李天宏，張 猛

（1.新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 保定 071200）

新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征研究

李天宏1，張 猛2

（1.新疆瑪納斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大學(xué) 建筑工程學(xué)院，河北 保定 071200）

針對(duì)新疆高山地區(qū)公路地理、氣候環(huán)境特點(diǎn)，基于地質(zhì)災(zāi)害因子評(píng)價(jià)新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征。通過(guò)對(duì)評(píng)價(jià)原則的制定及工程地質(zhì)脆弱性指標(biāo)的選擇，得出新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法，為幫助新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性研究提供指導(dǎo)作用。

工程地質(zhì)；地質(zhì)災(zāi)害；高山地區(qū)；環(huán)境脆弱性

新疆極大部分高山地區(qū)公路自然環(huán)境脆弱、易損，相關(guān)路段均有不同程度的滑坡、泥石流等所造成的典型病害，本文研究重點(diǎn)探討內(nèi)陸干旱高山區(qū)自然環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害的特點(diǎn)、脆弱性和易損性，以及破壞后的難以恢復(fù)性，揭示高山地區(qū)公路環(huán)境的保護(hù)和改善是很有必要的。

1 評(píng)價(jià)原則

1.1 綜合性和主導(dǎo)因子原則

抓住能反映該地區(qū)主要環(huán)境特征的因素，體現(xiàn)區(qū)域高海拔、高寒、高烈度、水土流失、水資源短缺等問(wèn)題，選擇具有區(qū)域特色的指標(biāo)［1］。

1.2 可操作性原則

評(píng)價(jià)指標(biāo)必須建立在實(shí)用、可行、科學(xué)的基礎(chǔ)上，評(píng)價(jià)指標(biāo)因子盡量減少重疊，并應(yīng)簡(jiǎn)單可操作，彌補(bǔ)當(dāng)前高山地區(qū)公路所在區(qū)域缺乏針對(duì)性的分區(qū)評(píng)價(jià)問(wèn)題，并充分尊重當(dāng)今環(huán)境保護(hù)部門(mén)、農(nóng)林畜牧業(yè)部門(mén)、國(guó)土資源部門(mén)等對(duì)土地資源管理的相關(guān)成果，同時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)與其相對(duì)應(yīng)的措施要與公路工程緊密結(jié)合，滿足公路有關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算、施工、養(yǎng)護(hù)等需要［2］。

1.3 有序銜接的原則

分區(qū)評(píng)價(jià)要與交通行業(yè)現(xiàn)有的相關(guān)評(píng)價(jià)有序銜接，特別是《新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃》中的相關(guān)成果，并充分參考相關(guān)行業(yè)對(duì)環(huán)境因子的研究成果，確保評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性和客觀性。

2 工程地質(zhì)脆弱性指標(biāo)選擇

據(jù)新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃結(jié)果，三級(jí)區(qū)應(yīng)能反映在公路建設(shè)，氣候地形條件、水熱特征，建設(shè)和材料，病害條件的相似性和差異性的其他方面。新疆高速公路三級(jí)自然區(qū)具有4個(gè)特點(diǎn)：①建設(shè)空間相似性，即同一自然區(qū)域從大范圍的地形條件下應(yīng)屬于同一類型；②地型動(dòng)力作用相似性，即同一自然區(qū)受主要自然外力影響類似；③地表物質(zhì)組成相似性，即相同的土壤工程特性，在同一自然區(qū)域內(nèi)的各類巖土工程應(yīng)相似，并使同一個(gè)自然區(qū)域的單一巖石類型；④主要工程地質(zhì)問(wèn)題相似性，即同一自然區(qū)所遇到的主要不良地質(zhì)、公路病害、施工環(huán)境等工程問(wèn)題類似。但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃分區(qū)針對(duì)公路工程地質(zhì)災(zāi)害（尤其是崩塌、滑坡、泥石流、水毀等典型災(zāi)害）缺少分級(jí)評(píng)價(jià)體系。因此，依托三級(jí)自然區(qū)劃分區(qū)單元，引入工程地質(zhì)脆弱性指標(biāo)（工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度分級(jí)評(píng)價(jià)因子），納入新疆三大山系中高、中、低山區(qū)不同雪線及相關(guān)衍生災(zāi)害特征的異同點(diǎn)，針對(duì)新疆高山地區(qū)公路區(qū)域進(jìn)行不同等級(jí)的工程地質(zhì)脆弱性指標(biāo)量化分級(jí)。

工程地質(zhì)環(huán)境易損性指標(biāo)：地震烈度作為表現(xiàn)地震烈度的指標(biāo)之一，在工程地震中得到了廣泛的應(yīng)用［3］。新疆作為西部地區(qū)地震多發(fā)區(qū)的典型代表，地區(qū)幅員遼闊，地震活動(dòng)性強(qiáng)，尤其在高山地區(qū)公路所屬的天山、昆侖山、阿爾泰山區(qū)，地震往往會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的工程地質(zhì)及環(huán)境次生災(zāi)害，其作為工程地質(zhì)環(huán)境易損性指標(biāo)具有典型的代表性價(jià)值。

3 工程地質(zhì)脆弱性分區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

原《新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃》采用區(qū)域劃分的方法，即利用水熱、地理和地貌的自然區(qū)域的符號(hào)分為若干低級(jí)區(qū)域。具體而言，對(duì)非地帶性因素綜合的平原地區(qū)綜合考慮區(qū)域差異主要分地區(qū)、地質(zhì)地貌、土壤巖石受水熱條件。山區(qū)主要考慮非地帶性劃分；山區(qū)為水熱的垂直分布，在不同的海拔山區(qū)分化地質(zhì)地貌的變化，垂直地帶性差異反映自然條件山區(qū)的情況；重點(diǎn)分析了不同自然環(huán)境下的道路狀況的變化，其中在同一地區(qū)、公路建設(shè)、道路施工材料、工程問(wèn)題是相似的。本區(qū)域評(píng)價(jià)中，根據(jù)地質(zhì)脆弱性，重點(diǎn)對(duì)新疆高山地區(qū)公路所在區(qū)域進(jìn)一步進(jìn)行分級(jí)，即對(duì)三級(jí)自然區(qū)劃中位于高山地區(qū)公路所在區(qū)域中的類型進(jìn)行量化、細(xì)化、歸類化的分級(jí)評(píng)價(jià)。

3.1 工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度因子

在新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃的基礎(chǔ)上，結(jié)合新疆高山地區(qū)公路區(qū)域特點(diǎn)，歸納梳理天山、昆侖山、阿爾泰山公路沿線主要工程地質(zhì)災(zāi)害發(fā)現(xiàn)，新疆的三大山地是我國(guó)第三紀(jì)末以來(lái)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的上升區(qū)，強(qiáng)烈的切割和破碎的地形，大部分邊坡處于極限平衡狀態(tài)。山體內(nèi)，尤其是天山，其內(nèi)又有一些大小不等的河谷、盆地。另外，山區(qū)隨海拔高度的不同，地貌的外力作用也有所不同。一般在極高山、高山帶，以冰雪、寒凍、凍融作用為主，發(fā)育著冰川或現(xiàn)代冰川地貌；中山帶以水的侵蝕，生物化學(xué)風(fēng)化剝蝕或干燥、切割山谷，地形破碎，有各種各樣的沖積、洪積和殘積礦床，常有黃土沉積覆蓋層；低山丘陵帶，主要為干燥和半干燥的剝蝕作用，以黃土及黃土狀沉積物或黃土狀沙土為主。

現(xiàn)代地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)仍極強(qiáng)烈的山地和盆地的接觸帶，即山區(qū)的中低山帶是新疆泥石流、滑坡、崩塌、水毀等病害的主要分布區(qū)，且相關(guān)病害規(guī)模及發(fā)生頻率很大，加之公路從此類地區(qū)經(jīng)過(guò)，為克服高差采用迂回展線半填半挖形式穿越，工程地質(zhì)脆弱性大［4］；極高山、高山帶往往在雪線以上，主要為冰川覆蓋，以凍土病害為主，泥石流、滑坡、崩塌、水毀等病害往往很少發(fā)生，公路在此類地區(qū)一般采用就地爬的路基形式穿越，對(duì)原有地形地貌攪動(dòng)很少，工程地質(zhì)脆弱性中等；而低山帶及山前沖洪積階地地區(qū)，由于水量補(bǔ)給較為豐富，加之海拔、地貌、土質(zhì)等綜合因素影響，植被比較豐富，公路往往采用一定高度的路基形式穿越，為山區(qū)公路災(zāi)害低發(fā)區(qū)，工程地質(zhì)脆弱性較?。?］。

因此，按照新疆公路三級(jí)自然區(qū)劃單元，匹配以公路工程地質(zhì)災(zāi)害種類及數(shù)量的綜合量化指標(biāo)，再輔以不同海拔地區(qū)的巖石寒凍風(fēng)化系數(shù)，最終將相關(guān)單元以工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度因子進(jìn)行權(quán)重分級(jí)（4級(jí)），相關(guān)權(quán)重關(guān)系如表1。

表1 工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度因子權(quán)重分級(jí)

將地質(zhì)災(zāi)害分布疊加到新疆自然公路高山地區(qū)圖中，根據(jù)表1的權(quán)重分級(jí)指標(biāo)，通過(guò)自然裂點(diǎn)法，得出地質(zhì)災(zāi)害因子值。將其值與arcgis軟件結(jié)合處理，獲得新疆高山地區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害因子分布圖，并將地質(zhì)災(zāi)害因子值分為6個(gè)分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

3.2 地震裂度分區(qū)方法

新疆高山地區(qū)公路地質(zhì)環(huán)境易損性主要是指受工程地質(zhì)外應(yīng)力作用破壞的程度及概率大小，利用地震烈度指標(biāo)來(lái)綜合反映新疆高山地區(qū)公路工程地質(zhì)環(huán)境易損性分級(jí)。

新疆高山地區(qū)公路主要分布地區(qū)的地震烈度普遍較高，而且重點(diǎn)集中在中低山區(qū)，這主要是由于相關(guān)區(qū)域穿越天山地槽系，活動(dòng)斷裂較多，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈所致。

以地震烈度為分級(jí)體系的工程地質(zhì)環(huán)境易損性分區(qū)權(quán)重比例分配如表2。

表2 工程地質(zhì)環(huán)境易損性因子權(quán)重分級(jí)

工程地質(zhì)環(huán)境易損性指標(biāo)：地震烈度作為表現(xiàn)地震烈度的指標(biāo)之一，在工程地震中得到廣泛的應(yīng)用。作為西部地區(qū)地震多發(fā)區(qū)的典型代表，新疆地區(qū)幅員遼闊，地震活動(dòng)性強(qiáng)，尤其在高山地區(qū)公路所屬的天山、昆侖山、阿爾泰山區(qū)，地震往往會(huì)誘發(fā)嚴(yán)重的工程地質(zhì)及環(huán)境次生災(zāi)害，其作為工程地質(zhì)環(huán)境易損性指標(biāo)，具有典型的代表性價(jià)值。西部地區(qū)地震烈度的衰減關(guān)系，適用震級(jí)范圍為面波震級(jí)5．0～8．0，距離0～400km，據(jù)此結(jié)合不同地震烈度區(qū)范圍，賦予不同的易損性權(quán)重指標(biāo)，權(quán)重因子為：≥Ⅸ為100%，Ⅷ為75%，Ⅶ為50%，Ⅵ為25%，＜Ⅵ為0%，將其納入環(huán)境易損性評(píng)價(jià)體系。

根據(jù)不同的易損性權(quán)重指標(biāo)，在環(huán)境評(píng)價(jià)體系中統(tǒng)計(jì)出的分值分布不均勻，采用自然裂點(diǎn)法能更能明顯的區(qū)分和表達(dá)區(qū)域環(huán)境易損性，裂點(diǎn)即為分散的良好邊界。

統(tǒng)計(jì)后的分值分為6個(gè)分隔段，即：＜4，5～7，8～10，11～12，13～15，16～24。

4 公路環(huán)境脆弱性分區(qū)特征

地質(zhì)災(zāi)害因子主要選取工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度和地震烈度兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)來(lái)進(jìn)行表征。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，基于地質(zhì)災(zāi)害因子的新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性分區(qū)典型特征：

（1）將地質(zhì)災(zāi)害因子值經(jīng)arcgis軟件結(jié)合處理，獲得新疆高山地區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害因子分布，如圖1。

圖1 公路地質(zhì)災(zāi)害因子脆弱性分布

而通過(guò)arcgis軟件處理后的新疆地震烈度空間分布圖（如圖2）和新疆地震烈度因子脆弱性分布圖（如圖3）分布狀態(tài)基本耦合。

圖2 地震烈度空間分布

圖3 地震烈度因子脆弱性分布

（2）新疆高山地區(qū)區(qū)域所屬山脈自南向北分別為昆侖山、天山、阿爾泰山，山脈海拔高度依次降低，山前基底埋深逐漸變淺；塔里木盆地海拔 （900～1400m）高于準(zhǔn)噶爾盆地（250～550m），均反映出南部的印度板塊是新疆大地構(gòu)造格局形成的動(dòng)力。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)形成史上，新疆陸塊板塊經(jīng)歷了離散→聚合→裂解→拼合等復(fù)雜過(guò)程。板塊的俯沖、碰撞、推覆形成新疆“三山夾兩盆”的構(gòu)造格局。

（3）山地則凹陷和褶皺劇烈，并遭受長(zhǎng)期剝蝕，受到幅度巨大的褶皺斷裂作用而成為一系列山脈，或被斷裂分割成許多次一級(jí)楔形地塊和山間盆地；盆地和山地的邊緣地帶是火山、地震和主要地貌變形的地帶。

（4）地質(zhì)災(zāi)害因子與環(huán)境脆弱性分區(qū)結(jié)果密切相關(guān)，工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)度高、地震烈度大的區(qū)域往往也是新疆高山地區(qū)公路環(huán)境脆弱性和易損性嚴(yán)重區(qū)域。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）針對(duì)高山地區(qū)區(qū)域評(píng)價(jià)中，重點(diǎn)對(duì)新疆高山地區(qū)公路所在區(qū)域根據(jù)地質(zhì)脆弱性進(jìn)一步進(jìn)行分級(jí)，即對(duì)三級(jí)自然區(qū)劃中位于高山地區(qū)公路所在區(qū)域中的類型進(jìn)行量化、細(xì)化、歸類化的分級(jí)評(píng)價(jià)。

（2）通過(guò)采用地質(zhì)災(zāi)害分布疊加到新疆自然公路高山地區(qū)圖中，根據(jù)權(quán)重分級(jí)指標(biāo)及自然裂點(diǎn)法，得出地質(zhì)災(zāi)害因子值。

（3）采用將地質(zhì)災(zāi)害因子值與Arcgis軟件結(jié)合處理方法，獲得新疆高山地區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害因子分布圖，并且將地質(zhì)災(zāi)害因子值分為6個(gè)分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

［1］關(guān)鳳峻，沈偉志.全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情分析與防治研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2016（2）：7-10.

［2］張穎.滇西盆嶺交錯(cuò)區(qū)公路地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特征與治理對(duì)策研究-以G320國(guó)道保山至蒲縹段為例［D］.昆明：昆明理工大學(xué)，2015.

［3］巨玉文，齊瓊，董震，郭知一.山西西部地區(qū)黃土地質(zhì)災(zāi)害與降雨的關(guān)聯(lián)性分析［J］.自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2016（1）：81-87.

［4］陳偉.西南山區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理控制方法［D］.成都：成都理工大學(xué)，2011.

［5］鄧學(xué)鈞.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.

（責(zé)任編輯：尹健婷）

Study on the characteristics of highway environmental vulnerability zoning based on geological disaster factors in Alpine Region

LI Tian-hong1，ZHANG Meng2
（1.Management Bureau of Manasi River Basin，Xinjiang，Shihezi 832000，China；2.College of Architecture and Engineering，Hebei University，Baoding 071200，China）

According to the geography，climate and atmosphere of Alpine highway in Xinjiang，the zoning features of highway environmental vulnerability in Alpine area，Xinjiang Province is evaluated based on the factor of geological hazards.By the development of evaluation principles and selection of engineering geological vulnerability indicators，the evaluation criteria and methods of Alpine highway environmental vulnerability is obtained，this paper provides a reference for the highway environmental vulnerability study in Alpine region of Xinjiang.

engineering geology；geological disasters；alpine areas；environmental vulnerability

U412.22

：A

：1672-9900（2017）02-0014-04

2017-02-21

李天宏（1971-），男（漢族），陜西渭南人，工程師，主要從事水利工程運(yùn)行管理工作，（Tel）15175227553。