[] J.M.

據媒體報道，喀喇昆侖山冰川的發(fā)展活躍而穩(wěn)定，而喜馬拉雅山冰川正在不斷縮小。冰川變化不僅會對整個地區(qū)的水資源、水電開發(fā)及旅游業(yè)產生沖擊，而且還會促成山體災害的發(fā)生。近年來倍受關注的冰川災害問題是指冰壩潰決，更具體地說是指冰磧湖潰決洪水(GLOF)。這些冰川災害會給下游地區(qū)帶來大面積的破壞并有可能對水電站造成巨大威脅。1958年，尼泊爾境內一座冰湖發(fā)生潰壩，導致其下游的迪格錯(Dig Tsho)水電站在其完工慶典前兩周遭到毀壞。該地區(qū)的電力需求量十分巨大，因此冰川災害問題受到了前所未有的關注。

本文簡要概述了冰川災害及其評估方法，并針對水電開發(fā)提出了可能的應對策略。

1 氣候變化與冰川

最近數十年來，興都庫什山脈和喀喇昆侖山脈受中緯度西風帶控制，降雪增多，因此該地區(qū)的冰川較穩(wěn)定，甚至在活躍地推進，尤其是喀喇昆侖山冰川目前出現了躍動行為。冰川躍動是指冰川的加速運動階段，在此期間冰川末端快速推進，使冰川表面形態(tài)及內部水的分布產生明顯變化。目前對冰川躍動的作用機理尚無合理解釋，躍動冰川可向下游山谷移動并堵塞山谷，且迅速形成冰壩，積蓄大量融水(可達數立方千米)。20世紀初，喀喇昆侖山冰壩潰決造成的大洪水(2～3 km3)波及的最遠距離已超過1 200 km。

與此相反，控制喜馬拉雅山南側的印度夏季風強度減弱、時間延長，導致養(yǎng)育冰川的降雪減少。喜馬拉雅山冰川面積和體積的大幅變小已給冰川融化、河水徑流、居民用水及水電開發(fā)帶來了嚴重后果。從廣義上說，到21世紀末，全球冰川體積有可能至少會減少15%～55%。與此類似，北半球春季積雪也至少將減少7%～25%。大部分地區(qū)凍土溫度極有可能自1980年代初期已開始升高。

經驗表明，溫度升高對凍土會產生影響，雖然這種情況主要發(fā)生在高緯度地區(qū)，尤其是北極地區(qū)，但像安第斯山脈、阿爾卑斯山脈和喜馬拉雅山脈這樣的高海拔凍土同樣會受到影響，其結果表現為高海拔地區(qū)的巖崩和冰崩現象不斷增多。此外，高海拔冰川表現為“冷型(cold-based)”冰川，其溫度遠低于壓力熔點并與底部凍結在一起，其物質損耗主要由升華產生。低海拔冰川分為暖冰川和過渡型冰川，暖冰川的溫度與壓力熔點一致，未在底部產生凍結，其物質損耗主要通過融化產生。過渡型冰川上部為冷冰川，下部為暖冰川。

冰川湖的擴張是喜馬拉雅山冰川逐漸衰退的表現方式之一。冰川末端退縮時留下的冰磧石形成湖泊，冰壩一旦潰決就會發(fā)生冰磧湖潰決洪水。1994年，不丹北部納吉耶特索(Luggye Tso)冰磧湖發(fā)生潰堤事故，爆發(fā)的洪水量達到了18×106m3，事故造成下游21人死亡及大面積破壞，當洪水穿過200 km外的不丹與印度邊境時，其波幅仍在2 m以上。

2 冰川湖形成原因及危害

理查森和雷諾茲對喜馬拉雅山冰川災害作了概述。高山冰川造成的部分主要災害及其對下游的影響包括：

(1) 冰川湖；

(2) 冰磧覆蓋型冰舌形成與冰川同寬的湖泊；

(3) 冰崩形成的泥石流；

(4) 冰川飽和沉積物遭到破壞后形成的泥石流；

(5) 地震或冰川端墻凍土融化引發(fā)的山體滑坡，從而造成了破壞力最強的巖崩災難。

其他影響還包括：

(1) 冰板(glacial slab)破壞導致冰崩；

(2) 冰塔倒塌導致冰崩；

(3) 冰板破壞和冰塔倒塌導致巖崩；

(4) 冰崖崩解產生的位移波向末端冰磧石傳播后引發(fā)冰磧湖潰決洪水；

(5) 洪水在河灣漫出河道；

(6) 毀壞成熟林地，山坡裸露；

(7) 刨蝕谷壁，山坡失穩(wěn)，引發(fā)塊體運動(山體滑坡、泥石流和坍塌等)，洪浪泥沙增多。

以躍動冰川(surging glacier)為例，冰舌流經山谷時堵塞后形成水庫。由于喀喇昆侖山許多河流流量大，因此在短時間內，幾天到幾周，水庫的蓄水量會顯著增加。一旦冰塞湖水位達到足夠的高度，冰壩在水壓作用下就會抬高，冰下水可能又會反過來瓦解冰壩，繼而使湖水釋放到下游。

不丹北部魯納納(Lunana)地區(qū)有4座冰川湖，它們很好地反映了不同類型的冰川和冰川湖系統。北川冰川(Bechung glacier)屬于表磧覆蓋型山谷冰舌，由2條獨立的各自帶有堆積區(qū)的冰川合并而成。冰川最末端分布著眾多獨立的小冰面湖，這些小湖泊正在形成一座大的冰前湖。

拉夫斯特朗(Raphstreng)冰川是一條陡峭的谷冰川，在其末端終磧前形成一座發(fā)育良好的冰磧湖。

與北川冰川一樣，妥妥米(Thorthormi)冰川是由許多獨立的冰流單元組成的表磧覆蓋型復合谷冰川。冰川最平緩的末端因冰崩而分裂成冰山，冰舌看上去像是漂浮在其快速發(fā)育的冰前湖面上。

納吉耶(Luggye)冰川則要大得多。冰川從陡峭的堆積區(qū)向下流動形成長而平坦的冰舌，冰舌上覆蓋有表磧，大部分冰舌是死冰。冰川下游厚厚的表磧層導致其下層冰面消融速度減緩，使下游地勢高于上游，融水難以從冰面排出。冰面眾多的積水潭(pond)合并成為一個大的冰面湖(現稱為“納吉耶湖”)，該湖將下游表磧覆蓋的死冰區(qū)與主冰川分割開來。在有關2002年衛(wèi)星定位跟蹤影像中，由納吉耶湖左側冰磧壩GLOF缺口可明顯看到淺色的沉積物以及GLOF向西南方流動的軌跡。

冰川湖破裂時在冰磧壩上形成一個大的缺口，洪水攜帶的粗磧迅速在下游形成扇形沉積。

不丹運用遠程遙感技術對冰川流動進行了詳細監(jiān)測，通過這項工作現在可以很好地理解冰川湖的形成原因。冰川最末端的凈物質處于負平衡狀態(tài)，表1總結了冰川表面坡度與冰川流動特征之間的關系。

在對教學方法的調查中發(fā)現，理論課教學中，經常采用傳授式的教學方法。教學過程中教師的主導地位比較突出，學生主體性不太明顯，缺乏靈活性和多樣性。對于一些創(chuàng)新、能夠吸引學生的方法如游戲法、目標設置法、領會教學法、自主練習法運用較少。這說明教師在教學方法的選擇和應用方面還沒有進行及時的更新，比較受傳統體育思想的支配，沒進行學習新的教學方法。教學內容較多，沒有形成教學內容的多樣性。另一方面學生的上課人數較多，使用一些方法和手段的難度增加，導致多樣性的可能性較少。不利于采用創(chuàng)新的教學方法。

表1 冰川表面坡度、冰流及冰面湖發(fā)育之間的關系

冰面湖采用表面坡度<2°的標準有利于利用遙感技術來繪制冰川的面積，從而可得到冰川湖未來的分布狀況。例如，位于尼泊爾索魯孔布的埃姆加(Imjia)冰川長度有可能達到 4.4 km，將會是目前的兩倍。而同一地區(qū)的洛茲冰川，盡管其磧石表面已經或將會形成一些積水潭，但由于坡度過陡，很難形成大的冰面湖。附近的果宗巴冰川(Ngozumpa)正在其終磧后的鼻區(qū)形成冰面潭，由于鼻區(qū)坡度平緩(<2°)，這些冰面潭可能會形成一個長為9 km的湖泊(依據積水深度，可形成一個面積為 6.5 km2、容積為330×106m3的冰湖)。

因此將會面臨以下一些問題，即如此大的冰川湖帶來的將會是巨大的水資源還是巨大的災難？另外，在未來幾十年中，這種湖泊體系如何監(jiān)管？又由誰來監(jiān)管？

認識冰川系統內部地形分布和物質運動過程，以及冰川內部環(huán)境及終磧壩四周山壁的影響非常重要。建立冰川系統的整體概念將有助于鑒別可能引發(fā)GLOF的一些關鍵要素。

山崩、雪崩等外部因素對湖水行為產生的作用受個體湖泊系統形狀和形式的影響，這種作用反過來又會對終磧壩的穩(wěn)定及潰決機制產生影響，并最終會影響到洪水特性。由于迅速涌入湖盆的能量可能會高達其容積的大約10%，因此將會形成假潮波動。第1次振蕩或許是瞬時波，它可越過終磧壩并可能造成潰壩或堤壩退化，從而導致GLOF。據悉，1985年發(fā)生的迪格錯湖決口事件，即是由假潮波振蕩所引起的決口而導致了數次洪水脈動，且每次脈動在主河道內的下泄路徑均不盡相同。

表2 冰川災害評估的觸發(fā)因子及臨界參數

對于較為典型的長條形冰面湖的湖泊，其長度要遠遠大于其最大深度。比如不丹的那吉耶湖和尼泊爾的羅帕湖(Tsho Rolpa)，即使冰舌發(fā)生的是小的崩解(小于冰湖體積1%)，也會產生“位移波”，其能量通過湖水向終磧壩水平傳播。該能量若大到一定程度，那么其產生的波浪或越過終磧壩安全水位(freeboard)或向其源頭反射回去。例如，在尼泊爾的羅帕湖觀察到，冰川末端冰崩引發(fā)的位移波，在距末端3 km的終磧壩處的波高達到了0.3～2 m。

另外，巖崩產生的相當于湖體積10%的大量巖屑涌入湖中，而湖的長度也是遠大于其最大湖深。涌入的巖屑足以使湖泊形成“巖崩型推動波”，該波沿湖的長度方向向終磧壩水平傳播，或越過較淺的安全水位或反射回湖盆，并可能會導致反射波發(fā)生橫向振動。

冰磧壩潰決原因包括管涌導致的物理破壞，壩內死冰通過可引起沉降的熱熔作用融化后而導致潰壩，向源侵襲性的單波漫流或逐浪漫流以及地震誘因。潰決原因不同，所產生的決口及洪水水位圖的形狀、復雜程度以及持續(xù)時長亦不相同。在做洪水模型研究時，對終磧壩潰決方式及洪水模式作的假設不同，其結果也會大相徑庭。

建立GLOF模型是繪制下游災區(qū)地圖的關鍵，韋斯特比(Westoby)等人對終磧壩洪水建模進行了審查。大多數已發(fā)布的重建或預測模型存在著局限性，它們在實用性方面過于簡單。針對已發(fā)生或有可能發(fā)生的洪水事件，這類模型的模擬結果缺少廣泛代表性，因此應謹慎使用。盡管物理算法代表最先進的潰決數字建模方法，但在調查GLOF特征時也會很少用到。

3 冰川災害評估

目前存在以下2個問題：

(1) 如何用一致的有意義的方法來評估某一地區(qū)的冰川災害；

(2) 如何評定災害等級。

冰磧湖巨大的蓄水量并不是導致冰川災害的必然因素，認識這一點非常重要。

由于大多數高山冰川地處偏遠，若缺乏強大的后勤保障人們很難進行實地考察。因此，近幾十年來遙感技術已嶄露頭角，該技術可以對大面積(幾百平方公里)冰川實施初步災害評估。運用超高分辨率影像(地面分辨率<1 m)和相關的數字高程模型，可以對更多的受限區(qū)域(如<10 km2)的特定冰川湖進行更為詳細的災害評估?？梢詫⒃擃愒u估、分析結果用來設計一些值得投資的野外項目，包括詳細的地貌、物探、地形及工程地質測量。

很多臨界參數可用來給湖泊系統分類，但其自身并不能指明災害存在與否。表2列出了一些臨界參數，對于存在的GLOF災害，一定會有潛在的觸發(fā)事件存在。影響GLOF可能發(fā)生的關鍵因素包括：

(1) 湖水位上方的安全水位(moraine freeboard)達到最小值，磧石壩寬度狹窄，使大壩極易漫頂。

(2) 山谷或懸冰川的巖崩、雪崩直接進入湖泊，從而誘發(fā)假潮波或崩塌型推動波。

(3) 壩體有滲漏或管涌。

(4) 壩內冰核融化，致使終磧壩連續(xù)性垮塌。

對臨界參數和觸發(fā)因子兩種參數所發(fā)揮作用的大小，可用比例因子(scale factor)來權衡。這種方法構成了“多目標分析法”的一部分，并于1988年首次用于不丹水電項目建設中，隨后在冰川地區(qū)也沿用了這種方法。用臨界參數和觸發(fā)因子兩個參數充當權重，可以得到災害評分結果并繪出災害等級圖。

4 水電項目冰川災害監(jiān)測

無論是冰磧湖還是冰壩潰決所引發(fā)的洪水，均可應用以下3種應對管理策略。即：

(1) 抵御(resistance)；

(2) 分流(deflection)；

(3) 避免發(fā)生。

在第一種情形下，建筑物的設計和施工應考慮到洪水類型和等級，以確保其具有抵御洪水(按洪災等級)的能力。

在第二種情形下，洪水規(guī)模過大，不宜設計防洪建筑物，因而有必要在上游的水電設施和洪水源之間修建泄洪或消能建筑物。這種導流建筑物包括導流堰、壩。

第三種情形是指上述兩種方法均不適用時，則應當在洪水源頭上采取根治措施以消除洪水或降低洪水能力，從而達到可以用前面一種或兩種方法處理的水平。然而，這兩種方案均要求可能出現的洪水具有在現實中可接受的相似性質。因此，上述兩種GLOF模型的邊界具有密切的關聯性。

還有一點非常重要，即水電項目在可行性研究階段開始之前或之中，一旦對可能的洪水事件作出了評估，就必須對上游存在的災害予以定期核查，因為這種災害會隨著氣候的變化而發(fā)生改變。

然而GLOF一旦在某一特定的冰川湖系統發(fā)生，那么就不太可能再次出現，因為積水壩將遭到破壞，比如喀喇昆侖山冰川可能會出現反復的躍動期。因此，一旦冰川發(fā)生躍動，就不能假設它不會再次發(fā)生。盡管對喀喇昆侖山冰川躍動的重現期目前一無所知，但喀德平(Khurdopin )冰川在20世紀70年代較晚時期出現過躍動。該冰川在20世紀90年代末又再次出現躍動，表明其重現期應該為20 a。這種情況表明，如果一座設計壽命為50a的水電站所在的流域有躍動型冰川，那么該冰川再次發(fā)生躍動的機率就非常大，也許還不止一次。

為保證水電站的安全運行，強烈建議應對水電站上游的冰川災害定期給予系統地評估，可以每5a開展一次。水電項目在可行性研究階段也許不存在冰川災害，但開始施工后災害也許就來了，而且隨著時間的推移，災害規(guī)模和程度或許會越來越大。

5 結 語

由于氣候變化帶來的全球變暖導致包括高緯度地區(qū)的降雪減少和凍土解凍，意味著山體風格及規(guī)模，尤其是冰川災害隨著時間的推移也會發(fā)生改變。從印度西北部，經尼泊爾、錫金到不丹東部的喜馬拉雅山脈的冰川正在大幅縮減，有些則處于解體的狀態(tài)。冰川退縮導致冰磧湖融水增多，當冰磧湖的穩(wěn)定達到臨界點時，任何的外因均會導致冰磧湖潰壩而泄放大量洪水，誘因包括巖崩、冰崩、上游冰川湖突發(fā)來水及可能發(fā)生的地震。據報道，喜馬拉雅山GLOF肆虐距離長達200 km，而印度河上游冰壩垮塌導致的突發(fā)洪水更是長達1 200 km。

鑒于興都庫什山、喀喇昆侖山和喜馬拉雅山等地區(qū)現有及規(guī)劃開發(fā)的水電容量十分巨大，因此應該對這些水電項目上游的冰川災害予以正確評估、審查并開展定期監(jiān)測，建議最好每5 a開展一次。