張俊才，周 保，曹小巖，魏賽拉加

（青海省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，青海 西寧810008）

近年來，隨著全球氣候變暖、雪線上升，冰川退縮和凍土退化正成為影響生態(tài)安全的重要因素，并受到全社會日益關注。在青藏高原，冰川退縮、冰川融水增加等引起的冰崩、冰湖潰決、冰川泥石流、冰崩碎屑流堰塞湖潰決洪水等單體災害及鏈生災害時有發(fā)生，造成人員傷亡、財產(chǎn)損失，并導致高原生態(tài)環(huán)境惡化［1-5］。例如，我國西藏地區(qū)冰川躍動和消融退化導致的冰湖潰決洪水（泥石流）災害非常突出，20世紀以來產(chǎn)生了27次冰湖潰決事件［2］。2000年4月9日，西藏波密縣易貢藏布發(fā)生巨型高速滑坡，形成了滑坡碎屑流堰塞湖潰決洪水災害鏈，其形成與氣溫升高、冰川融化密切相關［3］；2016年5月16日，新疆阿克陶縣公格爾九別峰發(fā)生冰川躍動和冰崩［4］；2016年7月17日，西藏日土縣東汝鄉(xiāng)出現(xiàn)罕見的冰崩，9月21日其附近的冰川又一次發(fā)生罕見的大范圍冰崩［5］；2018年10月17日，西藏米林縣雅魯藏布江左岸色東普溝發(fā)生冰崩碎屑流，堵塞雅魯藏布江形成堰塞湖。在阿尼瑪卿地區(qū)，冰川退縮明顯，具體表現(xiàn)為自小冰期以來冰川明顯退縮，尤其是近幾十年來，無論是面積還是長度都有加速退縮的趨勢，未來冰川將處于持續(xù)退縮之中［6］。阿尼瑪卿山冰川退縮而引起的冰崩鏈生災害頻發(fā)，其西南坡曉瑪溝內(nèi)于2004年2月［7］、2007年10月8日［8］和2016年10月6日先后發(fā)生了3次冰崩碎屑流堰塞湖潰決洪水災害，因其具有代表性而被編入《中國典型滑坡》［9］。2016年10月9日，筆者對該冰崩碎屑流災害進行了現(xiàn)場應急調(diào)查，在現(xiàn)場調(diào)查和以往調(diào)查監(jiān)測資料的基礎上，深入分析阿尼瑪卿山冰崩鏈生災害的基本特征，為該地區(qū)冰崩鏈生災害成因機理和監(jiān)測預警研究提供基礎依據(jù)。

1 研究區(qū)地質(zhì)環(huán)境背景

研究區(qū)阿尼瑪卿山系東昆侖延伸段，山體呈北西—東南走向。主峰瑪卿崗日由3個高程在6000m以上的峰尖組成，最高峰高程6282m，山麓沖洪積扇區(qū)及河谷平緩地帶高程為4295～4530m。區(qū)內(nèi)年平均氣溫-10.2℃，冬季極端最低溫度-52.6℃，年降水量約為300mm，夏季最高氣溫為15℃左右（4100m高程處）。每年5—9月為暖季，雨熱同期，降水和冰雪融水匯集迅速；10月至次年4月為冷季，常為冰雪所覆蓋，系冰凍期。區(qū)內(nèi)山體地勢高峻，氣候寒冷，冰峰雄峙，冰川面積約為99km2，有冰川57條，山體東北坡多為山谷冰川，西南坡多為冰斗冰川和懸冰川。其中：位于東北坡的哈龍冰川長7.7km，面積23.5km2，垂直高差達1800m，是黃河流域最長、最大的冰川；西南坡多條溝谷冰斗冰川和懸冰川發(fā)育，為冰崩碎屑流易發(fā)區(qū)域，曉瑪溝內(nèi)近年來先后產(chǎn)生了3次大規(guī)模冰崩碎屑流。阿尼瑪卿山西南坡的地表水系主要有青龍溝及其支溝前龍溝、曉瑪溝等，青龍溝徑流自南向北，在研究區(qū)內(nèi)曉瑪溝、前龍溝從東、西兩側(cè)匯入，溝谷流水主要受冰雪融水和大氣降水補給。前龍溝、曉瑪溝流量很小，青龍溝流量較大，據(jù)2004年5—10月的監(jiān)測資料［10］，青龍溝流量一般為 0.43～0.69m3／s，降水較多、氣溫較高時可達 4.2～4.3m3／s。

據(jù)《青海省區(qū)域地質(zhì)志》［11］，研究區(qū)地處松潘—甘孜印支褶皺系阿尼瑪卿優(yōu)地槽帶，斷裂褶皺非常發(fā)育，博卡雷克塔格—阿尼瑪卿深斷裂帶自西向東貫穿研究區(qū)北部，傾向南西，傾角 50°～60°，延伸長度達1000km。研究區(qū)地處區(qū)域背斜的北翼，表現(xiàn)為單斜地層，傾向北東。出露地層主要為上三疊統(tǒng)巴顏喀拉山群上亞群（T3by3），巖性為砂巖組，具體為灰、灰綠色中—厚層中—細粒長石質(zhì)雜砂巖、雜砂質(zhì)長石砂巖夾黑色千枚狀板巖及少量紫灰色砂巖，上部夾薄層灰?guī)r，厚756～2300m。其中：曉瑪溝溝腦基巖以千枚狀板巖為主，局部夾長石砂巖，溝谷中部至下游區(qū)域均以長石砂巖為主，上覆大量的冰磧物、冰水堆積物、沖洪積物、冰崩碎屑流等第四系堆積物，因高程高、含冰量大，構(gòu)成富冰多年凍土。

2 冰崩鏈生災害基本特征

近年來，隨著全球氣候變暖，區(qū)域降水增多，阿尼瑪卿山冰崩頻發(fā)，冰崩引發(fā)的鏈生災害嚴重影響當?shù)啬撩袢罕姾拖掠伟傩盏纳敭a(chǎn)和生產(chǎn)生活。2004年以來，阿尼瑪卿山南坡曉瑪溝先后產(chǎn)生了3次冰崩—碎屑流—堰塞湖—潰決洪水鏈式災害，其發(fā)生時間分別為2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日，目前冰川裂縫十分發(fā)育，冰崩鏈生災害再次發(fā)生的可能性極大。其中：2004年2月產(chǎn)生的冰崩災害規(guī)模最大，危害最為嚴重，也為后續(xù)災害的形成提供了便利條件。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和歷史遙感影像分析，阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害的形成過程如下：冰川因融化退縮，出現(xiàn)多條密集深大裂縫，在自重作用下脫離山體，刨蝕、攜裹冰川底部千枚狀板巖、砂質(zhì)板巖等基巖，順勢向曉瑪溝中央快速滑移，并進一步鏟刮、攜裹溝谷內(nèi)由冰崩堆積物、冰磧物、冰水堆積物和地下冰構(gòu)成的富冰多年凍土，同時大規(guī)模解體破碎并以碎屑流的形式向曉瑪溝中下游方向高速運動，長距離運移5.5km后堆積于曉瑪溝沖洪積扇區(qū)及青龍溝、前龍溝交匯區(qū)域，具有高速、遠程的特點（見圖1）。同時，碎屑流堆積物將青龍溝堵塞，形成松散壩體，隨著上游來水逐漸增加成為堰塞湖。在壩體冰塊融化、滲透變形、河水沖刷等作用下潰決泄流，形成洪水災害，對下游地區(qū)造成經(jīng)濟損失。下面分冰崩源區(qū)、刨蝕流通區(qū)、碎屑流主堆積區(qū)、堰塞壩及堰塞湖、潰決洪水等5部分詳述該冰崩鏈生災害的基本特征。

圖1 阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害范圍（據(jù)天地圖）

2.1 冰崩源區(qū)特征

冰崩源區(qū)位于阿尼瑪卿山西南坡曉瑪溝溝腦冰川發(fā)育處。據(jù)GoogleEarth，冰崩區(qū)域在平面上呈樹杈形，上部高程約為5 920 m，下部高程約為5 300 m，高差約為620 m，縱長約為1 150 m，橫寬約為750 m，斷面形態(tài)呈上陡下緩，上部坡度可達40°，下部坡度約為15°，整體坡度約為28°。冰崩發(fā)生前該區(qū)域冰川覆蓋，但冰川在逐年消融退化，2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日三期冰崩發(fā)生后，冰川分布范圍大面積縮小，殘留冰川表面深大裂縫密布，目前為潛在冰崩源區(qū)。三期冰崩發(fā)育區(qū)域均在曉瑪溝溝腦冰川，但發(fā)育區(qū)域和物質(zhì)組成有所差異，例如2004年冰崩主要發(fā)育在冰川中下部，2007年冰崩、2016年冰崩在以往冰崩區(qū)周圍發(fā)育。同時，2004年冰崩對后續(xù)冰崩的產(chǎn)生起到了促進作用，例如造成冰川前緣臨空，冰崩過程中牽引后部變形等，因此冰崩發(fā)生后殘留冰川中深大拉張裂縫密集平行分布，在遙感影像和調(diào)查照片中清晰可見（見圖1、圖2）。

圖2 冰崩源區(qū)和刨蝕流通區(qū)（2004年冰崩后）［7］

因缺乏有效的測量數(shù)據(jù)，且冰川在重力作用下崩塌現(xiàn)象在持續(xù)進行，只是當冰崩規(guī)模較大時才形成大規(guī)模冰崩碎屑流沖出曉瑪溝而被人發(fā)現(xiàn)，因此很難比較精確地給出一次冰崩發(fā)生時冰崩方量數(shù)據(jù)。此處以2004年冰崩為例，從冰崩發(fā)生前后遙感影像、前人調(diào)查照片大致估算其崩塌方量。根據(jù)2003年和2004年遙感影像對比，2004年冰崩源區(qū)長約850 m，平均寬約400 m，冰川及刨蝕板巖層的厚度按40 m估算，崩塌方量約為1 360萬m3。

2.2 刨蝕流通區(qū)特征

刨蝕流通區(qū)位于曉瑪溝中上游，在平面上呈長條狀。據(jù) Google Earth，刨蝕流通區(qū)長約 2 800 m，寬260～350 m不等，前部高程約為4 560 m，后部高程約為5 300 m，高差約為740 m，溝谷縱坡降為26.4%。阿尼瑪卿山現(xiàn)代冰川發(fā)育，在山體南北兩側(cè)各溝谷內(nèi)冰川消融后退形成的冰磧物、冰水堆積物等松散堆積物廣泛分布，其厚度因山體巖性、冰川作用強度、地形條件等有所差異，溝谷斷面形態(tài)呈U形，冰崩碎屑流發(fā)育；曉瑪溝亦是如此。因地處高海拔多年凍土區(qū)，溝谷內(nèi)冰磧物、冰水堆積物等松散堆積物大量分布，冰雪融水成為松散層地下水持續(xù)補給來源，因而溝谷松散堆積層實為富冰多年凍土，其由地下冰膠結(jié)，具有整體性好、力學強度較高的特點。

冰崩發(fā)生后，曉瑪溝地形得以重新塑造。由冰川塊體及其刨蝕的碎屑塊石構(gòu)成的冰崩體在快速前進過程中，沿途刨蝕、鏟刮、攜裹溝谷內(nèi)大量的富冰多年凍土，并進一步產(chǎn)生解體破碎，向溝谷下游方向運動，同時重新塑造了溝谷地形。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和遙感影像分析，溝床刨蝕深度可達40 m，其斷面形態(tài)由U形轉(zhuǎn)變?yōu)閂形。冰崩體不斷解體破碎，在刨蝕流通區(qū)表現(xiàn)出明顯的碎屑流特征，例如碎屑流殘留部分具有與溝谷中心線一致的流線形態(tài)，在溝谷轉(zhuǎn)彎處亦發(fā)生轉(zhuǎn)彎，表明已轉(zhuǎn)化為碎屑流（見圖3）。同時，因碎屑流各部分所受運動阻力存在差異，運動速度也存在明顯不同，越靠近溝谷中心部位的碎屑流體運動速度越快，越靠近碎屑流體表層的運動速度越快，因此碎屑流殘留部分主要集中于溝谷底部、溝谷谷坡等運動阻力較大、運動速度較慢的區(qū)域，形成溝谷兩側(cè)壟狀堆積和溝谷底部堆積等堆積形態(tài)。刨蝕流通區(qū)碎屑流堆積物以黑色板巖碎屑顆粒為主，含少量冰塊。

圖3 刨蝕流通區(qū)殘留堆積表現(xiàn)出流態(tài)特征

2.3 碎屑流主堆積區(qū)特征

碎屑流主堆積區(qū)位于曉瑪溝出山口沖洪積扇及青龍溝、前龍溝交匯區(qū)域，在平面上總體呈扇形，堆積范圍和厚度因各次冰崩碎屑流的動力條件和體積規(guī)模、所在區(qū)域地形條件不同等有所差異。其中：2004年2月的冰崩碎屑流堆積范圍和規(guī)模最大，據(jù)2004年調(diào)查資料［7］和歷史影像測量，堆積范圍達 2.15 km2，堆積厚度平均約為10 m，堆積方量為2 150萬m3；2007年10月8日的冰崩碎屑流堆積范圍和規(guī)模次之，據(jù)2007年調(diào)查資料［8］和歷史影像測量，堆積范圍為 1.09 km2，堆積厚度平均約為6 m，堆積方量為654萬m3；2016年10月6日冰崩碎屑流堆積范圍和規(guī)模最小，據(jù)2016年10月8日現(xiàn)場調(diào)查和影像測量，堆積范圍為0.85 km2，堆積厚度平均約為5 m，堆積方量為425萬m3。

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和簡易測量，碎屑流主堆積區(qū)堆積物主要為冰塊、富冰多年凍土塊體及巖石碎屑，總體上堆積物含冰量為60%～70%，巖石碎屑物含量為30%～40%，在不同冰碎屑混合塊體中有所差異。純冰塊粒徑一般為20～50 cm，最大約為8 m；巖石碎屑成分主要為軟弱的黑色千枚狀板巖、灰白色砂質(zhì)板巖，粒徑小于10 cm，極個別達到1.2 m左右（見圖4）。堆積物架空現(xiàn)象十分嚴重，冰塊融化形成大小不等的陷坑及地表細流，在堆積物前緣青龍溝河道邊可見深大裂縫。經(jīng)過較長時間待冰體融化后，黑灰色、灰白色巖石碎屑雜亂無序堆積，與新產(chǎn)生的冰崩碎屑流堆積物形成明顯反差（見圖5）。

圖4 2016年冰崩后碎屑流主堆積區(qū)形態(tài)

圖5 不同期次冰崩碎屑流堆積物疊置關系

2.4 堰塞壩及堰塞湖特征

在碎屑流主堆積區(qū)的前緣，碎屑流高速運動至青龍溝時地形突變、運動受阻，碎屑流填埋溝谷并沖上對岸，形成了松散的堆積壩，堵塞青龍溝形成了堰塞湖。2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日產(chǎn)生的冰崩碎屑流均不同程度地堵塞青龍溝，但因各期次冰崩碎屑流的動力條件、體積規(guī)模、運動速度存在差異，堰塞壩尺寸、方量以及氣溫、河水流量等不同，形成的堰塞湖數(shù)量、規(guī)模、保存時間也不同。根據(jù)以往調(diào)查監(jiān)測資料［7-8，10，12］和 2016 年 10 月 8 日現(xiàn)場調(diào)查成果，統(tǒng)計了各期次冰崩碎屑流形成的堰塞壩、堰塞湖的主要特征，見表1。

表1 各期次冰崩碎屑流堰塞壩及堰塞湖主要特征

由于堰塞壩的物質(zhì)成分為冰塊、富冰多年凍土塊體及巖石碎屑，壩體結(jié)構(gòu)松散，滲透性好，冰塊融化導致沉陷變形，因此堰塞壩抵抗沖刷和滲透變形的能力差，易產(chǎn)生潰決引發(fā)洪水。2004年2月冰崩碎屑流形成的堰塞壩規(guī)模最大，堰塞湖蓄水量也最大（見圖6），保存時間最久，各級政府部門高度重視，成立監(jiān)測工作組對堰塞壩、堰塞湖變化情況及時開展了動態(tài)調(diào)查監(jiān)測，形成了較豐富的資料。

依據(jù)2004年4月14日、4月23日、5月1日、5月7日、5月18日采用 GPS調(diào)查和水位標尺觀測資料［10-13］，梳理了青龍溝堰塞壩、堰塞湖在不同時期的動態(tài)變化特征，包括堰塞壩的長度、寬度、厚度、方量、暗河長度和堰塞湖的長度、寬度、最大水深、平均水深、蓄水量等，詳見表2。同時，全站儀定點位移監(jiān)測數(shù)據(jù)［12］表明，2004年5月1日至10月20日壩體累計下沉變形1.70～11.07 m。 可見，隨著時間的推移，堰塞壩的寬度、厚度和方量逐漸減小，暗河長度逐漸增加，堰塞湖的分布范圍、水深及蓄水量先增大后減小，這主要與氣溫升高、上游來水量增加及其導致的壩體冰塊融化、滲透變形、河水沖刷等作用有關。至2005年7月初，堰塞湖因水量逐漸增大，水位呈波動式持續(xù)上升。

圖6 2004年冰崩碎屑流堆積壩及青龍溝堰塞湖

表2 2004年青龍溝堰塞壩、堰塞湖動態(tài)變化特征

2.5 堰塞湖潰決洪水特征

2004年2月、2007年10月8日和2016年10月6日冰崩產(chǎn)生的堰塞湖均因壩體潰決產(chǎn)生了洪水。由于不同時間形成的堰塞壩、堰塞湖規(guī)模存在差異，因此堰塞湖潰決產(chǎn)生的洪水規(guī)模不同，其中2004年2月形成的冰崩堰塞湖潰決洪水規(guī)模最大，險情等級最高，對下游地區(qū)造成了較大損失。

據(jù)以往調(diào)查監(jiān)測資料［10］，2005年7月4日12時許，位于堰塞壩中部表面的一個融湖水位上升，并向下游漫溢，預示了青龍溝堰塞湖湖水通過壩體中的融蝕通道外泄，14時許青龍溝堰塞湖潰決，湖水迅速下泄，形成含冰塊的洪水。當日16時許，洪峰到達下大武鄉(xiāng)橋。7月5日8時，最大洪峰506 m3／s到達下游興?？h大米灘水文站（距堰塞壩約180 km）。據(jù)大米灘水文站測得的流量：5日6時15分，流量為360 m3／s；7時12 分，流量為460 m3／s；8 時00 分，流量為506 m3／s（最大洪峰）；11時 45分，流量為 350 m3／s；12時 30分，流量為 300 m3／s；14 時 20 分，流量為 200 m3／s；15時30分，流量為150 m3／s，之后流量逐漸減小。至7月6日，堰塞壩尚有24萬m3殘留體，堰塞湖湖底尚殘留約3 000 m3水體。青龍溝河水經(jīng)殘留水體后又經(jīng)壩體融蝕深溝向下游流出，前龍溝堰塞湖及堰塞壩中段原先存在的融湖湖水已全部外泄。殘留堰塞壩不斷垮塌，堵塞溝谷，造成河水暫時壅水，被沖開后形成含冰塊的陣發(fā)洪水。至此，堰塞湖以自然潰決方式基本消亡。

3 結(jié) 論

（1）阿尼瑪卿山曉瑪溝冰崩鏈生災害的形式為冰崩—碎屑流—堰塞湖—潰決洪水災害鏈，是較為典型的高寒地區(qū)山地災害鏈，且在同一區(qū)域多次發(fā)生同樣類型的鏈生災害，具有明顯的空間和時間雙重災害鏈屬性。

（2）阿尼瑪卿山冰崩碎屑流具有高速、遠程的特點，運動距離長達5.5 km，其形成和堆積范圍可分為冰崩源區(qū)、刨蝕流通區(qū)、碎屑流主堆積區(qū)，各區(qū)域內(nèi)碎屑運動速度、形態(tài)等具有明顯的差異性，在刨蝕流通區(qū)和碎屑流主堆積區(qū)內(nèi)表現(xiàn)出明顯的流態(tài)特征。

（3）阿尼瑪卿山冰崩鏈生災害的發(fā)生過程為：冰川退縮消融產(chǎn)生多次崩塌，刨蝕、鏟刮溝谷內(nèi)由冰崩堆積物、冰磧物、冰水堆積物等構(gòu)成的富冰多年凍土，產(chǎn)生大規(guī)模解體破碎，沖出曉瑪溝后向青龍溝方向高速運動，并堵塞青龍溝、前龍溝形成堰塞湖，隨著時間不斷推移，堰塞壩體逐漸被沖刷和溶蝕，堰塞湖最終潰決形成洪水災害，波及下游地區(qū)。

（4）冰崩碎屑流堰塞壩由冰塊、巖石碎屑和富冰凍土塊體構(gòu)成，具有強度低、抗沖刷能力差的特點，因此在同樣的條件下，堰塞湖保存時間主要取決于入湖流量、氣溫、堰塞壩規(guī)模特別是順河長度和高度等條件。