20世纪以来，全球气温普遍升高，冰川融化加剧，冰湖规模及数量随之增加。同时在喜马拉雅高山地区，冰湖溃决灾害也显著增加^[1]。据资料记载，20世纪30年代至今，西藏境内共有25个冰碛湖发生过29次溃决^[2]。这些冰湖溃决灾害主要分布于喜马拉雅山中段和念青唐古拉山东段，大多形成了规模巨大的洪水灾害，导致人员失踪、房屋被毁、桥梁和道路等基础设施严重破坏。例如，1988年7月15日西藏波密米堆终碛湖发生溃决，最大洪峰流量1 270 m³/s，溃决水量5.4×10⁶ m³，形成了大规模的溃决洪水-泥石流灾害^[3]。1985年，林芝县培龙沟上游发生大规模冰崩，形成临时性冰湖，之后冰湖溃决，携带大量冰块的洪水激发了特大型泥石流，沟口最大流量达8 195 m³/s，并堵塞帕隆藏布江，之后堰塞坝溃决，溃决洪水严重损毁了川藏公路^[4]。2013年西藏嘉黎县忠玉乡发生冰湖溃决洪水灾害事件，导致忠玉乡238户1 160人受灾，房屋、桥梁、道路等基础设施遭到严重破坏，直接经济损失高达2.7亿元^[5]。

由冰湖溃决产生的泥石流具有暴发突然、持续时间短、洪峰值高、流量大且级联效应明显等特点。泥石流在运移途中可能诱发沟道两岸崩塌、滑坡等次生地质灾害，可进一步放大冰湖溃决所带来的危害。诱发冰湖溃决的因素繁多，可以概括为外部诱因（如冰/雪崩、强降雨、冰川跃动及地震等）和内部诱因（如冰碛坝内死冰消融及冰碛坝管涌通道扩大等）两大类^[6]。冰湖溃决方式包括漫顶溢流溃坝、管涌溃坝、瞬间溃坝或多种溃决形式共存，如加拿大哥伦比亚Queen Bess冰湖溃决分两阶段，先是冰崩落入湖中产生漫顶洪水，然后漫顶洪水掏蚀作用导致冰碛坝溃决形成洪水，然后两股洪水在下游大约7 km处叠加到一起，造成了更大的洪水。

冰湖溃决风险分析是进行冰湖溃决演进模拟的重要前提。Huggel等^[7]曾总结提出了冰湖溃决评价的指标体系，该体系包括3个一级指标以及18个二级指标，考虑了冰湖特征、冰坝特征、地形地貌以及气候等外界因素的影响，更贴近实际地评价冰湖溃决危险性。国内学者陈储军等^[8]对年楚河流域冰湖溃决进行了调查，并提出了8个评价指标：积雪面积、积雪平均坡度、冰舌坡度、冰湖与冰舌间隔长度、湖水总体积、终碛垄顶部宽度、终碛垄背水坡坡度、终碛垄下游会合处落差。Casagli等^[9]基于意大利70座堰塞坝提出了堆积体指标（BI）法来判断堰塞坝稳定性。之后，Ermini等^[10]在此基础上基于84座堰塞坝资料（阿尔卑斯和亚平宁山区36座、日本17座、美国和加拿大20座，新西兰和印度等其他国家11座）对其进行改进，增加了坝体高度，提出了无量纲堵塞指数（dimensionless blockage index, DBI），并统计分析得出具体数值。Dong等^[11]基于40座日本堰塞坝，提出了考虑峰值流量、坝高、坝宽、坝长及坝体体积等多种因素的L_s（a model including catchment area (A), dam height (H) and dam volume (V), AHV）指标。Tacconi等^[12]基于意大利300座堰塞坝，提出考虑坝体体积、流域面积和沟道坡降的HSDI指标。

随着计算机科学的发展，学者们将数值模拟方法逐渐引入冰湖溃决演进研究。岳志远等^[13]利用可以捕捉激波的WAF TVD二阶精度格式数值方法模拟了冰坝溃决洪水，验证了该模型的可靠性。刘林等^[14]采用MIKE21FM模拟了不同溃决模式对洪水特征的影响。朱海波等^[15]采用LAHARZ模型验证了桑旺错冰碛湖溃决水量。Petrakov等^[16]采用FLO-2D模型对俄罗斯高加索山脉中部的Bashkara冰湖群可能的溃决洪水进行了模拟并提出早期预警系统和缓解灾害的措施。曹鹏等^[17]利用FLO-2D评估了甘肃麻路河流域泥石流危险性。以上研究聚焦于溃决洪水的演进，但冰湖溃决可能产生洪水，也可能引发泥石流。不同于暴雨型泥石流，冰湖溃决数值模拟必须从冰湖库容、冰湖溃决洪水/泥石流洪峰流量、冰湖溃决洪水演进等方面进行分析，因此需要考虑冰湖溃决型洪水在演进过程中转化为泥石流的情形。

快速物质运动模拟软件（rapid mass movement simulation，RAMMS）由瑞士WSL雪崩研究所开发，其中泥石流模块采用了Voellmy-Salm单相流模型，将泥石流假设为具有摩擦力的流体。由于其模拟结果准确度较好，已被国内外工程界和学术界广泛接受并应用^[18-19]。RAMMS可采用物质释放法和流量曲线法来设置泥石流的初始起动条件。在运动过程中，采用考虑摩擦系数的单相流体来模拟溃决型泥石流。同时可以在三维地形图上模拟溃决洪水演进，并查看整个过程的分时结果。

本文以巴曲冰湖泥石流沟为例，首先采用现场调查和遥感解译查明巴曲冰湖泥石流的基本特征，之后采用规范公式计算了巴曲冰湖泥石流在暴雨条件下暴发的动力学特征参数。计算了巴曲7个冰湖的体积，并基于无量纲堵塞指数（DBI）评价了巴曲冰湖堰塞体的稳定性。最后采用RAMMS数值模拟揭示了巴曲冰湖溃决后的演进过程，由于巴曲冰湖流量曲线无法获取，因此采用物质释放法更符合实际情况。通过模拟得到了巴曲冰湖泥石流在四种场景下的危险性分布范围。最后讨论了冰湖溃决对泥石流流量的放大效应以及四种场景下冰湖溃决型泥石流的暴发条件，并结合川藏铁路线路位置提出了对应的防治工程建议。

1.   研究区概况

巴曲冰湖泥石流沟位于西藏昌都市洛隆县腊久乡，八美村坐落于巴曲堆积扇上。拟建川藏铁路A车站位于堆积扇右侧，B隧道从巴曲沟下方穿过，隧道入口位于巴曲沟右侧（图1）。巴曲泥石流流域面积49.25 km²，主沟长11.82 km，平均纵坡降133.89 ‰，最大高程5 324 m，相对高差1 582 m。

图  1  巴曲沟全貌图

Figure  1.  The view of the whole Baqu gully

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1.1   地质环境条件

川藏铁路沿线泥石流可以分为暴雨型泥石流、冰川型泥石流和冰川-暴雨混合型泥石流^[20]。巴曲泥石流位于伯舒拉岭山脉东北侧，为高山峡谷地貌，受区域环境因素和地势影响，冰湖发育^[21]，该区域内泥石流以冰川-暴雨混合型为主。巴曲流域地势南高北低，沟道呈深“V”型，支沟较为发育，谷坡25 °～70 °，谷宽20～100 m。堆积扇平面呈扇形，地形平坦开阔，有挤压河道的现象。

研究区内主要断层为信本断裂带。地表出露岩性主要为石炭—二叠系来姑组石英砂岩、白垩系大磨拐河组石英砂岩和白垩纪花岗岩、古近系宗白群含砂砾岩（图2）。巴曲泥石流沟道纵坡降存在分段特性，可将其分为形成区、流通区和堆积区，其中形成区与流通区的界限不明显（图3）。

图  2  巴曲冰湖泥石流物源分布图

Figure  2.  Geological setting and material sources of Baqu glacier-lake debris flow gully

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图  3  巴曲冰湖泥石流沟的主沟纵断面图（图2中1−1’剖面）

Figure  3.  Vertical section 1-1’ of main gully of the Baqu debris flow (section 1−1’ in Fig. 2)

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1.2   物源条件

沟域内可启动物源共83处（图2），总静储量约12.88×10⁶ m³，总动储量约2.39×10⁶ m³。物源类型主要为沟道物源、坡面物源、崩滑物源、冻融物源（图4）^[22]，丰富的固体物质可显著增大泥石流的冲出固体物质量^[23]。

图  4  巴曲泥石流典型物源

（a）沟道物源；（b）崩塌物源；（c）崩塌物源；（d）冻融物源

Figure  4.  Typical sources photography of Baqu debris flow

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1.3   水文条件

研究区属于高原亚温带亚湿润气候区，日照充足，蒸发强烈，干雨季分明，年降水量少，多年平均降水量490.24 mm，主要集中在6—9月。最大年降水量704.33 mm（1998年），最大月降水量165.6 mm，最大日降水量39.2 mm。该区域年平均气温1.5～13.6 ℃，年温差较大。巴曲沟水源包括冰川融水、降雨及冰湖溢流。巴曲沟常年平均流量约2.5 m³/s。

通过Landsat-8卫星影像的分析解译，巴曲沟内存在小型冰湖点7处（图5）。冰湖点面积最大0.194 km²，面积最小0.01 km²，其中有3个冰湖面积大于0.1 km²。根据现场走访调查及遥感卫星解译，发现在汛期冰湖基本全部解冻，非汛期面积小于0.1 km²的冰湖点基本处于冻结状态，面积大于0.1 km²的冰湖点处于半冻结状态，且沟内冰湖常年处于正常溢流状态。

图  5  巴曲流域冰湖分布图

Figure  5.  Distribution of glacier lakes in the Baqu catchment

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冰湖库容量是估算溃决洪峰流量的必要参数，尽管学者们在利用遥感卫星测量湖水深度方面做了不少工作，但是直接通过遥感数据获取冰碛湖水量参数仍然十分困难。一般是通过遥感手段获取冰碛湖面积 A，再由以下经验公式估算湖水深度D：

式中：$V$——冰湖库容/m³；

$A$——冰湖面积/m²；

D——湖水深度/m。

式（1）为Huggel等^[7]于2002年提出，并得到了广泛应用，该拟合公式的r²值为0.916，表明相关性较好。公式样本来自15个冰碛湖，这些湖主要分布在阿尔卑斯高山一带，与青藏高原地质条件接近，因此对巴曲各冰湖的容量计算也使用该公式，计算结果见表1。

表  1  巴曲冰湖面积及库容

Table  1.  Area and volume of glacier lakes in Baqu

编号	面积/km2	高程/m	平均深度/m	库容/（104 m3）
1	0.194	4530	17.29	335.51
2	0.010	4547	4.98	4.98
3	0.075	4666	11.60	87.02
4	0.138	4668	14.99	206.85
5	0.023	5023	7.06	16.24
6	0.106	4980	13.42	142.22
7	0.041	4963	9.00	36.91

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2.   泥石流动力学特征参数

在不考虑冰湖溃决的情况下，采用规范公式计算巴曲冰湖泥石流的基本特征参数。

2.1   泥石流流速

泥石流流速指泥石流流体在通过某一断面处时的平均速率，由于不同断面沟床比降和糙率不同，流速变化很大。根据《泥石流灾害防治工程勘查规范》（DZ-T-0220-2006）^[24]，巴曲泥石流的易发性评分为103分，查表可得重度为17.10 kN/m³，大于16 kN/m²，属于黏性泥石流，因此采用式（3）计算流速：

式中：${V}_{\rm{c}}$——泥石流断面平均流速/（m·s⁻¹）；

${n}_{\rm{c}}$——河床糙率，取0.08；

${H}_{\rm{c}}$——泥深/${\rm{m}}$；

${I}_{\rm{c}}$——泥石流水力坡度，取巴曲沟道纵比降133.89‰。

计算结果如表2所示。

表  2  巴曲泥石流沟口流速

Table  2.  Velocity of debris flow at the mouth of the Baqu gully

降雨频率/%	20	10	5	2	1
流体平均泥深/m	0.6	0.75	0.94	1.2	1.35
泥石流流速/（m·s−1）	3.25	3.78	4.39	5.17	5.59

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2.2   泥石流洪峰流量

假设泥石流与暴雨同步发生，暴雨流量全部转为泥石流流量。采用雨洪法计算泥石流峰值流量，得出各断面溃决洪水流量后，考虑沟道堵塞情况，根据式（4）计算泥石流峰值流量：

式中：${Q}_{\rm{c}}$——泥石流峰值流量/（m³·s⁻¹）；

${Q}_{{\rm{m}}{\rm{a}}{\rm{x}}}$——暴雨洪峰流量/（m³·s⁻¹）；

$\varphi$——泥石流泥沙修正系数；

${D}_{\rm{c}}$——泥石流堵塞系数，取1.5。

计算结果如表3所示。

表  3  巴曲泥石流沟口洪峰流量

Table  3.  The peak discharge at the mouth of Baqu gully

降雨频率/ %	20	10	5	2	1
泥石流洪峰流量/（m3·s−1）	105.67	169.03	232.87	318.25	383.67

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2.3   泥石流冲击力

泥石流冲击力包括整体冲击力和单块最大冲击力，整体冲击力计算公式为：

式中：$F$——泥石流整体冲压力/（kN·m⁻²）；

$g$——重力加速度/（m·s⁻²）；

$\alpha$——受力面与泥石流冲压力$F$方向的夹角；

$\lambda$——受力体形状系数，取1.33。

单块块石最大撞击力按式（6）计算：

式中：${F}_{\rm{s}}$——单块巨石撞击力/${\rm{k}}{\rm{N}}$；

$\gamma$——动能折减系数，正面撞击时取0.3；

${\rm{\alpha }}$——受力面与泥石流撞击面夹角；

${C}_{1}$、${C}_{2}$——巨石与建筑物弹性变形系数，${C}_{1}+{C}_{2}$=　　0.005；

$W$——巨石重量/${\rm{k}}{\rm{N}}$。

冲击力计算均考虑最危险情况，即有关参数选取为冲击力最大数值，并只考虑正面撞击，具体结果如表4所示。

表  4  巴曲泥石流整体冲击力及最大块石冲击力

Table  4.  Impact pressure and maximum impact force of rock mass in the Baqu debris flow

降雨频率/%	20	10	5	2	1
设计流速/（m·s−1）	3.25	3.78	4.89	5.17	5.59
整体冲击力/kPa	27.2	36.6	55.5	61.9	80.1
单块最大冲击力/kN	336.4	390.4	505.6	534.1	577.7

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2.4   泥石流一次冲出总量

由于泥石流比一般洪水更具暴涨暴落特点，一次泥石流过程一般比较短，泥石流过程线可以概化成单峰曲线，故一次泥石流过流总量按照下式计算：

式中：${W}_{\rm{c}}$——一次泥石流总量/ m³；

$T$——泥石流历时/s；

${Q}_{\rm{c}}$——泥石流峰值流量/（m³·s⁻¹）。

泥石流历时$T$采用下式计算：

式中：${L}_{\text{总}}$——扩口到沟口总距离/km，取12.4；

${V}_{\rm{c}}$——泥石流平均速度/（m·s⁻¹）。

计算得泥石流历时$T$为27 min，1%暴雨频率下一次泥石流总量为30.39×10⁴ ${{\rm{m}}}^{3}$。一次冲出固体物质总量${W}_{\rm{s}}$由下式计算:

式中：${\gamma }_{\rm{c}}$——泥石流重度/（kN·m⁻³）；

${\gamma }_{\rm{w}}$——清水重度/（kN·m⁻³）；

${\gamma }_{\rm{s}}$——泥石流中固体物质重度/（kN·m⁻³）。

计算可得1%暴雨频率下一次冲出固体物质总量为13.08×10⁴ m³，具体结果见表5。

表  5  巴曲泥石流一次冲出总量及固体物质量

Table  5.  Total amount of run-out metarials and solid materials of the Baqu debris flow

降雨频率/%	20	10	5	2	1
时间/min	30	34	38	46	50
一次泥石流总量预测 /（104 m3）	5.02	9.10	14.02	23.19	30.39
冲出固体物质总量预测 /（104 m3）	2.16	3.92	6.03	9.98	13.08

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3.   冰湖堰塞坝的稳定性评价

巴曲沟内共有7个冰湖，若发生溃决，溃决洪水将在流动过程中侵蚀沟床转化为高含砂洪水，因此对这些冰湖溃决风险的评价尤为重要。冰湖溃决风险评价的主要内容是对冰湖堰塞坝的稳定性评价。钟启明^[25]等采用5种堰塞坝稳定性评价指标对国内外421座堰塞坝进行评价，发现DBI和L_s（AHV）指标表现较好，并对西藏地区的白格堰塞湖和加拉堰塞湖表现出较好的适用性。由于DBI综合考虑了包括漫顶和管涌等各种坝体溃决形式，并且样本具有广泛性和代表性，并且L_s（AHV）的错判率高于DBI^[25]，因此本文采用DBI来判断巴曲冰湖堰塞坝的稳定性。DBI采用下式计算^[10]：

式中：${A}_{\rm{b}}$——堰塞坝控制流域面积/km²；

${H}_{\rm{d}}$——坝体高度/m；

${V}_{\rm{d}}$——堰塞坝体积/m³。

通常认为当DBI<2.75时，坝体稳定；当2.75≤DBI≤3.08时，坝体介于稳定与不稳定之间；当DBI>3.08时，坝体不稳定。

基于遥感影像圈定各坝体控制流域面积，并估算各堰塞坝体积。计算得出巴曲各冰湖的DBI（图6），结果表明1#冰湖堰塞坝的DBI值处于非稳定区，3#、4#和6#堰塞坝的DBI值处于非稳定区与稳定区之间，因此巴曲部分冰湖有溃决可能性。

图  6  巴曲各冰湖堰塞体的DBI判别图

Figure  6.  DBI discriminant diagram of the Baqu glacial lake dams

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4.   冰湖溃决数值模拟

4.1   RAMMS

RAMMS采用Voellmy-Fluid摩擦模型。模型中将摩擦阻力分为两部分: 一为静摩擦阻力，含库仑型摩擦系数（μ）；二为运动阻力，与速度和粘性湍流摩擦系数（ξ）有关，总阻力为^[19]：

式中：$\rho$——密度/（kg·m⁻³）；

$\phi$——材料的内摩擦角/（°）；

H——流动高度/m；

U ——速度/(m·s⁻¹)。

摩擦系数$\mu$和$\xi$是常数，当流体正在快速流动时$\xi$主导，当流体快要停止时$\mu$又作为主导。由于泥石流流体行为并不表现为线性关系，基本的Voellmy-Salm模型可以被修正为含有屈服应力。为了模拟屈服应力，引入参数${N}_{0}$。在这种情况下，摩擦阻力S的新方程为：

式中：${N}_{0}$——流体材料的屈服应力。

在较高的正压力下，${N}_{0}$将增大剪应力。在低法向应力（较低的流动高度）下，剪切应力从S=0迅速增大到S=${N}_{0}$。当法向压力较大时，S与N关系的斜率不变。如果$\mu =0$，流体的行为将变为黏弹性。

4.2   模型设置

本文结合堰塞坝的稳定性评价结果开展RAMMS数值模拟，研究以下四种工况下的堰塞坝溃决后的演进过程及危害性：（1）1#相对不稳定堰塞坝溃决；（2）1#—4#坝体全部溃决；（3）6#坝体溃决；（4）6#、1#—4#坝体全部溃决。

基本条件设置为：密度为1300 kg/m³，重力加速度取9.8 m/s²，库仑型摩擦系数为0.15，黏性湍流摩擦系数为150 m/s²（根据调查所得数据通过物理原理计算所得）。

4.3   冰湖溃决泥石流演进过程

根据模拟结果，巴曲冰湖溃决后演进过程可分为四个阶段：起始阶段、汇流阶段、冲出阶段和停积阶段。由于篇幅限制，且不同场景演进过程相似，本文仅展示场景四工况下巴曲冰湖溃决泥石流的演进过程（图7）。

图  7  场景四下巴曲冰湖群溃决后演进过程

注：（a）（b）（c）（d）分别为巴曲冰湖泥石流起始阶段、汇流阶段、冲出阶段和停积阶段的泥深分布云图，（e）（f）（g）（h）分别为对应的速度分布云图。

Figure  7.  Evolution process of glacier lakes in Baqu after outburst under scenario 4

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在起始阶段，堰塞坝在毁灭性地震或强降雨等条件下同时发生破坏，巴曲冰湖开始发生溃决，此时1#冰湖水深最大为15.71 m，见图7（a），3#和4#冰湖水量不断向1#冰湖汇聚，见图7（e）。在汇流阶段，主沟内1#—4#冰湖的溃决洪水向下游运动，在约2 h时与6#冰湖的溃决洪水汇集，见图7（b）。汇流后的洪水携带沟道内泥沙、碎石向沟道下游运动，由于下游沟道狭窄，因此流速更大，见图7（f）。

当泥石流到达沟口后，由于冰湖水量较大，因此存在一个较长时间的稳定冲出阶段，见图7（c），这个过程持续约1.5 h。由于堆积扇坡度很缓，冲出沟口后的泥石流动能受到损耗，流速迅速减小，见图7（g）。随着溃决过程进入尾声，沟口泥石流进入停积阶段，结果表明1#冰湖溃决后剩余湖水深度仍有9.57 m，见图7（d）。此时由于泥石流动能降至到最大动能的5 %，模拟自动停止，见图7（h），整个泥石流演进过程总历时约4.5 h。

4.4   不同场景下冰湖溃决危害性评价

根据不同场景下泥石流的最终停积深度可以判断其对川藏铁路某车站的影响。如图8（a）所示，当仅有1#冰湖溃决时，冰湖停积深度由17.29 m降低至7.84 m。特别是在堆积区，最大堆积厚度为1.91 m，见图8（b），堆积范围可能淹没川藏铁路，因此需要采取必要的防护措施。

图  8  四种场景下巴曲冰湖溃决危害性

注：（a）（c）（e）（g）分别为场景一、二、三、四的流深分布图，（b）（d）（f）（h）分别为对应场景的沟口影响范围放大图。

Figure  8.  The hazard map of glacier lakes outburst in four scenes.

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如图8（c）（d）所示，当1#—4#冰湖溃决时，由于溃决水量的增大，泥石流的影响范围明显扩大，同时其最大深度也增大至3.36 m。而仅有支沟的6#冰湖溃决时，尽管其影响范围与其他场景接近，但堆积区最大深度仅1.53 m，见图8（e）（f）。在极端地震工况下，场景二和场景三叠加之后，堆积扇的最大深度达4.35 m，见图8（g）（h）。因此，模拟结果表明若冰湖溃决将会对拟建川藏铁路A车站产生一定影响，但由于川藏铁路仅从堆积扇边缘经过，因此可以通过设置导流堤对冰湖溃决泥石流进行拦截和导流。同时，导流堤的高度应根据不同场景下的堆积深度设置，并考虑适当的安全高度和冲起高度。

5.   讨论

5.1   流量放大效应

如表6所示，将模拟得到的泥石流动力学特征参数与规范公式计算的结果进行对比。结果表明，相比于暴雨型泥石流，冰湖溃决型泥石流流量更大、冲击力更强且影响范围更大。在沟口位置，按规范公式计算的100年一遇降雨频率下的流速和冲击力与模拟结果接近，但冰湖溃决型泥石流流量约为规范公式法的5.1倍，说明若将冰湖堰塞坝溃决看成沟道堵塞溃决的一部分，通过采用合适的堵塞系数也具备一定的合理性。根据式（4），当泥沙系数$\varphi$取0.223时，对应的巴曲泥石流堵塞系数${D}_{{\rm{c}}}$则可取4.17。该堵塞系数可用于冰湖溃决型泥石流流量的快速评估。

表  6  巴曲冰湖沟口泥石流沟特征参数汇总表

Table  6.  Summary of characteristic parameters at the mouth of the Baqu glacier lake debris flow gully

参数	流量/（m3·s−1）		流速/（m·s−1）		泥深/m
计算方法	规范	模拟	规范	模拟	规范	模拟
降雨频率/%	1	全溃	1	全溃	1	全溃
车站位置	383.6	1954	5.59	5.92	1.35	4.35

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5.2   模拟结果可靠性

本文模拟的场景主要基于各冰湖堰塞体的DBI判定结果，但由于拟合公式固有的局限性，DBI值仍有一定的误报率^[23]。同时，由于该模型并没有考虑堰塞体的地质结构、冰滑坡和气候变暖等因素，因此这些冰湖的溃决可能性仍然是很难预测的。尽管如此，由于川藏铁路属于百年工程，因此在工程设计中，这些可能溃决的冰湖对川藏铁路的影响是不容忽视的。

在冰雪融化和降水量大增的条件下，由于1#冰湖位于最下游，更容易成为雨水和冰雪融水的汇集区，从而导致溢流口流量迅速增大和堤坝管涌扩大，因此场景一（1#冰湖溃决）的发生概率更高。除此之外，西藏地区冰湖溃决的另一个重要诱因是冰/雪崩或冰滑坡，其高速入湖产生的涌浪可能直接诱发冰湖溃决^[26]。由于巴曲1#—4#冰湖呈串珠状分布，若最上游的4#冰湖受冰/雪崩或冰滑坡诱发而溃决，将产生级联效应，依次引起3#、2#和1#冰湖的溃决，对应场景二（1#—4#冰湖溃决）。6#冰湖位于巴曲另一个支沟，其溃决与否不受其它冰湖的影响，因此单独设置了场景三（6#冰湖溃决）。由于6#冰湖规模不大，其单独溃决影响较小。巴曲位于喜马拉雅地震带，具备发生8级以上地震的可能性，如2015年尼泊尔8.1级地震^[27]。而极端地震可能诱发大量堰塞体失稳，因此设定了场景四（1#—4#冰湖和6#冰湖全部溃决）。

川藏铁路工程设计寿命期为120年，在此期间发生Ⅷ以上地震的可能性相对较小，但由于气候变暖，存在发生冰滑坡或冰/雪崩的可能性。据统计，20世纪以来我国西藏地区共发生过28次冰湖溃决事件，其中60% 的冰湖溃决是冰湖涌浪造成的。因此，建议在川藏铁路设计及运行中重点针对场景二条件下冰湖溃决危害采取必要的防范措施，采用防护堤等措施对冰湖溃决泥石流进行拦截和引流，避免其对川藏铁路的直接冲击。

6.   结论

（1）巴曲是一条典型的冰湖泥石流沟，流域面积49.25 km²，主沟长度11.82 km，平均纵坡降为133.89 ‰，相对高差1 582 m。沟道内物源丰富，沟内发育7处小型冰湖，总面积0.578 km²，体积1.03×10⁷ m³。通过DBI指标判断，巴曲1#冰湖堰塞坝处于非稳定区，3#、4#和6#堰塞坝处于非稳定区与稳定区的过渡区，因此这些冰湖均有发生溃决的可能性。

（2）在100年一遇暴雨频率下，巴曲暴雨型泥石流流量为383.67 m³/s，流速为5.59 m/s，泥深为1.35 m，整体冲击力为80.1 kPa，一次冲出量为30.39×10⁴ m³，为大型泥石流。

（3）巴曲冰湖溃决后的演进过程分为开始-汇流-冲出-停积四个阶段，共历时4.5 h。在场景四（1#—4#冰湖和6#冰湖全部溃决）工况的演进过程中，沟口部位最大流速与常规泥石流接近，但最大流量为1 954.42 m³/s，约为暴雨型泥石流流量的5.1倍，同时，由于流量增大，沟口最大流深为4.35 m，约为常规泥石流的3.2倍。

（4）在川藏铁路工程寿命期内，建议重点针对场景二（1#—4#冰湖溃决）条件下冰湖溃决危害采取必要的防范措施，采取防护堤等工程对冰湖溃决洪水进行拦截和引流，避免其对川藏铁路的直接冲击，同时提高下游路基和桥梁标高，保障车站安全运行。