微地形、微氣候特性對高速公路選線的影響

袁丁，李杰，李金標，劉文德

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川 成都 610017）

1 引言

近年來，隨著社會經濟的不斷發展，我國的高速公路網也向山嶺重丘地區快速延伸。在前期公路選線過程中，往往將地形地質條件、氣象水文、城鎮規劃、環境敏感點、工程規模、投資金額等作為主要控制因素。惡劣的氣候是高速公路運營安全的重要因素[1-3]，工程師們通常對宏觀氣象條件較為關注，但是在復雜地形條件下，不同公路路段的氣象條件差異較大[4-6]。由于對微地形和微氣候特性的認識不足，高速公路在通車運營過程中可能會遭遇微氣候條件帶來的危害。本文通過探討高速公路走廊帶內的微地形微氣候特性，從氣象學角度為高速公路的選線提供一定的參考。

2 路線走廊帶氣候及地貌

某高速公路位于四川省廣元市北部山區，路線起于萬家鄉以北，止于周家河，推薦方案路線全長約70km。項目區地處秦嶺山脈南麓，地面海拔高程550m～1950m，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均氣溫12℃～15℃，年極端最高氣溫38℃～39℃，極端最低氣溫-9.1℃～-8.2℃，無霜期192 天～250 天，年均降雨量1300mm，年均日照212 天[7]。在這樣的氣象環境下，項目區路面一般不容易結冰，但在微地形形成的微氣候作用下，局部區域在冬季則有結冰的現象。

路線走廊帶內研究布設了從曾家山東側邊緣穿越的高線位和從鹽井河峽谷穿越的低線位，如圖1 所示。高線位因地形起伏大，橋隧比較高，工程規模較大；低線位因地形起伏相對較小，橋隧比較低，工程規模較小。因此，僅從工程規模的角度比選，低線位更好，但路線方案的確定往往需要進行多因素綜合比選。本文主要從氣象水文角度來分析高、低兩個線位方案的優缺點。

圖1 路線走廊高、低線位沿線地形示意圖

3 高、低線位微地形微氣候分析

微地形是相對于大區域地形而言，微氣候也是相對于大區域氣候而言，都是相對概念。比如某一區域總體上屬于寬緩溝谷地形，但該區域內某局部區域因為山體陡峻，河道狹窄，形成典型的峽谷地形，該局部區域相對于整個大區域就屬于微地形。

由于山區地形條件的復雜性，小范圍的微地形可能會在同一區域內造就不同的微氣候，而微氣候對高速公路路面冬季結冰的影響顯著，在規劃選線階段開展微地形辨識的工作是必要的[8]。

微地形的種類是多種多樣的，從高速公路路面冬季結冰的角度分析，本文研究中主要涉及的微地形、微氣候分類見表1。

本文中的高線位主要布設在曾家山東側山腰寬緩處，地形相對開闊，風力以自然風為主，且高速公路受日照充分；低線位萬家至國華段主要從鹽井河峽谷谷底附近穿越，典型地形地貌如圖2、圖3所示。沿線地形屬于表1地貌分類的第5種類型-峽谷風道型，由于公路所在的鹽井河溝谷兩岸山體高聳，巖壁陡峭，沿河道溝谷形成了一條狹窄的通道，在狹管效應作用下，沿線風力較大，同時，因地形狹窄，高速公路受日照時間較短，冬季低溫天氣下，路面上的積水極易冷凝成冰。

圖2 鹽井河峽谷萬家至國華段地貌

圖3 萬家至國華段高、低線位示意圖

表1 微地形、微氣候分類一覽表

4 高、低線位水文地質條件分析

路線沿著深切河谷布設，河谷坡度大，巖溶地下水水力梯度較大，地下水以較快的管道流為主[9]。路線走廊帶西側的曾家山出露了大量的碳酸鹽巖，巖溶發育，高、低線位雖然都從平面上繞避了大部分巖溶強烈發育區（圖4），但高、低線位在空間立面上所處的水文地質情況有的不同。區域內的巖溶侵蝕基準面位于鹽井河河谷附近，區域內的巖溶地下水通道自上而下以垂向發育為主，接近鹽井河河谷附近，巖溶地下水通道以水平向為主，如圖5所示。高線位處于曾家山山腰相對寬緩地帶，路線穿越垂直滲流巖溶帶或位于其上方，沿線無明顯的巖溶通道出露，地下水不發育，高速公路路面相對干燥；而低線位處于鹽井河河谷附近，靠近巖溶侵蝕基準面，路線穿越水平潛流巖溶帶或從巖溶水出露點附近通過，地下水發育，加之河谷附近空氣含水量相對較高，導致高速公路路面相對潮濕。

圖4 高、低線位水文地質條件平面圖

圖5 高、低線位水文地質條件橫斷面示意圖

5 高、低線位暗冰發育程度分析

高速公路路面冬季結冰主要出現在明線路段，尤以橋面結冰居多。影響結冰的因素主要是溫度和濕度，高線位由于風速較小，受日照時間較長，其沿線環境溫度較高，空氣相對干燥，所以路面在冬季不易結冰，車輛營運安全性較好。低線位萬家至國華段路線長約30km，其中明線長約20km，受峽谷風道影響，沿線環境溫度較低，同時，特殊的水文地質條件導致該路段公路路面潮濕，容易在冬季結冰，威脅車輛營運安全。萬家鄉西南側鹽井河河谷旁的省道303 線建設及運營中，地下水從邊坡巖石裂縫中流出，冬季結冰形成涎流冰[10]，如圖6 所示，這一現象驗證了該高速公路低線位萬家至國華段路面冬季易結暗冰的結論。

圖6 鹽井河旁省道303線橋墩內側發育涎流冰

6 結語

①在復雜地形條件下，高速公路不同路段可能因微地形影響微氣候。

②溫度和濕度是影響路面結冰的重要因素，風速越大，受日照時間越短，環境溫度就可能越低；地下水越發育、路線越靠近河流，公路路面就可能越潮濕。在二者共同作用下，公路路面冬季易結暗冰，威脅車輛營運安全。

③公路路線選擇應重視微地形、微地貌的分析，從而為高速公路選線提供參考。