李 靖, 鄧 桃 , 潘 前, 陳秒單
(1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,四川成都 610031; 2. 四川文理學(xué)院建筑工程學(xué)院, 四川達(dá)州 635006)
帕隆藏布流域作為西藏與西南地區(qū)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)文化交流的最短路徑,是出藏道路中不可或缺的關(guān)鍵路段,同時(shí)在我國(guó)鐵路建設(shè)“十二五”規(guī)劃中,帕隆藏布流域也是川藏鐵路的必經(jīng)之路。但與此同時(shí),帕隆藏布流域因復(fù)雜的地質(zhì)地貌條件和特殊的水文氣候影響,流域內(nèi)冰雪災(zāi)害發(fā)育,雪崩、冰湖潰決等災(zāi)害時(shí)有發(fā)生,如位于流域上游的然烏峽谷地段,春冬季節(jié)時(shí)常發(fā)生滾石下落和雪崩災(zāi)害,堵路砸車(chē)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,每年因雪崩災(zāi)害造成道路中斷的時(shí)長(zhǎng)平均為1~10 d。在確定帕隆藏布流域作為鐵路通行的必經(jīng)之路的前提條件下,正確合理地對(duì)流域內(nèi)的雪崩災(zāi)害進(jìn)行危險(xiǎn)性分區(qū),對(duì)后期鐵路線路方案的選擇和針對(duì)雪崩災(zāi)害的減災(zāi)策略制定具有重要指導(dǎo)意義。
近年來(lái),許多學(xué)者已經(jīng)對(duì)帕隆藏布流域內(nèi)的雪崩災(zāi)害展開(kāi)了相關(guān)研究。如趙鑫[1]等人通過(guò)實(shí)地考察川藏公路安久拉山至古鄉(xiāng)段的90處雪崩,運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法得出了研究區(qū)雪崩的分布規(guī)律。陳祥方[2]等人通過(guò)野外調(diào)查獲取雪崩災(zāi)害指標(biāo)因子后,應(yīng)用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法建立了川藏公路安久拉山至古鄉(xiāng)段雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)模型。高傳東[3]等人以帕隆藏布流域?yàn)槔接懥嘶贕IS技術(shù)的災(zāi)害多發(fā)區(qū)段線路方案優(yōu)選策略。
本文在陳祥方[2]等人工作的基礎(chǔ)上,重新選擇了部分雪崩災(zāi)害評(píng)價(jià)因子,應(yīng)用層次分析法和GIS技術(shù)繪制了帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性分區(qū)圖,并根據(jù)分區(qū)結(jié)果,對(duì)通過(guò)此區(qū)域的川藏鐵路線路方案選擇和針對(duì)雪崩災(zāi)害的工程防治措施提出了具體的建議措施。
通過(guò)室內(nèi)遙感影像解譯并結(jié)合實(shí)地考察資料,發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)的雪崩分布受地貌效應(yīng),水文條件和植被覆蓋率的影響,雪崩災(zāi)害主要分布在帕隆藏布流域上游的峽谷地貌區(qū)(然烏鎮(zhèn)-宗壩村),其次是帕隆藏布江源頭以上的安久拉山埡口-然烏鎮(zhèn)。具體分布位置如圖1所示。

圖1 帕隆藏布流域雪崩災(zāi)害分布
2.1.1 氣候條件評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取
影響雪崩的氣候條件主要包括:
(1)為雪崩提供物質(zhì)基礎(chǔ)的年平均降水量。
(2)為積雪提供儲(chǔ)存條件的逐日平均氣溫低于0 ℃的天數(shù)這兩大指標(biāo)。選擇兩者作為雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的氣候條件評(píng)價(jià)指標(biāo)。
2.1.2 地形條件評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取
具有一定厚度的雪花落到地表后,只有在滿(mǎn)足一定要求的地形條件下才可能產(chǎn)生堆積,進(jìn)而由于堆積過(guò)厚產(chǎn)生向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)形成雪崩。所以地形條件的好壞,往往直接關(guān)系到雪崩是否發(fā)生以及發(fā)生的規(guī)模。趙鑫[1]等人發(fā)現(xiàn)雪崩一般發(fā)生在地形起伏度較大、坡度適宜和地面粗糙的地區(qū),因此選擇地形起伏度、平均坡度和地面粗糙度三者作為雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的地形條件評(píng)價(jià)指標(biāo)。
2.1.3 其他條件評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取
除了氣候條件、地形條件以外,還存在一些影響雪崩運(yùn)動(dòng)路徑和重現(xiàn)率的其他因素,綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的可獲取性和已有的研究成果[4],選擇了下墊層類(lèi)型、植被覆蓋率和區(qū)域內(nèi)雪崩發(fā)生次數(shù)三者作為雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的其他條件評(píng)價(jià)指標(biāo)。
綜上所述,根據(jù)基礎(chǔ)資料的可獲取性,參考相關(guān)書(shū)籍、文獻(xiàn) [2,4,5],選定了氣候條件、地形條件和其他條件這三個(gè)類(lèi)別下的八項(xiàng)指標(biāo)作為帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性評(píng)估的關(guān)鍵要素,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖2所示。

圖2 帕隆藏布流域雪崩災(zāi)害評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
在得到帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性評(píng)估的八項(xiàng)具體指標(biāo)后,使用AHP層次分析法確定各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。
采用一致矩陣法,把由圖2得到的所有指標(biāo)兩兩進(jìn)行比較,得到雪崩評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣如表1所示,其中:Bi=1,2,...,8表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)。

表1 評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣
計(jì)算得表1所示的評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣一致性比例CR=0.017<0.1,說(shuō)明判斷矩陣的不一致性在容許范圍內(nèi),滿(mǎn)足一致性檢驗(yàn)要求。
將評(píng)價(jià)指標(biāo)判斷矩陣中的特征向量進(jìn)行歸一化處理,利用“分層總和排序法”,獲得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值如表2所示。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果
根據(jù)“中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)”上提供的氣象數(shù)據(jù)資料,利用ArcGIS空間分析功能中的插值分析,處理得到研究區(qū)內(nèi)“年平均降雨量”分區(qū)圖和“逐日平均氣溫低于0 ℃天數(shù)”分區(qū)圖。
4.2.1 地形起伏度與平均坡度
利用ArcGIS空間分析功能中的領(lǐng)域分析,柵格計(jì)算,地區(qū)統(tǒng)計(jì)和坡度分析等功能對(duì)帕隆藏布流域的DEM地形圖進(jìn)行處理分析,得到“地形起伏度”分區(qū)圖和“平均坡度”分區(qū)圖。
4.2.2 地面粗糙度
地面粗糙度是特定區(qū)域內(nèi)地球表面積與其投影面積之比,是反映地表形態(tài)的宏觀指標(biāo)之一[5],在得到“平均坡度”分區(qū)圖后,通過(guò)在柵格計(jì)算器中輸入地面粗糙度與坡度的換算公式(如式(1)所示),獲得“地面粗糙度”分區(qū)圖。
R=1/cos(S×π/180)
(1)
式中:R表示地面粗糙度,S表示坡度。
4.3.1 下墊層類(lèi)型
下墊層類(lèi)型的不同對(duì)雪崩運(yùn)動(dòng)路徑和最大拋程有著不同影響,如草地、樹(shù)木等植被茂密的下墊層相比粒雪、巖石屑堆等松散物質(zhì)組成的下墊層,對(duì)雪崩運(yùn)動(dòng)路徑和最大拋程的阻礙作用更明顯,下墊層類(lèi)型的劃分通過(guò)GoogleEarth提供的遙感影像資料進(jìn)行具體判別。
4.3.2 植被覆蓋率
區(qū)域內(nèi)如果植被茂密,能有效地抑制雪崩災(zāi)害發(fā)生的規(guī)模和頻率。通過(guò)下載“地理空間數(shù)據(jù)云”上的NDVI圖(NDVI即歸一化植被指數(shù),它是利用植被對(duì)衛(wèi)星不同波段探測(cè)數(shù)據(jù)反射能力的不同,分析得到的能反映植物生長(zhǎng)狀況的NDVI值,NDVI值越高,植被覆蓋情況越好[5]),結(jié)合ArcGIS空間分析功能中的地區(qū)統(tǒng)計(jì)功能,繪制得到“植被覆蓋率”分區(qū)圖。
4.3.3 區(qū)域內(nèi)雪崩發(fā)生次數(shù)
根據(jù)趙鑫[1]等人通過(guò)實(shí)地考察得到的帕隆藏布流域雪崩分布與地貌關(guān)系圖,分析得到流域內(nèi)不同區(qū)段發(fā)生雪崩的次數(shù)數(shù)據(jù),再結(jié)合ArcGIS空間分析功能中的插值分析,最終得到“區(qū)域內(nèi)雪崩發(fā)生次數(shù)”分區(qū)圖。
在得到雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)的各指標(biāo)權(quán)重和分區(qū)圖后,利用ArcGIS軟件,對(duì)各圖層進(jìn)行疊加分析,最終得到帕隆藏布流域雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)圖(圖3)。所得結(jié)果與陳祥方[2]等人通過(guò)實(shí)地考察后繪制的川藏公路安久拉山至古鄉(xiāng)段雪崩災(zāi)害危險(xiǎn)度分區(qū)圖基本吻合。

圖3 帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性分區(qū)
根據(jù)得到的帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性分區(qū)圖,對(duì)擬通過(guò)此區(qū)域的川藏鐵路線路方案選擇和通過(guò)形式提出如下建議:
(1)在線路走向上應(yīng)盡量采用繞避方案繞避雪崩分布密集,危險(xiǎn)性等級(jí)嚴(yán)重的帕隆藏布流域上游峽谷地貌段。
(2)在線路的通過(guò)形式上建議采用長(zhǎng)隧方案穿越伯舒拉嶺,從而避免了鐵路通過(guò)雪崩災(zāi)害集中的上游然烏峽谷地段,對(duì)鐵路的施工安全和后期安全運(yùn)營(yíng)意義重大。
(3)在線路通過(guò)位于流域中部的波密縣城后,隨著海拔降低,河谷變寬,雪崩災(zāi)害逐漸減少,因此鐵路線路在通過(guò)波密后,可采用路基、橋梁等明線工程沿河谷布線,以節(jié)省投資;同時(shí)為避免流域下游的少數(shù)雪崩點(diǎn)對(duì)線路工程的影響,推薦線路走高線位方案。
本文基于GIS技術(shù)和層次分析法繪制了帕隆藏布流域雪崩危險(xiǎn)性分區(qū)圖,并與趙鑫[1]等人通過(guò)實(shí)地調(diào)查得到的該區(qū)域90處雪崩資料進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明所得危險(xiǎn)性分區(qū)圖能較好地反映雪崩分布實(shí)際情況;并在得到危險(xiǎn)性分區(qū)圖的基礎(chǔ)上對(duì)鐵路通過(guò)此流域的線路方案選擇和通過(guò)形式提出了具體建議,相關(guān)建議可作為川藏鐵路通過(guò)帕隆藏布流域時(shí)的線路工程減災(zāi)對(duì)策供設(shè)計(jì)人員參考使用。