丁立善 李延林 丁培華 石榮山

摘 要：筆者研究了青海省G06高速公路沿線不同氣象條件的時(shí)間特征，并運(yùn)用GIS技術(shù)分析了不同氣象條件的空間特征，運(yùn)用層次分析法（AHP）確定不同氣象條件的權(quán)重系數(shù)，最后制作了綜合危險(xiǎn)區(qū)劃圖。結(jié)果表明：同一路段不同的氣象條件在時(shí)間、空間上有一定的規(guī)律，利用層次分析法得出不同氣象條件的權(quán)重系數(shù)值，由權(quán)重系數(shù)的大小可知影響青海省G06高速公路的氣象條件依次為：積雪、降雪、降雨、能見(jiàn)度、風(fēng)，從綜合危險(xiǎn)性區(qū)劃得出：高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速果洛路段、西麗高速果洛和玉樹(shù)路段，中危險(xiǎn)區(qū)在京藏高速海西東路段、德馬高速海西東南方向路段、西麗高速海南西南路段、張汶高速海北方向，其余為低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

關(guān)鍵詞：氣象條件;層次分析法;青海省G06高速公路

中圖分類號(hào)：U412.36+6;P429? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）10-0106-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.10.024

Study on Meteorological Condition Risk Zoning of G06 Expressway in Qinghai Province

DING Lishan1? ? LI Yanlin1? ? DING Peihua1? ? SHI Rongshan2

（1.Weather Bureau of Huangnan Tibetan Autonomous Prefecture， Qinghai Province， Huangnan 811300，China;2.Weather Bureau of Henan County， Qinghai Province， Henan 811500，China）

Abstract：The author? studies the time characteristics of different meteorological conditions along the G06 expressway in Qinghai Province， and analyzes the spatial characteristics of different meteorological conditions by using GIS technology， and then uses AHP to determine the weight coefficients of different meteorological conditions， finally， a comprehensive hazard zonation map is made. The results show that different meteorological conditions in the same road section have certain regularity in time and space， and then the weight coefficient values of different meteorological conditions are obtained by using analytic hierarchy process， according to the weight coefficient， the weather conditions affecting the G06 highway in Qinghai Province are snow， snow， rain， visibility and wind， from the comprehensive risk area， the high risk area is drawn in the section of Golog Tibetan Autonomous Prefecture， Xili Subdistrict， Shenzhen， Guoluo and Yushu， the middle danger zone is in the east-west section of beijing-tibet Expressway， the southeast-west section of Dema Expressway， the southwest-hainan section of Xili Subdistrict， Shenzhen Expressway and the north-sea section of Zhangwen expressway.

Keywords： meteorological conditions; analytic hierarchy process; Qinghai G06 expressway

0 引言

近年來(lái)青海省高速公路得到了快速發(fā)展，截至2017年底，高速公路（含一級(jí)）通車?yán)锍? 500 km以上，極大提升了青海省的公路通行能力[1]。青海省地域遼闊，市州之間路途遙遠(yuǎn)，人們?yōu)榱朔奖愠鲂幸话銜?huì)選擇高速公路，然而高速公路的交通通行與沿線的自然災(zāi)害有著密切關(guān)系，其中惡劣氣象條件直接危害高速公路通行安全，如降雪、強(qiáng)降水、積雪、低能見(jiàn)度、大風(fēng)等[2-3]。因此，對(duì)青海省G06高速公路進(jìn)行氣象條件區(qū)劃研究十分必要。

為了更好地開(kāi)展高速公路專業(yè)氣象服務(wù)業(yè)務(wù)，減少不利氣象條件對(duì)高速公路的危害，國(guó)內(nèi)學(xué)者利用GIS對(duì)高速公路進(jìn)行了氣象服務(wù)方面的研究，如豐德恩等[3]利用GIS設(shè)計(jì)了我國(guó)高速公路交通氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警業(yè)務(wù)系統(tǒng)，推動(dòng)了高速公路預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)的開(kāi)展;李藹恂等[4]研究了我國(guó)公路低能見(jiàn)度災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃，分析得出了我國(guó)主要公路低能見(jiàn)度災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布特征;宋建洋等[5]研究了我國(guó)高速公路大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃，分析得出了我國(guó)高速公路大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分布特征;曲曉黎等[6]基于氣象條件設(shè)計(jì)了河北高速公路通行狀況綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的預(yù)報(bào)方法。以上都是國(guó)內(nèi)學(xué)者開(kāi)展公路專業(yè)氣象服務(wù)方面的研究，但是全國(guó)各地區(qū)氣候差異較大，影響公路的氣象條件也不盡相同。張曉美等[2]研究發(fā)現(xiàn)影響青海省公路的氣象條件主要是強(qiáng)降水、公路積雪，保廣裕等[7]也對(duì)青海省公路沿線強(qiáng)降雪天氣災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃研究。因此，對(duì)青海省G06高速公路的不同氣象條件進(jìn)行研究十分必要，對(duì)開(kāi)展高速公路天氣預(yù)警預(yù)報(bào)服務(wù)具有一定的幫助。

1 資料和方法

1.1 資料

京藏高速公路，即北京—拉薩高速公路，簡(jiǎn)稱京藏高速，國(guó)家高速公路編號(hào)G6。筆者研究的是青海省境內(nèi)G06高速及其支線，G06高速作為青海省最重要的高速公路，連接著青海省兩市六州。G06高速公路在青海省的主要路段有：G6（京藏）高速公路（馬場(chǎng)垣—格爾木）、G0611（張汶）高速公路（西寧—門源、西寧—同仁）、G0612（西和）高速公路（茶卡—小柴旦湖立交）、G0613（西麗）高速公路（共和—玉樹(shù)）、G0615（德馬）高速公路（德令哈—久治）。

考慮數(shù)據(jù)的代表性，選取2013—2020年沿線高速公路24個(gè)國(guó)家氣象站、21個(gè)交通站的數(shù)據(jù)，可以較好地代表高速公路的氣象條件。氣象資料是通過(guò)CIMISS氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口下載，其中降雪、積雪的氣象數(shù)據(jù)是國(guó)家氣象站的日數(shù)據(jù)，風(fēng)、能見(jiàn)度、降雨是國(guó)家氣象站和交通站的小時(shí)數(shù)據(jù)，其中考慮能見(jiàn)度數(shù)據(jù)連續(xù)性選取2016—2020年的數(shù)據(jù)。參考《高速公路交通氣象條件等級(jí)》（QX/T 111—2010）[8]將降雨條件定義為小時(shí)降雨量≥10.0 mm對(duì)高速公路交通運(yùn)行產(chǎn)生影響出現(xiàn)的次數(shù);降雪條件定義為日降雪量≥0.0 mm對(duì)高速公路交通運(yùn)行產(chǎn)生影響出現(xiàn)的次數(shù);積雪條件定義為日雪深≥0.0 cm對(duì)高速公路交通運(yùn)行產(chǎn)生影響出現(xiàn)的次數(shù);風(fēng)條件定義為小時(shí)平均風(fēng)速出現(xiàn)≥8 m/s對(duì)高速公路交通運(yùn)行產(chǎn)生影響出現(xiàn)的次數(shù);能見(jiàn)度條件定義為小時(shí)最小能見(jiàn)度≤500 m對(duì)高速公路交通運(yùn)行產(chǎn)生影響出現(xiàn)的次數(shù)。

1.2 方法

本研究運(yùn)用層次分析法（AHP）、反距離權(quán)重法、自然斷點(diǎn)法、疊權(quán)求和、歸一化等統(tǒng)計(jì)方法[9-16]。

利用層次分析法確定不同氣象條件的權(quán)重，按照表1中的1—9比例標(biāo)度法對(duì)不同氣象條件的重要性進(jìn)行兩兩比較，并將比較的結(jié)果[Aij（i， j=1，2，...，n）]寫成n×n階矩陣（A）的形式，構(gòu)建出不同氣象條件的判斷矩陣。

然后對(duì)判斷矩陣進(jìn)行歸一化處理計(jì)算出不同氣象條件的權(quán)重系數(shù)，并求出判斷矩陣的特征值，計(jì)算一致性比率判斷矩陣是否符合隨機(jī)一致性指標(biāo)。利用GIS中的反距離權(quán)重法、自然斷點(diǎn)法、疊權(quán)求和等方法制作青海省G06高速公路不同氣象條件的危險(xiǎn)性等級(jí)圖并通過(guò)歸一化處理后制作出綜合危害性等級(jí)圖，并將危害性等級(jí)劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為：較低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2 結(jié)果分析

2.1 時(shí)間特征分析

2.1.1 降雨條件分析。從降雨條件出現(xiàn)的時(shí)間分析可知，沿線降雨條件出現(xiàn)在每年的汛期，尤其季節(jié)性特征明顯。依次是夏季>秋季>春季，其中夏季占比高達(dá)86.58%，是降雨條件的高發(fā)期，冬季無(wú)降雨條件出現(xiàn)，即冬季是低發(fā)期。按月分析可得，8月降雨條件最多17.3次，占比高達(dá)44.09%。分析可得，降雨條件主要集中在夏季，即每年的6—8月。

2.1.2 降雪條件分析。從降雪條件出現(xiàn)的時(shí)間分析可知，沿線全年都有降雪條件出現(xiàn)，尤其季節(jié)性特征明顯。依次是春季>冬季>秋季>夏季，其中春季占比高達(dá)37.84%，是降雪條件的高發(fā)期，夏季占比最少3.39%，是降雪條件的低發(fā)期。按月分析可得，2月降雪條件出現(xiàn)的最多107.8次，占比高達(dá)14.37%，8月降雪條件出現(xiàn)的最少3.5次，占比為0.47%。分析可得，降雪條件主要集中在冬季2月，春季的3—4月，即每年的2—4月。

2.1.3 積雪條件分析。從積雪條件出現(xiàn)的時(shí)間分析可知，沿線全年都有積雪條件出現(xiàn)，尤其季節(jié)性特征明顯。依次是冬季>春季>秋季>夏季，其中冬季占比高達(dá)51.3%，是積雪條件的高發(fā)期，夏季占比最少0.71%，是降雪條件的低發(fā)期。按月分析可得，1月積雪條件出現(xiàn)的最多127.1次，占比高達(dá)19.54%，7月積雪條件出現(xiàn)的最少0.1次，占比為0.02%。分析可得，積雪條件主要集中在冬季即每年的12月到次年的2月。

2.1.4 風(fēng)條件分析。從風(fēng)條件出現(xiàn)的時(shí)間分析可知，沿線全年都有風(fēng)條件出現(xiàn)，其季節(jié)性依次是冬季>春季>秋季>夏季，其中冬季占比高達(dá)37.2%，是風(fēng)條件的高發(fā)期，夏季占比最少12.25%，是風(fēng)條件的低發(fā)期。按月分析可得，2月風(fēng)條件出現(xiàn)的最多694.6次，占比高達(dá)15.23%，8月風(fēng)條件出現(xiàn)的最少139.9次，占比為3.07%。分析可得，風(fēng)條件主要集中在冬季1—2月和春季3月，即每年的1—3月。

2.1.5 能見(jiàn)度條件分析。從能見(jiàn)度條件出現(xiàn)的時(shí)間分析可知，沿線全年有能見(jiàn)度條件出現(xiàn)，其季節(jié)性特征依次是秋季>春季>夏季>冬季，其中秋季占比高達(dá)33.11%，是能見(jiàn)度條件的高發(fā)期，冬季占比最少13.22%，是能見(jiàn)度條件的低發(fā)期。按月分析可得，9月能見(jiàn)度條件出現(xiàn)的最多84.8次，占比高達(dá)13.13%，12月能見(jiàn)度條件出現(xiàn)的最少15.8次，占比為2.45%。分析可得，能見(jiàn)度條件主要集中在秋季，即每年的9月到11月。

2.2 空間特征分析

參考《高速公路交通氣象條件等級(jí)》（QX/T 111—2010）[16]和本研究中對(duì)降雨、降雪、積雪、風(fēng)、能見(jiàn)度條件的定義，對(duì)不同氣象條件進(jìn)行等級(jí)劃分且分析不同等級(jí)的分布情況，并利用反權(quán)重法制作不同等級(jí)空間分布圖，然后用疊加分析制作危險(xiǎn)性空間分布圖。因?yàn)椴煌牡燃?jí)對(duì)高速公路的危害程度不一致，參考楊忠恩等[17]在基于GIS的浙江省高速公路大霧災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃中對(duì)不同能見(jiàn)度等級(jí)的權(quán)重系數(shù)值和宋建洋等[5]我國(guó)高速公路大風(fēng)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與區(qū)劃研究對(duì)不同風(fēng)力等級(jí)的權(quán)重系數(shù)值，將1～4級(jí)不同的氣象條件的權(quán)重分別考慮為1/10、2/10、3/10、4/10。

2.2.1 降雨條件危險(xiǎn)性區(qū)劃。對(duì)沿線站點(diǎn)2013—2020年出現(xiàn)的降雨條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有313次。用降雨等級(jí)劃分：1級(jí)（10.0～14.9 mm/h）218次、二級(jí)（15.0～29.9 mm/h）88次、三級(jí)（30.0～49.9 mm/h）6次、四級(jí)（≥50.0 mm/h）1次，降水條件等級(jí)主要在一級(jí)，占比高達(dá)69.6%。從降雨條件危險(xiǎn)性區(qū)劃圖可知：降雨條件危險(xiǎn)性區(qū)路段空間分布為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速果洛路段、張汶高速西寧和海北路段、京藏高速西寧路段，中危險(xiǎn)區(qū)在京藏高速海南和海東路段、西麗高速海南路段，其余為低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.2 降雪條件危險(xiǎn)性區(qū)劃。對(duì)沿線站點(diǎn)2013—2020年出現(xiàn)的降雪條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有5 997次，用降雪條件等級(jí)劃分：1級(jí)（0.0～2.4 mm）4 620次、二級(jí)（2.5～4.9 mm）706次、三級(jí)（5.0～9.9 mm）459次、四級(jí)（≥10.0 mm）212次，降雪條件等級(jí)主要在一級(jí)，占比高達(dá)77%。從降雪條件危險(xiǎn)性區(qū)劃圖可知：降雪條件危險(xiǎn)性區(qū)路段空間分布為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在西麗高速玉樹(shù)和果洛路段、德馬高速果洛路段，中危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速海西東南方向路段、西麗高速海南西南路段、張汶高速海北方向，其余為較低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.3 積雪條件危險(xiǎn)性區(qū)劃。對(duì)沿線站點(diǎn)2013—2020年出現(xiàn)的積雪條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有5 205次，用積雪條件等級(jí)劃分：1級(jí)（<1.0 cm）1 806次、二級(jí)（1.0～2.9 cm）1 838次、三級(jí)（3.0～4.9 cm）778次、四級(jí)（≥5.0 cm）783次，積雪條件等級(jí)主要在一二級(jí)占比高達(dá)70%。從積雪條件危險(xiǎn)性區(qū)劃圖可知：積雪條件危險(xiǎn)性區(qū)路段空間分布為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速果洛和海西東南路段、西麗高速果洛和玉樹(shù)路段、京藏高速海西東路段，中危險(xiǎn)區(qū)在西和高速中間路段，其余為低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.4 風(fēng)條件危險(xiǎn)性區(qū)劃。對(duì)沿線站點(diǎn)2013—2020年出現(xiàn)的風(fēng)條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有36 479次，用風(fēng)條件等級(jí)劃分：1級(jí)（8.0～13.8 m/s）35 586次，二級(jí)（13.9～17.1 m/s）830次、三級(jí)（17.2～20.7 m/s）63次、四級(jí)（≥20.8 m/s）0次，風(fēng)條件等級(jí)主要在一級(jí)占比高達(dá)97.6%。從風(fēng)條件危險(xiǎn)性區(qū)劃圖可知：風(fēng)條件危險(xiǎn)性區(qū)路段空間分布為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在西麗高速果洛和玉樹(shù)路段、德馬高速中間路段、京藏中間路段及其高海拔路段，其余為中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

2.2.5 能見(jiàn)度條件危險(xiǎn)性區(qū)劃。沿線站點(diǎn)2016—2020年出現(xiàn)的能見(jiàn)度條件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共有3 229次，用能見(jiàn)度條件等級(jí)劃分：1級(jí)（200～500 m）2 629次，二級(jí)（100～200 m）447次、三級(jí)（50～100 m）52次、四級(jí)（≤50 m）35次，能見(jiàn)度條件等級(jí)主要在一級(jí)占比高達(dá)83.5%。從能見(jiàn)度條件危險(xiǎn)性區(qū)劃圖可知：能見(jiàn)度條件危險(xiǎn)區(qū)路段空間分布為高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在西麗高速果洛玉樹(shù)交界處路段，其余為中危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

2.3 利用層次分析法確定權(quán)重系數(shù)

通過(guò)層次分析法確定不同氣象條件的權(quán)重，對(duì)不同氣象條件的重要性進(jìn)行兩兩比較進(jìn)行打分，計(jì)算不同氣象條件的權(quán)重系數(shù)如表2所示，影響青海G06高速及其支線的氣象條件依次是積雪、降雪、降雨、能見(jiàn)度、風(fēng)。通過(guò)計(jì)算矩陣的一致性比例為0.016 4小于0.1，則權(quán)重系數(shù)分配的一致性合理。

選取青海G06高速沿線的5個(gè)氣象條件作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用表2得到不同的權(quán)重系數(shù)，先對(duì)不同的氣象條件進(jìn)行歸一化處理，運(yùn)用GIS疊加分析制作綜合危險(xiǎn)性區(qū)劃分析，形成青海G06高速綜合危險(xiǎn)性區(qū)劃（圖1），由圖1可知：綜合危險(xiǎn)性區(qū)主要分布在青海的玉樹(shù)、果洛地區(qū)，其中高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速果洛路段、西麗高速果洛和玉樹(shù)路段，中危險(xiǎn)區(qū)在京藏高速海西東路段、德馬高速海西東南方向路段、西麗高速海南西南路段、張汶高速海北方向，其余為低危險(xiǎn)區(qū)、較低危險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)語(yǔ)

①在同一路段不同的氣象條件發(fā)生時(shí)間有一定的規(guī)律，青海G06高速上降雨條件主要集中在夏季，降雪條件主要集中在冬季2月和春季的3—4月，積雪條件主要集中在冬季，風(fēng)條件主要集中在冬季1—2月和春季3月，能見(jiàn)度條件主要集中在秋季。

②在同一路段不同的氣象條件發(fā)生空間有一定的規(guī)律，青海G06高速上降雨條件的危險(xiǎn)路段在德馬高速果洛路段、張汶高速西寧和海北路段、京藏高速西寧路段，降雪條件的危險(xiǎn)路段在西麗高速玉樹(shù)和果洛路段、德馬高速果洛路段，積雪條件的危險(xiǎn)路段在德馬高速果洛和海西東南路段、西麗高速果洛和玉樹(shù)路段、京藏高速海西東路段，風(fēng)條件的危險(xiǎn)路段在西麗高速果洛和玉樹(shù)路段、德馬高速中間路段、京藏中段的中間路段及其高海拔路段，能見(jiàn)度條件的危險(xiǎn)路段在西麗高速果洛玉樹(shù)交界處路段。

③利用層次分析法得出不同的氣象條件權(quán)重，依次是積雪、降雪、降雨、風(fēng)、能見(jiàn)度，其中高危險(xiǎn)區(qū)、較高危險(xiǎn)區(qū)在德馬高速果洛路段、西麗高速果洛和玉樹(shù)路段，中危險(xiǎn)區(qū)在京藏高速海西東路段、德馬高速海西東南方向路段、西麗高速海南西南路段、張汶高速海北方向，其余為較低危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)。

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