工程地质学报  2018, Vol. 26 Issue (6): 1552-1561   (13252 KB)    

引用本文  

童立强, 涂杰楠, 裴丽鑫, 等. 2018. 雅鲁藏布江加拉白垒峰色东普流域频繁发生碎屑流事件初步探讨[J]. 工程地质学报, 26(6): 1552-1561. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-401.
TONG Liqiang, TU Jienan, PEI Lixin, et al. 2018. Preliminary discussion of the frequently debris flow events in Sedongpu Basin at Gyalaperi peak, Yarlung Zangbo River[J]. Journal of Engineering Geology, 26(6): 1552-1561. doi: 10.13544/j.cnki.jeg.2018-401.

雅鲁藏布江加拉白垒峰色东普流域频繁发生碎屑流事件初步探讨
童立强, 涂杰楠, 裴丽鑫, 郭兆成, 郑雄伟, 范景辉, 钟昶, 刘春玲, 王珊珊, 贺鹏, 陈虹    
① 中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心 北京 100083;
② 中国地质大学地球科学与资源学院 北京 100083
摘要:以Landsat等中高分辨率多源遥感影像为基础,对色东普流域近40 a来冰川的分布和变化情况进行研究,梳理分析了2014年以来色东普流域内发生的8次碎屑流堵塞雅鲁藏布江事件,并结合雷达数据以及气象资料探讨该流域内频繁发生碎屑流事件的原因。分析结果表明:色东普流域内"陡-缓-较陡"的阶梯状地形为碎屑流频繁发生提供了地形基础,沟口河道的半堵塞状态、冰川后缘的大量裂隙、林芝地震和充沛的降雨量等多种因素共同作用导致色东普流域内碎屑流事件频发。依据研究结果预计未来较长时间内色东普流域仍会发生多次冰崩碎屑流事件,建议在雅鲁藏布江大峡谷区域内建立长期灾害监测预警体系,为色东普沟冰崩碎屑流灾害的应急工作提供有效支撑。
关键词色东普流域    冰崩    堵江    碎屑流    
PRELIMINARY DISCUSSION OF THE FREQUENTLY DEBRIS FLOW EVENTS IN SEDONGPU BASIN AT GYALAPERI PEAK, YARLUNG ZANGBO RIVER
TONG Liqiang, TU Jienan, PEI Lixin, GUO Zhaocheng, ZHENG Xiongwei, FAN Jinghui, ZHONG Chang, LIU Chunling, WANG Shanshan, HE Peng, CHEN Hong    
① Aero Geophysical Survey and Remote Sensing Center for Land and Resources, China Geological Survey, Beijing 100083;
② School of Earth Sciences and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083
Abstract: We used Landsat and other high-moderate space resolution images to analysis the glacial retreat in the recent 40 years of Sedongpu Basin, and combed the eight times debris flow blocking Yarlung Zangbo river incidents of Sedongpu Basin after 2014. Combined with the radar and meteorological data, we analyzed the reasons of frequent collapse disasters occurred in the basin. Then we found the following factors. First, the "steep-gentle-relative steep" ladder terrain is the foundation of the frequent occurrence of the debris flows in Sedongpu Basin. Second, the debris flow always block the channel at a large extent. Third, there are lots of crevasses in the glacier trailing edge. Fourth, earthquake and abundant rainfalls also lead to the frequent debris flow of Sedongpu Basin. Combined the above factors, we speculate the glacier avalanche induced debris flow(GAIDF) of Sedongpu Basin will happen frequently for a long time with typical periodicity. So, we suggested to establish a long-time monitoring and warning system for the Yarlung Zangbo Grand Canyon in order to provide effective support to the emergency work of Sedongpu Basin glacier debrisflow.
Key words: Sedongpu Basin    Glacier avalanche    Block the river    Debris flow    

0 引言

2018年10月17日、29日雅鲁藏布江左岸加拉白垒峰色东普沟连续两次发生碎屑流堵塞雅鲁藏布江事件, 这两次事件均与冰崩密切相关。第1次堵江事件是典型的冰崩-堵溃链式灾害, 为冰崩灾害的一种, 主要是指分布在高海拔斜坡上的冰川在重力作用下断裂解体后迅速滑塌铲刮沟道并裹挟碎屑物堵塞河道形成堰塞坝, 在坝体溃决后又导致洪水的灾害。第2次堵江事件是上次冰崩事件残留沟道碎屑物再次发生滑塌导致。该流域自2017年10月以来发生多次碎屑流事件, 其中4次出现大规模堵江事件, 色东普流域如此高频率的发生碎屑流堵江事件, 其形成条件、发生过程和破坏机理均值得进行深入思考与探索, 对于冰崩灾害的认识, 未来冰崩灾害的发展趋势与青藏高原地区防灾减灾有重要的意义。

冰崩灾害的频繁发生与人类活动有着密不可分的关系。近百年来由于人类活动显著加剧, 全球气候环境随之发生变化, 空气中CO2等温室气体的含量不断上升, 导致全球范围普遍升温(郑然等, 2015; 苏京志等, 2016)。青藏高原作为全球气候变化的“启动区”和“放大器”, 对于气候的变化响应更为明显(李红梅等, 2015)。全球性的气温升高直接导致青藏高原地区冰川消融加速, 各种冰崩灾害频发(张瑞江, 2010)。冰崩产生的碎屑流会对周围环境造成破坏, 如侵蚀两侧山谷、碎屑物堵塞河道、造成冰湖溃决等, 从而引发其他次生灾害, 形成灾害链效应。堵溃链式灾害作为冰崩灾害的一种, 近年来随着高原地区冰川的不断消融发生频率大大增加, 对周围村镇和居民的生命财产安全造成严重的威胁, 引起了当地政府和有关部门的普遍重视。位于雅鲁藏布江左岸的色东普流域是青藏高原地区堵溃链式灾害的易发区, 自2014年至今共发生过8次碎屑流事件, 其中4次造成雅鲁藏布江大规模堵塞, 本文采用遥感影像对色东普流域8次碎屑流事件进行梳理, 初步分析了流域基本特征和冰川分布情况, 总结了色东普流域高频率发生碎屑流的内外动力条件与基础, 以期为冰崩灾害的进一步研究提供基础数据和科学思路。

1 研究区基本概况
1.1 地理位置

研究区位于雅鲁藏布江大峡谷段的色东普流域。色东普流域(29°47'7.20″, 94°55'24″)位于林芝市东侧约55 km, 加拉白垒峰西坡, 雅鲁藏布江左岸(图 1)。该流域面积约66.89 km2, 高差较大, 流域内高程最高点为加拉白垒峰主峰7294 m, 最低点为色东普沟口2746 m, 高差4548 m, 平均高程4540 m, 平均坡度约34.89°。流域内总体坡度较陡, 大于30°的区域占整个流域50%以上, 在流域中部有一平均坡度小于15°的平坦区域, 为冰川和冰碛物主要覆盖区域, 由于冰川侵蚀和山体岩崩, 该区域覆盖大量冰碛物等碎屑物质, 为该流域频繁发生碎屑流的主要物源区。

图 1 色东普流域地理位置图 Fig. 1 The Sedongpu Basin location map

1.2 冰川概况

根据遥感影像显示, 2018年色东普流域内共发育冰川12条, 总面积18.8 km2(图 2)。其中面积最大的冰川为6.03 km2, 面积最小的冰川为0.37 km2。该流域内的冰川在过去40 a的时间内退缩十分严重, 根据Landsat-1遥感影像表明, 1977年流域内冰川总面积为34.47 km2, 面积最大的冰川为10.86 km2, 面积最小的冰川为1.33 km2。40 a的时间内该流域内的冰川退缩面积共为15.67 km2, 退缩率为45.46%(图 3, 表 1)。

图 2 2018年色东普流域冰川分布图 Fig. 2 The distribution map of glaciers in Sedongpu basin

图 3 不同年份色东普流域冰川面积示意图 Fig. 3 The schematic diagram of graciers' area in Sedongpu basin in different years

表 1 不同年份色东普沟各条冰川面积汇总 Table 1 The summary of glaciers ion in Sedongpu basin

2 色东普流域堵江事件梳理

雅鲁藏布江大拐弯区域分布大量的海洋型冰川, 同大陆型冰川相比, 前者运动速度快、累计消融更为强烈, 在全球气温普遍升高的气候背景下, 更易造成冰崩灾害的发生, 色东普流域发育的即为典型海洋性冰川。基于遥感影像和现场收集资料表明色东普沟从2014年以来, 共发生8次碎屑流事件, 分别为2014年、2017年10月22日、2017年11月初、2017年12月底、2018年1月、2018年7月26日、2018年10月17日与2018年10月29日。8次碎屑流事件可以2017年11月18日林芝地震为时间节点分为两个阶段, 震前3次, 震后5次, 地震前后碎屑流的堵江模式有所差异, 震前碎屑流在色东普沟口堆积后很快被雅鲁藏布江冲开较宽溢流口, 堆积体基本被冲散, 震后碎屑流堆积体在沟口一直保持较好扇状形态, 使得雅鲁藏布江一直处于大部分堵塞状态, 故较小规模碎屑流则可引发再次堵江。推测该差异的原因为, 震前碎屑流主要为冰体, 岩土体较少, 很快融化消失, 而林芝地震引起了岩土体碎屑物质的大量累积和冰碛物完整性的破坏, 因此, 震后碎屑流中岩土体含量较高, 不容易被江水冲开, 使得沟口一直处于大部分堵塞的状态。

2.1 林芝地震前碎屑流事件
2.1.1 2014年碎屑流事件

通过对比2013年与2014年的遥感影像, 可得知2014年色东普沟发生了碎屑流, 流域下部有明显铲刮痕迹, 雅鲁藏布江对岸植被消失, 但此次碎屑流事件并未造成大规模堵江(图 4)。

图 4 色东普沟2014年堵江前后遥感影像对比(Landsat 8) Fig. 4 The comparison of remote-sensing images before and after blocking the river in Sedongpu

2.1.2 2017年10月22日碎屑流事件

根据专家访问和地震记录表明, 本次灾害发生时间为10月22日, 导致林芝鲁朗附近发生地表震源为0 km的4.0级地震。堵江造成雅鲁藏布江水位上涨, 洪水下泄之后冲刷沿江两岸山体, 破坏植被, 下游水体出现浑浊。根据2017年11月18日的高分辨率遥感图像显示, 加拉白垒峰西侧冰川后缘存在大型裂隙, 仍然有可能发生整体性的冰川断裂, 形成冰崩灾害(图 5, 图 6)。

图 5 色东普沟未发生冰崩时遥感影像图(2016年9月10日) Fig. 5 The remote-sensing image of Sedongpu before the glacier avalanche(September 10, 2016)

图 6 色东普沟第一次发生冰崩后遥感影像图(2017年11月3日) Fig. 6 The remote-sensing image of Sedongpu after the first glacier avalanche(November 3, 2017)

2.1.3 2017年11月3日碎屑流事件

2017年10月27日~11月3日, 遥感影像显示色东普沟再次发生碎屑流事件, 但本次碎屑流规模较小, 未形成堵江事件(图 7, 图 8)。

图 7 2017年10月27日色东普沟口遥感影像图 Fig. 7 The remote-sensing image of Sedongpu on October 27, 2017

图 8 2017年11月3日色东普沟口遥感影像图 Fig. 8 The remote-sensing image of Sedongpu on November 3, 2017

2.2 林芝地震后碎屑流事件
2.2.1 2017年12月21日碎屑流事件

2017年12月下旬, 色东普沟再次发生冰崩事件, 导致碎屑物再次堵塞雅鲁藏布江形成堰塞湖。此次冰崩灾害发生在2017年11月18日林芝地震以后, 时间在2017年12月21日下午, 堵江事件为3 d, 在沟口可见完整堆积扇, 导致河道进一步变窄, 水位再次上涨(图 9)。经冰崩灾害前后两期遥感影像对比, 发现色东普沟上游部分冰川移动且冰湖消失, 表明上部冰川垮塌是触发此次滑坡事件的主要因素。

图 9 色东普沟再次发生冰崩后遥感影像图(2018年1月22日) Fig. 9 The remote-sensing image of Sedongpu basin after glacier avalanche again(January 22, 2018)

2.2.2 2018年1月碎屑流事件

2018年1月, 德兴水文站雅鲁藏布江水量出现突然减小随后又迅速增大的情况, 推测雅鲁藏布江上游色东普沟再次发生碎屑流堵江事件。

2.2.3 2018年7月26日碎屑流事件

2018年7月24~26日, 色东普沟发生碎屑流事件, 由于此次灾害较小, 因此未形成堵江事件, 仅能够看到在原堆积体表层覆盖大量新的碎屑物质。由于该区域云雾较多, 导致仅有河谷出露, 山体均被云遮盖, 无法获取色东普沟上游冰川情况, 但依据历史数据推测此次灾害仍为冰崩碎屑流事件(图 10, 图 11)。

图 10 2018年7月24日色东普沟遥感影像图 Fig. 10 The remote-sensing image of Sedongpu on July 24, 2018

图 11 2018年7月26日色东普沟遥感影像图 Fig. 11 The remote-sensing image of Sedongpu on July 26, 2018

2.2.4 2018年10月17日冰崩碎屑流事件

2018年10月17日, 色东普沟发生冰崩事件, 堵江时间3 d。堵江坝体宽度约310~620 m, 顺河长度约2.30 km, 现场调查坝体90 m高, 估算堰塞体体积约6600×104 m3。堵江前后雷达数据和遥感影像表明, 冰川在崩塌过程中解体并产刮沟底与两侧冰碛物, 破碎冰体挟裹冰碛物经高速远程运动后在雅鲁藏布江堆积, 运动至沟底后撞击雅鲁藏布江右岸继而向下游运动形成堰塞坝体。雅鲁藏布江堵江事件为色东普沟冰崩碎屑流堵塞河道所致, 为典型冰崩堵溃链式灾害。

经过前后遥感影像对比分析认为, 本次雅鲁藏布江堵江事件为色东普沟冰崩碎屑流堵塞河道所致, 经过灾前和灾后哨兵1号雷达数据(2018年9月26日和2018年10月20日)对比表明(图 12, 图 13), 造成此次堵江事件的冰川为色东普流域的SDP-1号, 其前端发生垮塌, 在崩塌过程中解体并产刮沟底与两侧冰碛物, 破碎冰体挟裹冰碛物经高速远程运动后在雅江堆积, 运动至沟底后撞击雅鲁藏布江右岸继而向下游运动形成堰塞坝体。据雷达遥感数据显示, 该冰川的冰舌区域在堵江事件后有明显的凹陷, 形成长约4.2 km凹槽, 在2018年10月27日planet遥感影像中可见该区域有明显白色碎屑物质堆积, 疑似冰舌断裂后残留冰体碎屑物(图 14)。依据上述分析可判定色东普流域内SDP-1号冰舌发生垮塌, 形成碎屑流造成堵江事件, 垮塌冰舌长度4.3 km, 面积1.53 km2

图 12 2018年9月26日色东普沟哨兵1号遥感影像图 Fig. 12 The Remote-sensing Image of Sentinel-1 in Sedongpu on September 26, 2018

图 13 2018年10月22日色东普沟哨兵1号遥感影像图 Fig. 13 The remote-sensing image of sentinel-1 in Sedongpu on October 22, 2018

图 14 色东普沟2018年10月17日冰崩灾害前后遥感影像对比(planet) Fig. 14 The comparison of remote-sensing images before and after the glacier avalanche on October 17, 2018(planet)

2.2.5 2018年10月29日冰崩碎屑流事件

2018年10月29日色东普沟再次发生冰崩事件, 推测由于冰雪融水混合沟道中堆积的丰富的松散物质形成泥石流, 导致雅鲁藏布江堵塞。色东普沟沟口灾前已有碎屑物质堆积, 造成河谷大部分堵塞, 因此规模较小的泥石流也可造成堵江事件。河道新堆积物长约1.8 km, 宽约100 m, 估算方量约为700×104 m3(图 15)。

图 15 色东普沟2018年10月29日堵江前后遥感影像对比(Planet) Fig. 15 The comparison of remote-sensing images before and after the glacier avalanche on October 29, 2018(Planet)

3 色东普流域频繁堵江事件原因初步分析

本文通过统计分析2014年以来色东普流域内发生的8次碎屑流事件, 总结出以下4点导致色东普流域堵江事件频繁发生的主要原因:

(1)“阶梯状”地形条件:色东普流域的地形为典型的“阶梯状”地形, 利于碎屑流的形成。上部陡峭区域易于引发岩体和冰雪的崩塌, 使得碎屑物不断崩落, 而中部平缓区有利于累积崩塌物质, 为碎屑流提供了大量的物源, 下部较陡区域为碎屑流的高速下滑提供了地形条件(图 16)。该流域内典型的陡-缓-较陡的“阶梯状”地形特征, 是碎屑流频繁发生的基础。

图 16 色东普沟纵剖面示意图 Fig. 16 The schematic diagram of longitudinal section in Sedongpu

(2) 沟口碎屑物堵塞河道状态:由于2017年12月21日发生的碎屑流规模较大, 在色东普沟口形成了扇形堆积体, 一直未被冲毁, 堵塞了雅鲁藏布江河道宽度的大部分区域, 且之后的碎屑流事件十分频繁。因此色东普沟口雅江河道一直处于大部分堵塞的状态, 即使发生较小规模的碎屑流也可造成雅鲁藏布江堵塞回水。

(3) 冰川类型:色东普沟冰川为海洋型冰川, 此类冰川同大陆型冰川相比更易受到全球气温升高的影响而加速消融, 同时这类冰川的运动速度更快, 运动距离长。依据遥感影像显示, SDP-1号冰川从2017年12月21日至2018年1月22日期间共运动约170 m。

(4) 冰裂隙:色东普流域内的冰川表面裂隙较多, 尤其是SDP-1号冰川, 存在多条大型裂隙, 冰川较为破碎, 在冰川表面覆盖有较厚的表碛物, 冰舌部分表面的色调与土体极为相似, 流域内冰碛物丰富, 为冰崩碎屑流的发生提供了丰富的物质基础(图 17)。同时大型裂隙的存在使得降水更加容易下渗, 降低冰川底部的摩擦力, 也更容易导致冰川在重力作用下沿裂隙发生崩塌。

图 17 色东普流域各冰川裂隙分布图 Fig. 17 The distribution of glacier crevasses in Sedongpu basin

(5) 林芝地震:2017年11月18日发生林芝地震, 震中距色东普流域约2.7 km, 震级MW6.4, 震源深度8 km。分析认为色东普流域10月22日发生冰崩灾害后, 冰舌断裂, 末端形成临空面。随后11月18日林芝地震对该流域造成严重扰动, 破坏了冰川、沟谷内堆积物和冰碛物的完整性, 使得末端具有临空面和后缘有宽大裂隙的冰川变得更加不稳定, 沟谷内堆积物和冰碛物更加松散, 为后面连续发生冰崩灾害提供了丰富的物质基础, 造成从2017年10月22日以来, 一年内发生了6次冰崩事件。

图 18 色东普流域2018年10月12~18日降水量变化趋势 Fig. 18 The tendency of precipitation variation in Sedongpu basin from October 12 to 18, 2018

(6) 降水:2017年该区域年均降水量的偏高, 导致色东普沟冰川累积区增大, 加之冰川表碛区较大且较厚, 降水后重力进一步增加, 致使冰川下滑力增大, 容易发生垮塌。冰川存在的大型裂隙使得降水下渗从而增加冰川底部静水压力, 降低冰川底部摩擦力, 导致冰川易发生垮塌。通过收集降雨量数据可以发现, 在色东普流域发生2018年10月17日冰崩灾害之前的2~4日内, 曾出现过集中降水。

4 结论

本文以多源遥感影像为基础, 梳理分析了自2014年至今色东普流域发生的8次碎屑流事件, 结果表明, 色东普流域作为碎屑流堵江事件的易发区, 主要是由于其独特的地形条件所导致, 这种陡-缓-较陡的“阶梯状”地形, 为碎屑流的频繁发生提供了基础, 而2017年12月21日发生的碎屑流事件导致雅鲁藏布江一直处于大部分堵塞的状态, 随后即使发生小规模的碎屑流事件也会造成雅鲁藏布江堵塞回水, 加之冰川裂隙的存在、林芝地震的发生以及降雨等条件综合作用, 使得色东普流域内冰崩灾害的发生具有典型的周期性, 预计在未来很长时间内仍会多次发生冰崩灾害, 建议在雅鲁藏布江大峡谷区域建立长期的监测预警系统, 以期为色东普沟冰崩灾害的应急工作提供有效的支持。

致谢 感谢中国地质调查局、中国地质调查局环境监测院、中国地质调查局国土资源航空物探遥感中心相关领导、专家给予的关心与帮助。感谢Planet、USGS、ESA和中国气象局等相关研究机构提供遥感影像与分析数据。
参考文献
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