淺丘地帶主要?dú)庀鬄?zāi)害特征及風(fēng)險(xiǎn)分析
——以綿西高速公路為例

劉書慧,盧德全,李 夢(mèng)

(1.四川省南充市氣象局,四川 南充 637000;2.川東北強(qiáng)天氣研究南充市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川 南充 637000)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,公路交通網(wǎng)絡(luò)不斷完善,各行各業(yè)對(duì)交通氣象服務(wù)的需求與日俱増,氣象條件對(duì)道路安全的影響也日益明顯。災(zāi)害性天氣對(duì)交通安全有著巨大的影響與威脅,交通氣象保障服務(wù)的重要性尤為突出。近年來,由于高速公路的發(fā)展,因氣象因素造成的交通事故頻發(fā),高速管理部門、交管部門、運(yùn)輸部門等對(duì)道路交通氣象服務(wù)重要性的認(rèn)識(shí)加強(qiáng)。據(jù)統(tǒng)計(jì),道路交通事故有30%是由惡劣天氣影響引發(fā)的[1],其中低能見度、降雨、高溫、道路結(jié)冰、大風(fēng)等天氣都可能導(dǎo)致公路交通事故,甚至造成人員傷亡的惡性事故。

在國內(nèi)外研究中[2-3],影響公路交通的氣象要素監(jiān)測、預(yù)報(bào)預(yù)警和服務(wù)系統(tǒng)的研究取得明顯的成效。不同地區(qū)不同氣候背景下,導(dǎo)致交通事故發(fā)生的氣象條件也不同,氣象條件對(duì)公路安全的影響也存在明顯的季節(jié)性和地域性特征。不少學(xué)者[4-9]通過研究災(zāi)害性天氣等對(duì)道路交通的影響及預(yù)報(bào)技術(shù)方法,不僅考慮到災(zāi)害性天氣對(duì)交通安全造成的直接影響,還總結(jié)出災(zāi)害性天氣導(dǎo)致次生災(zāi)害的間接影響。如強(qiáng)降水或持續(xù)的降水會(huì)引發(fā)道路路基沉降、道路周邊滑坡、泥石流等次生災(zāi)害。他們針對(duì)本地天氣情況分析了高影響天氣對(duì)道路交通影響的時(shí)空分布特征,并進(jìn)行了綜合研究,有助于了解不同高影響天氣對(duì)交通的危害程度,進(jìn)一步摸清公路交通氣象災(zāi)害狀況,為改進(jìn)交通氣象保障服務(wù)和降低交通氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等提供參考依據(jù)。

也有學(xué)者[10-13]通過問卷、實(shí)地調(diào)研、專家評(píng)估、原始數(shù)據(jù)結(jié)合氣象歷史數(shù)據(jù)返查,在充分考慮致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體等多因素影響的基礎(chǔ)上,研究建立本地化交通災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型,構(gòu)建相關(guān)交通氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)和預(yù)報(bào)模型[14-19],為運(yùn)營管理部門制定針對(duì)性的公路交通防災(zāi)措施提供客觀依據(jù),最大程度地減輕和避免氣象災(zāi)害造成的損失。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

本文基于綿西高速公路監(jiān)控中心提供的2018年12月29日(自運(yùn)營)—2021年12月綿西高速公路交通管制臺(tái)賬數(shù)據(jù)2400余條,通過篩選剔除應(yīng)急演練、警備任務(wù)、節(jié)假日車流量大、疫情防控等人為因素,研究分析主要由氣象災(zāi)害影響交通管制的時(shí)間變化特征。針對(duì)淺丘地帶主要出現(xiàn)的氣象災(zāi)害,對(duì)綿西高速公路沿線不同路段存在的氣候差異,統(tǒng)計(jì)綿西高速公路沿途氣象觀測站點(diǎn)2019—2021年逐日降水量、逐日最低氣溫等實(shí)況觀測數(shù)據(jù)及各收費(fèi)站大霧封路的頻次數(shù)據(jù),結(jié)合站點(diǎn)地理信息資料,采用ArcGIS軟件自然斷點(diǎn)法,根據(jù)不同閾值范圍將綿西高速公路主要?dú)庀鬄?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)從高到低劃分為5個(gè)等級(jí),繪制1比400萬綿西高速公路大霧、強(qiáng)降水、道路結(jié)冰等災(zāi)害天氣風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖,分析研究其相關(guān)特征。

2 綿西高速公路災(zāi)害天氣影響下交通管制分析

2.1 運(yùn)營以來至2021年交通管制情況分析

分析綿西高速公路2018年12月29日—2021年12月31日實(shí)行交通管制數(shù)據(jù)(表1),發(fā)現(xiàn)災(zāi)害性天氣及引發(fā)的次生災(zāi)害(含施工)是造成綿西高速公路交通管制的重要原因,占77.7%。其中,大霧天氣占47.2%,交通事故及車輛故障占22.3%,強(qiáng)降水及其引發(fā)的路面積水占20.3%,道路結(jié)冰占1.3%,滑坡、沉降等地質(zhì)災(zāi)害或施工處理占8.9%。

表1 綿西高速公路2018年12月29日—2021年12月31日實(shí)行交通管制情況(單位:次)

2.2 災(zāi)害性天氣直接影響下交通管制月變化特征

對(duì)2019—2021年綿西高速公路受災(zāi)害性天氣直接影響的交通管制進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖1)發(fā)現(xiàn),受災(zāi)害性天氣直接影響而采取交通管制的情況存在季節(jié)差異,冬季占全年的43.06%,其次是夏季24.88%、秋季22.49%、春季9.57%。12月、1月、8月、11月、2月、7月是綿西高速公路受災(zāi)害性天氣直接影響采取交通管制事件的高發(fā)月份,合占全年79.9%。

圖1 綿西高速公路2019—2021年災(zāi)害性天氣直接影響下逐月交通管制情況統(tǒng)計(jì)

分析其原因:11月—次年2月是綿西高速公路大霧出現(xiàn)的高頻期,12月—次年1月也是綿西高速公路氣溫最低的月份,易出現(xiàn)低溫雨雪冰凍天氣。對(duì)高速道路通行產(chǎn)生明顯影響的強(qiáng)降水及引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)段主要集中在7、8月,而9月開始降雨強(qiáng)度減弱,出現(xiàn)致災(zāi)現(xiàn)象的概率降低。

2.3 災(zāi)害性天氣直接影響下交通管制日變化特征

從綿西高速公路2019—2021年大霧造成交通管制開始時(shí)間分布情況(圖2a)看,交通管制主要集中在00—08時(shí),占總數(shù)的87.8%,高峰期出現(xiàn)在07—08時(shí)(占38.1%)。綿西高速公路受大霧直接影響交通管制解除時(shí)間集中在07—11時(shí)(圖2b),占總數(shù)的95.7%。

圖2 2019—2021年大霧造成綿西高速公路交通管制開始時(shí)間(a)、結(jié)束時(shí)間(b)和持續(xù)時(shí)間(c)分布情況

綿西高速公路由于大霧造成的交通管制持續(xù)時(shí)間通常在8 h內(nèi)(圖2c),占總數(shù)的84.8%,平均時(shí)長5.05 h,只出現(xiàn)過一次持續(xù)17 h的大霧天氣。

大霧造成行駛過程中能見度降低,駕駛員不易及時(shí)避開行駛障礙,并容易對(duì)行車距離進(jìn)行誤判,造成交通安全事故發(fā)生。四川盆地由于特殊的盆地地形原因和濕潤的氣候特征,容易產(chǎn)生輻射霧,常出現(xiàn)在秋冬兩季的后半夜到上午,使得該時(shí)段高速公路道路封閉頻繁。

由于塌方沉降及施工與持續(xù)降水引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害存在一定的偶發(fā)性和滯后性,不作為強(qiáng)降水造成交通管制的日變化情況討論分析。圖3a、3b為2019—2021年綿西高速公路強(qiáng)降水直接造成交通管制開始、結(jié)束時(shí)間的日變化情況,看出強(qiáng)降水引發(fā)交通管制開始時(shí)段有2個(gè)高峰期:08—10時(shí)、15—21時(shí),結(jié)束時(shí)間集中在10—17時(shí)。

圖3 2019—2021年強(qiáng)降水造成綿西高速公路交通管制開始時(shí)間(a)、結(jié)束時(shí)間(b)和持續(xù)時(shí)間(c)分布情況

綿西高速公路由于強(qiáng)降水直接導(dǎo)致交通管制時(shí)間(圖3c)持續(xù)時(shí)間通常在4 h內(nèi),占總數(shù)的85%,平均時(shí)長為3.07 h,符合本地的強(qiáng)降雨時(shí)段較短的氣候特征,且多發(fā)生在清晨和炎熱的夏季午后。

強(qiáng)降水直接影響交通管制的原因:一是雨勢較強(qiáng),容易影響駕駛?cè)藛T狀態(tài)及干擾路面駕駛視線;二是降雨使路面摩擦系數(shù)減小,車輛在高速行駛過程中易出現(xiàn)側(cè)滑影響行駛安全;三是路面積水或雨水倒灌隧道導(dǎo)致車輛無法通行。除了降水導(dǎo)致視線受阻和道路路面濕滑影響行駛安全外,6—9月出現(xiàn)的持續(xù)降水或強(qiáng)降水天氣容易引發(fā)滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害或路面塌陷,使得行駛道路受阻,增加交通行駛風(fēng)險(xiǎn)。

3 綿西高速公路氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

3.1 大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

統(tǒng)計(jì)2019—2021年綿西高速公路沿途收費(fèi)站點(diǎn)因大霧造成的交通管制頻次,通過自然斷點(diǎn)法運(yùn)用ArcGIS軟件繪制綿西高速公路大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(圖4)。綿西高速公路大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由中軸區(qū)域(玉溪站—黃甸站)向東西兩側(cè)逐級(jí)遞減,其中柏梓站—仁和站為較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū),涵蓋高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(云溪站—黃甸站),柏梓站—塔山站為中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)(低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)忠孝站包含在其中),中太站和晉城站為大霧低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

圖4 綿西高速公路大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(比例:1比400萬)

大霧發(fā)生具有較強(qiáng)的局地性,結(jié)合綿西高速公路大霧高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖了解大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),為運(yùn)營及管理部門在制定日常巡邏計(jì)劃時(shí),對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)路段增配人手、增加巡邏頻次;也為今后交通監(jiān)測站點(diǎn)選址時(shí)根據(jù)情況合理安排點(diǎn)位及空間密度。

3.2 強(qiáng)降水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

從氣象數(shù)據(jù)中篩選出24 h降雨量≥50 mm的降雨情況,得到各站點(diǎn)出現(xiàn)頻次,通過自然斷點(diǎn)法運(yùn)用ArcGIS軟件繪制綿西高速公路強(qiáng)降水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(圖5)。從圖中看出,綿西高速公路強(qiáng)降水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大致從西到東逐級(jí)遞減。強(qiáng)降水高風(fēng)險(xiǎn)路段集中在西充縣境內(nèi)的晉城鎮(zhèn)—仁和鎮(zhèn);強(qiáng)降水較高風(fēng)險(xiǎn)路段出現(xiàn)在仁和鎮(zhèn)—金孔鎮(zhèn);黃店鎮(zhèn)—永明鎮(zhèn)之間為強(qiáng)降水低風(fēng)險(xiǎn)或較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。上述分析表明,西充縣境內(nèi)發(fā)生的暴雨概率在綿西高速公路整段中占比最重,金孔鎮(zhèn)—仁和鎮(zhèn)次之。

圖5 綿西高速公路強(qiáng)降水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(比例:1比400萬)

降雨量大意味著雨強(qiáng)高、激發(fā)力大,很容易產(chǎn)生溪河洪水、滑坡塌方、路基塌陷、隧道積水等災(zāi)害[20]。建議高速公路運(yùn)營及管理部門在排查整治隱患時(shí),著重注意相關(guān)點(diǎn)位的輔坡加固及維護(hù)、路面地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察整治、隧道下水管網(wǎng)清理維護(hù)等。

3.3 道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

由于冬季夜間空氣相對(duì)濕度較大,低溫的早晨,特別是雨雪天氣后,在缺乏陽光照射的潮濕或有積水的橋面、路面情況下都較容易造成結(jié)冰。王遵婭等[21]指出:氣溫0 ℃左右、相對(duì)濕度70%以上、平均風(fēng)速4 m·s-1以下最有利于冰凍的產(chǎn)生。0 ℃是水的固態(tài)和液態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值,冬季路面溫度較氣溫偏低,因此本文將最低氣溫≤0 ℃作為道路結(jié)冰災(zāi)害的判定標(biāo)準(zhǔn)。

獲取綿西高速公路沿途具有氣溫觀測條件的10個(gè)氣象站點(diǎn)2019—2021年逐日最低氣溫?cái)?shù)據(jù),篩選出≤0 ℃的站點(diǎn)數(shù)據(jù)頻次,通過自然斷點(diǎn)法運(yùn)用ArcGIS軟件繪制得到綿西高速公路道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(圖6)。從圖中看出,綿西高速公路道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈東高西低勢態(tài),金孔鎮(zhèn)—西充縣境內(nèi)為道路結(jié)冰低或較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。而在綿陽境內(nèi),高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的忠孝鎮(zhèn)—塔山鎮(zhèn)向東西兩側(cè)逐等級(jí)下降,大致呈對(duì)稱分布。

圖6 綿西高速公路道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖(比例:1比400萬)

道路結(jié)冰的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)取決于路面的溫度,這與各路段海拔高度有直接關(guān)系。通過道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)能掌握冬季的日常巡邏及維護(hù)著重路段,也能合理安排融雪劑等路面防凍物質(zhì)的配置調(diào)度。

4 討論與結(jié)論

(1)綿西高速公路運(yùn)營以來至2021年,受災(zāi)害性天氣及引發(fā)的次生災(zāi)害(含施工)造成的交通管制占比77.7%。主要交通管制原因依次是大霧天氣,交通事故及車輛故障,強(qiáng)降水及引發(fā)的路面積水,滑坡、沉降等地質(zhì)災(zāi)害或施工處理,道路結(jié)冰。

(2)2019—2021年綿西高速公路受災(zāi)害性天氣直接影響的情況存在季節(jié)差異,冬季最多,其次夏季、秋季,春季最少。12月、1月、8月、11月、2月、7月是綿西高速公路災(zāi)害性天氣直接影響下交通管制事件的高發(fā)月份。

(3)2019—2021年綿西高速公路大霧造成交通管制持續(xù)時(shí)間平均時(shí)長5.05 h,交通管制開始主要集中在00—08時(shí);解除管制時(shí)間集中在07—11時(shí)(占95.7%)。強(qiáng)降水直接造成交通管制持續(xù)時(shí)間平均時(shí)長3.07 h,引發(fā)交通管制開始時(shí)間段為08—10時(shí)和15—21時(shí),結(jié)束時(shí)間在10—17時(shí)之間。

(4)從綿西高速公路大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖中看出,綿西高速公路大霧風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由中軸區(qū)域(高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)為玉溪站—黃甸站)向東西兩側(cè)逐級(jí)遞減。從綿西高速公路強(qiáng)降水風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖中看出,高風(fēng)險(xiǎn)的路段集中在西充縣境內(nèi),風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大致是從西—東逐級(jí)遞減。從綿西高速公路道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖中看出,忠孝鎮(zhèn)—塔山鎮(zhèn)為高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),道路結(jié)冰風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大致呈東高西低勢態(tài)。結(jié)合災(zāi)害天氣風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)圖,為高速公路日常巡邏維護(hù)和監(jiān)測站點(diǎn)選址提供了有價(jià)值的參考。