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    巴托拉等冰川的新近變化及對(duì)中巴公路的影響

    2022-02-03 07:24:22李志杰王寧練常佳雯
    干旱區(qū)研究 2022年6期
    關(guān)鍵詞:融水冰川流速

    李志杰, 王寧練,3, 常佳雯

    (1.陜西省地表系統(tǒng)與環(huán)境承載力重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 西安 710127;2.西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院地表系統(tǒng)與災(zāi)害研究院,陜西 西安 710127;3.中國科學(xué)院青藏高原研究所,北京 100101)

    喀喇昆侖公路(Karakoram Highway,KKH,以下簡稱公路)北起新疆喀什,南至巴基斯坦塔科特,是中巴兩國實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通,建設(shè)中巴經(jīng)濟(jì)走廊的戰(zhàn)略通道。公路穿越的東帕米爾高原、喀喇昆侖山是高亞洲冰川分布最集中的地區(qū)之一,冰川災(zāi)害曾多次威脅和中斷公路通行,造成重大損失[1-3]。位于巴基斯坦北部罕薩河(洪扎河)中游的巴托拉段是整個(gè)公路沿線距離冰川最近、冰川災(zāi)害最集中的路段,其中以巴托拉(Batura)、帕蘇(Pasu)、固爾金(Ghulkin)等3 條冰川對(duì)公路的威脅最大也最為直接[4-6]。

    1973年,巴托拉冰川主排水道(巴托拉河)改道引發(fā)的冰川洪水沖毀了建設(shè)中的公路和公路橋。1974—1975 年,為提供合理的修復(fù)設(shè)計(jì),中國考察組對(duì)巴托拉冰川開展了包括末端進(jìn)退、流速、厚度、融水徑流等全方面、詳盡的科學(xué)考察[4]。最終考察組提出按照原線修復(fù)的科學(xué)建議,確保了公路的長期穩(wěn)定通行[7]。此后的1978 年、1980 年、1994 年等,考察組再次對(duì)巴托拉地區(qū)開展科學(xué)考察,積累了豐富的地質(zhì)地貌、冰川物理、水文、氣象等科學(xué)資料[7-8]。在此基礎(chǔ)上,學(xué)者們揭示了巴托拉、帕蘇、固爾金等冰川在20世紀(jì)近百年的進(jìn)退變化,并預(yù)測(cè)巴托拉冰川將于2010s前后再次發(fā)生前進(jìn)[4-5,7-8]。

    進(jìn)入21 世紀(jì)以來,隨著氣候波動(dòng)的加劇,巴托拉、帕蘇、固爾金等冰川發(fā)生了許多新的變化,這些變化對(duì)公路的正常通行產(chǎn)生了新的威脅[9]。例如巴托拉冰川的主排水洞位置不斷北移,最終導(dǎo)致融水通道被冰舌擠壓切斷,時(shí)隔近50 a 后再次引發(fā)巴托拉河的大改道;帕蘇冰川末端的冰磧阻塞湖頻繁潰決,2008 年1 月和4 月2 次引發(fā)冰湖潰決洪水,中斷公路通行[10];固爾金冰川末端的頻繁波動(dòng)導(dǎo)致冰崖下的排水通道不斷遷移,僅在2008年就引發(fā)4次泥石流,致使公路橋底嚴(yán)重淤積[6,10-11]。因此,鑒于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的日漸凸顯和公路無可取代的地位,有必要對(duì)巴托拉、帕蘇、固爾金冰川的歷史與新近變化進(jìn)行揭示和分析,為公路的安全運(yùn)行和災(zāi)害防治提供參考。

    1 研究區(qū)概況

    巴托拉、帕蘇、固爾金冰川發(fā)源于喀喇昆侖山西段主脊——洪扎喀喇昆侖山北坡(圖1)。洪扎喀喇昆侖山平均海拔超過6000 m,最高峰巴托拉峰海拔高達(dá)7795 m,為冰川發(fā)育提供了極為有利的地形條件,使得巴托拉冰川群成為了公路沿線規(guī)模最大、末端海拔最低、進(jìn)退最為頻繁的冰川群之一。巴托拉、帕蘇、固爾金冰川上游粒雪盆面積開闊,補(bǔ)給物質(zhì)充足,中下游則深入了干熱河谷,消融強(qiáng)烈,因此屬于典型的多溫型冰川,并表現(xiàn)出較高的物質(zhì)平衡水平[4]。本研究的解譯結(jié)果表明,2021 年巴托拉冰川長約56.5 km,面積307.12±4.32 km2,末端海拔約2620 m;帕蘇冰川長約26.4 km,面積64.81±0.72 km2,末端海拔約2700 m;固爾金冰川長約17.8 km,面積28.26±0.47 km2,末端海拔約2540 m。

    圖1 巴托拉、帕蘇、固爾金冰川的地理位置Fig.1 Geographic location of the Batura,Pasu,and Ghulkin Glacier

    2 數(shù)據(jù)與方法

    2.1 數(shù)據(jù)源

    2.1.1 Landsat 影像 本研究使用了獲取于1972—2022 年的25 景Landsat 系列影像,以揭示研究冰川的相關(guān)變化(表1)。所用影像均為L1T 級(jí)產(chǎn)品,由USGS(United States Geological Survey,https://earthex?plorer.usgs.gov/)進(jìn)行了系統(tǒng)輻射校正和幾何校正,并結(jié)合DEM進(jìn)行了地形校正。由于Landsat系列影像有相當(dāng)高的正射校正精度,達(dá)到1/2 像元左右,因此本研究直接利用Landsat 影像開展冰川變化研究[12]。為提高冰川邊界、出水洞、融水徑流等地物的解譯或識(shí)別精度,本研究選取了消融季末期,冰川區(qū)無云、山體陰影覆蓋較小的影像[13]。

    表1 遙感影像數(shù)據(jù)Tab.1 List of the Landsat images used in this study

    2.1.2 冰面高程變化數(shù)據(jù)集 Brun等[14]利用ASTER立體像對(duì)提取DEM,基于大地測(cè)量學(xué)方法,通過DEM的空間匹配與誤差校正,重建了2000—2016年高亞洲冰川的表面高程變化與物質(zhì)平衡,并生成了高亞洲冰面高程變化數(shù)據(jù)集。數(shù)據(jù)集中的誤差主要源于DEM的生成精度及其空間匹配偏差,因此以非冰川區(qū)等地形穩(wěn)定區(qū)的高程殘差來校正并評(píng)價(jià)冰面高程變化的誤差[14]。該數(shù)據(jù)集的空間分辨率為30 m,可獲取于PANGAEA(https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.876545)。

    2.1.3 冰面流速數(shù)據(jù)集 NASA 的ITS_LIVE(Intermission time series of land ice velocity and elevation)產(chǎn)品包含了1985—2020 年高亞洲主要冰川的流速數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品基于Landsat 影像,采用Gardner 等提出的自動(dòng)裂縫特征跟蹤處理鏈方法,通過進(jìn)行局部歸一化、過采樣、特征跟蹤等提取冰川流速[15-16]。影像的空間匹配偏差是該產(chǎn)品的主要誤差來源,盡管在生成過程中已基于基巖等穩(wěn)定地形對(duì)其進(jìn)行校正,但無法徹底消除。因此,ITS_LIVE產(chǎn)品同樣基于非冰川區(qū)的流速殘差評(píng)價(jià)冰川流速的不確定性[15]。1999年之前(TM影像)冰川流速估算的不確定性超過10 m·a-1,1999年之后(ETM+影像)降低為約2 m·a-1,2013 年之后(OLI 影像)降低為約0.5 m·a-1[16-17]。本研究選用了其中1985—2018 年的冰川年平均流速合成數(shù)據(jù),空間分辨率為120 m(https://its-live.jpl.nasa.gov/)。

    2.2 方法

    2.2.1 冰川邊界解譯 由于研究冰川表面存在大范圍表磧覆蓋,且進(jìn)退變化頻繁,本研究采用目視解譯提取冰川邊界[13]。在中上游裸冰區(qū),直接根據(jù)Landsat 假彩色影像(熱紅外、紅、綠波段組合)中顯著的色彩差異進(jìn)行冰川邊界的數(shù)字化(圖1)[18]。在表磧覆蓋的冰川下游,則根據(jù)末端冰崖與出水洞的組合、高程變化等地形和水文特征識(shí)別冰川邊界[19]。假彩色影像中,裸冰區(qū)與表磧區(qū)、表磧區(qū)與基巖區(qū)、冰崖與水流等的色彩差異均得到了顯著增強(qiáng),由此可準(zhǔn)確識(shí)別冰舌、出水洞等的位置。野外考察資料表明,研究冰川冰舌消融強(qiáng)烈,因此末端冰崖與出水口的組合即代表了冰川運(yùn)動(dòng)的最前緣[4,6,20]。在實(shí)際解譯中,本研究首先完成2021年的冰川邊界提取。在此基礎(chǔ)上結(jié)合不同時(shí)期的影像,修改冰舌等發(fā)生變化的部位,以獲取其他年份的冰川邊界。2.2.2 解譯精度評(píng)價(jià) 基于光學(xué)影像解譯冰川邊界的精度主要受影像空間分辨率的影響,因此本研究采用統(tǒng)計(jì)冰川輪廓線經(jīng)過的像元數(shù)量的方法,評(píng)價(jià)目視解譯提取冰川邊界的不確定性[21]。公式如下:

    E=N·λ/2

    式中:E為冰川面積的不確定性;N為冰川邊界經(jīng)過的像元數(shù)量;λ為像元面積。

    2.2.3 出水洞與融水通道識(shí)別 出水洞指位于冰川末端,冰內(nèi)和冰下水系的排水出口,本研究結(jié)合野外考察記錄和遙感影像識(shí)別冰川出水洞與融水通道的遷移變化。如圖2所示,在消融季末期的Land?sat 和Google Earth 影像中,得益于巴托拉冰川較大的排水量,冰川出水洞與融水通道的準(zhǔn)確位置可獲得有效識(shí)別。此外,在1973—2021 年2 次大改道期間,巴托拉河下游保持穩(wěn)定,上游隨冰舌波動(dòng)而延伸,因此結(jié)合不同時(shí)期的遙感影像即可準(zhǔn)確識(shí)別出水洞與融水通道的變遷過程。

    圖2 巴托拉冰川出水洞與融水徑流的識(shí)別Fig.2 Identification of drainage system of the Batura Glacier

    3 結(jié)果與分析

    3.1 冰川進(jìn)退變化

    近150 a 來,巴托拉冰川發(fā)生過多次進(jìn)退波動(dòng)。1873年巴托拉冰川發(fā)生前進(jìn),但此后近50 a間冰舌位置基本保持穩(wěn)定。1930s 冰川開始衰退,1944—1966年退縮827 m。1960s末轉(zhuǎn)入前進(jìn),1966—1980年前進(jìn)約136 m。1980s初再次衰退,至1994年累計(jì)后退了150—200 m[4-5,7,22-23]。影像資料表明(圖3a),1994—2008 年巴托拉冰舌繼續(xù)后退約410 m,2008年冰舌再次前進(jìn),至2021 年7 月累計(jì)前進(jìn)約230 m。綜上所述,近150 a 來巴托拉冰舌每隔50~60 a就會(huì)發(fā)生一輪前進(jìn),但每輪前進(jìn)一般只可維持10~20 a,總體而言,近150 a 來巴托拉冰川以退縮為主導(dǎo)[23]。

    圖3 1972—2021年巴托拉、帕蘇、固爾金冰川進(jìn)退變化Fig.3 Terminus positions at different periods for the Batura,Pasu,and Ghulkin Glacier from 1972 to 2021

    帕蘇冰川雖曾于1907—1913 年發(fā)生過大規(guī)模躍動(dòng),導(dǎo)致冰舌前進(jìn)約1200 m[24],但此后卻長期處于退縮狀態(tài),僅在2000 年前后發(fā)生過一次前進(jìn)。1972—1998年,帕蘇冰舌累計(jì)后退約180 m,1998—2002 年前進(jìn)220 m,2002—2021 年再次后退約570 m。因此近百年來,帕蘇冰川總體處于加速退縮狀態(tài)(圖3b)。

    近百年來,固爾金冰川進(jìn)退頻繁,堪稱公路沿線最活躍的冰川之一。1885—1980年固爾金冰川發(fā)生了3 輪進(jìn)退,期間還伴隨著多次小幅度波動(dòng)[6]。1966—1978 年,固爾金南冰舌后退260 m,1978—1980年卻又前進(jìn)260 m,此后前進(jìn)速率減緩,1980—1994 年累計(jì)前進(jìn)100 m[6]。之后再度衰退,至2021年累計(jì)退縮約390 m。北冰舌更加活躍(圖3c),1972—1990 年后退200 m,1990—1998 年又前進(jìn)170 m。之后,冰舌開始在小范圍內(nèi)頻繁波動(dòng),最終在1998—2018 年累計(jì)前進(jìn)120 m。2018 年起冰舌再次衰退,至2021年已后退約36 m。

    3.2 融水通道變化

    1973年6—7月,巴托拉河改道后冰川主出水洞由中流線附近轉(zhuǎn)移至冰舌南側(cè),但此后主出水洞位置開始緩慢遷移。2000年之前遷移速率較慢,基本穩(wěn)定在冰舌南側(cè)。2000 年之后,遷移速率明顯加快,逐步越過中流線到達(dá)冰舌北側(cè)。至2021 年6月,主出水洞已處于冰舌西北側(cè),排水道隨之延伸完全橫亙于冰舌前(圖4a)。2021年6—7月,冰舌的突然前進(jìn)擠壓切斷了主排水道,引發(fā)了近50 a 來巴托拉河的又一次大改道(圖4b)。由于冰壩阻擋,融水徑流被迫在冰磧丘陵中侵蝕切割出一條新的通道,直接導(dǎo)致巴托拉河由2.9 km縮短為2.5 km,縱比降由65‰增大至76‰,因此流速顯著增快。

    圖4 巴托拉、固爾金冰川融水徑流排水通道變化Fig.4 Variations of the meltwater runoff drainage channel of the Batura and Ghulkin Glacier

    受地形影響,帕蘇冰川的排水通道十分穩(wěn)定。但在1981年之后,冰舌附近在融水補(bǔ)給下形成了一個(gè)小型終磧阻塞湖,2011年實(shí)測(cè)面積約0.12 km2[10]。在水量增加、冰舌崩塌、谷坡落石等的共同作用下,阻塞湖曾于2007年7月、2008年1月、4月等數(shù)次發(fā)生潰決,引發(fā)冰湖潰決洪水[3,10]。但經(jīng)過數(shù)次潰決以及融水徑流的長期侵蝕,近年來帕蘇冰湖終磧堤的完整性已遭到破壞,冰湖發(fā)育規(guī)模受到很大限制。

    固爾金段是公路沿線受冰川融水影響最大的路段之一。由于冰舌分為南北兩支且融水徑流流程極短,不足1 km,因此冰川融水呈輻散狀,極不穩(wěn)定且頻繁發(fā)生改道。固爾金冰川主要排水通道約有6 條,小型通道則難以計(jì)數(shù)[6,10]。其中,北冰舌融水集中在M1通道,南冰舌的M2通道也已基本廢棄(圖4c)。長期以來,M5為南冰舌的主排水道,但近年來M4 的水量也在增大。M3 曾在2014 年前后短暫成為主排水道,但之后水量又迅速減少,M6 水量也較為有限。因此,近年來南冰舌融水通道以M5與M4為主,M3與M6為輔。

    3.3 冰面高程與流速

    近年來“喀喇昆侖異常”現(xiàn)象備受關(guān)注,但就處于喀喇昆侖山西北邊緣的巴托拉地區(qū)而言,2000年以來的冰川物質(zhì)虧損卻有所加速[20,25]?;贙H-9 DEM和SRTM DEM的研究發(fā)現(xiàn),1973—1999年巴托拉和帕蘇冰川物質(zhì)平衡分別為0.00±0.10 m w.e.a-1和0.05±0.11 m w.e.a-1,表明2000年以前冰川物質(zhì)收支基本保持穩(wěn)定[20]。但此后的2000—2016年,巴托拉、帕蘇、固爾金冰川表面高程均發(fā)生了下降(圖5a),下降速率分別為0.09±0.29 m·a-1、0.15±0.17 m·a-1和0.08±0.26 m·a-1,尤以冰川末端表現(xiàn)最為明顯[14]。盡管下降速率較為微弱,但這依舊表明2000年以來巴托拉地區(qū)冰川發(fā)生了物質(zhì)虧損。

    圖5 巴托拉、帕蘇、固爾金冰川表面高程變化(a)與年平均流速(b)Fig.5 Surface elevation change(a)and annual average flow velocity(b)of the Batura,Pasu,and Ghulkin Glacier

    長期以來,3 條研究冰川均維持著較高的表面流速。1985—2018年,巴托拉、帕蘇、固爾金冰川的平均流速分別為59.60±0.28 m·a-1、106.44±0.44 m·a-1和19.50±0.35 m·a-1。就流速的空間分布而言(圖5b),高值區(qū)域均出現(xiàn)在冰川上游的粒雪線附近。巴托拉冰川的最大流速出現(xiàn)在粒雪盆出口,第一、第二冰流構(gòu)成的冰瀑布處,接近1200 m·a-1。帕蘇冰川的最大流速出現(xiàn)在相同的位置,約940 m·a-1。固爾金冰川流速相對(duì)平緩,最大流速也出現(xiàn)在了冰瀑布以下的附近位置。相較于巴托拉和固爾金冰川,帕蘇冰川流速較快,意味著其物質(zhì)平衡水平更高,這是帕蘇冰舌消融更強(qiáng)烈的主要原因。

    4 討論

    4.1 冰川變化的影響因素

    山地冰川是氣候與地形共同作用的產(chǎn)物,但在十年或百年尺度上,冰川變化主要受氣候條件的影響[26]。冰川物質(zhì)平衡直接由當(dāng)年氣候狀態(tài)決定,末端進(jìn)退卻更多地受氣候長周期波動(dòng)的影響,因?yàn)閺臍夂蜃兓奖嗖▌?dòng)需要一個(gè)能量積聚和動(dòng)力反映的過程,即存在滯后性。滯后期的長短主要與冰川規(guī)模有關(guān),小規(guī)模冰川為3~30 a,大規(guī)模冰川則會(huì)更長[4,27]。

    就巴托拉、帕蘇、固爾金這種大型復(fù)式山地冰川而言,氣溫的長周期波動(dòng)是影響冰舌進(jìn)退的關(guān)鍵因素[8]。如圖5所示,2000年以來,冰川積累區(qū)基本保持穩(wěn)定,消融區(qū)高程則有所降低,表明近幾十年來罕薩河谷的升溫直接導(dǎo)致了冰川物質(zhì)虧損的加劇[28-29]。而巴托拉、帕蘇、固爾金冰舌在減薄的同時(shí)發(fā)生進(jìn)退波動(dòng),則充分體現(xiàn)了冰舌進(jìn)退對(duì)氣候響應(yīng)的滯后性以及冰川規(guī)模對(duì)于滯后性的影響。有研究表明,近150 a來巴托拉冰舌進(jìn)退相較于氣溫波動(dòng)存在60 a 左右的滯后期,冰川的數(shù)次前進(jìn)均與氣溫的階段性變化存在很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系[4,7-8]?;谶@一判斷,不僅成功預(yù)測(cè)了巴托拉冰舌在1970s—2000年的進(jìn)退,還成功預(yù)測(cè)了冰舌在2010s 的最新一輪的前進(jìn)。

    躍動(dòng)冰川指周期性發(fā)生快速運(yùn)動(dòng)的冰川,當(dāng)躍動(dòng)發(fā)生時(shí)其速度往往是平時(shí)的數(shù)倍至上百倍[9]。有研究將巴托拉第一、第二冰流等部位的高流速、大量裂隙與弧拱發(fā)育視為躍動(dòng)的表現(xiàn)[24],但實(shí)際上這對(duì)于大型山地冰川而言并不罕見。對(duì)巴托拉這種巨型冰川而言,支冰流躍動(dòng)對(duì)末端進(jìn)退的影響也十分有限,如克拉牙依拉克、費(fèi)德琴科等冰川支冰流的躍動(dòng)并未改變整體的退縮趨勢(shì)[30-31]。帕蘇冰川曾于1907—1913 年,固爾金冰川曾于1913—1925 年、1966—1978 年發(fā)生躍動(dòng)[24],但近50 a 來2 條冰川的積累區(qū)并未發(fā)生顯著增厚,因此在近期發(fā)生大規(guī)模躍動(dòng)的可能性較低。

    4.2 融水徑流的影響因素

    較高的物質(zhì)平衡水平導(dǎo)致3條冰川的融水徑流量明顯高于其他地區(qū)的同等規(guī)模冰川,巴托拉冰川甚至高于近710 km2的費(fèi)德琴科冰川[4]。巴托拉河多年平均流量為40.1 m3·s-1,瞬時(shí)最大流量可超過600 m3·s-1,其中近80%的徑流量集中在5—9 月,近60%集中在7—8 月[4,32]。巴托拉河90%的水量來源于冰川融水,因此徑流量主要受氣溫控制,隨氣溫上升而增加,在夏季降水條件下有時(shí)甚至?xí)驓鉁叵陆刀鴾p少[4]。此外,即便在7—8月巴托拉河的徑流量波動(dòng)也十分劇烈,常隨極端高溫天氣的出現(xiàn)而陡漲[32]。帕蘇、固爾金冰川融水徑流的年內(nèi)變化與巴托拉河類似,但變化過程遠(yuǎn)不及前者劇烈。

    巴托拉河徑流年際變化較為平緩,主要由于:(1)干旱年份降水偏少而融水偏多,濕潤年份降水偏多而融水偏少,起到了天然的調(diào)節(jié)作用[31]。(2)冰舌區(qū)年平均氣溫接近10 ℃,導(dǎo)致消融十分劇烈,存在熱融喀斯特現(xiàn)象,因此冰內(nèi)裂隙、孔穴,冰磧物的滯水能力也能起到一定的徑流調(diào)節(jié)作用[4,32]。(3)1970s 以來巴托拉流域冰川基本保持穩(wěn)定,即便2000年以來物質(zhì)虧損有所增加,但對(duì)融水徑流的影響依舊有限。實(shí)際上不僅是巴托拉河,1980s 以來整個(gè)罕薩河流域的年徑流量也無明顯變化[33]。

    巴托拉河在1973 年和2021 年的2 次改道有一定的相似性,改道均發(fā)生在6—7月融水徑流快速上升的時(shí)期、改道前主排水洞均已發(fā)生長期緩慢的遷移、改道的發(fā)生均與冰舌突然前進(jìn)有關(guān),因此2次改道的原因也是基本相同的。如圖1 所示,巴托拉冰川的物質(zhì)來源極不對(duì)稱,冰舌北側(cè)主要由尤克蘇戈茲、北、西冰流等構(gòu)成、南側(cè)主要由第一、第二冰流構(gòu)成。由于南側(cè)冰流擁有更大的高差與更開闊的粒雪盆,因此物質(zhì)供給量更大,直接導(dǎo)致冰舌南側(cè)厚度與流速均高于北側(cè)[4,34]。冰川中下游,南側(cè)弧拱與裸冰的延伸范圍明顯大于北側(cè)就是二者存在流速差的直觀表現(xiàn)。在這種流速差的長期作用下,主排水洞受到推擠而緩慢北移,排水道隨之延長并橫亙于冰舌前,最終被突然前進(jìn)的冰舌切斷而被迫改道。因此,冰舌南北兩側(cè)物質(zhì)供給量的差異是巴托拉河改道的根本原因,冰舌的突然前進(jìn)則是直接原因[4]。

    4.3 對(duì)公路的影響

    本研究在公路沿線選取了4 個(gè)穩(wěn)定的參考點(diǎn),分別為巴托拉橋、帕蘇橋、M1橋、M4橋,以參考點(diǎn)與冰舌的最近距離來衡量公路與冰川的距離。如圖6所示,近50 a來巴托拉冰舌與公路的距離總體上在增大,當(dāng)前尚有1 km 以上,因此在短期內(nèi)不會(huì)對(duì)公路產(chǎn)生直接威脅。帕蘇冰舌自2000 年以來不斷加速后退,與公路的距離也在增大,因此短期內(nèi)也不會(huì)直接威脅公路。盡管固爾金南北冰舌僅在小范圍內(nèi)波動(dòng),但由于距離過近,且在將來不能排除發(fā)生躍動(dòng)的可能,因此對(duì)公路的直接威脅將長期存在。

    圖6 1972—2021年巴托拉、帕蘇、固爾金冰舌與公路的距離變化Fig.6 Variations of the distances from glacier tongues of the Batura,Pasu,and Ghulkin Glacier to the Karakoram highway from 1972 to 2021

    巴托拉冰川對(duì)公路更現(xiàn)實(shí)的威脅在于巴托拉河新的大改道。2021年6—7月改道后,巴托拉河流程縮短,比降增大,下切侵蝕能力增強(qiáng),近1 a年來,新河道明顯拓寬加深(圖7)。更關(guān)鍵的是新河道下游折向南流,與公路基本平行,因此水流將在轉(zhuǎn)彎處直接沖擊路基。甚至完全可以推測(cè),正是由于路基堅(jiān)固才迫使水流南流返回故道。巴托拉河具有流量大、徑流高度集中、陡漲陡落等特點(diǎn)[32],因此在未來的強(qiáng)烈消融季中,隨著水量陡漲,超過600 m3·s-1的水流裹挾冰塊砂石奔騰下泄,將對(duì)路基產(chǎn)生強(qiáng)烈侵蝕,對(duì)公路構(gòu)成重大威脅。

    圖7 2022年5月27日巴托拉冰舌區(qū)概況Fig.7 Overview of Batura Glacier tongue on May 27,2022

    帕蘇冰川近年來消融強(qiáng)烈導(dǎo)致融水徑流增大,但由于冰湖發(fā)育規(guī)模受限,大規(guī)模冰湖潰決洪水對(duì)于下游公路的威脅趨于減弱。固爾金冰川融水輕則在路面積水結(jié)冰,影響通行,重則侵蝕路基、淤積橋底,甚至引發(fā)泥石流洪水。但在2008年采取工程措施后,固爾金段的融水災(zāi)害已得到了有效治理[3]。然而,固爾金冰川融水徑流的遷移擺動(dòng)問題仍不容忽視,一方面它可能會(huì)導(dǎo)致過水工程廢棄,但更重要的是徑流量可能會(huì)超過單一通道的排水能力,進(jìn)而引發(fā)新的災(zāi)害。

    5 結(jié)論

    中巴喀喇昆侖公路巴托拉段受冰川災(zāi)害威脅最為嚴(yán)重,是影響公路暢通運(yùn)行的關(guān)鍵路段?;谝巴饪疾炫c遙感影像等資料,分析了巴托拉、帕蘇、固爾金冰川近百年來的變化、變化原因及對(duì)中巴公路的影響,主要結(jié)論如下:

    (1)近百年來,特別是2000 年以來,巴托拉、帕蘇、固爾金冰川總體處于微弱退縮狀態(tài),冰舌發(fā)生后退減薄或基本保持穩(wěn)定,對(duì)公路的直接威脅趨于減弱。

    (2)在冰川消融加劇與冰舌波動(dòng)的共同影響下,巴托拉段冰川融水徑流頻繁遷移改道,冰川融水洪水、冰湖潰決洪水、冰川泥石流等次生災(zāi)害對(duì)公路的威脅正日漸凸顯。

    (3)巴托拉段冰川變化對(duì)公路最直接的威脅在于2021 年6—7 月巴托拉河新的改道,改道后水流將直接沖擊侵蝕路基,影像公路安全通行。

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