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中巴經濟走廊滑坡泥石流災害格局與風險應對

發布時間:2021-02-26 15:35:00  |  來源:中國網·中國發展門戶網  |  作者:鄒強 等  |  責任編輯:殷曉霞
關鍵詞:災害,泥石流,滑坡,走廊,經濟

中國網/中國發展門戶網訊 中巴經濟走廊位于“絲綢之路經濟帶”和“21?世紀海上絲綢之路”交匯處,是“一帶一路”建設的先行先試區,戰略意義重大。中巴經濟走廊穿越青藏高原西緣,通過喜馬拉雅、喀喇昆侖和興都庫什三大山系的交匯區,是世界上自然環境與工程地質條件最復雜的區域之一。受到新生代印度板塊與歐亞大陸板塊持續碰撞和擠壓作用的影響,地殼抬升迅速、地質構造復雜、活動斷層發育、地震活動強烈。

中巴經濟走廊南北地形落差明顯,位于西風和季風交互作用的高寒山地氣候區。巨大的地形落差導致沿線氣候顯著的垂直差異性和區域分異。陡峻的地形條件為地表過程與災害提供了有利的動力條件;加之高寒山區裂隙中的凍脹作用等,冰川侵蝕形成的大量松散堆積物在冰雪、融凍、降雨等作用下極易形成泥石流、崩塌、滑坡等山地災害。這些災害嚴重威脅中巴經濟走廊重大工程安全和區域可持續發展。

本文聚焦中巴經濟走廊滑坡和泥石流的空間格局,評估了災害風險,預測未來的發展趨勢,并針對性提出應對策略,以期為中巴經濟走廊滑坡泥石流區域分布規律和災害風險防控提供基礎背景,服務“一帶一路”重大工程安全建設。

災害格局

中巴經濟走廊北起中國喀什、南至巴基斯坦瓜達爾港,全長?3?000?多公里;走廊沿線山地災害具有類型多樣、分布廣泛、規模巨大和災害鏈效應明顯等特點。結合多源遙感災害解譯和現場踏勘調查驗證,查明中巴經濟走廊全域滑坡?584?處、崩塌?116?處、泥石流?1?669?處,合計?2?369?處;此外,據調查確定歷史災害點?39?個,其中古滑坡?32?處、古泥石流?7?處,主要分布在走廊北部山區(圖?1)。

滑坡空間分布格局

按照形成機制與發育特征,中巴經濟走廊滑坡災害可分為崩塌、滑坡、巖屑堆和冰崩錐等類型,具有類型多樣、發生頻繁、規模大等特點;在世界范圍內其也是受滑坡災害威脅最嚴重的區域之一。大型滑坡主要分布于?Indus?河、Hunza?河和?Gilgit?河等主要流域沿線,以及中巴喀喇昆侖公路(Karakoram Highway,KKH)沿線。在巴基斯坦境內的縣級行政區中,Hunza Nagar?的滑坡最多,經調查確定?88?處,占走廊沿線滑坡總數的?15.12%。中巴喀喇昆侖公路沿線是中巴經濟走廊滑坡、崩塌、雪崩等災害最為集中的區域。其中,紅其拉甫(Khunjerab)—伊斯蘭堡(Islamabad)段約?730 km,共發育滑坡?237?處;滑坡強發育段主要集中在索斯特(Sost)—紅其拉甫、吉爾吉特(Gilgit)—索斯特、貝沙姆(Besham)—瑟津(Sazin)3?個區段(表?1)。中巴經濟走廊沿線滑坡的發生和發展具有一定的周期性,其活動周期與暴雨、洪水、地震的活動周期大體一致。受印度洋西南季風和地中海西北低氣壓氣流的影響,走廊夏季降雨集中在?7—9?月;當暴雨、洪水兩者的活動周期相疊加時,常常形成滑坡災害活動的高峰期。

通過孕災條件的成災貢獻分析(圖?2),大部分的崩滑災害分布于?25°—45°?斜坡(占崩滑災害總數75.0%),480—800 m?高差之間(占?67.1%),2?000—4?000 m?的海拔段(占?51.9%),以及?4—6 m/s2?的地震加速度區間(占?62.9%);崩滑災害與斷裂、河流關系密切,主要分布在距離斷裂?10 km?的范圍(占崩滑災害總數?59.1%),位于河流?4 km?以內(占?97.5%),并隨著距離的增加災害點數量呈現出顯著減少的趨勢。

泥石流空間分布格局

根據泥石流的形成條件和發生機制,將整個中巴經濟走廊泥石流劃分為冰雪消融型、冰水混合型、冰湖潰決型、暴雨型?4?類。

冰雪消融型泥石流主要分布在紅其拉甫山口兩側。該區段海拔高、冰川發育,同時地處歐亞板塊擠壓帶,區域地質條件復雜,強烈的構造活動造成巖石破碎,加上大量的寒凍風化物,為泥石流提供了大量的松散物源。冰水混合型泥石流和冰湖潰決型泥石流主要分布在中巴經濟走廊的北部山區,集中分布在中國喀什—巴基斯坦哈維連段。暴雨型泥石流廣泛分布于中巴經濟走廊的北部、西部及西南部山區。而中巴經濟走廊的東部和東南部,在地貌上為印度河沖積平原、濱海平原區,地勢平坦,不具備泥石流形成的基本條件,為非泥石流發育區。

對中巴經濟走廊各個流域泥石流分布進行分析(表?2),中巴喀喇昆侖公路沿線中國境內喀什—紅其拉甫段和巴基斯坦境內紅其拉甫—哈維連段的泥石流溝分布數量最多,分別為?632?和?703?條,占總數的?37.87%?和?42.11%,合計占全線的?80%?左右。中巴喀喇昆侖公路穿越帕米爾高原、喀喇昆侖山脈區,沿線地形高差大、區域地質和自然地理條件復雜,為整個中巴經濟走廊泥石流災害最為集中、類型最為多樣、危害最為嚴重的區域。該公路沿線泥石流具有點多面廣、類型齊全、發生頻繁等特點,受歷史泥石流的沖淤特征非常明顯。

根據野外考察,結合泥石流形成的環境背景條件,將泥石流性質劃分為黏性、過渡性和稀性?3?種類型。喀什—紅其拉甫路段泥石流主要以黏性為主(占該區段泥石流總數的?57.8%),巖性以軟巖組和中硬軟巖組為主;紅其拉甫—哈維連路段泥石流主要以稀性為主(占該區段泥石流總數的?51.2%),巖性以硬巖組和中軟硬巖組為主,其次為黏性泥石流。

災害風險現狀

災害危險性評價

根據中巴經濟走廊全區域?1?:250?000?地形、地質及水文資料,利用地理信息系統和遙感技術,確定山地災害形成的水文、地質及地震條件,提取中巴經濟走廊全區域的地層巖性、距水系距離、地震動峰值加速度(PGA)、坡度、坡向、降雨侵蝕力、高程等評價因子,并以概率數學方法建立危險性評價模型。進而計算中巴經濟走廊山地災害危險度并進行歸一化處理,將評價結果分為極高度、高度、中度、低度、極低度?5?種危險性等級(圖?3)。

承災體易損性評價

考慮物質易損性、經濟易損性和社會易損性,選取研究區內交通設施、國內生產總值(GDP)、人口密度等作為易損性指標體系;其中,交通設施和?GDP為經濟指標,人口密度為人口指標。對以上因子進行疊加分析,獲得中巴經濟走廊的山地災害易損性評價圖(圖?4)。

山地災害風險評價

 


通過山地災害危險度和承災體易損度評價結果的空間疊加分析,獲取研究區山地災害風險度分布,將風險度分為?5?個等級:0—0.15?為極低度風險、0.15—0.30為低度風險、0.30—0.45?為中度風險、0.45—0.60?為高度風險、0.60—1.0?為極高度風險(圖?5)。總體而言,北部部分區域山地災害風險較高,東南部分地區山地災害風險較低。

山地災害未來變化趨勢 

滑坡災害未來變化趨勢

中巴經濟走廊穿越的帕米爾高原是印度板塊與歐亞大陸板塊碰撞的結果。該區域構造運動活躍、強震頻繁、地殼變形速率大、構造應力場高且復雜,而地震是滑坡災害的關鍵控制因素。因此,選擇中巴經濟走廊上地震帶分布較為密集的帕米爾高原東南緣地區,為中巴經濟走廊地震誘發滑坡災害發展趨勢分析的研究區。

選取多遇地震動、基本地震動、罕遇地震動和極罕遇地震動等?4?種情況代表未來可能發生的地震條件?;利用無限邊坡理論結合?New-Mark?滑塊理論,以?Arias?震度和臨界加速度為變量計算地震滑坡位移量,分析研究區地震滑坡失穩概率。地震滑坡失穩概率越大,表明地震誘發滑坡災害發生的可能性越大。不同地震動作用下研究區的滑坡的易發性評價結果顯示:隨著地震動增大,地震滑坡易發性區域面積呈增大趨勢,其中高與極高易發性區域的面積由多遇地震條件下的?0.01%?顯著增長到?1.4%(圖?6)。同時,在含地震帶分布的極罕遇地震條件下的研究區滑坡易發性評價結果顯示:高與極高易發性區域主要位于艾肯爾特斷裂帶北部段和卡茲克阿爾特斷裂帶北部段之間、米亞斷裂北部段和布倫口斷裂中部斷裂區域(圖?7)。隨著地震強度的增加,滑坡的高易發性區域在上述斷裂帶區域呈現出由零星、小片到大片的發展趨勢。

泥石流未來變化趨勢

降雨和氣溫是中巴經濟走廊泥石流成災的關鍵性控制因子。分析中巴經濟走廊中國段?20?世紀?80?年代到目前的氣候變化趨勢,發現年平均氣溫在近?40?年表現為波動升溫的過程,氣候傾向率為?0.27℃/10 a,且表現為準?10?年周期。年降水量呈現增加的趨勢,氣候傾向率為?12.7 mm/10 a,2000?年后表現為準?8—10?年周期。對未來氣候變化進行預估分析(圖?8),RCP?2.6、RCP?4.5、RCP?8.5 3?種情景下均表現出增溫的趨勢,到?2050?年左右,3?種模式情景下分別增溫?2.0℃、2.5℃?和?3.1℃;降水也表現出增加的趨勢,到?2050?年左右,降水量較目前增加約?6.8%。

據對中國境內喀什—紅其拉甫段的野外調查,該區段泥石流發生需要的松散物源幾乎接近無限量。受限于極度干旱的氣候條件,目前該區段泥石流的易發性以中易發和較高易發為主,占流域泥石流總數的?58%;其中,高易發流域占總數的?7.5%(圖?9a)。在未來氣候變化條件下,2050?年左右,基于?3?種模式情景下分別增溫?2.0℃、2.5℃?和?3.1℃,以及降水量增大?6.8%?的情景,且不考慮極端降雨和溫度的條件下,中巴經濟走廊中國境內大部分流域的泥石流易發性均有所提高,其中高易發流域將達到總數的?13.5%,較目前現狀明顯增多(圖?9b)。


 

山地災害防災減災對策

滑坡和泥石流是中巴經濟走廊內威脅重大工程安全的災害類型。滑坡除了威脅其周圍承災體安全之外,還可誘發堵江和堰塞湖潰決等鏈生災害;而泥石流具有高流動性和長距離運動的特點,也易在大范圍內威脅道路等承災體安全。目前,由于高危滑坡和泥石流災害減災工作受該區段基礎資料薄弱、山區交通不便、周邊環境危險等因素制約,應急搶險難度極大。在對中巴經濟走廊典型滑坡和泥石流的成因和風險分析研究的基礎上,提出?4?點防災減災對策和建議。

(1)建立區域基礎數據庫,強化高風險區滑坡和泥石流災害詳查和評估。收集衛星遙感影像、無人機航拍影像、行政區劃圖、河流水系分布專題圖、交通道路分布專題圖、人口分布專題數據、重要公共設施分布數據、土地利用變化等數據,以及河流流域所有相關的氣象和水文數據,包括降雨、蒸發、徑流(水位、流量、流速)、流域河道粗糙度數據、河道斷面資料、各水文監測站資料等,構建區域地形地貌和氣象水文等基礎數據庫,用于滑坡和泥石流及其鏈生災害的評價與模擬分析。實地對高風險區的潛在滑坡和泥石流流域進行詳細排查統計,根據既有調查數據和結論,通過遙感解譯和現場研判等方式,判斷滑坡泥石流發生的方式,并對鏈生災害的可能性進行預估。

(2)開展基于多源數據的災害風險動態評估。在獲取滑坡和泥石流的空、天、地多源觀測數據的基礎上,分析氣候變化條件下冰川、積雪和凍土因素變化,利用滑坡和泥石流的風險評價指標體系及風險等級評估模型,開展風險動態評估。同時,利用數值模擬技術,模擬冰雪消融、降雨、地震等因素作用下滑坡和泥石流災害的發生情況,開展包含威脅范圍等指標在內的定量危險性評估。

(3)建立常態化災害監測和預警。綜合定期衛星遙感數據和無人機低空遙感測量數據,利用地表監測設備,開展針對典型、重點滑坡體和泥石流流域的周期性和實時監測;進而利用滑坡和泥石流物源的變形、地下水,以及影響范圍內水系的動態變化等信息,支撐災害的提前預警。同時,基于降雨和融雪等監測數據,考慮潛在災害風險影響范圍和損失程度等因素,利用預警模型,在雨季或融雪季節加強對高風險滑坡和泥石流的預警。

(4)制定災害處置與救援預案。根據受災害影響范圍內的人口和基礎設施情況,預先制定不同情況下滑坡和泥石流的處置方案,提出災害影響范圍內的人員應急避險措施及重要設施應急防護措施,制定救災搶險人員調動、受災人員安置及物資的配送等方案。

中國科學院正在與巴基斯坦高等教育委員會聯合建設中國-巴基斯坦地球科學研究中心,以上工作均已納入中心的主要工作,目前已經進行系統部署并已陸續開展。

 

(作者:鄒強,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心 中國科學院-巴基斯坦高等教育委員會中國-巴基斯坦地球科學研究中心;蘇立君,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所;郭曉軍,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;羅渝,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;姜元俊,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;崔鵬,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心 中國科學院-巴基斯坦高等教育委員會中國-巴基斯坦地球科學研究中心 中國科學院大學;蘇立君,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室 中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心 中國科學院-巴基斯坦高等教育委員會中國-巴基斯坦地球科學研究中心 中國科學院大學;歐國強,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;潘華利,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室;劉維明,中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室 中國科學院-巴基斯坦高等教育委員會中國-巴基斯坦地球科學研究中心。《中國科學院院刊》供稿)。


 

 

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