1961—2021年叶尔羌河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水变化特征

努尔比亚·吐尼牙孜， 米日古丽·米吉提， 毛炜峄，迈尔丹江·米吉提， 张阿慧， 刘 艳

（1. 喀什地区气象局，新疆 喀什 844000； 2. 中国气象局 乌鲁木齐沙漠气象研究所，新疆 乌鲁木齐 830002；3. 喀什地区水文勘测局，新疆 喀什 844000； 4. 新疆气候中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

0 引言

冰川湖溃决洪水（Glacier Lake Outburst Flood，GLOF）是指位于冰川冰面、冰下、冰川内部或冰川附近，因冰川而伴生的水体突然释放下泄形成的短历时洪水，具有突发性强、预测难、量级高、灾害性大等特点［1-3］。堰塞湖、冰川湖溃决、冰川泥石流等冰川灾害常与冰川跃动所伴随，它们大规模地改变河床形态与地貌，严重威胁沿线居民的生命财产安全［4-5］。世界已知的跃动型冰川大约90%发生在喀喇昆仑—喜马拉雅地区［6］。喀喇昆仑山系是全球低纬度冰川分布数量最多，规模最大的区域之一，也是亚洲山岳冰川最集中的地区，叶尔羌河河源区则是我国境内喀喇昆仑山冰川作用规模最大最集中的地区［7-8］。

叶尔羌河发源于喀喇昆仑山乔戈里峰，由西南流向东北，是新疆境内洪峰流量最大的河流［9］。冰雪融水是叶尔羌河重要的淡水来源，也是塔里木盆地西部绿洲农业、经济发展的重要水资源［10］。多年稳定积雪和冰川融水补给占整个叶尔羌河流域径流的45.8%。在叶尔羌河上游支流的克勒青河区内存在10 条长度超过20 km，面积70 km2以上的大型山谷冰川［11-12］。丰富的冰川资源不仅为叶尔羌河提供丰沛水量补给，同时也为该流域冰湖溃决洪水提供了重要基础条件，使叶尔羌河流域成为新疆地区发生冰湖溃决突发洪水灾害的重灾区［13-15］。为了探明叶尔羌河流域突发洪水发生的原因，1985—1987 年新疆水利厅、中国科学院兰州冰川冻土研究所（现中国科学院西北生态环境资源研究院）等单位联合组织科考队，首次赴叶尔羌河流域发源地进行科学考察，获取了大量极其珍贵的科学资料，首次揭示了叶尔羌河流域冰湖溃决突发洪水发生地点和形成机理［16-18］。基于前期科考资料，王景荣［13］详细分析了叶尔羌河流域突发洪水成因，指出克勒青河上游的现代冰川区是引发此流域大规模突发洪水的策源地。同时，刘景时等［19］也监测到叶尔羌河上游克勒青河谷克亚吉尔冰川跃动，进一步指出克亚吉尔冰川跃动并阻塞河道是叶尔羌河流域冰湖溃决引发突发洪水的根源。王杰等［20］结合实际工程调研，提出了叶尔羌河上游冰湖溃决洪水与融雪型洪水的分型计算的解决途径。袁波波等［21］根据叶尔羌河三种洪水和地形的特点，建立了适合叶尔羌河流域的冰川湖溃决洪水监测预警系统，为当地防汛抗洪、抢险救灾提供了决策依据。然而叶尔羌河流域上游现代冰川区地形、地貌、气候与水文等环境条件极端复杂，加之现有的探测方法及对高海拔无人区监测能力不足等原因，人们对叶尔羌河流域溃决洪水的认识仍然有限。自21 世纪以来，叶尔羌河流域不同规模的冰湖溃决突发洪水经年泛滥，对流域生态环境、经济发展以及绿洲特色农业发展等产生不利影响，在全球变暖趋势下，未来叶尔羌河流域经济建设与发展仍面临巨大的潜在隐患［9，22-23］，因此，研究冰湖溃决洪水变化特征，掌握其演变规律对当地防灾减灾工作有重要意义。本文基于水文监测数据、科考资料文献及历年洪水灾情资料，建立该地区较完整的历史冰湖溃决洪水数据库，分析了溃决洪水的气候统计特征，以期加深对叶尔羌河流域冰湖溃决突发洪水的认识，为流域防灾减灾、水循环和下游经济建设提供科学参考。

1 研究区概况

叶尔羌河（本文简称叶河）流域位于新疆维吾尔自治区西南部，地理坐标介于74°28′～80°54′ E和34°50′～40°31′ N 之间。叶河流域地形复杂由南向东北急剧倾斜，其西部为帕米尔高原，南部为喀喇昆仑山和西昆仑山，东临塔克拉玛干沙漠边缘，东北部为山前冲积平原，主要由昆仑山剥蚀山地（海拔6 000～8 000 m）和冲洪积平原（海拔1 050～1 300 m）两大地貌单元组成［图1（a）］。叶河流域全年干旱少雨，山区属于高寒干旱半干旱气候［24-25］。根据第二次冰川编目数据，2009 年该流域共有冰川3 247 条、冰川面积5 414.77 km2，对比1968 年第一次冰川编目数据，冰川条数较少1.5%、面积退缩率达14.6%［22］。克勒青河是叶河流域山谷冰川分布的主要区域，仅克勒青河各支沟冰川面积2 579 km2，占流域冰川面积的43.5%［26-27］。克勒青河谷左岸有多条从喀喇昆仑山脉北坡向下延伸至河谷的庞大山谷冰川，其中有迦雪布鲁姆冰川、乌尔多克冰川、斯坦格尔冰川、特拉木坎力冰川、克亚吉尔冰川等5条大型山谷冰川末端进入河谷［11，23］。上述冰川中的特拉木坎力冰川和克亚吉尔冰川末端海拔分别为4 550 m、4 800 m，历史上曾多次出现过冰湖，属于活动性冰川［11，23，28-29］。

图1 研究区概况（a）及2018年8月4日新疆克亚吉尔冰湖影像（b）Fig. 1 Overview of the study area （a） and the image of the Kyagar Glacier Lake on August 4， 2018 （b）

克亚吉尔冰川是目前叶河流域唯一阻断河谷，导致半世纪以来冰湖溃决引发叶河流域突发洪水的主要冰川。克亚吉尔冰川湖位于叶尔羌河上游克勒青河冰川沙克斯甘山谷地（77°10′44″ E，35°40′33″ N），由克亚吉尔冰舌拦蓄而形成的沿东西向延伸的冰川前进阻塞主河谷形成的梯级堰塞湖［图1（b）］，当冰川湖在外界因素激发下突然溃决或排水，就会造成叶尔羌河不同规模的冰湖溃决洪水。

2 资料与方法

2.1 资料与数据处理

文中所用资料包括：（1）喀什水文勘测局提供的卡群站1961—2021年洪水记录月逐日（包括逐日08：00、20：00 常规资料和加密分钟资料）水情、降水资料。（2）历年科考调研实测洪水资料［2，5，13，18，20-21，30-31］及1990—2021 年喀什地区气象局统计的喀什地区洪水灾情资料。根据冰湖溃决洪水洪峰起涨迅速、涨率大、洪峰过程短且呈单峰型的特点，定义洪水资料满足以下3 个条件为一次溃决洪水事件，溃决洪水记录正确且资料可用。①洪水过程为单峰型，陡涨陡落；②峰顶持续时间短，涨水历时≤3 h；③洪水过程起涨速率高，可达起涨流量的2～10倍。基于水文监测数据分析，1961—2021年共发生30次冰湖溃决洪水（表1）。定义一年内出现一次洪水记录为1，出现2 次或以上依次累加，没有出现则记录为0，以此标准整理出1961—2021 年30 次冰湖溃决洪水过程，详见表1。

表1 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水Table 1 The Kyagar Glacial Lake outburst floods （GLOFs） in the Yarkand River Basin （YRB） from 1961 to 2021

2.2 研究方法

（1）采用线性趋势分析及常规统计方法分析叶尔羌河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水（简称叶河流域溃决洪水，下文同上）的年代际、月变化统计特征，综合利用累积距平、Mann-Kendall（M-K）突变检验方法分析洪水周期及突变特征。

（2）利用R/S 分析方法预测溃决洪水及洪峰流量的未来变化趋势。基于R/S 分析的H指数是定量描述长程依赖性的主要方法之一，该方法属于非参数分析法，具有较好的稳健性［32］，H取值范围为（0，1）。当H=0.5 时，表示序列是随机的，不具备长期依赖性，将来的发展趋势与已经发生的事件没有关系；0.5

（3）利用Morlet 小波判断溃决洪水的多尺度周期特征。小波变换具有多分辨率分析的特点，在时频两域都具有表征信号局部特征的能力。它不仅可以给出气候序列变化的尺度，还可以显示出各频率随时间的变化以及不同频率之间的关系，同时还具有分析函数奇异性的能力，可以用来分析气候变化中的突变，其计算方法可参考文献［33］。

（4）分析洪峰流量年际、月变化特征，利用多概率分布函数拟合工具软件（Multi-Distribution Fitting Tool Software， MuDFiT）计算洪峰流量的重现期，评估不同水平下的洪峰风险。极端事件的重现期是指在一定年代的资料统计期间内，等于或大于某量级的极端事件出现一次的平均间隔时间，为该极端事件发生频率的倒数［34］。MuDFiT 统计软件可给出数据序列的均值、方差、分位数等多种统计量值；利用常用的46种不同概率密度分布函数对数据序列进行拟合；运用最大似然法或线性矩法估计得到函数的参数；使用三种拟合优度检验来对46种函数进行检验，对函数拟合结果排序，判断拟合的最优函数，最终计算得到极端事件的重现期。文中拟合检验采用柯尔莫洛夫-斯米尔诺夫（Kolmogorov-Smimov， K-S）检验法。

3 结果与分析

3.1 溃决洪水月分布特征

由图2（a）叶河流域溃决洪水频次月分布可知：溃决洪水发生在一年中的6—11月，呈单峰型，7—9月发生溃决洪水共25 次，占总洪水次数的83.3%，其余5 次则出现在6 月、10—11 月。就单月溃决洪水频率而言，8月出现次数最多为13次，占总洪水日数的43.3%，次多出现在7 月共7 次，占总洪水日数的23.3%，而1—5 月、12 月未发生溃决洪水事件。可见叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水事件主要发生在7—9月，其原因与流域全年光热资源月分布有密切联系［26，35-36］。冰湖蓄水量是影响冰下排水或冰缘排水的关键因子之一，短期气候条件而言7—9月该流域具有丰富的热量条件［25，34-35］，利于冰川强烈消融、冰坝减薄及冰川不稳定性增加，在较高气温“诱导”下，7—9 月堰塞湖水位持续上升，冰湖水体水压增加，迫使冰下排水通道的形成，而冬春季节气温低，堰塞湖排水通道处在衰变期，初夏季节积温条件相对较差，冰湖排水通道较难形成，故7—9月发生溃决洪水的频次较高。

图2 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次（a）、洪峰流量（b）月分布Fig. 2 Monthly distribution of frequency （a） and peak discharge （b） of Kyagar GLOFs in the YRB from 1961 to 2021

为了进一步研究叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水特征，分析了1961—2021年溃决洪水洪峰流量月变化特征［图2（b）］，由平均月洪峰流量分布可知：叶河流域溃决洪水平均月洪峰流量828～3 218.5 m3·s-1，溃决洪水洪峰与频次分布一致呈单峰型，6—8月洪峰流量迅速增大达到峰值，9—11月略有波动，洪峰流量先急降后略有增大，峰值出现在8 月，次高峰值出现在9 月，洪峰流量依次为3 218.5、2 537.5 m3·s-1；低值出现在10 月仅为828 m3·s-1，11 月次低为1 353 m3·s-1。可见溃决洪水洪峰流量月分布与发生频次分布有差异，溃决洪水7—8 月发生频次最多，但洪峰流量8—9 月最大，致灾风险全年最高。其原因除了冰湖溃决的其他物理因素外，主要与冰湖蓄水时间有关。克亚吉尔冰湖末端海拔4 800 m，消融主要发生在夏季，经过春夏足够长的蓄水时间，8—9 月冰湖蓄水量较大，若此时冰湖发生冰下排水或冰川边缘排水，更容易造成较大洪峰流量。而相对于8月，9月叶河流域零度层高度较低［经统计叶河流域代表站喀什探空资料，1991—2020 年8 月、9 月的20：00（北京时间）平均零度层高度4 835.0 m、4 345.5 m］，冰湖冻结而损失部分融水，因而9月洪峰比8月小。

3.2 溃决洪水年际、年代际变化特征

分析1961—2021 年叶河流域溃决洪水年际变化曲线可知［图3（a）］：近61 a 溃决洪水频次呈缓慢减少趋势，减少速率为0.028 d·（10a）-1，未通过a=0.05 的显著性检验，表明1961—2021 年叶河流域溃决洪水线性变化趋势不明显。由11 a 滑动平均曲线变化可知：溃决洪水具有较明显的阶段特征，20 世纪70 年代初、80 年代末至90 年代初，溃决洪水频次呈减少趋势；20 世纪70 年代末至80 年代初、90 年代末至21 世纪初，溃决洪水频次呈迅速增长趋势，时间域内经历了2 个偏少期和偏多期。分析近61 a 溃决洪水年代际分布［图3（b）］：近6个年代际中，溃决洪水事件与11 a 滑动平均值曲线变化相似，亦呈现高、低交替变化的波动特征。20 世纪60、80 年代溃决洪水频次在高位波动处在频发期，70、90 年代溃决洪水频次减少进入减缓期，至21 世纪初转为较明显的跃增，之后又迅速减小。可见近61 a 叶河流域溃决洪水年际变化虽不显著，但在时间域内存在较明显高低交替变化的波动振荡特征。经计算1961—2021 年叶河流域溃决洪水频次序列的Hurst 指数为0.58，溃决洪水频次有弱的连续性，结合近些年溃决洪水频次处在减少阶段，推测未来3～5 年溃决洪水仍将在低位波动。

图3 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次年际（a）、年代际（b）变化及洪峰流量年际（c）、年代际变化（d）Fig. 3 Interannual （a， c） and interdecadal variations （b， d） of frequency （a， b） and peak discharge （c， d） of Kyagar GLOFs in the YRB from 1961 to 2021

溃决洪水洪峰流量年际变化显示［图3（c）］，近61 a 叶河流域溃决洪水洪峰流量呈显著减少趋势，减少速率为15.5 m3·s-1·a-1，通过a=0.05 的显著性检验。由11 a滑动平均曲线可知，在20世纪60年代至80年代中期，滑动平均曲线围绕多年洪峰均值上下波动，洪峰变化相对稳定，但20 世纪80 年代末之后洪峰流量与溃决洪水年际变化相似呈现高低交替变化的波动特征。洪峰年代际变化则显示［图3（d）］，20 世纪60 年代至80 年代洪峰呈现较明显的减少趋势，90 年代至21 世纪00 年代转为明显跃增，至10年代又迅速减小。可见21世纪00年代叶河流域溃决洪水频次和洪峰流量均出现了明显变化。研究表明自20 世纪80 年代中期，新疆地区气候呈现较明显的“暖湿”化突变，叶河流域气温和降水均有所增加［35-37］，与之对比，叶河流域溃决洪水频次和洪峰峰值均出现在21 世纪00 年代，表明该流域溃决洪水事件对气候变化的响应较为滞后。而2011—2021 年叶河流域溃决洪水发生频次和洪峰均减少，其原因与全球气温持续升温引起的冰川坝厚度减小、减薄，冰湖蓄水能力下降，以及冰湖趋于小型化、“堰塞湖”规模减小等众多因素变化有密切关系［1，3，7，14-15］。另外，经计算洪峰H指数为0.54，洪峰连续性较差为随机事件，未来变化具有不确定性。

3.3 溃决洪水周期特征

为了进一步精确描述叶河流域溃决洪水变化规律，对溃决洪水频次序列进行Morlet 连续复小波变换，绘制Morlet 小波能量谱、方差及主周期变化趋势图（图4）。由溃决洪水小波能量谱时频特征及方差可知［图4（a）、（b）］：时间域内溃决洪水能量强度并不均匀，存在多层次的时间尺度结构和局部变化特征。在P=0.05显著性水平临界值内，溃决洪水存在较稳定的准3 a、19 a 左右振荡周期，根据小波方差曲线峰值确定其第一主周期为19 a。小波能量聚集中心坐标为（3 a，1968）、（3 a，1985）、（7 a，1978）、（3 a，2016）、（19 a，1987），其时间尺度上强中心影响范围分别是1964—1975 年、1980—1988 年、1969—1987 年、2012—2017 年、1985—2001 年。其中20 世纪60 年代末至80 年代中期，溃决洪水以准6～7 a高频振荡为主，此后转为4 a左右高频振荡，至21 世纪振荡减弱趋于0，表明21 世纪溃决洪水发生了周期变化。分析叶河流域溃决洪水频次在19 a主周期下的小波实部过程曲线［图4（c）］：在19 a 准周期上，突发洪水呈现大约2 个振荡周期的“低—高”变化，近几年正处于1961 年以来的第2 次振荡减少阶段，在此周期尺度上2021年之后溃决洪水发生频次仍将减少，将持续减少到2027 年左右，此后进入下一个上升阶段。

图4 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次小波能量谱（a）、方差（b）及19年特征尺度下小波系数实部过程曲线（c）Fig. 4 Wavelet energy spectrum （a） and variance of the frequency （b） of Kyagar GLOFs， as well as the real part process curve of wavelet coefficients at a 19-year characteristic scale （c） in the YRB from 1961 to 2021

3.4 溃决洪水突变检测

图5 给出了叶河流域1961—2021 年溃决洪水逐年频次序列的累积距平和M-K 突变检测曲线，由图可知：溃决洪水序列累积距平正负交替，时间域内经历2个偏多期和1个偏少期（持续5 a以上）。叶河流域溃决洪水在1961—1990 年经历近30 a 的频发期后，在1991—2004 年出现相对短暂的间歇期，拐点出现在1996年附近，此后溃决洪水再次进入偏多期。M-K突变检验结果显示：在a=0.05临界曲线之内UF、UB统计曲线没有交点，同时整个时间域内UF值<0，并于1965 年通过a=0.05 的临界曲线，表明近61 a叶河流域溃决洪水没有发生突变。结合累积距平曲线可见，虽然在21世纪初受到气候变化影响叶河流域溃决洪水出现短暂的高频期，但这仍不能改变其近61 a振荡减少为主的长期变化特征。

图5 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次累积距平曲线（a）和M-K突变检验（b）Fig. 5 Accumulated anomalies （a） and Mann-Kendall test （b） of the frequency of Kyagar GLOFs in the YRB from 1961 to 2021

3.5 洪峰流量重现期

运用MuDFiT 软件采用不同的分布函数对叶河流域溃决洪水洪峰进行拟合度检验。根据检验结果，选择排名前10的函数整理不同重现期内各函数估算的洪峰极值，计算各重现期下最大和最小洪峰极值及两者之差，并绘制洪峰极值综合曲线图。由图6 可知，叶河流域溃决洪水不同概率分布函数在各重现期水平下洪峰值存在一定的差异，且随着时间的增加差异越明显。在10～25 a 重现期下，概率分布函数最大和最小洪峰差值由1 350 m3·s-1缓慢增大至2 033 m3·s-1，之后差值呈快速增大趋势，至50 a 重现期差值达到3 043 m3·s-1，之后差值曲线陡然升高，在100 a 重现期下差值达到4 630 m3·s-1，表明叶河流域50 a一遇及以上极端溃决洪水具有一定的不确定性。

图6 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水不同重现期洪峰极值综合曲线Fig. 6 Comprehensive curve of flood peak extremes for Kyagar GLOFs at different return periods in the YRB from 1961 to 2021

图7 叶尔羌河流域1961—2021年塔什库尔干气象站气温（a）和降水（b）年代变化Fig. 7 Decadal variations of temperature （a） and precipitation （b） at the Taxkorgan meteorological station in the YRB from 1961 to 2021

为了进一步分析叶河流域冰湖溃决洪水极端特征，分析了不同重现期最优函数洪峰流量。由表2 可知：叶河流域100 a、60 a、50 a 一遇洪峰分别为6 471.4、6 119.1、5 988.3 m3·s-1，结合表1 卡群站历年洪峰极值6 270 m3·s-1（1961年）、次值为6 070 m3·s-1（1999 年），对应最优函数重现期为60 a、59 a 一遇，估算值基本准确，可见最优函数估算值较为可信。经查证叶河流域卡群站警戒流量为1 200 m3·s-1、保证流量为2 500 m3·s-1，最优函数5 a 一遇洪峰为2 492.9 m3·s-1是警戒流量的2 倍，最优函数10 a一遇洪峰为3 880.2 m3·s-1是保证流量的1.5 倍，表明叶河流域溃决洪水在5 a 一遇重现期情景下存在一定的致灾风险，10 a 一遇及以上不同重现期情景下致灾风险极高。以上研究表明叶河流域经济建设与发展在未来仍存在一定的潜在隐患，建议加强对冰湖溃决突发洪水的研究，为防汛预警提供有效的理论支持。

表2 叶尔羌河流域1961—2021年克亚吉尔冰湖溃决洪水洪峰流量重现期Table 2 Return periods of peak discharge for Kyagar GLOFs in the YRB from 1961 to 2021

4 溃决洪水频次变化和洪峰减少成因探讨

在叶河流域要发生一次冰湖溃决洪水事件，一般经历冰川增长、冰坝阻塞河道、冰川消融成冰湖及冰坝溃决成洪等复杂的演变过程，其中包含地质、地貌、冰川力学、气象、水文等众多因子的影响及作用［19-20］。叶河流域冰湖溃决突发洪水在20 世纪80 年代经历一次小的高发期后，至90 年代进入减缓期，1987—1996 年未出现溃决洪水。周聿超等［27］根据当时喀喇昆仑山冰川进退变化认为，气候变暖大背景下，叶河流域上游的克亚吉尔冰川和特拉木坎力冰川在20 世纪年代际尺度的冰川前进脉动已过去，冰川处于相对稳定和退缩、变薄阶段，并预测在21世纪初气温持续升高前提下，发生数千秒立方米流量的溃决（洪水）的可能性较小，叶尔羌河流域冰川洪水的危害将日益减轻。但实际情况是1997—2009年短短13 a该流域发生11次溃决洪水，且其中有4 次溃决洪水洪峰流量超过4 000 m3·s-1，对此沈永平等［28］解释：叶河流域冰湖溃决突发洪水在20世纪末至21世纪初的跃增与90年代的剧烈增温过程引起的冰川消融加剧，冰川流速加快，以及冰川快速前进再次阻塞河道形成冰川阻塞湖有关，由此可见全球气候变化可能改变了叶河流域冰湖溃决洪水的发生条件。

为解释气候变化对叶河流域溃决洪水变化的影响，选取离克亚吉尔冰湖最近的塔什库尔干气象站（海拔3 090 m）1961—2021 年气温和降水资料作为叶河流域山区气候变化的背景参考，讨论叶河流域山区气温、降水变化对溃决洪水的影响。近61 a塔什库尔干站气温、降水年际变化显示，叶河流域山区气温和降水同步呈显著增长趋势［速率0.38 ℃·（10a）-1和5.4 mm·（10a）-1，通过a=0.05 的显著性检验］，且1991—2021 年气温和降水变率均高于1961—1980 年值，表明近30 a 叶河流域山区气温、降水变化显著，但对应时段内叶河流域溃决洪水年际变化并不显著，表明气温和降水年际变化不能直接解释冰湖溃决洪水变化特征。然而山区年代际变化显示，山区增温起始于20 世纪90 年代，除21世纪10年代气温呈缓慢上升趋势；降水增加起始于21 世纪00 年代，并在时间域内呈波动振荡上升趋势。若不考虑21 世纪10 年代气温和降水的异常波动，仅对比1961—2010 年5 个年代际波动特征（前后10 a 对比），发现叶河流域溃决洪水频次的年代振荡特征与山区气温呈反位相、与降水呈正位相，即突发洪水频发主要出现在山区降水增多、升温减缓或气温相对偏冷的时期，表明溃决洪水的频发与流域气温变化之间可能存在一定的制约关系，即临界值或拐点值。当气温在临界值内波动时，山区增加的降水量可能有效减缓冰川退缩速度（如“喀喇昆仑异常”），同时气温变化亦能诱发冰川跃动，导致冰川持续前进，促使冰舌在向下游延伸的同时向上游涌溢，推升冰坝高度，产生新的冰川阻塞湖，增大冰川溃决洪水的潜在危险。当气温越过临界气温持续在高位波动时，山区降水则无法弥补冰川消融所带来的物质亏损，进而不能有效降低冰川萎缩速度，加之高温使冰坝减薄和冰湖库容减少，冰川溃决突发洪水的致灾风险降低。当气温越过临界气温在低位波动时，冰川消融减缓，山区冰川稳定累积，冰川稳定性增加，短时间内发生溃决洪水的频次减少，发生溃决洪水的风险降低。因此若仅考虑全球气候变暖影响，未来叶河流域冰湖溃决洪水发生频次仍将减少，加上自2019 年11 月起阿尔塔什枢纽水利工程投入运行（位于叶尔羌河干流河段，水库总库容22.49×108m3），冰湖溃决洪水的致灾风险进一步减轻。

而根据国家卫星气象中心《气象卫星水情监测报告》，自2019 年7 月叶河流域冰湖溃决发生突发洪水之后，每年的6—8月均能监测到克亚吉尔冰川阻塞克勒青河谷形成的不同水域面积堰塞湖。根据2020—2022年冰湖水域面积变化，堰塞湖一般自形成初期至7 月初，水域面积缓慢增大，但至7 月下旬至8月初又随之减小，表明气候变暖背景下，克亚吉尔冰川湖的应力场可能发生了某种变化，部分冰下排水通道提前打通，冰川湖蓄水的同时缓慢排水，导致水域面积减少。同时，2020—2022 年监测到的堰塞湖水域面积均较历年同期偏小，表明溃决洪水致灾风险较低。另外，对比发现2018—2019年克亚吉尔冰川末端仍向克勒青河谷延伸呈东西向［图2（b）］，而2021—2022 年原河谷内的堰塞湖消失，冰湖水域面积则位于河道南侧［图8（b）］，冰湖位置略有差异，表明叶河流域可能再次形成了新的堰塞湖。如果新的堰塞湖假设成立，随着时间累积和堰塞湖成熟，考虑跃动冰川物理机制的复杂性及未来极端气候事件的不可预测性，未来该流域仍有可能发生洪峰3 000 m3·s-1以上的溃决洪水。目前国内对冰川湖的监测研究主要以不连续的卫星影像和流域水文要素观测为主，数值模式对复杂冰雪过程的模拟能力欠缺，人们对叶河流域冰湖溃决突发洪水机理的认识有限，准确评估冰湖溃决突发洪水致灾风险，需要深入研究气候变化条件下冰川跃动机制及其响应特征，特别是堰塞湖排水机制的解释验证，同时要加强遥感监测和野外综合考察，正确把握堰塞湖演变，做好流域风险管理工作。

图8 2022年克亚吉尔冰川湖水域面积变化（a）及7月1日克亚吉尔冰川湖成像图（b）Fig. 8 Variations of the water area （a） of the Kyagar Glacier Lake in 2022 and the image of Kyagar Glacier Lake on July 1 （b）

5 结论与展望

本文建立叶尔羌河流域较完善的突发洪水数据库，对叶河流域上游克亚吉尔冰湖溃决突发洪水的长期变化特征进行了较全面的统计分析，其结果有助于提高工作者们对叶河流域冰湖溃决突发洪水事件规律的认识和把握，得到主要结论并展望如下：

（1）叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水出现频次和洪峰流量在月分布上均呈单峰型，突发洪水主要集中发生在7—9 月；洪峰峰值出现在8—9 月，其风险全年最高。

（2）1961—2021 年克亚吉尔冰湖溃决洪水频次线性变化趋势不明显，呈现高、低交替变化的年代振荡特征，洪峰流量则呈现显著线性减少趋势，其减少速率为15.5 m3·s-1·a-1。Hurst 计算表明，突发洪水事件频次有弱的连续性而洪峰连续性较差，未来变化具有不确定性。

（3）在19 a 准周期上短期内叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水发生频次处于低位，风险较低，并将持续下降到2027 年左右，此后进入下一个上升阶段。21 世纪初受到气候变化影响叶河流域出现短暂的高频期，但这仍不能改变突发洪水近61 a 振荡减少为主的长期变化特征，叶河流域冰湖溃决洪水频次没有发生突变。

（4）叶河流域克亚吉尔冰湖溃决洪水重现期计算表明，50 a 一遇及以上重现期情景下突发洪水洪峰具有一定的不确定性。以最优拟合函数为参考，突发洪水在5 a 一遇重现期情景下存在一定的致灾风险，10 a 一遇及以上不同重现期情景下致灾风险极高。

在过去的半个多世纪，叶尔羌河流域温度升高、降水增加，与西北地区同步表现出一定的“暖湿化”趋势，然而这种“暖湿化”现象难以从根本上改变该流域极度干旱、缺水的现状和荒漠景观格局，水资源仍是未来制约和影响叶尔羌河流域经济发展的首要重要因素［36-37］。冰川融水是叶尔羌河流域重要的水源补给，对流域生态环境、农业生产、经济建设产生重要影响。虽然叶河流域冰湖溃决突发洪水对流域经济建设造成巨大损失，使得未来流域经济建设与社会发展面临一定的潜在隐患，但是冰湖溃决洪水直接影响冰湖蓄水量和蓄水周期，在一定程度上促使叶河流域水资源循环，若加以合理开发利用，可在叶河流域乃至整个塔里木河流域可产生巨大的经济效益。本文基于叶尔羌河流域较完善的冰湖溃决洪水数据库分析了洪水的统计学特征，结果表明叶河流域溃决洪水频次呈周期变化，洪峰流量呈显著减少趋势，对洪水资源化利用而言利大于弊。但是由于气候变化和人类活动的影响，未来该流域冰湖溃决洪水变化仍存在一定的不确定性。如何提升叶尔羌河流域冰湖溃决洪水灾害防御技术及其洪水资源化利用水平，仍需要加强流域跃动冰川监测，深入分析冰湖溃决突发洪水的机理研究，为防汛预警提供有效的理论支持，同时应加强水利基础设施建设，尤其是加快重大水利工程项目建设，合理有效利用水资源，改善流域生态环境，促进社会经济可持续发展。