Gevaar van uitbarstende gletsjermeren onder huidige en toekomstige omstandigheden: worst-case scenario's in een grensoverschrijdend Himalayabekken

Abstract

Gletsjermeer-uitbarstingsvloeden (Glacial Lake Outburst Floods, GLOF's) vormen een grote zorg in heel Centraal-Azië, waar de maatschappelijke impact zich ver stroomafwaarts kan uitstrekken. Dit geldt in het bijzonder voor grensoverschrijdende Himalayabekkens, waar de risico's naar verwachting verder zullen toenemen naarmate er nieuwe meren ontstaan. Gezien de noodzaak van anticiperende benaderingen voor rampenrisicobeperking, beoogt deze studie aan te tonen hoe de dreiging van een toekomstig meer haalbaar kan worden beoordeeld naast worst-case scenario's van huidige meren, en hoe deze informatie relevant is voor rampenrisicobeheer.

We hebben ons gericht op twee eerder geïdentificeerde gevaarlijke meren (Galongco en Jialongco) en het tijdstip en de omvang van gesimuleerde worst-case uitbarstingen vanuit deze meren vergeleken, zowel in de Tibetaanse stad Nyalam als stroomafwaarts bij de grens met Nepal. Daarnaast is een toekomstig scenario beoordeeld, waarbij een door een lawine getriggerde GLOF werd gesimuleerd voor een potentieel groot nieuw meer dat zich stroomopwaarts van Nyalam zou kunnen vormen.

De resultaten tonen aan dat grote (>20 × 10⁶ m³) rots- en/of ijslawines GLOF-debieten aan de grens met Nepal kunnen genereren die meer dan 15 keer groter zijn dan wat voorheen is waargenomen of anticipated op basis van meer geleidelijke doorbraaksimulaties. Voor alle beoordeelde meren zou de waarschuwingstijd in Nyalam slechts 5–11 minuten zijn en 30 minuten bij de grens. Recente herstelmaatregelen om het waterpeil bij Jialongco te verlagen, zouden weinig invloed hebben op de downstream-impact van een zeer grote GLOF, vooral in Nyalam, waar aanzienlijke infrastructuur is ontwikkeld direct binnen de zone van hoge vloedintensiteit.

Op basis van deze bevindingen is een uitgebreide aanpak van rampenrisicobeheer vereist, waarbij vroegtijdige waarschuwingssystemen worden gecombineerd met effectieve ruimtelijke zonering en programma's om de lokale reactiecapaciteit op te bouwen. Dergelijke benaderingen zouden de huidige drijvers van GLOF-risico's in het bekken aanpakken, terwijl ze robuust blijven in het gezicht van worst-case, catastrofale uitbarstingen die waarschijnlijker worden onder een opwarmend klimaat.

---

1. Inleiding

De wijdverbreide terugtrekking van gletsjers is de afgelopen decennia versneld in de Himalaya, als gevolg van wereldwijde opwarming. Een belangrijk gevolg hiervan is de snelle uitbreiding en nieuwe vorming van gletsjermeren, wat grote implicaties heeft voor zowel waterbronnen als gevaren. Wanneer water plotseling en catastrofaal vrijkomt, kunnen gletsjermeer-uitbarstingsvloeden (GLOF's) levens en middelen van bestaan tot honderden kilometers stroomafwaarts verwoesten.

Deze dreiging is het meest evident in de Himalaya, waar gletsjermeren snel toenemen in zowel omvang als aantal, en waar sinds de jaren 1980 een frequentie van 1,3 GLOF's per jaar is geregistreerd. Het feit dat GLOF's nationale grenzen kunnen overschrijden, bemoeilijkt de uitdagingen voor vroegtijdige waarschuwing of andere risicobeperkende strategieën, vooral in politiek gevoelige regio's.

Meren kunnen zich ontwikkelen onder (subglaciaal), aan de zijkant van, vóór (proglaciaal), binnen (englaciaal) of op het oppervlak van een gletsjer (supraglaciaal), waarbij de dam bestaat uit ijs, morene of gesteente. In Azië is de meeste wetenschappelijke aandacht uitgegaan naar het gevaar dat gepaard gaat met het catastrofale falen van door morenen afgedamde meren, met name die achter proglaciale morenen. Dergelijke meren kunnen zeer groot zijn, met volumes groter dan 100 × 10⁶ m³ en dieptes die 200 m overschrijden, en zijn gevoelig voor diverse faalmechanismen vanwege de lage materiaalkracht van de damstructuur.

In Azië, net als elders in de wereld, hebben verplaatsingsgolven gegenereerd door grote inslagen van ijs of rotsen bijgedragen aan de meeste morenedam-breuken, die voornamelijk in de warme zomermaanden voorkomen. Sinds 1935 zijn in Tibet ten minste 17 GLOF-rampen gedocumenteerd, waarvan de meeste afkomstig waren uit het centraal-oostelijke deel van de Himalaya. Gecombineerd met de snel groeiende bevolking en infrastructurele ontwikkeling in de regio, is er een dringende noodzaak voor autoriteiten om actie te ondernemen en tijdige risicobeperkende maatregelen te implementeren, rekening houdend met zowel bestaande dreigingen als toekomstige ontwikkelingen.

Ondanks dat er geen duidelijke trend is waargenomen in GLOF-activiteit over de afgelopen decennia in de Himalaya, wordt verwacht dat de voortdurende uitbreiding van meren richting steile en potentieel gedestabiliseerde bergflanken in de toekomst nieuwe uitdagingen zal brengen. Verschillende studies hebben geprobeerd de mogelijke implicaties voor de frequentie en/of omvang van GLOF's voor verschillende regio's te kwantificeren. Bijvoorbeeld in de Indiase Himalaya-staat Himachal Pradesh werd een zevenvoudige toename van de waarschijnlijkheid van een getriggerde GLOF aangetoond onder toekomstige deglaciatie-omstandigheden. Ondertussen is uit analyses voor heel Centraal-Azië gebleken dat het aantal meren dat een grensoverschrijdende dreiging vormt in de grensgebieden tussen China en Nepal in de toekomst zou kunnen verdubbelen.

De noodzaak van vooruitziende, anticiperende benaderingen voor gevaren- en risicomodellering, inclusief aandacht voor mogelijke worst-case scenario's, is duidelijk erkend in internationale richtlijnen voor gletsjer- en permafrostgevaarbeoordeling (GAPHAZ, 2017). Echter, praktische voorbeelden van hoe worst-case scenario's en toekomstige meerontwikkeling in lokale GLOF-gevaarsbeoordeling en risicobeheer kunnen worden meegewogen, zijn zelden gedemonstreerd.

In deze studie beogen we deze hiaten te vullen door een illustratief voorbeeld te geven van hoe een worst-case uitbarstingsscenario van een potentieel toekomstig meer systematisch kan worden beoordeeld naast de dreiging van huidige meren, om vervolgens de relevantie van een dergelijke beoordeling voor rampenrisicobeheer in een grensoverschrijdende context te bespreken.

Focusserend op het grensoverschrijdende Poiqu-rivierbekken in de centrale Himalaya, zijn de specifieke doelstellingen van de studie:

1. Het toepassen van systematische criteria om worst-case uitbarstingsscenario's vast te stellen en de omvang van de downstream-impact van twee potentieel kritieke meren te beoordelen, waarbij ook het effect van recente herstelmaatregelen bij één van de meren wordt meegenomen.
2. De resultaten te vergelijken met een potentiële uitbarsting van een groot meer dat naar verwachting in de toekomst zal ontstaan.
3. De implicaties voor vroegtijdige waarschuwing of andere risicobeperkende strategieën te bespreken.

2. Studiegebied

Deze analyse richt zich op een traject van circa 40 km van het lagere Poiqu-rivierbekken, beginnend bij het Galongco-gletsjermeer, waarbij potentiële GLOF-impacten in de stad Nyalam (hoofdstad van het district Nyalam, Tibetan Autonomous Region) en stroomafwaarts tot aan de grens met Nepal bij Zhangmu worden beschouwd. Het hoogtebereik van het studiegebied varieert van 8027 m boven zeeniveau (de top van de Shishapangma, waarvan de gegletsjerde hellingen Galongco voeden) tot 2000 m in het rivierdal bij Zhangmu.

Het Poiqu-bekken is het Tibetaanse deel van het grote grensoverschrijdende Poiqu–Bhote Koshi–Sun Koshi rivierbekken, waarlangs de economisch belangrijke Friendship Highway China met Nepal verbindt en waar belangrijke waterkrachtbronnen zijn gelegen. Het Poiqu-bekken is geïdentificeerd als een duidelijk brandpunt van grensoverschrijdend GLOF-gevaar, waar in de afgelopen eeuw ten minste zes grote GLOF-gebeurtenissen zijn gemeld.

In deze studie richten we ons niet op Cirenmaco, maar op de twee andere goed gedocumenteerde dreigingen: Jialongco en Galongco, vanwege hun potentieel om schade te veroorzaken in de Tibetaanse hoofdstad Nyalam en stroomafwaarts in Nepal. Beide door morenen afgedamde proglaciale meren zijn de afgelopen decennia snel uitgebreid; Galongco, het grootste meer in het bekken, zag zijn oppervlakte tussen 1964 en 2017 toenemen met 450% (van 1,00 naar 5,46 km²). Het potentiële toekomstige meer bevindt zich ongeveer 6 km verder stroomopwaarts van Jialongco.

3. Methodologische aanpak

In lijn met recente internationale richtlijnen voor GLOF-gevaarsbeoordeling (GAPHAZ 2017), beschouwen we in deze studie de vatbaarheid van het meer (lake susceptibility), wat de waarschijnlijkheid bepaalt van een bepaald uitbarstingsscenario, en gebruiken we de GIS-gebaseerde open-source numerieke simulatietool r.avaflow om de GLOF-procesketen te modelleren en de downstream-impact te bepalen.

3.1 Vatbaarheid van meren en scenario-ontwikkeling

De beoordeling volgt een systematische aanpak die rekening houdt met atmosferische, cryosferische en geotechnische factoren. We maken gebruik van remote sensing data, aangevuld met veldobservaties. Topografische kenmerken en geologische structuren van de omringende hellingen werden nauwkeurig gemeten met behulp van hoge-resolutie Pléiades-orthofoto's en een digitaal hoogtemodel (DEM). Potentieel onstabiele zones van gletsjerijs werden geïdentificeerd op basis van de oriëntatie en dichtheid van gletsjerspleten, met een daaropvolgende schatting van de ijsdikte en het volume via het GlabTop-model.

Op basis van deze beoordeling, en de erkenning dat een grote ijs- en/of rotslawine-getriggerde GLOF de meest significante dreiging vormt voor alle drie de meren, zijn lawine-brongebieden geïdentificeerd als input voor de procesketen-modellering.

3.2 Modellering van lawines en GLOF's

De GLOF-procesketen werd gesimuleerd met r.avaflow, een framework voor multi-fase massastromen dat in staat is om de interactie tussen triggerende aardverschuivingen (rots- en/of ijslawines) en meren dynamisch te berekenen. Belangrijke modelinputs zijn de initiële kenmerken van de lawines, terreingegevens, wrijvings- en erosieparameters, lake bathymetrie en volume.

Bathymetrische metingen van Jialongco en Galongco werden in 2019 uitgevoerd met een onbemand vaartuig. Maximale dieptes van 134 m en 200 m werden respectievelijk geregistreerd voor Jialongco en Galongco, met volumes van 40 × 10⁶ m³ en 590 × 10⁶ m³. Na de aanleg van een kunstmatig kanaal en de bijbehorende verlaging van het waterpeil in Jialongco, werd de bathymetrie in 2021 opnieuw gemeten, wat een post-verlaging maximale diepte van 113 m en een volume van 23,5 × 10⁶ m³ opleverde.

Voor de modellering van GLOF's vanuit het toekomstige meer zijn de locatie, bathymetrie en het volume gebaseerd op een gemodelleerde overdieping in de gletsjerbodemtopografie met behulp van GlabTop. Een maximale toekomstige merdiepte van 168 m en een volume van 70 × 10⁶ m³ worden geschat.

3.3 Ontwikkeling van toekomstige meren

Door het bestuderen van hedenda