天山公路病害区域划分及临界雨量研究

2014-02-19邓文彬

地理空间信息 2014年4期

邓文彬

（1.武汉大学测绘学院，湖北武汉 430079；2.新疆大学建筑工程学院，新疆乌鲁木齐 830046）

天山公路穿越天山地槽系，活动断裂较多，新构造运动十分强烈，岩体节理发育，完整性差。山体陡峭，沟谷纵横，属地震较活跃区（地震烈度Ⅷ—Ⅸ）。出露的地层岩性主要有志留系、泥盆系、石炭系的灰岩、砂岩、泥岩、砾岩、花岗岩等。坡积层以全新的碎块石土为主，厚度0～10 m，呈松散状，自然坡度30°，高山带坡积层中常藏匿有永久性冻土层。区内地壳经历了多期构造变动，褶皱、断裂发育；沿线地形陡峻、基岩裸露、岩土介质组成复杂，且多伴有巨大雪山与冰川气候，自然环境复杂多变。植被稀少，主要以高山耐寒植被为主，植物落根困难。由于地处高寒山区，地形复杂，气温差异大，春融季节早晚温差更大，加之植被稀少，使基岩的物理、化学风化作用强烈。

1 天山公路沿线数据采集

在天山公路沿线野外考察基础上,收集、整理典型区域的自然地理概况、水文气候特征及区域特征资料。自然地理概况资料主要包括区域的地理位置、地形地貌特征等。典型工程地质病害区域特征资料主要包括经纬度、区域面积和各月及年降水量表等，见表1～表4[1,2]。

表1 天山公路沿线水文站地理参数和集水面积

表2 天山公路沿线气象站地理参数

表3 天山公路沿线水文站各月及年降水量/mm

表4 天山公路沿线气象站各月及年降水量/mm

2 天山公路地质病害区域划分主要条件

1）区域内应有气象水文站代表站，即平均单站控制面积在100～200 km2以下，且分布比较均匀；具有较完整、详细的工程地质病害历史发生记录或降水量实际观测资料以及暴雨洪水调查资料；各站点具有时间序列较完整的雨量资料、一定的地质资料、水文资料和气候资料。

2）区域内具有典型工程地质病害地理特征，工程地质病害频繁，受灾情况严重。

3）在划分典型区域时，应尽量避免将小区域分割开，区域内的地质条件和气象条件相差不大。

4）区域代表站24 h降水强度均值指标≥26 mm为天山公路地质病害多发区（A区）； 21～25 mm为天山公路地质病害常发区（B区）；16～20 mm为天山公路地质病害易发区（C区）。

根据上述原则，可绘制分区图。将分区图和水文气象台站分布图以及野外考察结合起来，从而确定3个大区及9个特征小区，见表5[3]。

表5 9个特征区桩号及代表站

3 天山公路工程地质病害区域临界雨量确定

在一个流域或区域内，降雨量达到或超过某一量级和强度时，该流域或区域将发生暴雨洪水、泥石流、滑坡等公路工程地质病害。把这时的降雨量和降雨强度，称为该流域或区域的临界雨量（强）。

3.1 利用单站临界雨量分析区域临界雨量

因影响临界雨量的因素很多，且各种因素的定量关系难以描述，各次激发灾害发生的雨量不完全相同，因此区域内各站的临界雨量也不尽相同。根据计算出的区域内各单站临界雨量初值来确定区域临界雨量，这种方法称为单站临界雨量法。区域临界雨量的取值不是一个常数，而是有一个变幅，变幅一般在Rtmin及之间。在该变幅内，区域中达到临界雨量的站点相对较多，但不是全部。只要降雨量在该变幅内，区域内就有可能发生工程地质病害。临界雨量变幅不能过大，否则对工程地质病害防治意义不大。

根据前面关于临界雨量的确定方法，结合不同地区的降水特点，计算出天山公路周围各站点24 h的临界雨量值，见表6。

表6 工程地质病害各气象站24 h临界雨量表/mm

3.2 天山公路区域工程地质病害临界雨量的分析计算

根据区域内各雨量站历史工程地质病害发生时间表，收集对应的雨量资料（区域内只要有一个站发生工程地质病害，视为该区域内发生了工程地质病害，则区域内所有雨量站都要收集和统计对应的降雨过程资料），降雨过程的划分与单站方法相同。

计算区域内与历次工程地质病害对应的各时段最大面平均雨量。假设区域内共有S个雨量站，共发生工程地质病害N次，共统计T个时段的面平均雨量。面平均雨量的计算可采用算术平均法、泰森多边形法、雨量等值法等多种方法，但要保证计算精度。Rtj为t时段第j次工程地质病害对应雨量过程中的最大面平均雨量（通过滑动平均得出），则区域内各时段有N个（每场灾害一个）最大面平均雨量值。

区域临界雨量初值的确定:统计N次工程地质病害各时段最大雨量面平均值的最小值，即为各时段区域工程地质病害临界雨量初值：