2700万立方米冰岩体从高山坠落后，为什么会变成毁灭性泥石流？

2700万立方米冰岩体从高山坠落后，为什么会变成毁灭性泥石流？Science论文还原2021年Chamoli灾害链

一句话读懂： 2021年2月7日，印度喜马拉雅Chamoli发生的灾害并不是传统意义上的“冰湖溃决”。论文通过卫星影像、DEM差分、地震记录、现场视频和数值模拟重建发现：约2700万立方米岩石和冰体从Ronti Peak北坡整体崩落，先形成高速冰岩崩，随后在约3400 m巨大落差中因摩擦加热使大量冰融化，并与河谷中的水、冰和沉积物混合，最终转化成高流动性的碎屑流，沿Ronti Gad—Rishiganga—Dhauliganga快速下泄，摧毁两座水电设施并造成200多人死亡或失踪。

很多重大山地灾害刚发生时，最先出现的解释往往来自有限的视频、媒体报道和局部现场信息。

2021年Chamoli灾害也一样。事件发生后，外界一度讨论冰湖溃决、冰川崩塌、雪崩甚至水电工程失事等多种可能。

但真正关键的问题是：

灾害最初到底从哪里开始？掉下来的究竟是冰、岩石还是水？为什么一个高山坡面崩塌，最后能够演变成沿河谷高速传播几十公里的灾害链？

2021年，D. H. Shugar、M. Jacquemart、D. Shean等大批国际学者在 Science 发表：

A massive rock and ice avalanche caused the 2021 disaster at Chamoli, Indian Himalaya

这篇论文的价值不只是确定了灾害类型，更重要的是把一个复杂山地灾害拆成了完整的物理过程：

坡体失稳 → 冰岩崩落 → 高速撞击 → 冰体快速融化 → 碎屑流形成 → 河谷放大 → 水电工程受灾。

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一、灾害到底发生了什么？先把事件链说清楚

2021年2月7日上午，位于印度北阿坎德邦Chamoli地区的Ronti Peak北坡发生大规模冰岩崩塌。

论文估算，约 26.9×10⁶ m³ 的岩石和冰体从约5500 m海拔的陡峭坡面脱离，体积估计的95%置信区间约为26.5—27.3×10⁶ m³。

崩落体不是单纯的冰川，也不是单纯的岩石。

其组成大约为：

• 岩石约80%；
• 冰约20%。

也就是说，约有 5—6×10⁶ m³冰体 被卷入这次崩塌。

崩落体随后撞击约1800 m以下的Ronti Gad谷底，并沿狭窄河谷继续向下游运动。

真正造成巨大破坏的并不是最开始那一下“山体掉下来”，而是它在下泄过程中迅速转化成了高流动性的碎屑流。

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二、最初为什么有人把它理解成“冰湖溃决”？

灾害发生后，大量浑水、泥沙和巨石沿河道高速下泄，从下游视角看，非常像突发性溃决洪水。

但论文通过灾前卫星影像、DEM、冰川分布和现场证据检查后，没有发现一个足够大的上游冰湖突然溃决来解释如此巨大的洪峰。

真正的源区位于Ronti Peak陡峭北坡。

所以更准确的说法不是：

“一个湖突然决口了。”

而是：

一个巨大的岩石—冰体混合块先发生高位崩塌，随后在高速运动过程中产生大量液态水，并逐渐转化成碎屑流。

这个判别非常关键，因为它决定了灾害监测应该盯住“冰湖”，还是同时监测高陡岩壁、悬冰川、永久冻土和裂缝演化。

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三、2700万立方米这个体积是怎么测出来的？

作者没有仅靠灾后照片估算体积，而是使用高分辨率数字高程模型进行灾前—灾后差分。

简单理解就是：

灾前地形 - 灾后地形 = 消失了多少山体。

结果显示，源区形成了非常明显的失稳凹槽。

论文估算其：

• 最大垂直高差可达约 180 m；
• 平均垂直于坡面的厚度约 80 m；
• 崩塌体宽度可达约 550 m。

值得注意的是，崩塌并没有把东侧更大的冰川整体带走。

这说明事件更接近一个包含基岩和上覆悬冰体的巨大楔形坡体失稳，而不是整个冰川向下滑脱。

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四、这不是毫无征兆的“瞬间崩塌”：源区早几年就已经在动

论文利用光学影像特征跟踪发现，失稳岩块最早在 2016年 就已经出现运动。

其中2017年和2018年夏季的位移最明显。

持续变形逐渐形成一条巨大的裂缝，裂缝最终可达约 80 m宽，不仅穿过冰体，还延伸进入下伏基岩。

这说明灾害发生前，坡体很可能已经经历了数年的渐进破坏。

换句话说，2月7日发生的是：

长期变形积累之后的最终失稳，而不是一块完全稳定的山体突然无缘无故崩掉。

这对高山灾害监测非常重要，因为真正有价值的预警信号可能不是灾前几小时的天气，而是前几年逐渐扩大的裂缝、坡体位移和悬冰体结构变化。

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五、冰岩崩最开始有多快？不到1分钟就完成第一次巨大落差

作者利用两个远距离地震台站记录，反演了崩塌开始和撞击谷底的时间。

初始失稳大约发生在 04:51:13—04:51:21 UTC。

约 55—58秒 后，主体撞击Ronti Gad谷底。

由此估算，冰岩崩沿约35°的陡坡下落时平均速度约为：

57—60 m/s。

换算成更直观的速度，大约是：

205—216 km/h。

这种速度已经远远超过普通河流洪水。

更危险的是，它不是在谷底停下来，而是在撞击以后继续获得新的流动机制。

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六、真正的关键转折：冰岩崩为什么会“变成水很多的碎屑流”？

这是全文最重要的物理解释。

最开始下落的是以岩石为主、含约20%冰的冰岩混合体。

在从高山向Rishiganga河谷下降的过程中，总高差约 3400 m。

如此巨大的势能在高速运动、撞击和摩擦过程中转化为热量。

论文的能量平衡估算表明，大部分约5—6×10⁶ m³的冰先从约 -8℃升温到0℃，随后在运动过程中大量融化。

这意味着灾害物质的性质发生了根本变化：

干燥、颗粒摩擦占主导的冰岩崩

逐渐转变成：

含大量液态水、细颗粒、巨石和残余冰块的高流动性碎屑流。

这也是为什么它能够沿狭窄河谷继续高速传播，而不是像普通岩崩一样很快堆积在坡脚。

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七、为什么这次“80%岩石 + 20%冰”的组合反而特别危险？

直觉上可能会认为：冰越多，洪水越严重。

但论文给出的结论更细致。

作者认为，这次事件恰好具有一种非常危险的岩冰比例。

岩石占比很高，意味着整个崩落体具有巨大的质量和摩擦能；冰体虽然只占约20%，但已经足够在高落差运动中产生大量融水。

因此出现了一个接近“最坏组合”的状态：

岩石足够多，可以释放巨大的机械能；冰又足够多，可以在摩擦加热后提供大量液态水。

如果冰比例过高，整体摩擦产热条件可能不同；如果冰比例过低，又没有足够水分推动后续流态转化。

论文把这一岩冰比例与巨大的下落高差一起视为灾害严重程度的重要原因。

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八、沿途到底有多猛烈？巨石冲上220 m高的谷壁

高分辨率卫星影像和现场地貌证据显示，这次物质运动远不是“沿河道贴地流动”。

崩塌体撞击谷底后产生强烈飞溅和空气冲击。

论文记录到：

• 部分飞溅沉积出现在谷底以上约 120 m；
• 一部分物质冲上对岸，并越过约 220 m高 的山脊；
• 山脊顶部发现长轴可达约 13 m 的巨石；
• 论文摘要还指出，整个灾害链搬运了直径 超过20 m 的巨石；
• 空气冲击波还压倒了约 0.2 km²森林。

这些证据说明，灾害初期具有非常强的动量和“超高”爬升能力。

因此，传统只沿河谷低处划一条缓冲区的风险认识，在这种高能冰岩崩事件中可能远远不够。

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九、灾害在河谷里又经历了哪些二次放大？

Ronti Gad与Rishiganga汇合附近是灾害链的一个关键转折区。

这里形成了约 40 m厚 的碎屑堆积，并一度堵塞Rishiganga河谷，形成约 700 m长 的临时堰塞湖。

DEM差分估算表明，Ronti Gad—Rishiganga汇合区及其下游总沉积体积约为：

8×10⁶ m³。

再向下游，在Rishiganga与Dhauliganga汇合处，河谷突然收窄形成瓶颈，大量碎屑、水和冰块被迫抬高，部分物质甚至沿Dhauliganga逆向爬升约 150—200 m。

几分钟后，部分被暂时滞留的水重新释放，又造成进一步破坏。

所以这不是单一过程，而是一条不断发生：

撞击—沉积—堵塞—再释放—再冲刷

的灾害链。

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十、下游速度和流量有多大？视频成为关键“测速仪”

这篇论文一个很有特色的地方，是把社交媒体和现场视频真正作为科学观测数据使用。

作者根据视频中洪峰通过建筑物、河道和水电工程的时间，反演传播速度。

例如：

• 在距源区约15 km的Rishiganga水电站附近，最大前缘速度约 25 m/s；
• Tapovan工程上游附近下降到约 16 m/s；
• Tapovan下游约为 12 m/s；
• Raini到Joshimath之间的平均前缘速度约 10 m/s。

估算的平均流量范围也非常惊人：

• Rishiganga水电站处约 8200—14,200 m³/s；
• Tapovan下游约1 km处约 2900—4900 m³/s。

作者估计Rishiganga处高流量过程持续约 10—20分钟。

这些数字说明，这一灾害已经远远超出了普通山洪的量级。

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十一、数值模拟解决了什么？不是“复现一条漂亮动画”

作者使用 r.avaflow 对冰岩崩—碎屑流过程进行数值模拟。

模拟的真正任务不是简单重现最终淹没范围，而是检验一个关键机制：

最初的冰岩崩能不能直接一路保持原有性质冲到下游？还是必须先发生流态转化？

模拟表明，如果冰岩崩不发生物质性质变化、直接以原有体积和流态继续下泄，那么下游模拟流量会比视频反演结果高大约一个数量级。

这与真实观测不符。

结合Ronti Gad—Rishiganga汇合附近巨大的沉积体，作者认为更合理的解释是：

大量固体先在汇合区沉积，而一个富水、流动性更高的前缘从主体中“逃逸”出来，继续高速向下游传播。

这就是数值模拟真正的价值：

它不是替代遥感和视频，而是用物理一致性帮助筛掉不合理的灾害演化假设。

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十二、这场灾害到底是不是“气候变化造成的”？论文没有这样下结论

这部分最容易被媒体简化。

论文明确表示：

不能把这一次Chamoli灾害直接、单独归因于气候变化。

因为高山冰岩崩受到很多因素共同控制：

• 岩性和构造弱面；
• 陡峭地形；
• 裂缝扩展；
• 冰川退缩；
• 永久冻土温度变化；
• 冻融和液态水进入裂缝；
• 长期应力调整。

但作者同时指出，区域变暖和冰冻圈变化很可能正在改变高山坡体的稳定条件。

喜马拉雅高海拔地区升温明显，冰川持续退缩会暴露原本受冰体支撑的山坡，并改变下伏岩体的水热条件。

Ronti Peak失稳区又位于区域永久冻土下限以上约1 km。

北坡裸岩可能仍保持较冷冻土状态，但南侧无冰岩面可能接近甚至超过0℃，形成明显横向热量梯度。

所以更准确的表述是：

气候变化不是论文证明的单一“触发按钮”，但长期变暖、冰川退缩和永久冻土变化可能正在提高这类高山坡体失稳的背景敏感性。

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十三、真正把灾害变成“大灾难”的，还有基础设施暴露

论文指出，几乎所有遇难或失踪人员都位于下游工程区。

在统计的204名死亡或失踪人员中，约 190人 是Rishiganga水电站和Tapovan水电站的工作人员。

两座水电工程分别约为：

• Rishiganga：13.2 MW；
• Tapovan：520 MW。

论文估计，仅两座水电设施直接经济损失就超过 2.23亿美元。

因此作者把灾害严重程度归结为三个非常清楚的条件：

第一，极大的下落高差。

第二，接近“最危险组合”的岩石—冰比例，使大量冰融化并显著提高流动性。

第三，多座水电工程恰好位于灾害直接传播路径上。

换句话说：

山体失稳决定了危险源，但基础设施布局决定了危险最终会不会演变成严重灾难。

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十四、这篇论文真正的创新在哪里？

这篇Science论文最大的价值，不在于某一个单独算法，而在于把多种完全不同的数据拼成了一条高度一致的证据链。

第一，多源遥感定位源区和计算体积。

高分辨率光学影像、DEM差分和特征跟踪共同证明了源区位置、崩塌规模和灾前多年变形。

第二，把地震记录变成冰岩崩“计时器”。

由地震信号确定崩塌开始和撞击谷底时间，从而估算最初近60 m/s的高速运动。

第三，把公开视频变成流速观测。

视频不再只是灾害记录，而被用于恢复下游洪峰前缘速度和流量。

第四，用沉积地貌判断灾害物质如何转化。

40 m厚堆积、临时堰塞湖、谷壁爬高和飞溅沉积共同约束灾害过程。

第五，用数值模拟检验物理假说。

模拟并不是单独“证明一切”，而是与遥感、视频和沉积证据互相校验。

这套研究实际上形成了一个非常完整的框架：

遥感看源头 → 地震记录定时间 → 视频测速 → DEM算体积 → 地貌证据看沉积 → 模型检验过程。

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总结：Chamoli最重要的不是“冰崩还是岩崩”，而是灾害如何一步步改变性质

这篇论文最值得记住的，是一个非常完整的灾害链认识。

最开始发生的是：

高位岩石—冰体整体失稳。

随后经历：

约1800 m首次坠落 + 近60 m/s高速撞击。

接着在约3400 m整体落差中：

摩擦加热 → 大量冰融化 → 固液混合比例改变。

之后：

冰岩崩转化为高流动性碎屑流 → 河谷汇合区沉积和堵塞 → 富水前缘继续下泄 → 水电工程遭受毁灭性冲击。

所以，Chamoli并不是一个简单的“山崩事件”，也不是一个普通“洪水事件”。

它真正危险的地方在于：

灾害在运动过程中不断改变自己的物质组成、流动机制和破坏方式。

这也是高山灾害最难预测的地方。

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论文信息

论文题目： A massive rock and ice avalanche caused the 2021 disaster at Chamoli, Indian Himalaya

第一作者： D. H. Shugar

期刊： Science

发表时间： 2021年6月10日在线首发

DOI： 10.1126/science.abh4455

事件时间： 2021年2月7日

研究区域： Chamoli, Uttarakhand, Indian Himalaya

核心数据： 高分辨率光学卫星、DEM、PlanetScope、Sentinel-2、地震记录、现场视频、现场调查

核心方法： DEM差分、光学特征跟踪、地震时序分析、视频测速、能量平衡估算、r.avaflow数值模拟

转载自 CSDN-专业IT技术社区

原文链接：https://blog.csdn.net/qq_35490698/article/details/164400738