齊洪亮，田偉平，王 棟，朱英珍

（1.長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西西安710064；2.張灣區(qū)交通運輸局，湖北十堰442000）

公路洪水災(zāi)害危險性評價指標*

齊洪亮1，田偉平1，王 棟2，朱英珍1

（1.長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點實驗室，陜西西安710064；2.張灣區(qū)交通運輸局，湖北十堰442000）

根據(jù)公路洪水災(zāi)害的特點和致災(zāi)機理，將公路洪水災(zāi)害分為山區(qū)沿河公路水毀、山區(qū)公路邊坡水毀和平原區(qū)公路淹沒水毀3種；分析了降雨、地形、巖土、植被和水系等主要影響因素對公路洪水災(zāi)害危險性大小的影響；根據(jù)各影響因素對公路洪水災(zāi)害危險性的影響特點，選擇影響因素特征參數(shù)建立了各類公路洪水災(zāi)害危險性評價指標；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各指標對公路洪水災(zāi)害危險性大小的影響程度，將其分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級。

公路工程；洪水災(zāi)害；危險性；評價指標；分級

我國大約2／3的國土遭受不同類型、不同程度公路洪水災(zāi)害的威脅，每年造成巨大的經(jīng)濟損失，加強公路洪水災(zāi)害的防治勢在必行［1］。公路洪水災(zāi)害危險性評價可以明確洪水對公路造成破壞的可能性，從而指導(dǎo)公路規(guī)劃、設(shè)計和防治工程的實施。危險性評價指標是根據(jù)災(zāi)害影響因素選取的反映致災(zāi)體本質(zhì)的數(shù)量化因子。評價指標是危險性評價的前提，建立指標體系對公路洪水災(zāi)害危險性評價至關(guān)重要。

我國從1970年代就開始了公路洪水災(zāi)害危險性評價的研究。2009年，陳雷在全面分析災(zāi)害影響因素的基礎(chǔ)上，建立了陜西省公路災(zāi)害危險性評價指標體系，提出了指標屬性數(shù)據(jù)評價分值轉(zhuǎn)換及歸一化方法［2］。2011年，齊洪亮提出了公路自然災(zāi)害危險性評價因子的選取原則，建立了沿河路基水毀危險性評價因子［3］?？傊m然我國公路洪水災(zāi)害危險性評價研究較多，但尚未形成一套完整的評價指標體系。

本文以暴雨引起的公路洪水災(zāi)害為研究對象，分析了降雨、地形、巖土、植被和水系等災(zāi)害主要影響因素，結(jié)合山區(qū)和平原區(qū)公路洪水災(zāi)害的特點，分別選取了山區(qū)沿河公路水毀、山區(qū)公路邊坡水毀和平原區(qū)公路淹沒水毀的危險性評價指標，根據(jù)各指標對災(zāi)害的影響程度，將各指標分為5級。

1 洪水災(zāi)害與公路洪水災(zāi)害

1.1 洪水災(zāi)害

洪水是由暴雨、融雪（冰）、潰壩等因素引起的水位上漲、水量增加的自然現(xiàn)象，洪水災(zāi)害則指洪水現(xiàn)象造成的損失［4］。洪災(zāi)的形成受氣候、下墊面等因素影響。按照成因的不同，洪災(zāi)可分為暴雨洪災(zāi)、融雪（冰）洪災(zāi)、冰凌洪災(zāi)、潰壩洪災(zāi)和風暴潮、海嘯洪災(zāi)等。

暴雨洪災(zāi)由較大強度的降雨形成，是我國河流的主要洪災(zāi)類型，具有季節(jié)性明顯、峰高量大、干支流洪水易遭遇等特點。由于暴雨洪災(zāi)最常見、威脅也最大，所以本文重點對暴雨引起的公路洪水災(zāi)害進行研究。

1.2 公路洪水災(zāi)害類型劃分

公路洪水災(zāi)害指洪水作用于公路所造成的公路建筑物的破壞，又稱公路水毀。它以洪水為致災(zāi)體，公路為承災(zāi)體，公路路域為孕災(zāi)環(huán)境。

建立公路洪水災(zāi)害危險性評價指標前，應(yīng)對災(zāi)害類型進行劃分，確定研究的災(zāi)種。進行類型劃分應(yīng)明確劃分依據(jù)，依據(jù)不同，劃分結(jié)果也不同。很多學(xué)者根據(jù)致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體的不同，將公路水毀劃分為不同類型［5］，如表1所示。

表1 公路洪水災(zāi)害類型劃分

本文綜合考慮以上劃分方法，結(jié)合公路洪水災(zāi)害的特點，充分考慮山區(qū)和平原區(qū)公路水毀形式、孕災(zāi)環(huán)境和破壞機理的差別，把公路洪水災(zāi)害分為以下類型，分別確定各災(zāi)種危險性評價指標。

（1）山區(qū)公路洪水災(zāi)害：包括山區(qū)沿河公路水毀和山區(qū)公路邊坡水毀；

（2）平原區(qū)公路水毀：主要是平原區(qū)公路淹沒水毀。

2 公路洪水災(zāi)害影響因素

公路洪水災(zāi)害的形成取決于氣象因素和下墊面因素。氣象因素包括降雨、降雪和冰凍等；下墊面因素包括地形地貌、河流水系、巖土和植被等［6］。本文在公路洪水災(zāi)害成因機理分析的基礎(chǔ)上，主要考慮降雨、地形、巖土、植被和水系等影響因素。

2.1 降雨因素

降雨與洪災(zāi)密切相關(guān)。雨水沖刷路基路面、橋涵和邊坡，是公路洪水災(zāi)害的主要誘發(fā)因素之一。公路洪水災(zāi)害的發(fā)生與降雨量和降雨強度有關(guān)。降雨量是衡量降雨多少的指標，指一定時間內(nèi)落在某點或某單位面積上的水層深度，以mm計。降雨強度是單位時段內(nèi)的降雨量，以mm／min或mm／h計?？傮w而言，降雨量越多、降雨強度越大，越易發(fā)生公路洪水災(zāi)害。

2.2 地形因素

地形對公路洪水災(zāi)害的影響有兩方面：地勢高低和地形變化程度。地勢高低可用高程表征，地形變化可用地形坡度或地表破壞程度表征。

對于山區(qū)沿河公路水毀，由于山區(qū)地形切割大且破碎，公路一般沿河布線，汛期溝谷密布的地區(qū)易形成溝道洪水，沿河公路受洪水影響的可能性也大。

對于公路邊坡水毀，巖土體重力沿坡面的分力隨坡度的增大而增大，穩(wěn)定性降低；坡面徑流切應(yīng)力和坡面流輸移量也隨著坡度增加而增大，此外，流速增大會減少入滲，間接影響坡面沖刷的嚴重程度。

對于平原區(qū)公路，由于地勢低，地形變化小，水流緩慢，積水不易迅速排出，當水量較大時，易造成淹沒水毀。

2.3 巖土因素

巖土對公路洪水災(zāi)害有較大影響。不同類型的巖土，降雨入滲程度不同，抗沖刷能力也不同。入滲率低、抗沖刷能力強的巖土，易形成徑流，但不易對公路造成沖刷。反之，則易形成沖蝕，如黃土類土，由于土體松散，親水性強，抗沖刷能力差，降雨易造成水土流失，形成水毀災(zāi)害；而對于堅硬巖體，入滲率低，易形成徑流，但由于巖體表面堅硬，密度大，徑流不易造成沖刷，對公路造成危害的可能性小。

2.4 植被因素

植被是洪水孕災(zāi)環(huán)境的一個重要因素。一方面，植被影響公路抵抗洪水沖刷的能力；另一方面，植被對土體的入滲有較大影響。森林植被是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有調(diào)節(jié)徑流、保持水土等功能。植被系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)能對降雨層層截流，不但可以實現(xiàn)降雨的再分配，還可減弱侵蝕動能。因此，植被能在一定程度上減弱洪峰流量，延緩洪峰到來的時間。反之，植被的大量砍伐，必然導(dǎo)致嚴重的水土流失，使洪水匯流加快，洪峰流量加大。對于公路洪水災(zāi)害，植被覆蓋程度越高，緩沖能力也越高，相應(yīng)的洪水危險性就越低。

2.5 水系因素

江、河、湖、海、水庫等構(gòu)成的脈絡(luò)相通的系統(tǒng)稱為水系，水系特征可用水網(wǎng)密度、水系發(fā)育系數(shù)和水系不均勻系數(shù)等表示。水系分布與氣候、巖性、土壤、植被等自然因素和人類改造自然的各種措施有關(guān)。水系分布在一定程度上反映了一個地區(qū)的降雨量及下墊面條件，也間接反映了洪水危險性的大小。對于公路洪水災(zāi)害，離水系越近，遭受洪水侵襲的可能性越大，危險性越高，此外，在水系密度大的地區(qū)，公路洪水災(zāi)害發(fā)生的可能性也大。

3 公路洪水災(zāi)害危險性評價指標

3.1 山區(qū)沿河公路水毀危險性評價指標

根據(jù)公路洪水災(zāi)害影響因素和山區(qū)沿河公路水毀特點［7－8］，選取危險性評價指標，包括降雨量≥25 mm年平均天數(shù)、地表切割密度和河網(wǎng)密度。

（1）降雨

降雨是公路洪水災(zāi)害的主要影響因素。我國氣象部門規(guī)定，日降水量≥50 mm的降雨稱為暴雨，年平均暴雨天數(shù)指每年達到或超過暴雨標準的平均天數(shù)。因此，年平均暴雨天數(shù)既可以表征降雨量指標，也可以表征降雨強度指標。然而，我國部分地區(qū)具有降雨總量小、歷時短等特點，達不到暴雨標準也可引發(fā)公路洪水災(zāi)害。因此，年平均暴雨天數(shù)指標不能準確反應(yīng)降雨對公路洪水災(zāi)害的影響，鑒于此，本文選取降雨量≥25 mm年平均天數(shù)作為表征降雨的山區(qū)沿河公路水毀危險性評價指標。根據(jù)該指標對山區(qū)沿河公路危險性的影響，按照其數(shù)量特征將分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表2所示。

表2 山區(qū)沿河公路水毀危險性評價指標分級

（2）地形

地表切割密度指單位面積的溝谷線總長度，又稱溝谷密度或溝壑密度，計算方法如式（1）所示：

式中：D為地表切割密度（km／km2）；l為區(qū)域溝谷線總長度（km）；A為區(qū)域總面積（km2）。

地表切割密度能較好地反映地表的侵蝕程度和地貌的發(fā)育程度，是地貌研究的重要指標。地表切割密度大的地區(qū)，公路多沿河布線，受河道洪水威脅的可能性也大。因此，本文選取地表切割密度作為山區(qū)沿河公路水毀危險性評價指標，參照降雨指標的分級結(jié)果，將其分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表2所示。

（3）水系

河網(wǎng)密度指單位面積的水系長度，是描述水系分布最常用的指標，計算方法如式（2）所示：

式中：B為河網(wǎng)密度（km／km2）；n為區(qū)域水系總長度（km）；A為區(qū)域總面積（km2）。

河網(wǎng)密度越大，河水徑流也越大，山區(qū)沿河公路遭遇洪水災(zāi)害的可能性也越大。因此，本文選取河網(wǎng)密度作為山區(qū)沿河公路水毀危險性評價指標，并將其分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表2所示。

3.2 山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標

根據(jù)暴雨對山區(qū)公路邊坡的影響特點，結(jié)合公路洪水災(zāi)害的影響因素，選取山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標，包括降雨量≥25 mm年平均天數(shù)、坡度、巖土類型和植被覆蓋度。

（1）降雨

降雨指標選取與分級同山區(qū)沿河公路水毀，如表3所示。

（2）地形

坡度對坡面徑流的影響較大［9］。隨著坡度增大，徑流速度增大，徑流在坡面的滯留時間減少，坡面入滲減少。因此，本文選取坡度作為山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標。

在0°～35°時，坡面徑流強度隨坡度增加而增大；＞35°時，由于坡面受雨面積減小，坡面徑流隨坡度的增大而減小。但是，坡度＞35°的地區(qū)一般為山地，地貌復(fù)雜，如果考慮同樣的坡頂來水，隨著坡度增大，坡面徑流強度也增大。因此，本文認為山區(qū)公路邊坡水毀危險性隨坡度的增大而增大，鑒于此，把坡度分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表3所示。

（3）巖土

根據(jù)公路洪水災(zāi)害的影響因素，在其它條件相同時，不同類型的巖土造成的沖刷程度不同，本文選取巖土類型作為山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標。根據(jù)“《中國公路自然區(qū)劃》體系框架研究”成果，以巖體硬度為標準，將巖土類型對公路邊坡水毀的影響分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表3所示。

（4）植被

本文選取植被覆蓋度作為山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標，根據(jù)不同植被覆蓋度對坡面徑流強度和山區(qū)公路邊坡水毀危險性的影響，將植被覆蓋度分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表3所示。

3.3 平原區(qū)公路淹沒水毀危險性評價指標

根據(jù)平原區(qū)公路淹沒水毀的成因與機理，結(jié)合公路洪水災(zāi)害影響因素，選取危險性評價指標，包括降雨量≥25 mm年平均天數(shù)、坡度和河網(wǎng)密度。

（1）降雨

降雨指標選取與分級同山區(qū)沿河公路水毀，如表4所示。

（2）地形

本文中的平原區(qū)指坡度20°以下、相對高程100 m以下的區(qū)域。根據(jù)平原區(qū)坡度變化越小，越易遭受公路淹沒水毀的原則，將坡度對平原區(qū)公路淹沒水毀的影響分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級，如表4所示。

表3 山區(qū)公路邊坡水毀危險性評價指標分級

表4 平原區(qū)公路淹沒水毀危險性評價各指標分析表

（3）水系

水系指標選取與分級同山區(qū)沿河公路水毀，如表4所示。

4 結(jié)語

（1）根據(jù)公路洪水災(zāi)害的特點和致災(zāi)機理，將公路洪水災(zāi)害分為山區(qū)沿河公路水毀、山區(qū)公路邊坡水毀和平原區(qū)公路淹沒水毀3種。

（2）從洪水災(zāi)害系統(tǒng)的角度出發(fā)，分析了降雨、地形、巖土、植被和水系等主要影響因素對公路洪水災(zāi)害危險性大小的影響。

（3）根據(jù)各影響因素對公路洪水災(zāi)害危險性的影響特點，選擇影響因素特征參數(shù)建立了各類公路洪水災(zāi)害危險性評價指標，并根據(jù)各指標對公路洪水災(zāi)害危險性大小的影響程度，將其分為極低危險、低度危險、中等危險、高度危險和極高危險5級。

［1］ 吳炳芳，陳述彭.中國自然災(zāi)害災(zāi)情分析與減災(zāi)對策［M］.北京：時代科學(xué)技術(shù)出版社，1992.

［2］ 陳雷.陜西公路主要地質(zhì)災(zāi)害分區(qū)與評價［D］.西安：長安大學(xué)，2009.

［3］ 齊洪亮.公路自然災(zāi)害評價系統(tǒng)的研究［D］.西安：長安大學(xué)，2011.

［4］ 田偉平，李家春，馬保成.公路洪水災(zāi)害防治指導(dǎo)手冊［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［5］ 黃詩峰.洪水災(zāi)害風險分析的理論與方法研究［D］.北京：中國科學(xué)院地理研究所，1999.

［6］ 門福祿.關(guān)于災(zāi)害、災(zāi)害學(xué)和災(zāi)害研究方法若干問題的淺見［J］.山地學(xué)報，2000，18（4）：341－345.

［7］ 劉高峰，李娜.城市洪水災(zāi)害損失評估指標體系的構(gòu)建［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2008，11（6）：265－269.

［8］ 陳遠川，陳洪凱.山區(qū)沿河公路地質(zhì)風險形成機制［J］.災(zāi)害學(xué)，2012，27（3）：6－11.

［9］ 王劉華，姚超偉，宋飛.黃土邊坡坡面沖刷的臨界坡度［J］.災(zāi)害學(xué)，2012，27（4）：25－27.

Risk Assessment Indicators of Highway Flood Hazards in China

Qi Hongliang1，Tian Weiping1，Wang Dong2and Zhu Yingzhen1
（1．Key Laboratory for Special Area Highway Engineering of Ministry of Education，Chang′an University，Xi′an 710064，China；2．Zhangwan District Transportation Bureau，Shiyan 442000，China）

Highway flood hazards are classifited into three types：flood hazards along highway inmountain areas，highway slope flood hazards in mountain areas and highway flood hazards in plain areas，according to their characteristics and mechanism；Themain influencing factors of highway flood hazards，including rainfall，topography，rock and soil，vegetation and water system are analyzed；Assessment indicators of each type are put forward based on their influencing characteristics.At last，every indicators of each type are divided into five grades：very low dangerous，low dangerous，medium dangerous，high dangerous and very high dangerous according to their influence degree.

road engineering；flood hazard；risk；assessment indicators；classification.

TU35；X4

A

1000－811X（2014）03－0044－04

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.03.009

齊洪亮，田偉平，王棟，等.公路洪水災(zāi)害危險性評價指標［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（3）：44－47.［Qi Hongliang，Tian Weiping，Wang Dong，etal.Risk Assessment Indicators of Highway Flood Hazards in China［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（3）：44－47.］

2014－01－10

2014－02－28

中交股份科技研發(fā)項目（2011－ZJKJ－04）

齊洪亮（1982－），男，陜西寶雞人，博士，講師，主要研究方向為公路自然災(zāi)害評價及防.E－mail：qihongl＠126.com