新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征研究

李天宏，張 猛

（1.新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大學 建筑工程學院，河北 保定 071200）

新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征研究

李天宏1，張 猛2

（1.新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大學 建筑工程學院，河北 保定 071200）

針對新疆高山地區(qū)公路地理、氣候環(huán)境特點，基于地質災害因子評價新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征。通過對評價原則的制定及工程地質脆弱性指標的選擇，得出新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性評價標準與方法，為幫助新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性研究提供指導作用。

工程地質；地質災害；高山地區(qū)；環(huán)境脆弱性

新疆極大部分高山地區(qū)公路自然環(huán)境脆弱、易損，相關路段均有不同程度的滑坡、泥石流等所造成的典型病害，本文研究重點探討內陸干旱高山區(qū)自然環(huán)境地質災害的特點、脆弱性和易損性，以及破壞后的難以恢復性，揭示高山地區(qū)公路環(huán)境的保護和改善是很有必要的。

1 評價原則

1.1 綜合性和主導因子原則

抓住能反映該地區(qū)主要環(huán)境特征的因素，體現(xiàn)區(qū)域高海拔、高寒、高烈度、水土流失、水資源短缺等問題，選擇具有區(qū)域特色的指標［1］。

1.2 可操作性原則

評價指標必須建立在實用、可行、科學的基礎上，評價指標因子盡量減少重疊，并應簡單可操作，彌補當前高山地區(qū)公路所在區(qū)域缺乏針對性的分區(qū)評價問題，并充分尊重當今環(huán)境保護部門、農林畜牧業(yè)部門、國土資源部門等對土地資源管理的相關成果，同時，評價指標與其相對應的措施要與公路工程緊密結合，滿足公路有關設計計算、施工、養(yǎng)護等需要［2］。

1.3 有序銜接的原則

分區(qū)評價要與交通行業(yè)現(xiàn)有的相關評價有序銜接，特別是《新疆公路三級自然區(qū)劃》中的相關成果，并充分參考相關行業(yè)對環(huán)境因子的研究成果，確保評價結果的真實性和客觀性。

2 工程地質脆弱性指標選擇

據(jù)新疆公路三級自然區(qū)劃結果，三級區(qū)應能反映在公路建設，氣候地形條件、水熱特征，建設和材料，病害條件的相似性和差異性的其他方面。新疆高速公路三級自然區(qū)具有4個特點：①建設空間相似性，即同一自然區(qū)域從大范圍的地形條件下應屬于同一類型；②地型動力作用相似性，即同一自然區(qū)受主要自然外力影響類似；③地表物質組成相似性，即相同的土壤工程特性，在同一自然區(qū)域內的各類巖土工程應相似，并使同一個自然區(qū)域的單一巖石類型；④主要工程地質問題相似性，即同一自然區(qū)所遇到的主要不良地質、公路病害、施工環(huán)境等工程問題類似。但同時也發(fā)現(xiàn)，新疆公路三級自然區(qū)劃分區(qū)針對公路工程地質災害（尤其是崩塌、滑坡、泥石流、水毀等典型災害）缺少分級評價體系。因此，依托三級自然區(qū)劃分區(qū)單元，引入工程地質脆弱性指標（工程地質災害危險度分級評價因子），納入新疆三大山系中高、中、低山區(qū)不同雪線及相關衍生災害特征的異同點，針對新疆高山地區(qū)公路區(qū)域進行不同等級的工程地質脆弱性指標量化分級。

工程地質環(huán)境易損性指標：地震烈度作為表現(xiàn)地震烈度的指標之一，在工程地震中得到了廣泛的應用［3］。新疆作為西部地區(qū)地震多發(fā)區(qū)的典型代表，地區(qū)幅員遼闊，地震活動性強，尤其在高山地區(qū)公路所屬的天山、昆侖山、阿爾泰山區(qū)，地震往往會誘發(fā)嚴重的工程地質及環(huán)境次生災害，其作為工程地質環(huán)境易損性指標具有典型的代表性價值。

3 工程地質脆弱性分區(qū)評價標準與方法

原《新疆公路三級自然區(qū)劃》采用區(qū)域劃分的方法，即利用水熱、地理和地貌的自然區(qū)域的符號分為若干低級區(qū)域。具體而言，對非地帶性因素綜合的平原地區(qū)綜合考慮區(qū)域差異主要分地區(qū)、地質地貌、土壤巖石受水熱條件。山區(qū)主要考慮非地帶性劃分；山區(qū)為水熱的垂直分布，在不同的海拔山區(qū)分化地質地貌的變化，垂直地帶性差異反映自然條件山區(qū)的情況；重點分析了不同自然環(huán)境下的道路狀況的變化，其中在同一地區(qū)、公路建設、道路施工材料、工程問題是相似的。本區(qū)域評價中，根據(jù)地質脆弱性，重點對新疆高山地區(qū)公路所在區(qū)域進一步進行分級，即對三級自然區(qū)劃中位于高山地區(qū)公路所在區(qū)域中的類型進行量化、細化、歸類化的分級評價。

3.1 工程地質災害危險度因子

在新疆公路三級自然區(qū)劃的基礎上，結合新疆高山地區(qū)公路區(qū)域特點，歸納梳理天山、昆侖山、阿爾泰山公路沿線主要工程地質災害發(fā)現(xiàn)，新疆的三大山地是我國第三紀末以來新構造運動的上升區(qū)，強烈的切割和破碎的地形，大部分邊坡處于極限平衡狀態(tài)。山體內，尤其是天山，其內又有一些大小不等的河谷、盆地。另外，山區(qū)隨海拔高度的不同，地貌的外力作用也有所不同。一般在極高山、高山帶，以冰雪、寒凍、凍融作用為主，發(fā)育著冰川或現(xiàn)代冰川地貌；中山帶以水的侵蝕，生物化學風化剝蝕或干燥、切割山谷，地形破碎，有各種各樣的沖積、洪積和殘積礦床，常有黃土沉積覆蓋層；低山丘陵帶，主要為干燥和半干燥的剝蝕作用，以黃土及黃土狀沉積物或黃土狀沙土為主。

現(xiàn)代地殼構造運動仍極強烈的山地和盆地的接觸帶，即山區(qū)的中低山帶是新疆泥石流、滑坡、崩塌、水毀等病害的主要分布區(qū)，且相關病害規(guī)模及發(fā)生頻率很大，加之公路從此類地區(qū)經過，為克服高差采用迂回展線半填半挖形式穿越，工程地質脆弱性大［4］；極高山、高山帶往往在雪線以上，主要為冰川覆蓋，以凍土病害為主，泥石流、滑坡、崩塌、水毀等病害往往很少發(fā)生，公路在此類地區(qū)一般采用就地爬的路基形式穿越，對原有地形地貌攪動很少，工程地質脆弱性中等；而低山帶及山前沖洪積階地地區(qū)，由于水量補給較為豐富，加之海拔、地貌、土質等綜合因素影響，植被比較豐富，公路往往采用一定高度的路基形式穿越，為山區(qū)公路災害低發(fā)區(qū)，工程地質脆弱性較小［5］。

因此，按照新疆公路三級自然區(qū)劃單元，匹配以公路工程地質災害種類及數(shù)量的綜合量化指標，再輔以不同海拔地區(qū)的巖石寒凍風化系數(shù)，最終將相關單元以工程地質災害危險度因子進行權重分級（4級），相關權重關系如表1。

表1 工程地質災害危險度因子權重分級

將地質災害分布疊加到新疆自然公路高山地區(qū)圖中，根據(jù)表1的權重分級指標，通過自然裂點法，得出地質災害因子值。將其值與arcgis軟件結合處理，獲得新疆高山地區(qū)公路地質災害因子分布圖，并將地質災害因子值分為6個分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

3.2 地震裂度分區(qū)方法

新疆高山地區(qū)公路地質環(huán)境易損性主要是指受工程地質外應力作用破壞的程度及概率大小，利用地震烈度指標來綜合反映新疆高山地區(qū)公路工程地質環(huán)境易損性分級。

新疆高山地區(qū)公路主要分布地區(qū)的地震烈度普遍較高，而且重點集中在中低山區(qū)，這主要是由于相關區(qū)域穿越天山地槽系，活動斷裂較多，新構造運動十分強烈所致。

以地震烈度為分級體系的工程地質環(huán)境易損性分區(qū)權重比例分配如表2。

表2 工程地質環(huán)境易損性因子權重分級

工程地質環(huán)境易損性指標：地震烈度作為表現(xiàn)地震烈度的指標之一，在工程地震中得到廣泛的應用。作為西部地區(qū)地震多發(fā)區(qū)的典型代表，新疆地區(qū)幅員遼闊，地震活動性強，尤其在高山地區(qū)公路所屬的天山、昆侖山、阿爾泰山區(qū)，地震往往會誘發(fā)嚴重的工程地質及環(huán)境次生災害，其作為工程地質環(huán)境易損性指標，具有典型的代表性價值。西部地區(qū)地震烈度的衰減關系，適用震級范圍為面波震級5．0～8．0，距離0～400km，據(jù)此結合不同地震烈度區(qū)范圍，賦予不同的易損性權重指標，權重因子為：≥Ⅸ為100%，Ⅷ為75%，Ⅶ為50%，Ⅵ為25%，＜Ⅵ為0%，將其納入環(huán)境易損性評價體系。

根據(jù)不同的易損性權重指標，在環(huán)境評價體系中統(tǒng)計出的分值分布不均勻，采用自然裂點法能更能明顯的區(qū)分和表達區(qū)域環(huán)境易損性，裂點即為分散的良好邊界。

統(tǒng)計后的分值分為6個分隔段，即：＜4，5～7，8～10，11～12，13～15，16～24。

4 公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征

地質災害因子主要選取工程地質災害危險度和地震烈度兩個關鍵指標來進行表征。通過對比分析發(fā)現(xiàn)，基于地質災害因子的新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)典型特征：

（1）將地質災害因子值經arcgis軟件結合處理，獲得新疆高山地區(qū)公路地質災害因子分布，如圖1。

圖1 公路地質災害因子脆弱性分布

而通過arcgis軟件處理后的新疆地震烈度空間分布圖（如圖2）和新疆地震烈度因子脆弱性分布圖（如圖3）分布狀態(tài)基本耦合。

圖2 地震烈度空間分布

圖3 地震烈度因子脆弱性分布

（2）新疆高山地區(qū)區(qū)域所屬山脈自南向北分別為昆侖山、天山、阿爾泰山，山脈海拔高度依次降低，山前基底埋深逐漸變淺；塔里木盆地海拔 （900～1400m）高于準噶爾盆地（250～550m），均反映出南部的印度板塊是新疆大地構造格局形成的動力。在漫長的地質形成史上，新疆陸塊板塊經歷了離散→聚合→裂解→拼合等復雜過程。板塊的俯沖、碰撞、推覆形成新疆“三山夾兩盆”的構造格局。

（3）山地則凹陷和褶皺劇烈，并遭受長期剝蝕，受到幅度巨大的褶皺斷裂作用而成為一系列山脈，或被斷裂分割成許多次一級楔形地塊和山間盆地；盆地和山地的邊緣地帶是火山、地震和主要地貌變形的地帶。

（4）地質災害因子與環(huán)境脆弱性分區(qū)結果密切相關，工程地質災害危險度高、地震烈度大的區(qū)域往往也是新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性和易損性嚴重區(qū)域。

5 結語

（1）針對高山地區(qū)區(qū)域評價中，重點對新疆高山地區(qū)公路所在區(qū)域根據(jù)地質脆弱性進一步進行分級，即對三級自然區(qū)劃中位于高山地區(qū)公路所在區(qū)域中的類型進行量化、細化、歸類化的分級評價。

（2）通過采用地質災害分布疊加到新疆自然公路高山地區(qū)圖中，根據(jù)權重分級指標及自然裂點法，得出地質災害因子值。

（3）采用將地質災害因子值與Arcgis軟件結合處理方法，獲得新疆高山地區(qū)公路地質災害因子分布圖，并且將地質災害因子值分為6個分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

［1］關鳳峻，沈偉志.全國地質災害災情分析與防治研究［J］.水文地質工程地質，2016（2）：7-10.

［2］張穎.滇西盆嶺交錯區(qū)公路地質災害發(fā)育特征與治理對策研究-以G320國道保山至蒲縹段為例［D］.昆明：昆明理工大學，2015.

［3］巨玉文，齊瓊，董震，郭知一.山西西部地區(qū)黃土地質災害與降雨的關聯(lián)性分析［J］.自然災害學報，2016（1）：81-87.

［4］陳偉.西南山區(qū)城鎮(zhèn)建設地質災害風險管理控制方法［D］.成都：成都理工大學，2011.

［5］鄧學鈞.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.

（責任編輯：尹健婷）

Study on the characteristics of highway environmental vulnerability zoning based on geological disaster factors in Alpine Region

LI Tian-hong1，ZHANG Meng2
（1.Management Bureau of Manasi River Basin，Xinjiang，Shihezi 832000，China；2.College of Architecture and Engineering，Hebei University，Baoding 071200，China）

According to the geography，climate and atmosphere of Alpine highway in Xinjiang，the zoning features of highway environmental vulnerability in Alpine area，Xinjiang Province is evaluated based on the factor of geological hazards.By the development of evaluation principles and selection of engineering geological vulnerability indicators，the evaluation criteria and methods of Alpine highway environmental vulnerability is obtained，this paper provides a reference for the highway environmental vulnerability study in Alpine region of Xinjiang.

engineering geology；geological disasters；alpine areas；environmental vulnerability

U412.22

：A

：1672-9900（2017）02-0014-04

2017-02-21

李天宏（1971-），男（漢族），陜西渭南人，工程師，主要從事水利工程運行管理工作，（Tel）15175227553。