“川九路”裸地斑塊的成因及防護措施評價

徐 亮，楊 洪，劉 美，潘 倩，袁 川，謝奇言，鄔 銳，周登杰，陳 艷*

(1.四川省生態環境監測總站，四川成都 610041;2.綿陽師范學院生態安全與保護四川省重點實驗室，四川綿陽 621006;3.綿陽師范學院生命科學與技術學院，四川綿陽 621000)

0 引言

“川九路”起于四川省阿壩州松潘縣川主寺鎮止于九寨溝縣城，位于阿壩州旅游資源最豐富的地區；公路海拔跨度為1 950～3 500 m，所在區域位于青藏高原東緣高山峽谷地帶，地勢切割十分劇烈，氣候條件高寒少雨，生態較為脆弱，生態系統抗性較差，植被一旦被破壞就很難恢復[1].“川九路”在設計建設之初就秉承著“安全、舒適、環保、示范”的八字方針，堅持最小限度破壞、最大限度保護和修復，2003年被交通部列為生態環保示范工程，在我國山區公路建設中起著示范和引領作用[2-4].

2017年8月8日，阿壩州九寨溝縣發生Ms7.0 級地震(簡稱 “8·8”九寨溝地震)，九寨溝及周邊區域巖體結構被破壞、不良地質發育.“8·8”九寨溝地震前后遙感影像的解譯顯示，震后九寨溝景區及其周邊道路發生數千處崩塌、滑坡等次生災害[5-6]，“川九路”許多路段路基受損、邊坡裸露[1, 7]，不僅影響了行車安全，也影響了生態環境的穩定性和道路沿線的景觀.2017年12月，四川省人民政府頒發了《“8·8”九寨溝地震災后恢復重建5個專項實施方案》，其中第四專項“基礎設置和公共服務重建”將“川九路”新示范工程作為災后交通重建的首要項目，提出“進一步傳承和創新‘川九路’理念”，在2020年底將G544線川主寺至九寨溝縣城段打造為“安全、智慧的生態旅游新示范公路”.

遙感技術在資源與環境的三測中(觀測、探測、監測)具有其他技術無法比擬的優勢[8]，結合實地調查可快速而有效的評估土地覆蓋類型和生態環境的變化[9]，在土地覆蓋動態監測與評估中已有廣泛的應用[10].為監測和評價“川九路”災后重建的成效，本文通過遙感影像解譯確定公路兩側裸地斑塊，并對裸地斑塊進行實地調查，分析裸地斑塊的產生原因，調查其治理措施，以期為“川九路”的后續管理、“川九路”理念和經驗的推廣提供參考.

1 材料與方法

1.1 監測點位的確定

通過遙感影像解譯，比對震前、震后遙感影像信息確定“川九路”兩側的裸地斑塊.遙感影像來源于高分1號、高分1D星、資源3號01星、資源3號02星，遙感影像融合后的分辨率為2 m.利用ARCGIS 10.2軟件(http://www.esri.com/)進行遙感影像的解譯和植被覆蓋信息統計.在“川九路”道路兩側各設置1 km范圍的緩沖區，生成2 km的緩沖區(圖1).對緩沖區的土地利用類型進行人工目視解譯，獲得植被覆蓋信息(圖1)，比對震后多年植被覆蓋信息，依據斑塊的面積變化篩選裸地斑塊，篩選實地調查點位.

圖1 “川九路”遙感影像圖

1.2 裸地斑塊的實地調查

依據ARCGIS軟件提取的點位信息，利用奧維互動地圖導航確認調查點位，對裸地斑塊進行逐一實地調查.利用坡度計測定裸地斑塊的坡向、坡度；記錄各斑塊的修復措施；目視評估各斑塊的植被覆蓋度；記錄植被恢復的植物物種；野外判定裸地斑塊的次生災害類型，對裸地斑塊逐一進行拍照，回實驗室后對斑塊次生災害類型進行逐一核查.

1.3 數據處理

利用R3.6.2軟件[11]進行數據處理，比較裸地斑塊在“川九路”不同路段的分布及誘因、不同類型裸地斑塊的坡度、修復措施、植被覆蓋等，利用廣義線性模型(Generalized Linear Models, GLM)檢驗自然植被和人工植被的植被覆蓋率差異.

2 結果

2.1 裸地斑塊的分布格局

通過目視解譯獲得“川九路”2 km緩沖區的土地利用及植被覆蓋信息(圖1)，對地震前后后遙感影像的解譯結果進行比對，依據裸地斑塊的面積變化，共篩選出224處需要實地核查的高位裸巖、次生災害風險點、工程裸地斑塊.弓杠嶺到上四寨路段裸地斑塊或潛在災害點的分布最為集中，56%的需核查點位分布于該路段(圖2，表1).

圖2 “川九路”裸地斑塊調查點

2.2 裸地斑塊的誘因

本研究對224處布設點位進行了現場核查，其中26個點位無法到達，實地核查點位共計198個(表1).對198個點位的實地調查顯示，裸地斑塊的誘因有自然因素、次生災害和工程破壞三個方面，其中自然因素主要為裸露巖石、河流灘地；次生災害主要包括滑坡、崩塌、泥石流；工程建設造成的破壞主要有路基開挖、臨時建筑和棄渣場等(表2).

工程破壞和次生災害是“川九路”裸地斑塊形成的主要原因，但其相對貢獻在不同路段呈現出不同的變化趨勢，沿川主寺至九寨溝方向工程破壞所占的比重逐漸降低，而次生災害的比重逐漸增加，川主寺-小西天-弓杠嶺路段工程破壞是裸地斑塊產生的主要原因，其比重超過50%，而隨著公路向九寨溝方向的推進，次生災害逐漸成為裸地斑塊形成的主要誘因，在弓杠嶺-上四寨-九寨溝路段，次生災害的占比超過50%，分別達到55.36%、61.36%(圖3).

圖3 “川九路”四個路段不同類型裸地斑塊的分布頻度Fig.3 ThefrequenciesofbarepatchesresultedfromdifferentfactorsinfoursectionsofChuanjiuRoad

不同誘因形成的裸地斑塊的坡度有顯著差異.裸露巖體均為高位裸巖，平均坡度為(64.23±15.14)°，次生災害滑坡、崩塌、泥石流導致的裸地斑塊也呈現出較高的坡度，平均坡度均高于50°，而工程破壞形成的裸地斑塊有較大的坡度變幅(0～62)°，平均坡度為(12.73±21.06)°(圖4).

圖4 “川九路”不同誘因形成的裸地斑塊分布坡度

2.3 裸地斑塊的修復措施

“川九路”64%的裸地斑塊已采取不同措施進行工程和生態修復，修復措施主要有擋土墻、防護網、植物種植等，其中62%的修復點同時使用多種修復措施進行修復.“川九路”裸地斑塊的修復考慮了裸地斑塊的成因及環境條件的特殊性，針對不同類型裸地斑塊采取不同的修復措施(表3，圖5).表3中僅統計有修復措施的點位.

圖5 “川九路”裸地斑塊修復措施示例

表3 “川九路”裸地斑塊修復措施統計表

裸巖的防護和修復以防護網為主，83.33%的裸巖修復點使用了防護網，其中主動防護網占80%；部分裸巖修復點還采用了格式防護、錨索防滑樁進行加固，少數修復點進行了掛網噴漿和人工植被的修復處理.泥石流位點的修復以擋土墻為主，少數位點輔以人工植物.滑坡位點的修復以多措施聯合為主，擋土墻+防護網+人工植被是滑坡位點修復的最常用組合，對于坡度較高、滑坡面積較大的滑坡位點多級擋土墻廣泛使用，占擋土墻總數的39.28%(22/56).崩塌位點的修復率最高，90%的崩塌位點被修復，擋土墻+防護網+人工植被仍是其修復的最主要組合，防護網的使用高于滑坡位點，所有的被修復位點都安裝了主動防護網，一些防護網還輔以掛網噴漿措施.工程導致的裸地斑塊以人工植被的修復為主，少量坡度較高的位點輔以擋土墻.

2.4 裸地斑塊的植被覆蓋

“川九路”裸地斑塊的平均植被覆蓋率為(18.43±20.25)%，不同類型的裸地斑塊植被覆蓋率不同，平均植被覆蓋率范圍為2.00%(河灘地)～23.20%(工程裸地)(圖6)

圖6 “川九路”不同類型裸地斑塊的植被覆蓋率

比較有植被覆蓋的位點，人工植被的平均覆蓋率為(26.13±19.06)%，自然植被的平均覆蓋率為(21.84±20.86)%，人工植被的覆蓋率略高于自然植被，但差異不顯著(p=0.19).

3 討論

2017年的“8·8”九寨溝地震對“川九路”造成了極大的破壞，道路兩側不良地質發育，崩塌、滑坡、泥石流等次生災害嚴重影響了道路的安全及周邊生態系統的安全，遙感解譯顯示，次生災害的比例隨著“川九路”向九寨溝的推進而逐漸增高(圖3)，證實了地震的強烈影響.裸地斑塊在弓杠嶺到上四寨路段分布最為集中，56%的裸地斑塊位于該路段，這與李升甫等的結果一致[7].弓杠嶺到上四寨路段位于高山峽谷地帶，地勢切割較深、道路兩側山勢陡峭.我國為大陸地震最多的國家[12]，“川九路”的高山峽谷地貌在地震影響下易形成次生災害隱患.李艷豪等對岷江上游滑坡的誘發因素進行了比較分析，結果顯示地震為大面積滑坡的主要誘因[13]，朱登科等對上四寨崩塌堆積體的研究也證實斜坡地形和“8·8”九寨溝地震對該區域的次生災害有重要貢獻[14].

“川九路”理念引領著我國山區道路的建設，也使“川九路”成為我國首條生態示范公路，“川九路”的震后修復重建仍然堅持“最小程度的破壞、最大程度的保護和修復”的原則，切實貫徹了綜合、智慧、平安、綠色“四個交通”的協調發展.調查顯示，公路沿線64.14%的裸地斑塊得到了修復，修復措施的選擇有較高的針對性，如裸巖的保護以主動防護網為主，能很好的防止落石對道路和行車安全的危害；盡管次生災害點的修復都以擋土墻+防護網+人工植被的多措施修復為主，但針對崩塌和滑坡的不同特點，防護網在崩塌位點的使用率高于滑坡位點，多級擋土墻在坡度較大的滑坡位點普遍使用.但也有相當一部分的泥石流災害點、工程破壞點尚未采取修復措施，仍需加強“川九路”的動態監測，及時對裸地斑塊進行有效修復.

“川九路”裸地斑塊的植被覆蓋率還較低，這與地區水熱條件較差、土壤較薄、修復時間較短有關.本研究的統計顯示，人工植被的覆蓋率略高于自然植被，鮮婷等對震后九寨溝土壤養分的研究也顯示，短期而言，人為修復更有利于植被的快速恢復[15]，但人工植被的長期效果如何還需要進一步的觀測加以揭示.