中巴喀喇昆仑公路(简称中巴公路，英文简写KKH)沿兴都库什山脉(Hindu Kush)以东、喜马拉雅山和喀喇昆仑山(Karakoram)以西、帕米尔高原北缘向巴基斯坦南部平原过渡之间狭窄的河流谷地布线，北高南低。公路沿途屹立海拔超过7 300 m的44座，谷岭高差几乎在1 000 m以上。印度洋南-西季风或南-北季风受阻于大致东-西走向的喜马拉雅山脉，继续西进，携带湿润水气攀越于喀喇昆仑西端，分别于喀喇昆仑南坡与北坡，以高山雪降的形式沉积，广泛发育冰川群。这种独特的地形地貌与高山气候，形成了除极地之外最大的陆地冰川群。

全球气候变暖引起了全球性高山冰川萎缩后退^{[1, 2]}。而中巴喀喇昆仑公路所穿越的喀喇昆仑—喜马拉雅地区，同时发现活动跃动型冰川^[3]。近一个世纪以来，西喀喇昆仑山发育的冰川萎缩，冰川消融扰动山地表层系统，引起了地质与水文灾害，如冰湖溃决、滑坡，冰崩^{[1, 2, 4]}，大规模地改变河床形态与地貌，对当地居民造成了人员伤亡与财产损失^{[5, 6, 7]}。

冰川长期萎缩与间歇跃进严重影响中巴公路的建设与营运，极端情况下造成灾难性后果。1974年中巴公路初次修建时，巴基斯坦境内的巴托拉冰川(Batura Glacier)跃进造成惨重损失^{[8, 9, 10, 11]}。2008年初，中巴公路复建工程动工(巴基斯坦境内，雷科特大桥——红其拉甫段。图 1)，公路建设面临冰川灾害治理的困难。2010年1月4日，中巴公路K656处，洪扎河(Hunza River)河谷西岸的阿塔巴德村(Atabad)一侧因峰顶冰湖入渗，冰楔切割岩体，发生巨大的滑坡(N36°18′10″，E74°49′50″)，滑坡堆积体堵塞了洪扎河谷，湖水回溯淹没中巴公路，形成了23 km长的堰塞湖。

图 1 中巴喀喇昆仑公路位置图 Fig. 1 Location of KKH

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中巴公路冰川灾害类型全、分布广、危害严重，是现实中的冰川灾害博物馆，对冰川灾害科学的研究具有重要意义。然而由于地缘政治与交通困难等因素，100多年来，中巴公路冰川灾害的专题研究几乎空白。经历了5 a野外工作，本研究完成了中巴公路沿线灾害性冰川特点和类型的研究工作。

受地质构造与山系控制，中巴公路沿线冰川主要分布在中巴公路雷科特桥(Raikot Bridge，K470)以北，洪扎河谷及其支流河谷，如希斯帕河谷(Hispar Valley)和新沙勒河谷(Shingshal Valley)。中巴公路南段雷科特桥以南，除了源于楠加帕尔巴特山脉(Nanga Parbat)的雷科特冰川(Raikot Glacier)以外，齐拉斯(Chilas)以南印度河两侧的印度河科希斯坦山(Indus Kohistan)山脉，山体高度一般低于雪线高度，现代冰川发育程度低。

中巴公路主线从冰川冰舌之上厚重的冰砾终碛上或冰水堆积扇上穿过，如巴托拉冰川，或从高悬的冰崖前通过，如固尔金冰川 (Ghulkin glacier)、红其拉甫冰川(Khunjerab glaciers)。历史上，对中巴公路造成危害的冰川，包括哈萨纳巴德冰川( Hasanabad Glacier)、米纳平冰川(Minapin Glacier)、 希斯帕冰川、新沙勒冰川 (Shimshal Glacier)、 固尔金冰川 (Ghulkin glaciers)、 帕苏冰川(Pasu Glacier)和巴托拉冰川等冰川^{[8, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19]}。

中巴公路洪扎扎河流域确认冰川共有1 050条，80%为山岳冰川^[20]。按照冰川流向与山脉位置，中巴公沿线冰川可分为两类^[13]：纵向冰川与横向冰川。纵向冰川的走向沿深沟延伸，平行于山脊，如希斯帕冰川(Hispar Glacier)，其长度与规模较横向冰川大，一般有平缓的坡度，冰舌位置处于更高的海拔。横向冰川的流向垂直于山脊，受季节影响，常有短时波动现象，米纳平冰川、哈萨纳巴德冰川是典型的横向冰川，历史曾多次发生跃动事件。

按照冰川对公路主线可能的影响(公路位于冰川行进方向或冰舌进退波及公路主线)和补给，中巴公路沿线大致可分为四大冰川群(图 2，表 1)：Ⅰ——拉卡波希幕士塔格山冰川群(Rakaposhi Mustaghs)、Ⅱ——帕苏幕士塔格山冰川群(Pasu Mustaghs)、Ⅲ——红其拉甫冰川群和Ⅳ-固加尔帕幕士塔格山冰川群(Gujerab Mustaghs)。

图 2 中巴喀喇昆仑公路沿线冰川分布图 Fig. 2 Distribution of glaciers along KKH

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拉卡波希幕士塔格山冰川群以拉卡波希(Rakaposhi)主峰冰雪补给为主，发育于喀喇昆仑山脉南坡，位于中巴公路东南面，米纳平冰川、皮桑冰川(Pisan Glacier)、固尔美特冰川(Ghulmet Glacier)等五条较大冰川在15 km范围内，走向大致南北平行连续排列。

帕苏幕士塔格山冰川群，发育于喀喇昆仑山脉北坡，位于中巴公路主线西北，大约30 km范围内古尔米特冰川,固尔金冰川,帕苏冰川和巴托拉冰川等依次排列分布，冰川走向大致北西—南东走向。帕苏幕士塔格山冰川群是中巴仑路沿线最大的冰川群，也是对公路威胁最大的冰川群，历史上有多次大规模冰湖溃决或冰川堵江事件。

固加尔帕幕士塔格山冰川群发育在固加尔帕河右岸雪山北坡上的山谷冰川群，五条冰河南北走向，依次排列，大致位于底赫(Dehhe)村以西10 km范围内。这群小型冰川群长度约3~6 km左右，从残留的前碛垅形态来看，冰舌较冰川全盛时期，明显萎缩。 固加尔帕幕士塔格山夏季冰雪融化，提供了大量水源补给，每年引发大型泥石流，如中巴公路K770泥石流堵江，公路被迫多次修改设计。

红其拉甫冰川群是发育在海拔4 700 km以上红其拉甫河谷的山谷冰川，公路桩号K806~K811之间，位于中巴公路北面，大致形成间距2 km左右的五条小型冰川。

中巴公路沿线还有不少活跃的冰川，但这些冰川出口大多处于洪扎河支流上游，不直接向公路沿线河流排泄，虽在历史上因冰舌跃进堵塞河道溃决形成大洪水事件，但在此不做详述。这些冰川包括补给希斯帕河谷的希斯帕冰川和昆扬冰川(Kunyang glacier)、希约克河 (Shyok river) 的比阿佛冰川(Biafo glacier)，补给新沙勒河的莫赫尔冰川(Momhil glacier)、雅奇克冰川(Yazghil glacier)和库加尔冰川(Virjerab glacier)等一系列冰川。

中巴公路沿线冰川大多是活跃性悬冰川，冰川跃动与地质灾害事件，历史上多有论述^{[3, 21, 22, 23, 24]}。这些活跃冰川，被定义为波动的冰川(Surging glacier)、灾害性冰川跃进(Catastrophic glacier advances)^[26]和冰川异常跃动(Exceptional glacier advance)^[27]。如果这些冰川，堵塞水道，形成冰坝冰湖，溯水淹没上游村落与农田，溃坝形成洪水与泥石流，被定义为威胁性冰川^[15]。这些悬冰川的特点是活动性强，冰舌移动速度快，容易下降到相对低的高度。部分小型悬冰川长度短，陡峭，生长速度快，易随气候变化而消长。冰川前进携带岩石冰砾，冰块，对公路造成威胁。

冰川进退形成明显的冰缘地貌。冰斗与冰砾阜、冰水扇，冰川下蚀与侧蚀大量产生岩屑与冰碛物，堆积在河谷上游并随冰川运动发生迁移，形成冰水阶地。考察发现，中巴公路冰川前进时，冰舌多呈现高大裸露的冰崖，冰下水道迁徙多变，如固尔金冰川(图 2，图 3)。萎缩中的冰川往往变薄后退，冰川冰深埋入巨厚的堆积物，地表不可见，冰碛坡上则生长灌丛，如巴托拉冰川。

图 2 中巴喀喇昆仑公路沿线冰川分布图 Fig. 2 Distribution of glaciers along KKH

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图 3 2009年2月28日 中巴公路 K671雪崩 Fig. 3 Snow and ice avalanche at K671 of KKH,2009-02-28

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中巴公路沿线冰川的一个非常引人注目的特点是邻近冰川的同期不同步进退现象。在洪扎流域，两个相邻冰川一个发生前进，另外一个却发生后退^[28]。这些不同步现象造成当代冰川学家对西喀喇昆仑山冰川是否消融存在较大的分歧^[29]。

中巴公路沿线大多数冰川还为夏季累积型冰川^{[30, 31]}。与欧洲和北美发育的冬季累积型冰川不同，中巴公路沿线冰川大多发源于高海拔河谷或谷峰，大多有陡峭的冰坡和悬殊的落差，冰舌前端的下降高度却比东喀喇昆仑冰川与中喀喇昆仑冰川低。在夏季，季风带来的降雨以雪降的形式在雪峰沉降，冰川增厚发育，冰积区同时发生冰雪聚积与消融。例如，冰崩补给型的米纳平冰川，源于拉卡波希主峰，在水平距离10 km内从海拔5 300 m下降到2 400 m，冰舌活动范围离公路主线只有2 000 m，成为中巴公路著名的景点。

按照公路损毁的直接或间接因素，中巴公路冰川灾害可分为冰川灾害与冰川地质灾害两大类。冰川灾害是指直接由冰川体的运动对公路造成的损害，如冰(雪)崩，冰川溃决、冰川跃动或冰舌波动，对公路主线结构物造成直接破坏或丧失交通功能。由冰川本身特性或运动引起的，如冰川补给水源，冰崖消解等间接引起的地质灾害，造成公路损毁，定义为冰川地质灾害，如冰湖溃决，冰川泥石流等。 RICHARDSON，REYNOLDS，QUINCEY等人对冰川灾害提出了不同的分类^{[32, 33, 34]}，本文依据中巴公路灾害的特点，提出了冰川灾害与冰川地质灾害两大类别，10个类型(表 2)。

中巴公路洪扎(Huza)到红其拉甫口岸(Khunjerab)为高山峡谷地段，海拔2 200~4 750 m，公路多沿溪布线。两侧谷峰冰雪覆盖，谷岭高差多于1 000 m以上，每年在秋末冬初和春末夏初极易发生积雪型和融雪型雪崩。冰(雪)崩被认为是冰湖溃决的主要原因之一。每年11月至翌年的3月，谷坡雪岭上部开始积雪，积雪增厚，当雪体失去平衡或受扰动，便会发生积雪型雪崩，规模较小；春夏季节气温回升，厚重的积雪下部先期消融、塌落、形成临空面，上部积雪在重力作用下发生融雪型雪崩，规模较大。据调查，洪扎以北，全线共有21处中、大型雪崩。图 3所示为2009年4月18日，中巴公路K653+900处(N36°17′51.2″，E74°47′8.8″)发生冰崩事件。

冰川跃进是指冰川突然运动，比正常冰川移动的速度两倍以上，或者冰川速移存在一个固定周期^{[25, 35]}。也有人认为，冰川移动速度高于正常速度至少一个数量级，可称为跃动冰川^[36]。 据统计世界上90%的冰川跃进事件发生在中巴喀喇昆仑地区与北美阿拉斯加-育空地区^[3]。对于喀喇昆仑地区冰川跃进事件，前人有大量的研究与论述^{[3, 8, 9, 15, 17, 21, 27, 37, 38]}。

研究表明，中巴公路喀喇昆仑地区的冰川跃动现象有独特的地貌与成因特征。

(1)跃进冰川的下伸冰舌的表面常常被巨厚冰碛石覆盖。这表明，中巴公路沿线冰川跃进，主要是由于冰崩补给或存在地势陡峭的活跃性支流冰川，或在冰川补给源区存在大规模的冰流动。很少有冰川跃动由积雪区补给形成^[3]。冰川在发生跃动后，冰面地貌形态特征包括冰面杂乱分布的冰隙、快速扩张的冰缝、剪切变形的冰川周边、折断的支流冰川、扩张的冰前崖、大规模的水平与垂直方向的冰川位移。

(2)冰川跃进的成因多与冰川本身有关，与气候或地震等外界激发因素 关系不大。过去的研究表明，中巴公路沿线冰川跃进与事件之前短暂的气候波动或地震无关，而且周期性的冰川跃动与冰川本身的长度、面积与活动速率无关，与冰川方位、纬度无关。中巴公路的冰川跃进与特定的冰川孕存环境，如地形特征与高度、岩床物理性质(岩性、强度、粗糙度等)、地质构造(断层)、冰川体积与形状等几何尺寸、冰下冰碛物力学特性，冰内温差等因素可能有关。

有学者认为，近年来喀喇昆仑地区冰川呈现大规模的冰川跃动^[39]。然而，据我们五年来的现场考察，中巴公路沿线绝大部分跃动型冰川处于萎缩状态。公路沿线的希斯帕冰川、哈萨纳巴德冰川、米纳平冰川、叶古兹冰川、比阿佛冰川、巴托拉等跃动性冰川，在历史上曾发生过冰舌跃进^{[3, 13, 14, 17, 21, 27]} 。近年来考察表明，这些冰川冰舌处于后退或停滞状，或者波动较小。固尔金冰川，过去并没有较大的冰舌跃动的记载，只分别在1980年、2008年发生一定规模的冰舌跃动现象^{[22, 40]}。

按照时间跨度，冰舌波动可划分为长期进退、周期往返、季节波动、短期跃动四种类型。长期进退与全球气候有关，例如冰期或间冰期的交替，全球冰川在总体趋势上呈现一致性进退。冰舌在连续几十年的前进后，随一个气候旋回的交替，开始表现周期性的后退。一年四季的湿热变化可以影响冰舌位置随季节变动，例如冰舌冬季高耸前行，夏季则发生冰崖消融萎缩。中巴公路主要受到冰舌季节波动和突发因素造成的短期跃动的影响。

早在 1906年，前人学者开始对喜马拉雅喀喇昆仑地区的冰舌进行观测。历史上，中巴公路沿线的冰川发生过著名的跃进，冰舌在一年内，甚至几个月内，迅速推进，堵塞河谷，拦截水道，后引发溃决洪水或大规模泥石流^[41]。近年来，固尔金冰川冰舌波动较为典型(图 4)。研究表明^{[14, 15, 17, 42]}，中巴公路喀喇昆仑冰川冰舌动有以下特征：

图 4 2011年6月7日 固尔金冰川东面冰舌冰崖距公路路面约450 m Fig. 4 Distance between frontier of Ghulkin Glacier and highway was 450 m,2001-06-07

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(1)冰舌波动进退有旋回性，若干年的冰舌前移结束后是持续长时间的冰舌后退。

(2)冰舌位置变化不能完全体现冰川运动趋势。前人发现，冰川移动的速度在冰川体内存在差异，冰川长度往往并不能发生显著变化，因此，有些冰川跃动并不能引起冰前崖或冰舌位置变化^[3]。将冰舌位置变化作为冰川跃动的标志或是冰川前进的标杆，也受到了学者的置疑^[43]。这也是本文将冰川跃动与冰舌波动作为两个不同的冰川灾害类型的原因。

(3)冰舌前崖消融后退需要的历时一般较冰川前行的时间长。

(4)不同冰川，即使相邻冰川的冰舌进退的时间与间隔不一致。

中巴公路沿线冰川涌水现象可从冰下，冰前或冰上水体，甚至冰内冰湖溃决引起。现场观测表明，夏季冰川涌水量较冬季明显增大，温差变化和太阳辐射对冰川融水有影响。 库加尔帕冰川在夏季一天24小时冰川涌水流量有变化，冰下涌水量在14∶00达到最大值，然后逐渐降低。

中巴公路冰川冰舌波动不但导致冰川涌水量的大小变化，更大的威胁是涌水改道，造成公路主体工程失去功能^{[10, 22, 44, 45]}。中巴公路K676+450-K678+500路线位于固尔金冰川冰前扇上，冰川冰崖下涌水通道近年来不断发生改变。固尔金冰川涌水存在四个通道，分别是东南出口(K676+450)、东1^#口(K676+660)、东2^#口(K677+100)、东3^#口(K677+660)。1980年以来，冰下涌水从东南出口大量涌出^[44]，2006年中巴公路复建工程时公路设计上考虑一座中桥跨越。2008年开始，东南出口涌水渐渐枯萎，成为潜水，东1^#口(K676+660)出水增大，流水汹涌，淤积老桥(图 5)。

图 5 2008年9月23日 固尔金冰川冰崖(K676+660)涌水 2008年引发4次泥石流 Fig. 5 Stream gushed from channel beneath the snout of Ghulkin Glacier at K676+660 of KKH,2008-09-23, resulted in 4 occurrences of debris flows in 2008

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洪扎河谷及附近地区是中巴公路沿线冰湖分布最为集中，危害最严重的地区。冰湖成因一般认为是由于冰川后退残留水体汇集形成^[20]。据统计洪扎河谷共有110个冰湖，冰湖面积动态变化。 虽然洪扎河谷大多冰川发源于高耸的雪峰，但冰川前端大多沿河谷下行至相对干热的低海拔谷底，冰舌的迅速消融与进退，频繁引起冰湖溃决。哈萨纳巴德冰川、希斯帕冰川、米纳平冰川、新沙勒冰川、固尔金冰川、帕苏冰川与巴托拉冰川的冰舌前端在中巴公路主线附近活动，如帕苏冰川、巴托拉冰川、固尔金冰川曾经多次越过中巴公路^{[10, 22, 44, 46]}，这些冰川的进退，阻断河谷，形成冰坝、冰湖溃决引发洪水泛滥^{[4, 15, 17, 22]}。

中巴喀喇昆仑公路冰湖溃决包含两种典型的溃决类型:一种是冰碛体失稳溃决型，以固尔金冰川冰湖溃决型为代表；一种是冰崩、冰滑坡激发溃决型，以帕苏冰湖溃决型为代表。

帕苏冰湖溃决泥石流事件是近年来最典型的冰湖溃决泥石流事件之一(图 6、图 7)。由于帕苏冰川冰舌后退，1981年在帕苏冰川前缘，前碛堤与侧碛堤围成的洼地，在冰川融水补给下形成小型冰湖，长453 m，距离冰川175 m。2008年1月，发生冰湖溃决洪水，河水漫过中巴公路桥，阻断红扎河，冲毁桥下游帕苏村庄，冲走许多家畜，冲毁耕地，中断交通达半月之久。冰川两侧山体发生冰崩，附入冰湖，激发涌流，冲毁冰碛堤，引发湖水下泄。2008年4月冰湖再次溃决，溃决洪水冲毁下游许多被村民废弃的房子^[47]。

图 6 Pasu冰川冰前湖 Fig. 6 Glacier lake developed on end moraine in front of Pasu Glacier

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图 7 K687+440 Pasu冰川冰前湖溃决，形成泥石流(2008年1月6日) Fig. 7 An event of glacier lake outburst flood (GLOF) flow (2008-01-06)

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泥石流是喀喇昆仑公路沿线最为常见和最频繁的地质灾害，大部分泥石流的形成具备冰川成因。由于地区构造发育独特，自第三纪以来的强烈抬升，河床下切，多级河流阶地发育，加之高海拔的冰川气候，寒冻风化强烈，公路沿线发育大规模的冰水洪积扇，这为泥石流的发生提供了丰富的物质来源。夏季的冰山消融 、冰崩、冰舌波动等冰川活动，为泥石流的发生提供了充足的水动力条件和激发因素。

野外调查表明，中巴公路沿线分布泥石流沟155条，公路沿线从南到北依次分布有雨水型泥石流、雨水—冰川型泥石流、冰川—冰湖溃决型泥石流和冻融型泥石流四类。冰川—冰湖溃决型泥石流主要分布在分布哈斯纳巴德(Hasnabard，K623)至戈萨吉勒(Gosghil，K796)路段之间。中巴公路冰川泥石流可分为三类。

(1)冰川(积雪)消融型泥石流

现代冰川(积雪)沟谷内，夏秋季节，晴久高温，冰雪强烈消融，提供泥石流形成所需水源而形成的泥石流，这类泥石流分布在海拔2 000~2400 m之间，一般规模较小，流速较低，往往在山前形成坡度平缓的泥石流滩地。中巴公路K676+450路段分布冰川消融型坡面泥石流，前期冰水堆积物、冰碛石，掩埋或堆积公路主线。

(2)冰崩雪崩型泥石流

在长期消融条件下，高山冰崩雪崩，牵引触发冰谷沟谷物质或山前沟内覆盖坡地失稳而成的泥石流，大致分布在2 400~3 000 m之间。2009年4月K653+900处发生冰崩，触发泥石流，冲毁公路护坡。

(3)冰湖溃决型泥石流

在高山大陆性冰川地带，由于高山冰崩入湖或冰雪消融湖水漫堤，冰湖湖堤溃决，湖水冲决而下，沿程冲刷挟携固体物质，形成持续时间短、速度快、规模大的泥石流，常发育在海拔3 000~4 500 m，冰湖发育的高山沟谷之间。中巴公路在海拔4 000 m以上冰湖溃决型泥石流少见，常见为冰川(积雪)消融型泥石流。

中巴公路沿线的岩崩(岩质滑坡)与所赋存的冰川环境相关。复杂的基岩地质、地震构造、冰缘气候垂直交替，冰—岩体运动、冰湖融水入渗、或高海拔昼夜温差引起岩体水楔劈裂作用等外界营力作用下，喀喇昆仑地区大量发育冰川成因的岩崩或岩质滑坡现象^[48]。

中巴公路滑坡数量少，确认的滑坡有两处，分别为K650+100～K651+040与K492+050～K492+980。这是与滑坡难以辨识有关。中巴公路沿线地质构造复杂，不同沉积成因地质体混杂堆积，后期冰川改造作用明显。自第三纪以来的强烈抬升，河床下切，多级河流阶地发育，加之高海拔的冰川气候，寒冻风化强烈，公路沿线发育大规模的冰水洪积扇，堆积物类型以崩积、残积、冲积、洪积、坡积、冰川堆积等成因以及混杂松散堆积为主，从沉积结构与地表形迹上，极难区别滑坡体。另外，冰川雪山消融和夏季集中的降雨，为滑坡、岩崩、泥石流等交替或同时发生，堆积物在组分上混杂，在现场判识是往往归类为泥石流灾害。

本文是国际首次以公路灾害防治的视角对中巴公路沿线冰川类型与特征、冰川灾害类型与特征提供总结。遗憾的是，由于地缘政治与交通困难，一些研究，如西喀喇昆仑冰川的跃进机理、动力学过程，致灾机制等，不能实施，这些恰恰是急需要长期野外基础工作，这将为具有能源战略意义的、处于论证中的中巴铁路、中巴石油管道等能源走廊的建设提供科学依据与数据支持。