽ヘ斀榻B道，“從2008年至今，經(jīng)過十多年的共同努力，我們在工作上取得了兩大進(jìn)展，一是已經(jīng)大體上摸清了青藏高原及周邊地區(qū)冰湖的大體狀態(tài)，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?！痹谕瓿蓞^(qū)域內(nèi)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(yōu)勢，開展高時空分辨率的冰川穩(wěn)定性的立體協(xié)同監(jiān)測體系研究，確定潛在不穩(wěn)定性冰川的空間分布。重點(diǎn)研究表征冰川穩(wěn)定性和冰湖潰決關(guān)鍵表征參數(shù)的提取方法，從而動態(tài)識別危險性冰川和冰湖的空間分布?！霸谙柴R拉雅地區(qū)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(diǎn)關(guān)注大中型冰湖的研究中幾乎很少提及?！蓖鮽ヘ斦J(rèn)為在同一個地區(qū)，使用不同的評估方案或許有不同的評價指標(biāo)、權(quán)重和分類方法，但是對于高危和非常高危險冰湖的表達(dá)相當(dāng)穩(wěn)健。

調(diào)查顯示，青藏高原及周邊地區(qū)導(dǎo)致冰湖潰決的誘因呈現(xiàn)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(qiáng)降水或上游來水占18.5%，滑坡-巖崩導(dǎo)致的冰磧潰決事件占7.4%，地震誘發(fā)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(qū)，即便潰決也不會照成人員或資產(chǎn)損失，便可以不用太多關(guān)注。還有一些冰湖雖然看似危險，但短期內(nèi)只要沒有觸發(fā)其潰決的條件，就可以將其相應(yīng)權(quán)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(fēng)險評估，假若冰湖潰決，會誘發(fā)哪些其他災(zāi)害，預(yù)估其危害程度、影響范圍，統(tǒng)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(dá)下游村莊的時間，為下一步冰湖潰決災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警工程建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)與參考。”

建立災(zāi)害監(jiān)測預(yù)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(zāi)害評估報告，并在青藏高原及周邊區(qū)域共建立了五個冰湖災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，以預(yù)測和預(yù)防冰湖潰決洪水?！斑^去很少有人做冰湖實地監(jiān)測，一些檢測設(shè)備也許在其他災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)里用過，但在中國還很少做?！蓖鮽ヘ斀榻B道。青藏高原所在冰湖潰決災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系建設(shè)中，加強(qiáng)了新技術(shù)新手段新方法的應(yīng)用，提出了基于三新技術(shù)的星-空-地聯(lián)合技術(shù)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(dá)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(yán)重的社會經(jīng)濟(jì)損失，其未來變化倍受兩國共同關(guān)注。根據(jù)西藏自治區(qū)政府的需求，第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究隊于2019年9月和2020年10月重點(diǎn)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(fā)大規(guī)模冰湖潰決洪水，其中1981年的冰湖潰決洪水災(zāi)害最為嚴(yán)重。據(jù)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(dǎo)致潰壩引起。冰湖潰決洪峰流量達(dá)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(jìn)，沿途掏蝕溝床松散物質(zhì)，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(nèi)多人死亡，摧毀了尼泊爾遜科西水電站，導(dǎo)致長期停電和交通中斷，交通路線受到長達(dá)3年的影響。

據(jù)野外考察分析研究，阿瑪次仁冰川極其不穩(wěn)定，在氣候變暖背景下，再次導(dǎo)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(fēng)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(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系。預(yù)警體系包括冰湖水位的實時監(jiān)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(jiān)測的數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星傳輸?shù)娇瓶嫁k進(jìn)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(cè)磧壟上架設(shè)了6米監(jiān)測鐵塔，在鐵塔上安裝3套360度可旋轉(zhuǎn)高清球基攝像頭，從三個角度實時監(jiān)測冰川、冰湖以及冰湖末端影像（照片和視頻）。在監(jiān)測鐵塔上安裝自動氣象站，監(jiān)測核心區(qū)的氣象要素（降水量、溫度、風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、氣壓等）的變化。在次仁瑪錯冰湖安裝了雷達(dá)式水位計，實時監(jiān)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(dá)式水位計，實時監(jiān)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(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測冰湖末端冰磧壟位移的變化。同時，在水位監(jiān)測、GNSS位移監(jiān)測、氣象監(jiān)測等設(shè)備上安裝了北斗衛(wèi)星終端，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的傳輸;在冰湖側(cè)磧壟上安裝了海事衛(wèi)星高通量傳輸設(shè)備，待解決電源適配問題后，可以實現(xiàn)影像的遠(yuǎn)程控制和視頻傳輸。

“對次仁瑪錯冰湖的監(jiān)測工作我們已經(jīng)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(shè)備做一些調(diào)試。冰湖潰決事關(guān)兩國邊境安危，我們是負(fù)責(zé)任的大國，有責(zé)任進(jìn)一步推進(jìn)冰湖潰決災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)實施傳輸和數(shù)據(jù)平臺建設(shè)，加強(qiáng)冰湖潰決災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警，實現(xiàn)區(qū)域防災(zāi)減災(zāi)能力提升?！蓖鮽ヘ斦f道。

構(gòu)建智能化災(zāi)害監(jiān)測預(yù)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(xù)在代表性區(qū)域構(gòu)建冰崩與冰湖潰決風(fēng)險協(xié)同立體觀測與示范工程。通過亞洲水塔前沿科學(xué)問題和高新技術(shù)的融合，實現(xiàn)代表性地點(diǎn)災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警的實時化和智能化，從而實現(xiàn)災(zāi)害發(fā)生預(yù)警功能。同時，開展未來冰川和冰湖不穩(wěn)定性的預(yù)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(fēng)險等級，結(jié)合潛在風(fēng)險冰川和冰湖下游居民分布、旅游景區(qū)、大型基礎(chǔ)設(shè)施（國道、鐵路、輸電線路、水電設(shè)施）等基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，評估冰崩和冰湖潰決災(zāi)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(zāi)害發(fā)生機(jī)理、風(fēng)險識別與工程示范’這一熱點(diǎn)科學(xué)與現(xiàn)實問題，充分發(fā)揮冰川和冰湖過程觀測模擬與多源遙感區(qū)域監(jiān)測方面的優(yōu)勢，開展學(xué)科交叉與尺度融合，預(yù)期構(gòu)建冰川-冰湖協(xié)同立體觀測體系，獲得不同冰川和冰湖的動態(tài)變化數(shù)據(jù)，闡明不穩(wěn)定性冰川和冰湖異?？焖僮兓囊?guī)律，最終建成服務(wù)國家需求和地方發(fā)展的冰崩和冰湖潰決智能化災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警示范平臺，全面參與全球性自然災(zāi)害治理?！蓖鮽ヘ斦f道。

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