摘要
由于独特的地理环境和广泛的冰川分布，青藏高原及其周边区域通常被称为地球“第三极”。过去几十年来，除喀喇昆仑和西昆仑山部分区域外，第三极大部分地区冰川呈现加速退缩趋势。冰川退缩一方面为冰湖的形成创造了潜在的地形条件，另一方面也促进了冰湖的进一步扩张。冰湖的形成和扩张在为下游地区提供潜在的水源和水力发电等的同时，也带来了潜在的巨大风险，尤其是突发的冰湖溃决洪水可以对下游上百公里的区域产生严重破坏，危及下游居民的生命和财产安全。此外，部分冰湖溃决洪水可以跨越国界，给下游地区防灾减灾和国际合作带来挑战。 第三极地区是已有记录的全球冰湖溃决洪水灾害高发和频发的热点地区之一。尽管目前关于第三极地区冰湖溃决洪水发生频率还没有统一的认识，但随着全球气候变暖导致冰川进一步退缩，冰湖朝向更陡峭和不稳定的区域发展，未来第三极地区面临的冰湖溃决洪水风险将可能增加。然而，对于整个第三极地区来说，其冰湖现状如何？过去发生过哪些冰湖溃决洪水事件？近几十年来冰湖如何变化？未来冰湖将会如何发展？当前面临什么样的冰湖溃决洪水灾害和风险？未来冰川消退背景下其冰湖溃决洪水灾害和风险将会如何变化？这些问题目前还没有很好的理解。 因此，本文首先利用历史卫星遥感影像对第三极地区冰湖现状及其近几十年的变化进行了调查分析，同时基于对大量历史文献资料的梳理和地貌形态学证据，对发生在第三极地区的历史冰湖溃决洪水事件进行了详细的整理和识别;然后，基于对冰床地形的模拟预测了不同二氧化碳排放情景下第三极地区未来潜在的冰湖发展趋势;最后，借助改进的冰湖溃决洪水灾害和风险评估模型对第三极地区当前和未来不同情景下面临的潜在冰湖溃决洪水灾害和风险进行了系统评估并识别了存在潜在跨境威胁的冰湖。此外，本文对近期发生在第三极地区的一起典型冰湖溃决洪水事件进行了详细的分析和重建。主要结论概括如下: (1)第三极地区冰湖广泛分布且存在明显的空间异质性，主要集中于新都库什-喜马拉雅-横断山以及西藏内陆山区、藏东南和天山山区。近几十年来，第三极地区冰湖数量和面积均呈现出增加趋势，冰碛湖主导了这一增长。未来的预测表明在冰川完全消失的情景下第三极地区将会形成超过13000个新的冰湖，总面积约为1510平方千米。区域尺度上，这些冰湖将主要集中于帕米尔、喀喇昆仑、昆仑山、喜马拉雅山以及西天山地区，同时它们的分布从东到西具有明显的空间差异。流域尺度上，它们将主要集中在印度河和塔里木河源头区域，其次为阿姆河流域、恒河流域、雅鲁藏布江流域和青藏高原内陆山区。 (2)第三极地区是冰湖溃决洪水的高发区，在过去两个多世纪里总共发生了近300次有记录的历史冰湖溃决洪水事件。喜马拉雅东部地区溃决洪水主要来自冰碛湖，有记录的冰川坝冰湖溃决洪水则全部发生在帕米尔和喀喇昆仑地区。总体来说，冰碛湖主导了已溃决冰湖的类型，但冰川坝和混合坝冰湖的溃决却贡献了已溃决总事件的绝大多数，这主要是由于冰川坝冰湖具有重复和高频率的溃决特性。第三极地区仍然存在大量未被记录的历史冰湖溃决洪水事件，高分辨率卫星影像结合冰湖溃决后遗留的地貌形态学特征可有效对此进行识别。 (3)对当前约7000个冰碛湖潜在的溃决洪水灾害和风险评估表明，第三极地区大约三分之一的冰湖具有高等级的灾害水平;大约六分之一的冰湖呈现出高等级的风险水平。区域尺度上，喜马拉雅东部具有最高的灾害和风险水平，大约是邻近其他区域的两倍。流域尺度上，雅鲁藏布江流域灾害水平最高，其次为恒河流域、印度河流域、萨尔温江流域、伊犁河流域和阿姆河流域以及青藏高原腹地;恒河流域具有最高的风险水平，其次为雅鲁藏布江流域、印度河流域、阿姆河流域、萨尔温江流域和锡尔河流域。 (4)对整个第三极地区而言，在冰川完全消退的情景下，未来冰湖溃决洪水灾害和风险水平将增长约三倍并存在着明显的空间差异。在高二氧化碳排放情景下，其大部分区域在本世纪末将达到“最大风险”状态。区域尺度上，喀喇昆仑、帕米尔和喜马拉雅西部地区将是未来冰湖溃决洪水灾害增长最大的区域，喜马拉雅中部、喀喇昆仑和喜马拉雅西部将是冰湖溃决洪水风险增长最大的区域。尽管在考虑的所有未来情景下喜马拉雅东部地区将一直是最主要的冰湖溃决洪水热点地区，但从更长时间尺度来看，喀喇昆仑地区将会成为另一个新的热点地区。流域尺度上，印度河流域、恒河流域和阿姆河流域将是未来冰湖溃决洪水风险增长最大的区域，恒河流域在所有考虑的未来情景下将保持最高的风险水平。到本世纪末，印度河流域将会超越雅鲁藏布江流域成为最危险的流域。 (5)第三极地区面临潜在的跨境冰湖溃决洪水威胁，中国和尼泊尔边境地区是当前面临跨境洪水威胁的主要区域，存在五个潜在跨境冰湖溃决洪水热点地区。随着未来冰湖的发展，这种威胁将会进一步增加。在冰川完全消失的情景下，预测表明产生跨境洪水威胁的冰湖数量将可能翻倍，中国和尼泊尔边界区域仍然是跨境洪水的热点地区，而塔吉克斯坦和阿富汗边界区域将有可能成为另一个新的热点地区。 (6)研究对2020年6月26日发生在中国西藏地区金乌措冰湖溃决洪水事件的分析表明，湖泊西部侧碛山坡的滑坡是导致此次事件的直接原因，而6月份以来该地区异常高温和持续强降水是触发这次事件的间接原因。重建结果表明此次洪水的洪水量约为1000万立方米，平均溃决时间为0.62小时，洪峰流量为5602立方米每秒。基于模型的模拟结果表明，在考虑的两种情景下，即滑坡产生的冲击波造成了大坝明显的后向侵蚀（情景A）和没有造成明显的后向侵蚀并存在一定的滞后性（情景B），均与基于经验的估算结果一致，然而考虑到现有证据，情景B更符合实际情况，其溃坝处峰值流量约为4600立方米每秒。
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