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随着气候的持续变暖以及人类活动的日益增加,青藏高原多年冻土处于较强烈的退化过程,活动层厚度增大,地下冰消融,各种热融灾害随之不断发生。热喀斯特湖是高原上公认的、最为典型的热融灾害之一,其主要发育特征是湖岸坍塌后退、湖面面积不断扩大,其对周围及其下部多年冻土有强烈的热影响,导致周围和下部多年冻土温度升高、承载力下降。它也是周围多年冻土空间分布状态的主要影响因素之一。热喀斯特湖诱发的这些多年冻土的变化一方面会导致冻土环境退化甚至恶化,如融区面积不断扩大、热融灾害危害加剧、生态环境破坏等;另一方面,如果这些热喀斯特湖分布在青藏铁路、青藏公路等工程沿线,随着湖岸坍塌后退和湖面面积扩大,其热侵蚀作用范围随之增大,将会对这些工程的维护和正常运营带来极大危害。因此,本着探索热喀斯特湖分布特征、保护冻土环境、减少工程病害的原则,本文以青藏铁路楚玛尔河至风火山段沿线的热喀斯特湖为研究对象,通过对覆盖研究区分辨率为2.5m的2010年SPOT-5卫星影像进行遥感解译和地理信息提取,探讨了热喀斯特湖的分布特征和易发程度的区划评价,主要结论如下:
(1)大量的热喀斯特湖分布在青藏铁路楚玛尔河至风火山段铁路两侧各5km范围内。通过对覆盖研究区2010年的SPOT-5卫星影像进行几何校正与配准、镶嵌拼接、遥感解译等一系列操作后得知,湖塘总数量约为2610个,总面积约为1.54×107m2,最大的湖面积达4.49×105m2,最小的仅仅25m2左右,整个区域湖塘平均面积约为5900m2,平均每公里铁路里程分布约24个热喀斯特湖。
(2)研究区热喀斯特湖主要分布在高平原和盆地地区,这两个区域占据研究区总面积的56.8%,但分布了研究区湖塘总个数的76.6%、总面积的88.1%。可可西里山区和风火山区的热喀斯特湖分别占据湖塘总个数的21.8%和1.57%、总面积的11.8%和0.4%。其中,楚玛尔高平原上湖总数最多,而北麓河盆地湖的平均面积最大,可可西里和风火山区的湖的数量和面积都相对较小。
(3)随着与青藏铁路垂直距离的增大,研究区内热喀斯特湖的数量与面积都随之增大。其中,与青藏铁路的垂直距离分别为10m、20m、50m、100m范围内分别分布了热喀斯特湖总数量的3.1%、5.5%、8.4%、15.1%和总面积的7.2%、7.4%、8.0%、9.0%,在这些范围内其对工程存在潜在或直接的危害,应该引起高度的重视。
(4)热喀斯特湖的分布与冻土含冰量有较大的关系:发育于富冰、饱冰和含土冰层等高含冰量冻土区的热喀斯特湖约占总数量的70.2%和总面积的86.9%。因此,土壤含冰量是热喀斯特湖发育发展的一个重要决定因素。
(5)因地貌的差异,海拔高度也是研究区内热喀斯特湖分布的一个重要影响因素。4420~4720m的海拔范围内分布了湖塘总数量的93.4%和总面积的97.9%,而海拔相对较高的区域(4720~5120m)仅仅分布了6.6%和2.1%的湖塘数和面积,主要位于可可西里和风火山区。
(6)结合专家经验和野外调查,选取了对热喀斯特湖有着重要影响且较易量化的湖塘点密度、湖塘面密度、冻土类型、地表曲率、土质类型、植被覆盖度和年平均地温作为其易发程度区划的评价因子,运用层次分析法得到各个因子对应的权重值。基于ArcGIS平台利用综合评判模型计算得到研究区热喀斯特湖易发程度的区划图件,经过矢量化后统计分析可知:高易发区仅占研究区总面积的47.97%,但是占据了热喀斯特湖总数量的87.94%、总面积的91.15%,主要分布在楚玛尔河高平原、北麓河盆地和五道梁盆地;中易发区、低易发区和非易发区占据了研究区总面积的52.03%,却仅分布了占总数量12.06%、面积8.85%的热融湖塘,主要分布于河谷与风火山山区,与热喀斯特湖实际的空间分布状况具有较好的一致性。