邢婷婷

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司,山西 太原 030032)

1 概 述

山西省位于我國(guó)三級(jí)階梯的第二階梯前緣地帶,總體呈“兩山夾一川”的地形格局,受構(gòu)造影響,地質(zhì)條件復(fù)雜,屬黃土高原干濕過(guò)渡區(qū)。2021年7月至10月以來(lái),山西省多地連續(xù)遭遇時(shí)間久、范圍廣、強(qiáng)度大的降雨天氣,4個(gè)月全省累計(jì)降雨量為528.3 mm,為歷年同時(shí)段累計(jì)降雨量的198%,對(duì)公路等基礎(chǔ)設(shè)施造成嚴(yán)重破壞。由于持續(xù)強(qiáng)降雨的影響,山西省內(nèi)37條河流發(fā)生洪水,全省高速公路、普通國(guó)省干線公路、農(nóng)村公路3 349處交通中斷。

山西暴雨的特點(diǎn)是累計(jì)雨量大、暴雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、降水極端性突出,并伴有雷電、強(qiáng)對(duì)流和降溫。持續(xù)的強(qiáng)降雨會(huì)使得山西省多地城市發(fā)生內(nèi)澇,部分山區(qū)爆發(fā)泥石流、山體滑坡等自然災(zāi)害,從而導(dǎo)致道路、橋梁塌陷損毀、客貨運(yùn)停運(yùn)等現(xiàn)象,交通系統(tǒng)受到嚴(yán)重影響,給疫情防控帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn),而且災(zāi)后重建工作緊迫又復(fù)雜,是一項(xiàng)艱巨任務(wù),需要投入大量的財(cái)政資金,災(zāi)毀重建資金缺口巨大,加重地方財(cái)政負(fù)擔(dān)。從公路等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看,高速公路災(zāi)毀的嚴(yán)重程度小于普通國(guó)省干線公路,普通國(guó)省干線公路災(zāi)毀的嚴(yán)重程度小于農(nóng)村公路[1]。原因是高速公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高,相對(duì)里程較短;普通國(guó)省干線公路里程比高速公路里程長(zhǎng)、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較高速公路低;農(nóng)村公路的里程最長(zhǎng),且建設(shè)等級(jí)最低,相對(duì)抵抗水毀能力差。

2 水毀區(qū)域分布

經(jīng)調(diào)查,統(tǒng)計(jì)分析山西省各地市的受災(zāi)情況,強(qiáng)降水主要集中在山西省中南部地區(qū)。

北部地區(qū)包含大同市、朔州市、忻州市等地,雖降雨量不大,但受地形和泄洪需求影響,受災(zāi)類(lèi)型以洪水沖刷、浸泡為主,路基路面受損嚴(yán)重。

中部地區(qū)包含長(zhǎng)治市、晉中市、呂梁市、太原市、陽(yáng)泉市等地,為重點(diǎn)受災(zāi)區(qū),道路損毀嚴(yán)重,涉及面廣。主要受暴雨及暴雨引發(fā)的泥石流、山體滑坡等次生災(zāi)害影響。道路被洪水沖刷、浸泡,山路被泥石阻斷、路基失穩(wěn),造成道路塌陷、損毀嚴(yán)重。

南部地區(qū)包含運(yùn)城市、晉城市、臨汾市等地,主要受到暴雨侵害,受災(zāi)類(lèi)型以沖刷、浸泡以及沖斷為主,路基路面、道路基礎(chǔ)設(shè)施受損嚴(yán)重。

3 水毀類(lèi)型分析

根據(jù)調(diào)查研究,歸納總結(jié)山西省公路水毀災(zāi)損的類(lèi)型,主要包含以下幾個(gè)方面。

路基路面的水毀災(zāi)損類(lèi)型主要有暴雨、河流沖刷引起的路基滑移、沉陷、垮塌,水流沖刷引起的土質(zhì)邊坡滑坡、坍塌、沖蝕,降雨、水流沖刷或風(fēng)化引起的巖質(zhì)邊坡碎落、落石、崩塌、滑坡。路基防護(hù)及支擋結(jié)構(gòu)物的損壞,如擋土墻等的損壞。排水設(shè)施排水溝等的堵塞、損壞及缺失。路基大面積沉陷、脫空,路面沉陷,裂縫,翻漿等病害。

橋梁涵洞的水毀災(zāi)損類(lèi)型有由洪水、泥石流等撞擊導(dǎo)致的墩臺(tái)破損、開(kāi)裂,梁板移位甚至引起橋梁垮塌。河流沖刷會(huì)造成墩臺(tái)基礎(chǔ)外露或損壞。河道淤積等致使橋涵過(guò)水面積減小,導(dǎo)致防洪標(biāo)準(zhǔn)降低。臺(tái)背和涵洞頂由于積水浸泡,出現(xiàn)變形、塌陷等。以及橋位處排水設(shè)施出現(xiàn)堵塞和損毀等。

隧道的水毀災(zāi)損類(lèi)型主要包括洞口變形、開(kāi)裂、滑塌、垮塌。以及洞門(mén)基礎(chǔ)掏空、不均勻沉降和墻體開(kāi)裂、傾斜、沉陷等。此外,還有洞身襯砌出現(xiàn)的裂縫、錯(cuò)臺(tái)、起層、剝落、掉塊等,洞身裂縫、變形縫、施工縫等薄弱位置出現(xiàn)滲漏水,隧道路面出現(xiàn)滲水、涌水、積水、拱起、開(kāi)裂、坑槽等。

交通安全設(shè)施的水毀災(zāi)損類(lèi)型主要有交通標(biāo)志、護(hù)欄等設(shè)施的變形、位移或功能性損壞;交通標(biāo)線的剝落等。

4 評(píng)估機(jī)制

4.1 評(píng)估依據(jù)

根據(jù)交通運(yùn)輸部公路災(zāi)毀信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和水毀期間重點(diǎn)區(qū)域衛(wèi)星高分遙感影像資料、氣象部門(mén)降雨量等相關(guān)資料,以及山西省交通運(yùn)輸廳《山西省公路水毀災(zāi)損評(píng)估技術(shù)指南》,對(duì)山西省公路水毀災(zāi)損進(jìn)行評(píng)估分析,建立評(píng)估機(jī)制。

4.2 評(píng)估原則

公路水毀評(píng)估應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)性原則、客觀性原則、科學(xué)性原則、全面性原則四大原則,保證評(píng)估工作實(shí)事求是、評(píng)估結(jié)果真實(shí)準(zhǔn)確,為災(zāi)后恢復(fù)重建工作提供重要依據(jù)。

4.3 評(píng)估流程

公路水毀評(píng)估分省、地市、縣(區(qū))三級(jí)進(jìn)行評(píng)估,并逐級(jí)上報(bào)。各級(jí)評(píng)估單位采用實(shí)地核查、航拍、高分遙感影像、GIS地圖等核查方法對(duì)上報(bào)的水毀數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估核查,得到準(zhǔn)確的災(zāi)毀類(lèi)型、災(zāi)毀數(shù)量,并據(jù)此計(jì)算、驗(yàn)證災(zāi)損結(jié)果,具體步驟如下。

(1)整理地市上報(bào)的的災(zāi)毀路段信息。對(duì)不符合要求的災(zāi)毀路段和災(zāi)毀點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除,并對(duì)災(zāi)損類(lèi)型、災(zāi)損嚴(yán)重程度、直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行分類(lèi)匯總。

(2)數(shù)據(jù)校核。通過(guò)遙感+GIS、高分遙感高分地圖、航拍及實(shí)地抽樣調(diào)查等進(jìn)行復(fù)核,若發(fā)現(xiàn)個(gè)別地市數(shù)據(jù)異常,應(yīng)要求該地市補(bǔ)充相關(guān)資料后進(jìn)行再評(píng)估。

(3)判定災(zāi)毀路段受災(zāi)類(lèi)型。按照路基沖毀、路基塌方、路基防護(hù)排水、路面病害、橋梁受損、涵洞受損、隧道受損及交安設(shè)施受損進(jìn)行重新分類(lèi)。

(4)判定災(zāi)毀路段嚴(yán)重程度。針對(duì)地市上報(bào)的災(zāi)毀影像資料,評(píng)估其受災(zāi)嚴(yán)重程度,分為一般、較重、嚴(yán)重、特別嚴(yán)重[2-6]。

(5)災(zāi)損計(jì)算。災(zāi)毀的類(lèi)型、嚴(yán)重程度確定后,評(píng)估其直接經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)其受災(zāi)部位、道路等級(jí)、受災(zāi)里程等評(píng)估其直接經(jīng)濟(jì)損失。并與地市上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,若偏差在10%以內(nèi),則評(píng)估其直接損失數(shù)額可信,予以認(rèn)可。若偏差在10%以上,則要求地市補(bǔ)充資料并重新計(jì)算,直至偏差在合理范圍內(nèi)。

(6)評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各地市水毀災(zāi)損程度、水毀類(lèi)型和降雨量進(jìn)行相關(guān)性分析,選取敏感度較高的輸入因子,建立回歸分析模型,驗(yàn)證各地市核查后的水毀災(zāi)損金額。

5 實(shí)例分析

根據(jù)公路水毀災(zāi)損評(píng)估流程,對(duì)2021年山西省農(nóng)村公路水毀災(zāi)損情況進(jìn)行評(píng)估分析。

5.1 數(shù)據(jù)核查分析

根據(jù)各地上報(bào)調(diào)查統(tǒng)計(jì)表對(duì)其進(jìn)行核查分析。截至2020年底,山西省農(nóng)村公路養(yǎng)護(hù)總里程12 6025 km,本次農(nóng)村公路受災(zāi)5 781 km。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),通過(guò)農(nóng)村公路水災(zāi)損毀調(diào)查統(tǒng)計(jì)表采集整理、修訂后得到農(nóng)村公路災(zāi)毀路段上報(bào)數(shù)據(jù)共13 639處,災(zāi)毀經(jīng)濟(jì)損失83.82億元。其中,受災(zāi)程度為一般的8 977處,受災(zāi)程度為較重的1 663處,受災(zāi)程度為嚴(yán)重的1 854處,受災(zāi)程度為特別嚴(yán)重的1 145處。經(jīng)核查后,由水毀引起的災(zāi)毀路段共12 373處,災(zāi)毀經(jīng)濟(jì)損失80.10億元。與原始采集數(shù)據(jù)相比,災(zāi)毀路段減少了1 266處,災(zāi)毀經(jīng)濟(jì)損失3.72億元。其中,受災(zāi)程度為一般的8 238處,受災(zāi)程度為較重的1 593處,受災(zāi)程度為嚴(yán)重的1 477處,受災(zāi)程度為特別嚴(yán)重的1 065處。各地市核查后的災(zāi)毀路段數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失與原始采集數(shù)據(jù)和上報(bào)金額對(duì)比情況如表1所示。

表1 各地市核查后災(zāi)毀路段數(shù)和損失金額與原始采集數(shù)據(jù)和上報(bào)金額對(duì)比情況

按災(zāi)毀類(lèi)型情況統(tǒng)計(jì),山西省農(nóng)村公路受災(zāi)以路基災(zāi)毀為主,占比達(dá)82%(10 088處),路面占比14%(1 717處),橋梁占比2%(222處),涵洞占比1%(169處),交安設(shè)施占比0.5%(34處),其他占比0.5%(67處)。山西省農(nóng)村公路受災(zāi)路段災(zāi)毀類(lèi)型情況如表2所示。

表2 山西省農(nóng)村公路受災(zāi)路段災(zāi)毀類(lèi)型情況

從損毀嚴(yán)重程度來(lái)看,山西省農(nóng)村公路受災(zāi)有66%(8 238處)災(zāi)毀等級(jí)為一般,13%(1 593處)災(zāi)毀等級(jí)為較重,12%(1 477處)災(zāi)毀等級(jí)為嚴(yán)重,9%(1 065處)災(zāi)毀等級(jí)為特別嚴(yán)重。山西省農(nóng)村公路受災(zāi)路段災(zāi)毀嚴(yán)重程度情況如表3所示。

表3 山西省農(nóng)村公路受災(zāi)路段災(zāi)毀嚴(yán)重程度情況

5.2 災(zāi)損計(jì)算

暴雨災(zāi)害造成的普通國(guó)省干線公路經(jīng)濟(jì)損失可分為兩部分:一是對(duì)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施的直接破壞,即直接經(jīng)濟(jì)損失,表現(xiàn)為路基、路面、橋梁等結(jié)構(gòu)物毀損;二是對(duì)災(zāi)區(qū)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)功能的破壞,比如造成通行車(chē)輛營(yíng)運(yùn)成本增加、旅客時(shí)間浪費(fèi)等,這些損失均屬于公路災(zāi)毀造成的間接經(jīng)濟(jì)損失。評(píng)估僅考慮直接經(jīng)濟(jì)損失,結(jié)合普通國(guó)省干線公路災(zāi)損特點(diǎn),采用公式(1)進(jìn)行計(jì)算。

W=∑Wi

(1)

式中:Wi為災(zāi)毀經(jīng)濟(jì)損失,元;Wi=Pi×Qi;Pi為災(zāi)毀單價(jià),元/m3或元/m2;Qi為災(zāi)毀工程量,m3或m2;i為病害類(lèi)型。

災(zāi)損估價(jià)包含公路用地范圍內(nèi)發(fā)生的和公路用地范圍外發(fā)生但影響公路正常使用的災(zāi)損工程量。損失估算單價(jià)結(jié)合山西省交通運(yùn)輸廳印發(fā)的《山西省公路水毀災(zāi)損評(píng)估技術(shù)指南》及相關(guān)現(xiàn)行公路定額標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

經(jīng)分析計(jì)算,山西省農(nóng)村公路災(zāi)毀損失最大的三個(gè)市為臨汾、晉城、運(yùn)城,金額損失最小的市為朔州、忻州、大同,各地市農(nóng)村公路水毀災(zāi)損損失金額如圖3所示。

圖3 各地市損失金額對(duì)比

通過(guò)計(jì)算分析,全省農(nóng)村公路災(zāi)毀損失金額為801 000萬(wàn)元,損失最大的為臨汾市,災(zāi)損金額為210 959萬(wàn)元;損失最小的為朔州市,災(zāi)損金額為932萬(wàn)元。按災(zāi)毀程度分,災(zāi)毀等級(jí)為一般的路段災(zāi)損金額為138 488萬(wàn)元;災(zāi)毀等級(jí)為較重的路段災(zāi)損金額為96 509元;災(zāi)毀等級(jí)為嚴(yán)重的路段災(zāi)損金額為165 969萬(wàn)元;災(zāi)毀等級(jí)為特別嚴(yán)重的路段災(zāi)損金額為400 034萬(wàn)元。

5.3 評(píng)估結(jié)果驗(yàn)證

利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各地市水毀災(zāi)損程度、水毀類(lèi)型和降雨量進(jìn)行相關(guān)性分析,選取敏感度較高的輸入因子,建立回歸分析模型,驗(yàn)證各地市核查后的水毀災(zāi)損金額。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱含層和輸出層組成,可以反映大量存入-存出的映射關(guān)系。根據(jù)核查后的各地市農(nóng)村公路水毀災(zāi)損匯總表,以及關(guān)于降雨量的分析,可將水毀災(zāi)損程度X1i(一般、較重、嚴(yán)重和特別嚴(yán)重)、水毀類(lèi)型X2i(路基塌方、路基防護(hù)、路面、橋梁、涵洞、隧道和交安設(shè)施)和降雨量X3作為輸入層,將核查后的水毀預(yù)估金額Y(萬(wàn)元)作為輸出層。

農(nóng)村公路的災(zāi)毀處數(shù)總計(jì)為12 373處,將12 373個(gè)樣本作為輸入樣本進(jìn)行損失金額相關(guān)性分析,選擇敏感度高的因子代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練,得到公式并對(duì)核查后的災(zāi)損金額進(jìn)行分析,計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 災(zāi)損金額比較表

根據(jù)表4可知,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各地市水毀災(zāi)損程度X1i(一般、較重、嚴(yán)重和特別嚴(yán)重)、水毀類(lèi)型X2i(路基塌方、路基防護(hù)、路面、橋梁、涵洞、隧道和交安設(shè)施)和降雨量X3進(jìn)行相關(guān)性分析,選取敏感度較高的輸入因子,經(jīng)過(guò)樣本訓(xùn)練后得到的公式,可以很好地反應(yīng)各地市的實(shí)際水毀預(yù)估金額,誤差在10%以內(nèi)。

6 結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)山西省公路水毀情況的分析研究,確定評(píng)估機(jī)制、提出評(píng)估流程,為山西省公路水毀災(zāi)損評(píng)估提供技術(shù)參考,能夠指導(dǎo)災(zāi)后修復(fù)工作,節(jié)約財(cái)政資金。建議在公路發(fā)生水毀災(zāi)損后,從以下幾個(gè)方面開(kāi)展工作。

(1)積極編制公路水毀災(zāi)損修復(fù)技術(shù)指南,指導(dǎo)各地科學(xué)開(kāi)展災(zāi)后重建工作。(2)加快開(kāi)展受災(zāi)嚴(yán)重地區(qū)公路檢測(cè),確保災(zāi)后公路交通安全,并為災(zāi)損重建工作提供技術(shù)支撐。(3)科學(xué)編制公路災(zāi)后重建方案,結(jié)合災(zāi)毀不同程度特點(diǎn),因地制宜、實(shí)事求是,兼顧冬季施工影響,提出有效的病害處置方案,指導(dǎo)地市制定公路災(zāi)后修復(fù)方案。(4)提高公路基礎(chǔ)設(shè)施抗災(zāi)減災(zāi)能力,結(jié)合山西省“十四五”規(guī)劃,對(duì)公路發(fā)展從全過(guò)程入手,在前期規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、管理、養(yǎng)護(hù)等階段,全面提高公路防災(zāi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),豐富完善災(zāi)害防治、抗災(zāi)防毀等工程措施,對(duì)經(jīng)常發(fā)生災(zāi)毀的路基、橋涵段,采取積極措施提高抗洪標(biāo)準(zhǔn)或局部改線,切實(shí)提升公路水路抗災(zāi)減災(zāi)能力,消除安全隱患。