喜马拉雅山中段1990-2022年冰湖变化及其溃决洪水灾害研究

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中文摘要：全球变暖加速了喜马拉雅山中段的冰川退缩和冰湖扩张，冰川的快速消融、崩解和冰湖的水、热结构变化增加了冰湖溃决洪水（GLOFs）发生的频次和规模，对下游居民的生命财产和基础设施安全构成了严重威胁。及时、准确地掌握和监测喜马拉雅山中段冰湖的动态变化，对于了解区域气候变化下的水资源状况以及冰冻圈防灾减灾害都具有重要意义。鉴于此，本文利用 1990-2022 年遥感影像（Landsat系列和Sentinel-2）和气象资料，基于Google Earth Engine（GEE）平台构建了一种改进的归一化水体指数（Enhanced Normalized Difference Water Index，ENDWI）与动态阈值法（OTSU）相结合的冰湖轮廓自动提取方法，系统分析了喜马拉雅山中段地区冰湖时空分布、动态变化及其对气候变化的响应，并探讨了冰湖扩张与GLOFs发生的相关性。最后，利用遥感、数值模拟和野外调查相结合的方法评估了典型冰湖工程治理效应。主要研究结论如下：（1）截止2022年，喜马拉雅山中段共识别出2562个冰湖，总面积为257.48±10.46 km2，总体积为60.69±6.07 km3；喜马拉雅山中段地区冰湖主要分布在中国-尼泊尔边境地区，海拔为3600~5900 m的区间内，以面积小于0.1 km2的小冰湖为主。1990–2022年间，喜马拉雅山中段的冰湖扩张以小冰湖为主，新增冰湖847个（相对数量变化49.39%），总面积增加了88.61±4.64 km2（相对面积变化52.47%），总体积增加了24.72±2.59 km3（相对体积变化68.72%）。其中，四个典型冰湖随着母冰川的退缩，沿着冰川末端的方向迅速扩张。（2）全球变暖和冰川融水的增加是冰湖扩张的主要驱动力。自1950年以来， GLOFs的发生频率呈显著上升趋势，GLOFs发生频次最高的月份是6月和8月，冰崩是导致冰湖溃决的主要诱因。（3）模拟结果表明，冰崩（情景 A）和滑坡（情景 B）快速移动到湖中直接触发的GLOFs 过程链的结果相似。工程治理后，洪水出现的峰值流量、最大水深和最大流速都有所降低，这表明工程治理在很大程度上降低了冰湖溃决洪水发生的风险。对典型冰湖进行综合工程治理，可以有效地降低冰湖的水位，提高冰碛垄和湖坝的稳定性，可降低溃决风险和对下游的破坏力。

作者：

程小强

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关键词：

溃决洪水冰湖变化气候变化归一化水体指数动态阈值法

授予学位：

硕士

学科专业：

土木水利

导师：

李旺平、周兆叶、上官冬辉

学位年度：

2024

学位授予单位：

兰州理工大学

语种：

中文

中图分类号：