青海省公路交通地質災害特征與影響分析

張靜，保廣裕，馬守存，馬玉芳，雷春苗，郭廣

(青海省氣象服務中心，青海 西寧 810001)

引言

公路交通運輸作為國民經濟和社會發(fā)展的重要基礎，在切實保障人民基本生活、有力支撐經濟社會發(fā)展方面意義重大。研究表明，公路運輸安全與氣象條件關系密切，尤其以復雜氣象條件對公路運輸安全的影響最為顯著，不利氣象條件誘發(fā)的公路運輸事故較多，公路運行安全和高效管理需求對氣象條件的敏感性和依賴性日趨增大[1～5]。針對公路沿線地質災害易發(fā)區(qū)域和重點區(qū)域的研究分析，能提高公路沿線地質氣象災害應對能力，對災害防治區(qū)局地突發(fā)性強降雨及其引發(fā)的地質災害等有更深入的認識，為提高公路沿線災害的預警和風險評估能力奠定基礎。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

青海省地勢總體呈西高東低，南北高中部低的態(tài)勢，西部海拔高峻，向東傾斜，呈梯形下降，東部地區(qū)為青藏高原向黃土高原過渡地帶，地形復雜，地貌多樣，平均海拔3000m以上，海拔高度3000～5000m，地區(qū)面積為53.2萬Km2，占全省總面積76.3%，海拔高度5000m以上地區(qū)面積為5.4萬km2，占全省總面積7.8%。根據(jù)災害資料統(tǒng)計，近5a影響公路通行的地質災害發(fā)生次數(shù)占所有自然災害發(fā)生次數(shù)的62%，研究對象為青海境內公路交通主要國省干道(圖1)。

圖1 青海省主要國道和省道線路分布圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

應用青海省交通運輸部門提供的2015～2020年由于自然或天氣原因導致的交通事故資料以及青海省公路管理局提供的交通日均車流量、地質災害和災害隱患點等資料。采用統(tǒng)計學方法分析了青海省公路沿線主要國省干道附近的國家氣象站和交通氣象站氣象資料。運用ArcGis軟件中青海的范圍高程數(shù)據(jù)、地理信息數(shù)據(jù)和青海省統(tǒng)計局發(fā)布的2019年人口密度及國內生產總值等數(shù)據(jù)。

2 公路沿線地質災害特征

2.1 地質災害分布類型

文章研究的青海省公路沿線山洪地質災害類型主要有崩塌、滑坡和泥石流等[1]，隨著交通工程施工建設和經濟活動的影響，其危害程度和范圍、頻率都有所增加。青海省公路沿線地質災害易發(fā)區(qū)主要分布于4個區(qū)域。

(1)東部河湟谷地區(qū)，位于黃河干支流基巖峽谷帶和期間的黃土紅層丘陵區(qū)，這是地質災害最關鍵的分布區(qū)和承載區(qū)。如國道G109京拉線的馬場垣—西寧—平安段、西寧—湟源—倒淌河段，國道G0611張文高速的牙什尕—同仁段，國道G227張孟線的大通—青石嘴、貴德—大武段，省道S102西寧普通繞城線的互助—大通段，省道S103西崗線的互助—甘禪口段。

(2)西部環(huán)柴達木盆地山前帶，位于南緣昆侖山的片理化侵入巖、火山巖溝谷帶。該區(qū)域主要以泥石流為主，雖然盆地氣候干旱、少雨，但承載能力弱，泥石流災害較為嚴重。如國道G215馬寧線的格爾木—曲麻萊段，國道G315西吐線的烏蘭—德令哈、小柴旦—老茫崖省界段。

(3)南部峽谷區(qū)包括瀾滄江干支流，位于瀾滄江干支流灰?guī)r、泥巖峽谷區(qū)，多發(fā)生在公路沿線高陡斜坡帶及峽谷地帶，以崩塌、滑坡、泥石流災害為主，巨型崩塌體常造成交通堵塞。如國道G0613西麗高速的共和—玉樹段，國道G0615德馬高速的花石峽—久治段，以及國道G214西瀾線的共和—花石峽、歇武—結古段。

(4)北部祁連山地區(qū)，位于北大河和疏勒河片理化火山巖、砂巖山地峽谷區(qū)，以崩塌、泥石流災害。如國道G227張孟線的扁都口—城關段，國道G109京拉線的黑馬河—茶卡段。

2.2 地質災害產生的原因分析

(1)降水是誘發(fā)地質災害主要因素。從青海省公路沿線的氣象條件分析，在汛期較集中的季節(jié)，經常發(fā)生由強降水或短時暴雨引發(fā)的公路沿線及附近的地質災害。從已發(fā)生的地質災害來看，主要都集中在降雨強度大的暴雨中心[2]。地質災害的發(fā)生雖然是局地小概率事件，且預報難度較大，但據(jù)資料統(tǒng)計分析表明：青海公路沿線降水與崩塌、滑坡、泥石流的發(fā)生密切相關，在時間上二者具有較好的一致性。地質災害多發(fā)年必是易發(fā)區(qū)強降水或暴雨的豐水年，而強降水或暴雨的豐水年卻不一定是山洪地質災害多發(fā)年，因為地質災害的發(fā)生與自然因素和人為因素都密切相關。

(2)人為地質災害隨著經濟社會的發(fā)展日益增多。隨著經濟與社會持續(xù)快速發(fā)展和資源消耗增長、大規(guī)模工程建設方興未艾的新形勢，筑路建房切坡、礦山濫采亂挖、水庫渠道病害等人類經濟活動引發(fā)地質災害呈上升趨勢[3]。人類工程開發(fā)活動的影響，也是造成的地質災害發(fā)生的關鍵因素。不合理的工程活動破壞植被草原，加劇了巖石的風化進程，降低了植被的固土能力，使水土流失加劇，為地質災害的發(fā)生埋下了隱患；濫墾草原種糧、濫伐沙塵植被、過度放牧、盲目追求存欄率，導致草原退化，沙漠化進一步擴大。

2.3 地質災害空間分布特征

青海省公路沿線地質災害統(tǒng)計中發(fā)現(xiàn)，地質災害在普通干線發(fā)生的次數(shù)明顯高于高速公路，從青海省公路沿線各路段地質災害空間占比(圖2)中，可以看出青海省公路沿線地質災害出現(xiàn)次數(shù)最多的是國道G227線，其次為省道S206線、國道G214線、省道S306線和省道S203線。

圖2 青海省公路沿線各路段地質災害空間占比圖

從公路沿線地質災害易發(fā)路段(表1)得知，國道易發(fā)路段為國道G227的大通—青石嘴、黑泉水庫—達板山、扁都口—城關、貴德—大武段；國道G214的倒淌河—共和、共和—花石峽、歇武—結古、囊謙—多普瑪省界段；國道G109的黑馬河—茶卡、橡皮山、旺尕秀、湟源—倒淌河段；國道G0615花石峽—久治段；京藏高速G6的湟源—倒淌河、共和—茶卡、扎麻隆—倒淌河段。

表1 青海省主要公路沿線地質災害易發(fā)路段

省道易發(fā)路段為省道S206的化隆—同仁、平安—阿岱、合群峽段；省道S306的街子—貴德、化隆—扎巴鎮(zhèn)段；省道S203的平安—阿岱、尖扎—同仁、同仁—澤庫段；省道S201的循化—關門、貴德—尖扎、民和—官亭段；省道S302的崗子溝—卡子溝橋、卡子溝—青石嘴、峨堡—祁連段；省道S101線的貴德—大武段。

2.4 地質災害時間分布特征

從青海省交通沿線山洪地質災害年變化(圖3)可以發(fā)現(xiàn)，2018年發(fā)生地質災害最多，其次為2019年。結合對應年份的降水量來看，2018年是近5a年平均降水量最多的一年，達457.9mm，其次為2019年418.6mm。由此可見，降水與交通沿線地質災害發(fā)生頻次對應關系性較好。另外從災害類別上看，2016年泥石流災害發(fā)生最多，崩塌災害次之，滑坡最少，而從2017年以后，高發(fā)災害種類有所轉變，轉為崩塌災害最多，泥石流災害次之。

圖3 青海省公路沿線地質災害年變化圖

從公路沿線地質災害月變化中(圖4)可以發(fā)現(xiàn)，地質災害月變化曲線為單峰型，8月發(fā)生次數(shù)最多。沿線地質災害的高發(fā)月是5～9月，這正是多年各月平均降水量最多的季節(jié)，尤其是7～9月，災害發(fā)生頻次占災害總數(shù)的69.5%，這也正是大到暴雨出現(xiàn)頻次最多的季節(jié)，兩者具有很好的對應關系[4～6]；其次是5～6月，災害發(fā)生頻次占災害總數(shù)的19.5%；12月至次年1月地質災害發(fā)生次數(shù)最少。

圖4 青海省公路沿線地質災害月變化圖

3 公路沿線地質災害影響分析

3.1 地質災害發(fā)生時的主要降水影響類型

崩塌、滑坡、泥石流等地質災害的發(fā)生是受多種因素影響的，但降水是誘發(fā)地質災害最主要、最直接的因素[7～10]。對青海省公路沿線地質災害分析發(fā)現(xiàn)：持續(xù)降雨誘發(fā)的地質災害發(fā)生次數(shù)占總發(fā)生量的60.7%，當日大降水型造成的地質災害發(fā)生次數(shù)占總發(fā)生量的25.0%，前期降水型造成地質災害的次數(shù)最少，占總發(fā)生量的14.3%。因此，將與交通公路地質災害發(fā)生有關的主要降水類型分為以下3種。

短時強降雨型：前期累積雨量不大，持續(xù)時間也不長，只要短時間發(fā)生足夠大的強降雨，就存在發(fā)生地質災害的可能。

持續(xù)降雨型：前期降雨持續(xù)時間長，累積雨量大，使下墊面水含量飽和，承載環(huán)境變得脆弱。在這種情況下，降雨持續(xù)天數(shù)是誘發(fā)災害的主要因子。

前期降雨型：災害發(fā)生前的降雨不一定持續(xù)，但前期累積降雨量大，也使得下墊面水含量接近飽和，即使當日降雨量不一定很大，同樣會引發(fā)滑坡、崩塌和泥石流等地質災害。該情況下，有效降雨量是災害發(fā)生的重要因子。

3.2 承災環(huán)境影響分析

青海省公路沿線地質災害造成的損失最終反映在承災環(huán)境上，承災環(huán)境與發(fā)生災害地區(qū)的人口分布和經濟密集度相關，根據(jù)青海省統(tǒng)計局2019年青海省人口密度統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，青海省人口密度較集中的地區(qū)在西寧、海東及黃南、海南地區(qū)，其余地區(qū)的每平方米人口密度均在10人以下。

表2 青海省2019年人口密度數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

根據(jù)青海省2019年各州(市)國內生產總值GDP和人均GDP位次統(tǒng)計(表3)顯示，西寧、海西、海東市的GDP位列前三，而在人均GDP位次排名中，海西第一，西寧第二，海南第三。

表3 青海省2019年度各州(市)GDP、人均GDP位次表

3.3 公路交通量影響分析

公路交通通行能力與車速、流量都有關系。根據(jù)青海省公路管理局提供的交通日均車流量資料分析，青海省主要交通公路沿線日均流量的空間分布各地差異很大。主要交通公路沿線日均車流量12 042輛/d，其中國道G109線的日均車流量最多，日均車輛為3 002.8輛/d，占全省車流量日均次數(shù)的24.2%，其次為國道G227線，日均流量為2 284.3輛/d，占全省車流量日均次數(shù)的20.0%，第三是省道S203線，日均車流量為1 329.7輛/d，占全省車流量日均次數(shù)的11.0%，日均車流量最少線路是國道G214線，日均流量為854.6輛/d，只占全省車流量日均次數(shù)的7.1%。

另外，青海省各地車流量日變化有兩個高峰時段，分別是上午和下午，而夜間車流量處于低谷，并且在周五或節(jié)假日期間，車流量增幅迅猛。因此，重點路段、關鍵節(jié)點和時段下的車流通行量也是引發(fā)交通地質災害的因素之一。

表4 青海省公路交通沿線日均車流量表

4 結論

(1)青海省公路沿線地質災害易發(fā)區(qū)主要分布于東部河湟谷地區(qū)、西部環(huán)柴達木盆地山前帶、南部峽谷區(qū)包括瀾滄江干支流及北部祁連山地區(qū)。降水是誘發(fā)地質災害的主要因素，而人類工程開發(fā)活動影響是另一重要因素。

(2)青海省公路沿線地質災害出現(xiàn)次數(shù)最多的是國道G227線，其次為省道S206線、國道G214線、省道S306線、省道S203線。降水與交通沿線地質災害發(fā)生頻次對應關系性較好。汛期5～9月也是公路沿線地質災害的高發(fā)月，地質災害月變化呈單峰型。地質災害發(fā)生時的主要降水影響類型為短時強降雨型、持續(xù)降雨型和前期降雨型。

(3)青海省公路沿線地質災害造成的損失最終反映在承災環(huán)境上，它與發(fā)生災害地區(qū)的人口分布和經濟密集度相關。公路沿線日均流量的空間分布各地差異較大，國道G109線的日均車流量最多，占全省車流量日均次數(shù)的24.2%，其次為國道G227線，占總車流量日均次數(shù)的20.0%，第三是省道S203線，占全省車流量日均次數(shù)的11.0%。