顾畛逵,等 — Catena：金沙江白鹤滩水库大规模蓄水活动的地貌景观扰动效应

　　1950年代以来，水电开发逐渐成为全球高山峡谷区重要的人类工程活动，导致气候、水资源、生物与地质安全等方面深受影响，造成水文循环失衡，能源效率与地质安全形成相互制约，为库区乃至区域复合风险防控带来持续挑战。具体来讲，大规模的蓄水活动使侵蚀基准面大幅度抬高，原本以构造隆升-河流下切为基础的山区地貌演变动力结构发生根本性变化，并催生出新的地貌景观变化机制。在短时间尺度上，蓄水活动会通过水体的浸泡、软化等作用改变坡体应力环境，直接触发库岸崩塌或滑坡；在长时间尺度上，无法依靠径流侵蚀搬运自然风化产物，地表转而以滑坡、崩塌等极端事件频率增加的方式实现对隆升新增产物的卸荷响应；在此过程中，因蓄水而导致的水域面积的扩张，也会改变局地气候，而极端降水时空模式一旦改变，又会激发降水诱发型灾害事件的增加。因此，大型水库投入建设运营后，对于地貌景观的发育影响，可能至少存在两条灾害链形式：其一，蓄水位变化→滑坡、崩塌增加→涌浪风险增加、地表植被退化（显性链）；其二，水域面积扩张→蒸发量增加→极端降水频率改变→滑坡、崩塌事件增加（隐性链）。这些灾害链形式可能因时空位置不同而表现出不同的显著性。

　　白鹤滩水电站是金沙江下游的世界级水电工程，是中国水电建设的又一非凡壮举，也因其对地貌景观的扰动效应打破了人与自然和谐共生的原生状态。保障其运营安全，本质是涉及地质、气候、水文与生物安全的全方位的系统稳定性强化，形成自然-经济-社会系统的巧妙平衡。因此，为了适应白鹤滩库区复合风险防控的实际需求，本研究通过长期观测地表细微变形、识别并表征异常降水事件特征、开展高精度地形测量与地貌参数统计、检测植被变化并分析各个环境变量间关系等一系列步骤，对白鹤滩库区地貌景观演变特征与机制形成了更清晰的认识。研究表明，白鹤滩水库运行时间虽然仅有数年，但其对库区景观的扰动效应已显著显现。最突出且直观的扰动表现为：滑坡体失稳、临水库岸坡蠕滑、以及水位变动带的岸坡垮塌。在这些过程中，还伴随着平均降水量减少、异常降水事件增多、植被覆盖率减缓等现象，而进一步的分析则揭示出以下深层规律：

　　第一，地表粗糙度值1~1.2、20±10°坡度是临水库岸坡失稳易发性关键指标，同时中硬度岩层构成且具有复杂结构（如断裂与褶皱）的坡体，在水位变动和水流作用下最易发生垮塌。该认识可作为蓄水诱发型坡体的识别标志。

　　第二，临水库岸坡活动主要受水位变化触发，但降水同样具有重要影响；水位持续下降阶段一旦叠加强降水事件对边坡稳定性最具威胁性；因此，建议雨季降低发电泄水量。

　　第三，大规模蓄水以来，水位显著抬升后，异常降水的强度有所增加，但并未导致极端降水事件增多。

　　第四，库区活动岸坡植被生长减缓主要受降水量变化控制，近年趋势愈加明显。因坡体活动导致根系受损而造成的植被退化仅出现在特定边坡，整体而言蓄水活动对植被的直接、间接影响范围有限且不显著。

　　研究认识总体显示，白鹤滩水库的蓄水活动虽然促进了坡体活动，但并未引发局地极端降水增加，也未加剧更大范围的滑坡激活现象。然而，在长时间尺度下不应忽视由蓄水引发的环境变量的变化累积效应，其对自然环境与人类社会产生的长期效应仍存在不确定性。这种不确定性不仅体现在对地表景观的“即时”扰动上，更深植于自然-经济-社会系统的长期复杂耦合中——总之，从地质灾害到生态环境，从局地气候变化到社会经济影响，巨型水库蓄水会以深远的方式重塑地貌景观演化的历史轨迹。

　　

　　图1 白鹤滩库区：a-金沙江流域；b-白鹤滩大坝位置；c-金沙江的流量变化；d-库区两侧10 km范围内的高程。

　　

　　 

　　图2金沙江下游白鹤滩库区临水活动性滑坡全景图

　　

　　

　　图3地貌参数对于地表变形指示的显著性序列：a-升轨观测下的临水坡体；b-降轨观测下临水失稳坡体；c-升轨观测下的失稳坡体；d-升轨观测下的失稳坡体。

　　

　　

　　

　　图4消落带内发生的小规模塌岸的类型、空间分布与影像解译特征：a-不同类型塌岸的分布位置；b-塌岸的发生频率；c-不同坡向塌岸的坡度；d-塌岸面积；e-塌岸的后缘高度；f-无人机拍摄的塌岸影像。（注：Surface Erosion, 是水位下降过程中因饱和水溢流而发生的侵蚀，坡面保留着水线沉积的痕迹，在砂质和粉质组成的河岸上相当常见;土崩和岩崩，一大块土壤或岩石的崩塌;地表滑动和顺层滑动是由剪应力驱动，以滑动面为标志，表现为浅层滑动破坏；Toppling, 坡体不是沿着基底的岩层面发生滑动，而是出现了倾向的巨大变化，与悬臂剪力破坏相反，倾倒破坏是由超弯矩而不是超剪应力驱动的；Uvala，即碳酸盐溶蚀引起的崩塌;地表侵蚀、土壤崩塌、地表滑动和顺层滑动的岩性主要为旧滑坡沉积物的再活化，其成分与母岩相关；Bedding Slip and Toppling的岩性主要为软岩（泥页岩）和硬岩（紫红色砂岩）交替组合的层状和互层状碎屑岩类；溶蚀型塌岸的成分主要为泥质灰岩、砂质灰岩、白云岩组合的碳酸盐岩类。）

　　

　　图5在蓄水前后两个时期活动性滑坡上的kNDVI值变化：a-非临水活动性滑坡与库岸临水坡体上kNDVI值；b-kNDVI平均值的时序变化；c-2001-2023年kNDVI变化趋势；d-非临水活动性与库岸临水滑坡体上植被恢复与衰退像素频率。

　　

　　图6蓄水前后非正常降水事件特征：a-月观察尺度下非正常降水的严重性（蓄水前）；b-月观察尺度下的非正常降水的严重性（蓄水后）；c-非正常降水的严重性与强度的平均特征；d-月观察尺度条件下SPI值的时序分布；e-在2小时尺度条件下识别到的极端降水事件特征。

　　

　　研究成果发表于地球科学类国际期刊Catena：GU Zhenkui* (顾畛逵)，YAO Chuangchuang (姚闯闯), YAO Xin* (姚鑫), ZHU Xuchao (朱绪超), LI Renjiang (李仁江), 2025. Landscape Disturbance Effects of Large-scale Water Storage Activity in the Baihetan Reservoir on the Jinsha River, China[J]. Catena, 257: 109197. https://doi.org/10.1016/j.catena.2025.109197（中国科学院SCI一区，IF2025=5.4）

　　研究受中国长江三峡集团有限公司科研项目（项目号YMJ(BHT)/(21)036; YMJ(XLD)(19)110）、国家自然科学基金项目（项目号42107218）和中国地质调查项目（项目号DD20230433）资助。