郝建盛，李蘭海

（1.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所荒漠與綠洲生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；3.中國(guó)科學(xué)院伊犁河流域生態(tài)系統(tǒng)研究站，新疆 新源 835800；4.新疆干旱區(qū)水循環(huán)與水利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 烏魯木齊 830011；5.中國(guó)科學(xué)院中亞生態(tài)與環(huán)境研究中心，新疆 烏魯木齊 830011）

0 引言

雪崩與滑坡、泥石流和冰崩類(lèi)似，是一種由重力驅(qū)動(dòng)的地表流。雪崩是塑造山地地形地貌和影響山地生態(tài)系統(tǒng)的原動(dòng)力之一［1-2］。而對(duì)活動(dòng)于積雪覆蓋山區(qū)的人類(lèi)而言，雪崩是威脅人類(lèi)活動(dòng)的一種常見(jiàn)的自然災(zāi)害。雪崩具有潛在性、突發(fā)性、難以預(yù)測(cè)性、破壞力巨大等特點(diǎn)，經(jīng)常造成山區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施破壞和人畜死傷，從而阻礙山區(qū)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展［1，3-5］。世界上雪崩災(zāi)害的最早記錄可以追溯到公元前327年亞歷山大大帝遠(yuǎn)征軍在穿越興都庫(kù)什山時(shí)，雪崩襲擊戰(zhàn)馬和士兵導(dǎo)致遠(yuǎn)征軍蒙受重大損失［6］。直至當(dāng)今，人類(lèi)在山地活動(dòng)依然受雪崩嚴(yán)重侵?jǐn)_，2009—2019年僅在亞洲高山區(qū)雪崩直接致死的人數(shù)就超過(guò)1 500人［7］。中國(guó)地域?qū)拸V，雪崩分布南北跨越25個(gè)緯距，東西橫貫50個(gè)經(jīng)距［3］。雪崩活躍于我國(guó)天山、喜馬拉雅山、祁連山、橫斷山、念唐古拉山等，對(duì)我國(guó)的交通和能源輸送干線、礦區(qū)、牧區(qū)、旅游區(qū)、邊防軍事區(qū)都造成過(guò)嚴(yán)重傷害（表1）。雪崩不僅導(dǎo)致交通干線癱瘓和季節(jié)性關(guān)閉，而且能夠破壞油氣管道和電力干線，導(dǎo)致能源斷供。因此如何對(duì)雪崩進(jìn)行有效的防治成為高寒山區(qū)自然災(zāi)害治理的重點(diǎn)之一，也是山地發(fā)展中迫切需要解決的問(wèn)題。

表1 中國(guó)境內(nèi)不同承災(zāi)體的典型雪崩災(zāi)害事件Table 1 Typical avalanche disaster events of different disaster bearing bodies in China

為了防治雪崩災(zāi)害，我國(guó)曾多次開(kāi)展對(duì)西藏、四川、甘肅、云南和新疆地區(qū)的雪災(zāi)害重點(diǎn)區(qū)域調(diào)查和研究，尤其在天山公路建設(shè)和第一次青藏高原科學(xué)考察等國(guó)家重大需求項(xiàng)目的研究過(guò)程中，我國(guó)的雪崩研究得到長(zhǎng)足的發(fā)展［3］。其中謝自楚和王彥龍等在中國(guó)青藏高原和天山對(duì)雪崩的形成和防治等開(kāi)展了先驅(qū)和原創(chuàng)性研究，并就雪崩的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的論述［1，3］。為了減緩雪崩對(duì)人們生命安全威脅和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的阻礙，瑞士、美國(guó)等都設(shè)有專(zhuān)門(mén)的雪崩研究機(jī)構(gòu)。經(jīng)歷過(guò)去60年世界各雪崩研究機(jī)構(gòu)的理論研究和工程實(shí)踐，在雪崩的影響因素和區(qū)域規(guī)律、雪崩的形成與運(yùn)動(dòng)機(jī)理、雪崩監(jiān)測(cè)預(yù)警、雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雪崩工程防治等取得顯著的進(jìn)展。

1 雪崩的影響因素和區(qū)域規(guī)律

雪崩的發(fā)生是在一定的地形和天氣等條件的組合下山坡積雪被活化和失穩(wěn)引起的，該過(guò)程受氣候、地形、積雪特征等多種因素影響［8-12］。目前將影響雪崩活動(dòng)的影響因素概括為三類(lèi)：第一類(lèi)為不隨時(shí)間顯著變化的影響因素，如山坡坡度、山坡地表特征等；第二類(lèi)為導(dǎo)致積雪穩(wěn)定性變化的外界自然條件，如降雪、降雨、地震、風(fēng)等；第三類(lèi)是積雪本身的物理特征，如積雪密度、雪層剪切強(qiáng)度、積雪濕度、積雪硬度、雪粒徑等。各類(lèi)因素對(duì)雪崩的形成和運(yùn)動(dòng)的影響已經(jīng)被人們逐步認(rèn)識(shí)和深入了解［8-12］。

不同氣候和積雪物理特征條件下雪崩活動(dòng)特點(diǎn)呈現(xiàn)顯著差異［13-14］。為了積雪雪崩研究和雪崩預(yù)警防治項(xiàng)目的需求，“雪氣候”的概念被廣泛用于描述區(qū)域積雪特性并為雪崩發(fā)生條件提供背景［13-14］。雪氣候被分為三種類(lèi)型：海洋性雪氣候，過(guò)渡性雪氣候和大陸性雪氣候［13-14］。海洋性雪氣候具有相對(duì)較暖的溫度、多云的天空、持續(xù)的大雪等特點(diǎn)，導(dǎo)致積雪密度高，雪層溫度梯度低，雪晶體變質(zhì)發(fā)育慢，難以形成持續(xù)的脆弱層［13，15-16］。青藏高原東南部山區(qū)（南和東喜馬拉雅山，念唐古拉山東段，橫斷山和易貢藏布山等）［3］，美國(guó)內(nèi)華達(dá)山脈［13］，加拿大海岸山脈［15］以及日本海沿海山脈［16］均屬于海洋性雪氣候。該雪氣候區(qū)域雪崩大多發(fā)生在暴風(fēng)雪之后，因此海洋性雪氣候雪崩監(jiān)測(cè)預(yù)警主要依靠天氣觀測(cè)來(lái)評(píng)估暴風(fēng)雪雪崩的可能性和嚴(yán)重性［14］。大陸性雪氣候具有相對(duì)低的氣溫，較少的降雪，高溫度梯度的雪場(chǎng)，導(dǎo)致積雪密度和含水率相對(duì)低，積雪發(fā)育快并且易形成持久脆弱層［14，17］。大陸性雪氣候積雪相對(duì)于海洋性雪氣候積雪力學(xué)強(qiáng)度低，雪層結(jié)構(gòu)松散，雪粒之間的鏈接弱，所以相對(duì)于海洋性雪氣候區(qū)，大陸性雪氣候區(qū)雪崩易被觸發(fā)，并且發(fā)生規(guī)模和破壞力總體上相對(duì)較小［7，13］。典型的大陸性雪氣候區(qū)域有天山山脈，昆侖山、阿爾金山、祁連山和阿爾泰山［1，3-4］，北美洛基山脈［14］和西喜馬拉雅山脈［18］。過(guò)渡性雪氣候的特點(diǎn)是降雪量大，溫度低于海洋性雪氣候而高于大陸性雪氣候，持久脆弱層會(huì)持續(xù)一周或一個(gè)月左右［13-14］。具有過(guò)渡性積雪氣候的山脈包括青藏高原東北部山區(qū)（巴顏喀拉山，唐古拉山東段等）［3］，加拿大的哥倫比亞山脈［15］和歐洲阿爾卑斯山的大部分地區(qū)［19-20］。

2 雪崩的形成與運(yùn)動(dòng)機(jī)制

雪崩的形成源于山坡積雪易斷裂雪層在內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下的破壞。不同地形、天氣、雪場(chǎng)條件下易斷裂雪層的內(nèi)外動(dòng)力耦合方式和易斷裂雪層剪切壓縮破壞過(guò)程呈現(xiàn)不同，造成雪崩形成機(jī)制和釋放方式顯著差異［21-24］。根據(jù)不同的研究和雪崩防治工程需要，基于雪崩的誘發(fā)因素、雪崩規(guī)模、雪崩發(fā)生地形、雪崩形態(tài)等形成多種分類(lèi)系統(tǒng)逐漸被發(fā)展［10，17，25］。隨著學(xué)術(shù)研究交流和雪崩防治實(shí)踐的需求，目前常用的雪崩分類(lèi)系統(tǒng)根據(jù)雪崩形態(tài)特征和積雪物理特征展開(kāi)分類(lèi)，這兩種雪崩分類(lèi)系統(tǒng)簡(jiǎn)單并且便于雪崩的研究從而廣泛被學(xué)者應(yīng)用。根據(jù)雪崩發(fā)生時(shí)山坡積雪斷裂面，雪崩一般被分類(lèi)為全層雪崩和表層雪崩［10，17，26］。根據(jù)雪崩始發(fā)區(qū)積雪含水率，雪崩分為干雪崩和濕雪崩［8，19］。兼顧積雪滑動(dòng)面位置與積雪含水率，雪崩被劃分為全層干雪崩、全層濕雪崩、表層干雪崩和表層濕雪崩四種類(lèi)型用于野外記錄和研究認(rèn)識(shí)［17，27］。

由于干雪的密度、濕度、剪切強(qiáng)度等物理特征穩(wěn)定，目前通過(guò)野外觀測(cè)結(jié)合室內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)干雪崩的形成機(jī)制具有較為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)［22-23，28-30］。表層干雪崩的形成可概括為如下5個(gè)階段：雪層剪切壓縮斷裂—雪層初始裂隙形成—裂隙橫向擴(kuò)展—裂隙貫穿和斷裂雪塊形成—斷裂雪塊下滑［30］（圖1）。濕雪崩主要多發(fā)在氣溫相對(duì)較高的時(shí)期，它的形成多由于氣溫升高造成雪表面融雪水滲流，導(dǎo)致易斷層積雪含水率增大引起底部積雪的剪切強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致易斷層抗剪強(qiáng)度變?nèi)跻鸬模?1］。由于積雪處于高含水率狀態(tài)，積雪的各項(xiàng)物理特征都不穩(wěn)定并且各個(gè)物理特征關(guān)系呈現(xiàn)非線性［31-32］，導(dǎo)致其野外難以觀測(cè)和相關(guān)實(shí)驗(yàn)非常復(fù)雜，所以關(guān)于濕雪力學(xué)特性研究比較匱乏，造成對(duì)濕雪崩形成機(jī)制的認(rèn)識(shí)相對(duì)停滯。

圖1 表層干雪崩形成的過(guò)程Fig.1 Formation process of surface-layer dry avalanche

不同積雪、土壤和天氣環(huán)境下，雪層斷裂破壞的機(jī)制呈現(xiàn)明顯差異導(dǎo)致不同類(lèi)型雪崩的形成機(jī)制呈現(xiàn)不同［10，17，21］。不同內(nèi)外動(dòng)力耦合作用下雪層斷裂破壞模式的不同導(dǎo)致破壞后的山坡積雪釋放過(guò)程也呈現(xiàn)差異?；谝巴庥^測(cè)，多數(shù)雪崩從形成到釋放包含誘發(fā)雪層剪切壓縮破壞、裂隙擴(kuò)展、斷裂積雪差異性滑動(dòng)、積雪加速滑動(dòng)、積雪滯留和停滯滑動(dòng)等多個(gè)過(guò)程［33-34］。通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)雪層破壞后雪場(chǎng)應(yīng)力重分布、裂隙擴(kuò)展、斷裂積雪差異性滑動(dòng)、積雪加速滑動(dòng)、積雪滯留和停滯滑動(dòng)等過(guò)程已有大量研究［30，33-34］。然而由于自然中驅(qū)動(dòng)雪層斷裂的外動(dòng)力源多樣化，以及不同雪氣候和環(huán)境情景下誘發(fā)雪層破壞的內(nèi)外動(dòng)力耦合機(jī)制差異顯著［13-14］，造成多種誘發(fā)因素誘發(fā)不同條件雪場(chǎng)雪層破壞的誘發(fā)機(jī)制難以系統(tǒng)闡明，這阻礙了基于雪崩動(dòng)力學(xué)構(gòu)建雪崩預(yù)警模型的發(fā)展。系統(tǒng)認(rèn)知不同雪氣候下雪層破壞的誘發(fā)機(jī)制，然后結(jié)合雪崩的形成和運(yùn)動(dòng)機(jī)理將能構(gòu)建不同雪氣候下完整的雪崩動(dòng)力學(xué)體系，為雪崩預(yù)警模型構(gòu)建奠定基礎(chǔ)，這也是未來(lái)雪崩預(yù)警和防治工作中迫切需要開(kāi)展研究的內(nèi)容。

3 雪崩監(jiān)測(cè)預(yù)警

雪崩預(yù)警是特定時(shí)間和空間內(nèi)，在誘發(fā)情景和特定觸發(fā)條件下給出山坡積雪穩(wěn)定性的預(yù)報(bào)［35］。目前雪崩預(yù)警主要有兩種方式：第一種是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型確定區(qū)域雪崩的降雪量、氣溫變化等誘發(fā)條件預(yù)警雪崩［36-39］；另一種為通過(guò)觀測(cè)或模擬獲取積雪物理特性結(jié)合雪崩形成機(jī)理計(jì)算山坡積雪的穩(wěn)定性從而預(yù)警雪崩［40-44］。自然界多數(shù)雪崩是由于降雪誘發(fā)形成，對(duì)于由降雪誘發(fā)雪崩而言，降雪量是雪崩預(yù)警最有效的參數(shù)。Atwater［45］統(tǒng)計(jì)認(rèn)為在北美地區(qū)當(dāng)降雪時(shí)降水量超過(guò)25 mm將很有可能誘發(fā)雪崩。Perla［38］統(tǒng)計(jì)認(rèn)為在美國(guó)猶他州由于降雪導(dǎo)致新雪厚度超過(guò)30 cm同時(shí)降水強(qiáng)度超過(guò)2.5 mm·h-1時(shí)，雪崩極有可能發(fā)生，而在科羅拉多州地區(qū)新雪厚度超過(guò)30 cm同時(shí)降水強(qiáng)度超過(guò)1.3 mm·h-1時(shí)，雪崩可能被誘發(fā)。在中國(guó)天山鞏乃斯河谷區(qū)域，降雪誘發(fā)的雪崩中有75%發(fā)生在降雪量超過(guò)20 mm之后［4］。雪層抗剪強(qiáng)度模量對(duì)溫度的變化最為敏感，并且氣溫劇增造成融雪下滲改變雪場(chǎng)的穩(wěn)定性，所以溫度條件被應(yīng)用于預(yù)警氣溫劇增誘發(fā)的濕雪崩［19，46］。Romig等［39］基于溫度參數(shù)構(gòu)建雪崩預(yù)警模型對(duì)雪崩預(yù)警，預(yù)警模型整體的準(zhǔn)確率達(dá)到75%，但對(duì)雪崩日的虛假誤報(bào)達(dá)到80%。由于不同區(qū)域的積雪特性具有明顯的差異，不同區(qū)域誘發(fā)因素對(duì)雪崩形成的影響也顯著不同。依賴(lài)于誘發(fā)因素和積雪條件的雪崩預(yù)警模型具有顯著的時(shí)空局限性，并且缺乏資料地區(qū)很難獲得誘發(fā)雪崩條件參數(shù)。

雪崩的形成起源于易斷雪層的剪切壓縮破壞，因此通過(guò)獲取易斷雪層的抗剪強(qiáng)度與所受剪切應(yīng)力的比值評(píng)估山坡積雪穩(wěn)定性被應(yīng)用于預(yù)警雪崩［42-44］。目前許多研究通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)山坡積雪物理特性評(píng)估積雪穩(wěn)定性從而預(yù)警區(qū)域雪崩，并取得顯著的成效［41-44］。通過(guò)實(shí)時(shí)觀測(cè)積雪力學(xué)參數(shù)預(yù)警雪崩相對(duì)可靠，但由于實(shí)際觀測(cè)中需要在雪崩易發(fā)點(diǎn)或其附近進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，較高的雪崩風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致該種雪崩預(yù)警操作很難實(shí)現(xiàn)，并且對(duì)于雪崩預(yù)警人員的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)要求高。為了克服在雪崩風(fēng)險(xiǎn)區(qū)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)積雪穩(wěn)定性的危險(xiǎn)，許多積雪模型被發(fā)展以達(dá)到通過(guò)模型模擬獲取實(shí)時(shí)的積雪物理特征參數(shù)，計(jì)算山坡積雪穩(wěn)定性。目前積雪模型有CROCUS模型［47］和SNOWPACK模型［48-50］等，其中SNOWPACK模型應(yīng)用較為廣泛。積雪模型的核心是獲取積雪物理特征參數(shù)，而無(wú)法直接獲取雪崩動(dòng)力學(xué)參數(shù)和山坡積雪滑動(dòng)面位置等。目前基于積雪模型獲取積雪物理參數(shù)判斷山坡積雪穩(wěn)定性的方法僅考慮雪層剪切壓縮破壞，未考慮雪崩運(yùn)動(dòng)等其他物理過(guò)程，因此使用該類(lèi)方法預(yù)警具有明顯的時(shí)空局限性。因此，基于包含誘發(fā)雪層剪切壓縮破壞、裂隙擴(kuò)展和裂隙貫穿等多過(guò)程雪崩形成和運(yùn)動(dòng)機(jī)制的雪崩預(yù)警模型需要逐步建立和發(fā)展，并且雪崩形成和運(yùn)動(dòng)機(jī)制亟須進(jìn)一步明晰。

4 雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是雪崩風(fēng)險(xiǎn)管理的基礎(chǔ)，是雪崩防治、土地利用規(guī)劃和道路選線等工程設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)。對(duì)雪崩風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)分析和評(píng)估編制雪崩風(fēng)險(xiǎn)圖集將有助于高寒山區(qū)交通規(guī)劃管理、土地資源利用和礦山建設(shè)規(guī)劃，是高寒山區(qū)資源開(kāi)發(fā)和區(qū)域發(fā)展的基本科學(xué)依據(jù)。針對(duì)不同的保護(hù)目標(biāo)，一般通過(guò)點(diǎn)-線-面三個(gè)層次評(píng)估雪崩風(fēng)險(xiǎn)服務(wù)于防災(zāi)減災(zāi)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。點(diǎn)層面的雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要針對(duì)山區(qū)民居點(diǎn)、重點(diǎn)路段、礦山、營(yíng)地和野外滑雪場(chǎng)等，一般通過(guò)計(jì)算個(gè)體雪崩的最大拋程、發(fā)生頻率等來(lái)評(píng)估雪崩危險(xiǎn)并疊加受威脅目標(biāo)的暴露度和敏感度來(lái)實(shí)現(xiàn)雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［51］。線層面的雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要針對(duì)交通廊道、油氣管線等，通過(guò)計(jì)算沿線雪崩的規(guī)模和頻率來(lái)評(píng)估雪崩危險(xiǎn)，結(jié)合對(duì)受威脅目標(biāo)的影響實(shí)現(xiàn)雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估［52-53］。區(qū)域?qū)用娴难┍里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要針對(duì)農(nóng)牧場(chǎng)區(qū)等，通過(guò)計(jì)算區(qū)域雪崩的分布和規(guī)模來(lái)評(píng)估雪崩危險(xiǎn)，并結(jié)合對(duì)受威脅目標(biāo)的影響實(shí)現(xiàn)雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而幫助合理規(guī)劃區(qū)域［54］。在雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，雪崩造成的損失通常直接用貨幣單位來(lái)量化。損失價(jià)值等于將物體恢復(fù)到災(zāi)難發(fā)生前的狀態(tài)所需的財(cái)務(wù)成本。雪崩不但直接對(duì)基礎(chǔ)道路、油氣電管網(wǎng)等承災(zāi)體造成損害，而且雪崩能夠長(zhǎng)時(shí)間切斷道路、電、油氣管網(wǎng)等造成嚴(yán)重的間接損失，甚至比雪崩造成的直接損失更加嚴(yán)重。間接損失往往在雪崩評(píng)估損害時(shí)被忽略，所以在雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中如何量化雪崩造成的間接損失值得在未來(lái)研究中深入探討。

雪崩的危險(xiǎn)評(píng)估是雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)和核心（圖2）。目前常用以下五種方式評(píng)估雪崩的危險(xiǎn)。第一種為雪崩活動(dòng)歷史資料分析法，這種方法基于雪崩的報(bào)告、目擊者陳述和過(guò)去雪崩事件的編年史統(tǒng)計(jì)分析。該方法能確定雪崩事件頻率，還可以提供有關(guān)雪崩的誘發(fā)因素、活動(dòng)范圍、規(guī)模和損害情況，然而歷史資料通常是不完整的或者空白，而且在表述上往往是主觀的。第二種為地形和林地環(huán)境形態(tài)法，該種方法是基于雪崩發(fā)生時(shí)形成的固定地形和地貌以及對(duì)樹(shù)木造成的損傷來(lái)反演雪崩的頻率和規(guī)模。目前基于樹(shù)木年輪的變化反演雪崩發(fā)生頻率，從而構(gòu)建雪崩時(shí)序來(lái)揭示雪崩對(duì)氣候變化的響應(yīng)已被廣泛研究［55］。第三種為野外觀測(cè)和統(tǒng)計(jì)法，該種方法首先通過(guò)野外對(duì)雪崩的特征進(jìn)行詳細(xì)勘測(cè)，然后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲得雪崩危險(xiǎn)度［56-57］。該方法相對(duì)比較嚴(yán)謹(jǐn)和可靠，但是觀測(cè)人員在野外觀測(cè)具有高的雪崩風(fēng)險(xiǎn)。中國(guó)科學(xué)院天山積雪與雪崩研究站對(duì)天山鞏乃斯河谷開(kāi)展了系統(tǒng)的雪崩特性調(diào)查，并比較不同類(lèi)型的雪崩危險(xiǎn)［27］。第四種為數(shù)值模擬法，該方法基于大量雪崩模型模擬提供關(guān)于特定情況下雪崩發(fā)生的概率和規(guī)模。該種方法多用于在確定情況下雪崩危險(xiǎn)評(píng)估［54］。第五種為專(zhuān)家打分法，該方法是基于雪崩專(zhuān)家通過(guò)經(jīng)驗(yàn)對(duì)雪崩危險(xiǎn)的評(píng)估［58］，通常用于驗(yàn)證或反駁其他方法的結(jié)果。

圖2 以風(fēng)險(xiǎn)管理為基礎(chǔ)的雪崩危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)的分析、評(píng)估和概念介紹模型圖Fig.2 Diagram of the model of analysis，assessment and conceptual presentation of avalanche hazards and risks as a basis for risk management

5 雪崩工程防治

為了減少雪崩風(fēng)險(xiǎn)，人類(lèi)不斷摸索對(duì)雪崩的防治，雪崩的預(yù)警和工程防治技術(shù)也隨之不斷發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)外通過(guò)不斷的工程實(shí)踐和探索，形成了穩(wěn)（穩(wěn)雪格柵、穩(wěn)雪墻、穩(wěn)雪土階等）、防雪崩走廊（導(dǎo)雪堤、渡雪槽等）、緩（消能土錐、消能坑、破雪堤等）和擋雪壩等四類(lèi)雪崩工程防治類(lèi)型［3，20，59］，相關(guān)的研究成果在天山公路、滇藏公路和川藏公路等廣泛使用并取得良好成效［3，59］。另外隨著隧道的技術(shù)快速發(fā)展，許多雪崩危險(xiǎn)區(qū)得到有效規(guī)避從而極大降低道路雪崩危害。然而，在高寒區(qū)越嶺隧道的發(fā)展中也出現(xiàn)亟需雪崩防治問(wèn)題，如我國(guó)獨(dú)庫(kù)公路哈希勒根隧道口、派墨公路多雄拉隧道口、烏茲別克斯坦安琶鐵路隧道［60］等都有報(bào)道雪崩回填和沖擊隧道口；吉爾吉斯斯坦高克阿爾特山公路隧道由于洞口明洞無(wú)法抵抗高速度、大體積的雪崩出現(xiàn)災(zāi)害事故等。同時(shí)，隨著山區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的道路等基礎(chǔ)工程對(duì)雪崩防治的效果和標(biāo)準(zhǔn)不斷提高。因此，目前不僅局限于研究防護(hù)工程對(duì)雪崩形成和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的影響，也逐漸重視雪崩對(duì)受災(zāi)體防護(hù)結(jié)構(gòu)的作用，即綜合考慮雪崩與受災(zāi)體防護(hù)結(jié)構(gòu)之間的相互作用機(jī)理，進(jìn)而設(shè)計(jì)高效安全的雪崩防護(hù)體系。然而由于雪崩運(yùn)動(dòng)機(jī)理和成災(zāi)致災(zāi)機(jī)制等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題未明晰，雪崩運(yùn)動(dòng)速度、雪崩流高度、雪崩堆積體體積、雪崩拋程、雪崩沖擊力等與工程防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵雪崩動(dòng)力學(xué)參數(shù)難以精確獲取，限制高效的雪崩防護(hù)體系的構(gòu)建和設(shè)計(jì)。

6 雪崩研究展望

6.1 氣候變化對(duì)雪崩活動(dòng)的影響和思考

雪崩的活動(dòng)受積雪特性、降雪和溫度變化的直接影響，因此氣候變化背景下積雪、氣溫和降雪的變化將對(duì)山區(qū)雪崩時(shí)空活動(dòng)產(chǎn)生顯著影響［5，61-63］。明確氣候變化下區(qū)域雪崩活動(dòng)的變化并提出不同增溫情景下應(yīng)對(duì)雪崩災(zāi)害的策略，將有助于道路選線規(guī)劃、能源輸送管道和旅游區(qū)等的規(guī)劃和防護(hù)，從而減少雪崩災(zāi)害的威脅，支持災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)綜合防控需求。不同雪氣候條件下雪崩的活動(dòng)特征和影響因素具有顯著差異［13-14］，所以不同氣候條件下雪崩的活動(dòng)對(duì)氣候變化的響應(yīng)也呈現(xiàn)不同。1946—2010年處于過(guò)渡性雪氣候區(qū)的法國(guó)阿爾卑斯山干雪崩發(fā)生頻率顯著減少，濕雪崩增加［65］。1774—2013年法國(guó)阿爾卑斯山的低海拔雪崩區(qū)（海拔600～1 200 m）的雪崩期縮短，雪崩數(shù)量顯著減少［64］。過(guò)渡性雪氣候的西喜馬拉雅山的中高海拔雪崩發(fā)生頻率隨著氣候變暖呈現(xiàn)顯著增加趨勢(shì)［5］。駐扎在喀喇昆侖山錫亞琴和拉達(dá)克東部地區(qū)的印度陸軍14軍參謀長(zhǎng)2019年報(bào)告，近年來(lái)冰/雪崩數(shù)量增加了20%～30%，軍隊(duì)需要改變?cè)谏降伛v扎部隊(duì)的標(biāo)準(zhǔn)操作程序，并增強(qiáng)對(duì)雪崩襲擊的防備和治理（https：//www.tribuneindia.com/news/archive/nation/globalwarming-army-s-new-foe-269523）?；谝陨蠄?bào)道總結(jié)發(fā)現(xiàn)，氣候變暖背景下海洋性和過(guò)渡性雪氣候低海拔雪崩區(qū)雪崩數(shù)量逐漸減少，中高海拔山區(qū)雪崩的頻率和雪崩易發(fā)點(diǎn)呈增加趨勢(shì)，且濕雪崩逐漸盛行。然而，目前對(duì)于顯著高于全球同期平均增溫速率的大陸性雪氣候的天山等山區(qū)的氣候變化下雪崩頻率、規(guī)模和類(lèi)型的變化認(rèn)知有限。大陸性雪氣候區(qū)域積雪具有密度低、含水率低、雪層溫度梯度高，深霜發(fā)育快且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，區(qū)域積雪物理特征對(duì)氣候變暖極其敏感并被觀測(cè)到氣候變暖背景下其呈現(xiàn)顯著變化［66-67］。從理論上講，該區(qū)域雪崩對(duì)氣候變化的響應(yīng)應(yīng)該非常劇烈，但目前鮮有報(bào)道。

目前基于樹(shù)輪反演和雪崩活動(dòng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析對(duì)氣候變化下雪崩的頻率和類(lèi)型變化特征［5，63，68］，但是研究中由于缺少雪崩活動(dòng)對(duì)氣候變化響應(yīng)機(jī)制的闡明，以至于對(duì)未來(lái)氣候變化背景下雪崩活動(dòng)趨勢(shì)難以定量評(píng)估。雪崩活動(dòng)對(duì)氣候變化響應(yīng)機(jī)制的明晰主要受困于目前缺乏氣候變化對(duì)積雪物理特性的變化調(diào)控機(jī)制的闡明。目前基于遙感和氣象站點(diǎn)觀測(cè)，關(guān)于氣候變化背景下雪深、氣溫和降雪等已展開(kāi)系統(tǒng)研究，并有了明確的認(rèn)識(shí)［69-71］，但由于缺乏對(duì)山區(qū)雪場(chǎng)溫度梯度、積雪密度和積雪含水率等長(zhǎng)期系統(tǒng)的觀測(cè)和模擬，以至于對(duì)這些積雪物理特性的變化尚不明確，區(qū)域積雪的溫度梯度和積雪密度等積雪物理特性變化對(duì)雪崩發(fā)生頻率、規(guī)模和類(lèi)型的具體影響如何也難以闡明。

6.2 未來(lái)雪崩防災(zāi)減災(zāi)的需求和對(duì)策

隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和資源的開(kāi)發(fā)利用，交通網(wǎng)絡(luò)、旅游區(qū)、農(nóng)牧區(qū)和礦區(qū)不斷向山區(qū)拓展，暴露在雪崩風(fēng)險(xiǎn)之下的基礎(chǔ)設(shè)施和人口日趨增多。此外，氣候變暖也導(dǎo)致全球部分中高山區(qū)雪崩呈現(xiàn)更加劇烈的活動(dòng)，雪崩的風(fēng)險(xiǎn)逐漸增強(qiáng)［5，64］。而目前雪崩的預(yù)警手段和對(duì)雪崩災(zāi)后救援措施相對(duì)缺乏，因此未來(lái)雪崩災(zāi)害事件將持續(xù)增加。尤其在我國(guó)新疆和西藏等西部地區(qū)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的騰飛和西部地區(qū)礦產(chǎn)能源的開(kāi)發(fā)、高山旅游區(qū)的發(fā)展和擴(kuò)大、交通道路等基礎(chǔ)建設(shè)增加和大量風(fēng)、光、水電站的部署，暴露在雪崩風(fēng)險(xiǎn)之下的人類(lèi)活動(dòng)和基礎(chǔ)設(shè)施逐漸增加。目前，我國(guó)關(guān)于雪崩災(zāi)害監(jiān)測(cè)點(diǎn)少，無(wú)資料區(qū)域范圍大，本底調(diào)查工作的深度和廣度不足，導(dǎo)致系統(tǒng)的雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估難以開(kāi)展；青藏高原和天山等區(qū)域復(fù)雜艱險(xiǎn)環(huán)境條件下內(nèi)外動(dòng)力耦合啟動(dòng)下的雪崩災(zāi)害災(zāi)變與致災(zāi)機(jī)理復(fù)雜，然而雪崩研究基礎(chǔ)薄弱，難以滿足雪崩防災(zāi)減災(zāi)的需求。因此，我國(guó)應(yīng)該逐步加強(qiáng)積雪雪崩的監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)開(kāi)展雪崩災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，查清災(zāi)害本底，建立雪崩災(zāi)害數(shù)據(jù)庫(kù)；聚焦重要交通廊道和重大工程安全，開(kāi)展精細(xì)化的雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；發(fā)展天-空-地立體雪崩監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)，研發(fā)雪崩災(zāi)害信息感知、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控、應(yīng)急處置的關(guān)鍵技術(shù)，形成系統(tǒng)的雪崩災(zāi)害防控和應(yīng)急技術(shù)體系。

7 結(jié)論

雪崩是威脅高寒山區(qū)人類(lèi)活動(dòng)主要自然災(zāi)害之一，尤其在季節(jié)性積雪山區(qū)雪崩災(zāi)害頻發(fā)。在氣候變化的背景下，全球部分山區(qū)的雪崩的風(fēng)險(xiǎn)逐漸增加，雪崩對(duì)人類(lèi)活動(dòng)的威脅也不斷加重。如何對(duì)雪崩進(jìn)行有效的防治成為保障高寒山區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展重要主題之一。近六十年來(lái)國(guó)內(nèi)外圍繞雪崩的影響因素和區(qū)域規(guī)律、雪崩的形成與運(yùn)動(dòng)機(jī)理、雪崩監(jiān)測(cè)預(yù)警、雪崩風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和雪崩工程防治等開(kāi)展了廣泛的研究。但由于研究對(duì)象復(fù)雜，相關(guān)積雪雪崩實(shí)驗(yàn)條件苛刻，野外觀測(cè)難度大，雪崩形成機(jī)理和運(yùn)動(dòng)過(guò)程的研究依然任重道遠(yuǎn)，雪崩的監(jiān)測(cè)預(yù)警手段、雪崩工程防治和雪崩災(zāi)后救援技術(shù)也難以滿足目前雪崩防災(zāi)減災(zāi)需要。未來(lái)需繼續(xù)增加野外積雪和雪崩的野外觀測(cè)，開(kāi)展積雪變質(zhì)發(fā)育和雪崩動(dòng)力學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，揭示雪崩形成和運(yùn)動(dòng)機(jī)理，構(gòu)建完整的雪崩動(dòng)力學(xué)體系，研發(fā)、集成雪崩防治的新技術(shù)，從而推動(dòng)雪崩防災(zāi)減災(zāi)能力的提升。

謹(jǐn)以此文，紀(jì)念中國(guó)雪崩研究的先驅(qū)者謝自楚先生！