祁连山冻融灾害调查（2023/8）
祁连山位于青藏高原东缘，是典型的高山冻土分布区域，受气候变暖影响，祁连山多年冻土正经历显著退化，进而引发多种地质灾害，严重影响当地的生态环境和工程建设。
为进一步加深对祁连山地区冻融灾害、工程病害演化规律的认识，为国家在生态环境脆弱区重大工程规划、国家公园科学方案制定提供科技支撑，Permalab一行10人对祁连山地区融冻泥流、热融滑塌、冻胀丘等冻融现象及灾害展开为期7天的野外调查。
行程：
- Day0, 南京—兰州—西宁
- Day1, 西宁—景阳岭垭口—俄博岭垭口—祁连县
- Day2, 祁连县—卡力岗村—冰沟—中科院祁连站—祁连县
- Day3, 祁连县—大冬树山隧道口—原大冬树山盘山公路—油葫芦融冻泥流区—祁连县
- Day4, 祁连县—景阳岭至俄堡区域热融滑塌—张掖
- Day5, 张掖七彩丹霞—嘉峪关
- Day6, 嘉峪关—七一冰川
- Day7, 嘉峪关—中科院黑河遥感试验站—张掖
- Day8, 张掖—西宁—兰州
人员：
南卓铜、胡佳楠、赵奕、陈玉红、嵇海龙、欧旻悦、潘静、毕茹、田文彪、胡佳怡、专职司机2人。
DAY0：
从南京出发前往兰州，然后从兰州转到西宁，住西宁。作为前期准备，我们向青海省科考办提交了备案，并且申请了祁连山国家公园许可证。
DAY1：
目的：调查融冻泥流、热融滑塌、冻胀草丘、高原鼠兔地表扰动，参观兰大俄博岭观测站。
1.1景阳岭垭口
景阳岭位于祁连县和门源县分界处，多年冻土发育。山体坡度平缓，地表发育有草皮，局部冻胀草丘、冻土沼泽发育并有积水。该区域有典型的融冻泥流发育。一般讲，发生融冻泥流的区域表层物质由细粒土组成，当冻土层自上而下解冻时，融水使表层达成饱和或过饱和状态，在重力作用下，表层土壤沿着融冻界面沿坡面（5-25°）缓慢移动，形成融冻泥流。融冻泥流的危害主要是在滑移、堆积过程中，对建筑物、交通线路以及农田等产生破坏，造成工程设施的变形位移。
在海拔3767m的景阳岭垭口，队员们用GPS标定航点，通过探坑等方法分析景阳岭垭口融冻泥流的形态特征和滑体物质，利用无人机确定融冻泥流范围，结合区域地质条件等分析其形成机制及孕灾风险。 在景阳岭垭口附近，我们也发现大面积的高原鼠兔洞分布。为探究高原鼠兔活动形成的裸土和洞道系统对多年冻土的影响，我们选取了多块10m×10m的样方进行航拍，调查鼠洞分布密度、裸土影响面积，并对周围土壤采样，以研究高原鼠兔挖掘造丘对土壤性质的影响。
1.2 卡子沟特大桥
卡子沟特大桥（张汶高速）附近分布有大量冻胀草丘，并见热融滑塌发育。该地为山间盆地坡面上的凹地，俄堡河流经此处。我们选取了多个典型样地进行采样，在110cm左右深度可见冰。由于时间关系，我们当日仅对附近一处小型热融滑塌进行了调查。另据观测，此区域在较大范围上都有热融滑塌发育，尤其在八宝河对岸山坡上可见多条较大规模热融滑塌，值得后续开展更广泛的区域航拍调查。
1.3俄博岭垭口
俄博岭垭口海拔3685m。该地区冻胀草丘和热融洼地分布广泛，主要植被类型是高寒沼泽草甸。土壤取样可知，俄博岭地区的土壤类型主要是有机质丰富的泥炭黏土，土壤含水量高，地下冰丰富。此外，我们参观了兰州大学等机构在此设置的气象站、冻土地质环境监测等仪器。
DAY2：
目的：祁连县附近冰沟、卡力岗村土壤采样；中科院黑河上游生态水文实验站交流、考察。
2.1卡力岗村附近草地坡地
黑河遥感试验曾在此处布设水分无线传感网络26号点，目前已经废弃，但该处历史土壤水分数据仍可下载使用。我们正在开展的卫星土壤水分降尺度研究使用了相关数据，因此我们找到了废弃的数采仪位置，并在附近较平坦的坡面进行了土壤采样和植被调查。采样结果表明，该处土壤很薄，大概30cm到母质层。
2.2冰沟下西沟森林坡面
黑河试验布设的无线传感网络19号点是在附近山上，离最近公路水平距离还有1.6km。山坡上可见森林景观。钻探表明土壤由浅层松软的黑土变为深层黄褐色的土壤，有很厚的有机质层，70-80cm处到达母质层。
2.3中科院黑河上游生态水文试验站（祁连站）
祁连站位于葫芦沟小流域，海拔3040m，植被类型以高寒灌丛、高寒草甸及高寒草原为主。该站点远眺十一冰川，设有寒区水文全要素系统监测网络，涵盖冻土水文、积雪水文、森林灌丛水文、凝结水观测，观测仪器布设涵盖高山草原、灌丛草甸、高山草甸、高山寒漠、沼泽草甸，以及冰川末端，海拔范围从2980m到4432m。台站的刘章文和宋耀选老师接待了我们。刘老师给大家介绍了最近工作计划，即在在葫芦沟流域的十一冰川（海拔4800m+）安装瞭望塔监测雪深，此前已经在上面安装了15个花杆。这样台站就形成了对该流域从气象到水文、冻土、冰川的梯度观测。
台站对面就是葫芦沟流域，我们实地考察了自动称重式蒸渗仪、积雪摄影测量系统、冻融深度测量系统等。场地也安装了多种降水/雪观测仪器，有效校正不同观测方法间的误差。
返程途中，路过原札马什克水文站址，南老师给大家讲解了流量流速的测量原理。
DAY3：
目的：考察大冬树公路工程病害、调查野牛沟乡油葫芦典型融冻泥流区。
3.1大冬树山隧道口
大冬树山隧道2021年7月贯通，祁连县至海晏县的国道213线自此不需要翻越原大冬树山盘山公路4120m的垭口。隧道进出口海拔为3868至3920m，多年冻土发育，为保证工程质量，该段公路路基沿线布设了大量的热棒。
热棒以无水液氨等做工质，依靠热管内物质的蒸发与冷凝循环传热，利用其主动制冷效果降低路基下伏多年冻土的地温，从而控制由于多年冻土的融沉导致的路基沉降变形。我们考察了热棒的布设及路基状况。从目前情况看，路基运行情况良好。
3.2 大冬树山原盘山公路
大冬树山隧道出口通往大冬树山原盘山公路垭口的路被封闭，公告表明由于道路破坏，已经不具备通行条件，关闭期从2023.8.1到2024.7.31。我们沿隧道进口的原盘山公路入口上行一段距离，考察路面破坏情况。
原盘山公路路面状况很不乐观，有多处落石现象，我们后车还不慎被砸中。路面常见因冻胀融沉形成的开裂，个别地方出现巨大深陷。路边坡面有明显的表层土壤滑落。考虑到当时还在下雨有进一步滑坡风险，我们放弃了上行到原垭口位置。
这是一个很好的反证冻融灾害巨大威力的例子。隧道开通前，原盘山公路一直正常使用，但隧道开通近两年，老路不再有维护，因此在冻融等地质灾害影响下很快便不能使用。
3.3野牛沟油葫芦段典型融冻泥流
该区可见明显的冻融褶皱，融冻泥流位于边麻村黑河油葫芦段南岸，为堆积层蠕滑，地形整体上南高北低，坡底为黑河。滑坡后缘海拔3175m，前缘海拔3055m，相对高差约120m，总体坡度10°～20°，坡向约6°。融冻泥流灾害体2016年发生大规模滑动以来，到2019年来未再次发生整体下滑，但常发生小规模的溜滑，滑体因冻融形成的土块易随雨水冲向黑河。滑坡土体曾滑入黑河造成河道堵塞，后被清出，当前仍可见河流中央存留滑坡土体。
我们在该点利用无人机摄影测量技术，获取了冻融泥流区域影像及地形数据，对泥流形态、剖面及泥流发育特征进行了详细观察和记录，并在冻融褶皱区进行了部分土样采集工作。上午刚下过雨，滑动区可见明显下滑塌陷。
DAY4：
目的：调查景阳岭至俄堡区域的热融滑塌和冻胀草丘分布
我们在day1曾从点尺度调查了卡子沟特大桥附近的冻融灾害情况。今天我们再次回到该区域，主要利用无人机开展区域尺度的调查。主要目的是识别该区热融滑塌和冻胀草丘的分布规模。
无人机作业飞行高度在200-300m之间，保证了面积重复率在60%以上，对八宝河流南岸热融滑塌区域进行航拍作业。我们也从样方的尺度探究冻胀草丘和热融洼地两种微地貌的空间分布及对活动层融化深度影响。划定了两个10m×10m的样方，利用无人机在约40m高度处进行航拍，同时利用钎探法在多种尺度剖面上监测土壤融化深度，并在热融洼地采样点旁的有草位置也进行采样形成对照。
从俄堡至扁都口山路上，由于昨天下雨，新发多处滑坡，山坡上常见融冻泥流形成的褶皱。227国道一直下降到 k117 处都有明显冻融现象。
DAY5：
目的：考察流水作用形成的丹霞/彩色丘陵地貌
我们上午来到了张掖七彩丹霞地质公园。该公园地处祁连山北麓，主要由白垩纪红层，经喜玛拉雅造山运动、流水、风力的侵蚀作用而形成，是典型的彩色丘陵地貌。彩色丘陵的颜色是沉积物形成时的沉积环境及当时环境下的氧化—还原程度的真实反映。当地层中亚铁离子含量较大及三价铁离子与亚铁离子比值由高逐渐变低时，地层颜色逐渐由红色向灰绿、黄灰、蓝灰过渡，直至黑色或白色。
南老师向大家介绍，一般讲丹霞地貌是指红层发育的经风化剥蚀和流水作用形成的具有陡崖坡的地貌，从这个意义上讲，张掖七彩丹霞是彩色丘陵并非丹霞，同在张掖的冰沟丹霞才是典型的丹霞地貌。有6项中国丹霞被列入UNESCO World Heritage，其中并没有包括张掖七彩丹霞。
通过本次实地参观考察和南老师的讲解，队员们对干旱区重力崩塌、流水、风力等侵蚀地貌有了切身感受。下午我们两辆车驶往嘉峪关。
DAY6：
目的：实地考察七一冰川，加深对冰川融水灾害的认识；考察高山植被垂直分带。
七一冰川位于祁连山中段托赖山北坡，嘉峪关市西北116km处，冰川融水注入北大河流域柳沟泉河。其受中纬度西风带控制，是一个典型的大陆冰川。冰舌海拔约4300m，冰峰海拔5158m。冰川平均厚度78m。受气候变暖影响，冰川加速消融萎缩，与之相关的河川径流变率、灾害爆发频率与强度等将持续增加，冰川物质收支以负平衡为主，末端退缩，冰川面积呈持续减小态势。。在七一冰川前，我们完成了无人机航拍，部分同学下到冰川前端进行了取样。
我们在登山过程中也考察了高山植被垂直分带：从高寒草原到高山草甸、草原草甸、再到高山荒漠、及高山冰雪带。植被垂直分带主要受控气温、水分状况随海拔呈现明显的垂直变化。此外，在开始登山时（海拔约4100m，植被为草甸），有许多苍蝇，登山过程中苍蝇逐渐减少。
全程徒步耗时约五个小时。
DAY7：
目的：参观黑河中游遥感站，实地学习遥感仪器 中科院黑河遥感试验站张掖基地位于中游绿洲试验区内。该站主要任务是开展寒旱区关键生态水文参数遥感反演及遥感产品真实性检验。我们参观了微波定标暗室、观测场仪器设备（涡动系统，辐射分量仪器，自动气象观测仪器），也实地考察了大满超级站。在玉米地里竖立的40m高塔的不同高度和周围装设了各种仪器，包括气象要素梯度观测系统、涡动相关仪、大孔径闪烁仪、宇宙射线土壤水分观测系统、蒸渗仪等仪器。
DAY8：
从张掖回兰州，在兰州解散，结束本次科考全部行程。
总结：
本次科考期间，队员们调查了典型冻胀丘和热融洼地、融冻泥流、热融滑塌、高原鼠洞、高原道路工程病害及冰川地区，并参观了中科院祁连站、黑河遥感试验研究站。通过实地调研与考察，不仅加深了对冻融灾害、工程病害的理解，也采集了50多个土壤样本，开展了100多次典型冻土冻融灾害区的航拍任务，取得宝贵的第一手资料。
草稿：毕茹；修改：南卓铜、胡佳怡；审核：南卓铜