新疆高山地区公路环境脆弱性分区特征研究

李天宏，张 猛

（1.新疆玛纳斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大学 建筑工程学院，河北 保定 071200）

新疆高山地区公路环境脆弱性分区特征研究

李天宏1，张 猛2

（1.新疆玛纳斯河流域管理局，新疆 石河子832000；2.河北大学 建筑工程学院，河北 保定 071200）

针对新疆高山地区公路地理、气候环境特点，基于地质灾害因子评价新疆高山地区公路环境脆弱性分区特征。通过对评价原则的制定及工程地质脆弱性指标的选择，得出新疆高山地区公路环境脆弱性评价标准与方法，为帮助新疆高山地区公路环境脆弱性研究提供指导作用。

工程地质；地质灾害；高山地区；环境脆弱性

新疆极大部分高山地区公路自然环境脆弱、易损，相关路段均有不同程度的滑坡、泥石流等所造成的典型病害，本文研究重点探讨内陆干旱高山区自然环境地质灾害的特点、脆弱性和易损性，以及破坏后的难以恢复性，揭示高山地区公路环境的保护和改善是很有必要的。

1 评价原则

1.1 综合性和主导因子原则

抓住能反映该地区主要环境特征的因素，体现区域高海拔、高寒、高烈度、水土流失、水资源短缺等问题，选择具有区域特色的指标［1］。

1.2 可操作性原则

评价指标必须建立在实用、可行、科学的基础上，评价指标因子尽量减少重叠，并应简单可操作，弥补当前高山地区公路所在区域缺乏针对性的分区评价问题，并充分尊重当今环境保护部门、农林畜牧业部门、国土资源部门等对土地资源管理的相关成果，同时，评价指标与其相对应的措施要与公路工程紧密结合，满足公路有关设计计算、施工、养护等需要［2］。

1.3 有序衔接的原则

分区评价要与交通行业现有的相关评价有序衔接，特别是《新疆公路三级自然区划》中的相关成果，并充分参考相关行业对环境因子的研究成果，确保评价结果的真实性和客观性。

2 工程地质脆弱性指标选择

据新疆公路三级自然区划结果，三级区应能反映在公路建设，气候地形条件、水热特征，建设和材料，病害条件的相似性和差异性的其他方面。新疆高速公路三级自然区具有4个特点：①建设空间相似性，即同一自然区域从大范围的地形条件下应属于同一类型；②地型动力作用相似性，即同一自然区受主要自然外力影响类似；③地表物质组成相似性，即相同的土壤工程特性，在同一自然区域内的各类岩土工程应相似，并使同一个自然区域的单一岩石类型；④主要工程地质问题相似性，即同一自然区所遇到的主要不良地质、公路病害、施工环境等工程问题类似。但同时也发现，新疆公路三级自然区划分区针对公路工程地质灾害（尤其是崩塌、滑坡、泥石流、水毁等典型灾害）缺少分级评价体系。因此，依托三级自然区划分区单元，引入工程地质脆弱性指标（工程地质灾害危险度分级评价因子），纳入新疆三大山系中高、中、低山区不同雪线及相关衍生灾害特征的异同点，针对新疆高山地区公路区域进行不同等级的工程地质脆弱性指标量化分级。

工程地质环境易损性指标：地震烈度作为表现地震烈度的指标之一，在工程地震中得到了广泛的应用［3］。新疆作为西部地区地震多发区的典型代表，地区幅员辽阔，地震活动性强，尤其在高山地区公路所属的天山、昆仑山、阿尔泰山区，地震往往会诱发严重的工程地质及环境次生灾害，其作为工程地质环境易损性指标具有典型的代表性价值。

3 工程地质脆弱性分区评价标准与方法

原《新疆公路三级自然区划》采用区域划分的方法，即利用水热、地理和地貌的自然区域的符号分为若干低级区域。具体而言，对非地带性因素综合的平原地区综合考虑区域差异主要分地区、地质地貌、土壤岩石受水热条件。山区主要考虑非地带性划分；山区为水热的垂直分布，在不同的海拔山区分化地质地貌的变化，垂直地带性差异反映自然条件山区的情况；重点分析了不同自然环境下的道路状况的变化，其中在同一地区、公路建设、道路施工材料、工程问题是相似的。本区域评价中，根据地质脆弱性，重点对新疆高山地区公路所在区域进一步进行分级，即对三级自然区划中位于高山地区公路所在区域中的类型进行量化、细化、归类化的分级评价。

3.1 工程地质灾害危险度因子

在新疆公路三级自然区划的基础上，结合新疆高山地区公路区域特点，归纳梳理天山、昆仑山、阿尔泰山公路沿线主要工程地质灾害发现，新疆的三大山地是我国第三纪末以来新构造运动的上升区，强烈的切割和破碎的地形，大部分边坡处于极限平衡状态。山体内，尤其是天山，其内又有一些大小不等的河谷、盆地。另外，山区随海拔高度的不同，地貌的外力作用也有所不同。一般在极高山、高山带，以冰雪、寒冻、冻融作用为主，发育着冰川或现代冰川地貌；中山带以水的侵蚀，生物化学风化剥蚀或干燥、切割山谷，地形破碎，有各种各样的冲积、洪积和残积矿床，常有黄土沉积覆盖层；低山丘陵带，主要为干燥和半干燥的剥蚀作用，以黄土及黄土状沉积物或黄土状沙土为主。

现代地壳构造运动仍极强烈的山地和盆地的接触带，即山区的中低山带是新疆泥石流、滑坡、崩塌、水毁等病害的主要分布区，且相关病害规模及发生频率很大，加之公路从此类地区经过，为克服高差采用迂回展线半填半挖形式穿越，工程地质脆弱性大［4］；极高山、高山带往往在雪线以上，主要为冰川覆盖，以冻土病害为主，泥石流、滑坡、崩塌、水毁等病害往往很少发生，公路在此类地区一般采用就地爬的路基形式穿越，对原有地形地貌搅动很少，工程地质脆弱性中等；而低山带及山前冲洪积阶地地区，由于水量补给较为丰富，加之海拔、地貌、土质等综合因素影响，植被比较丰富，公路往往采用一定高度的路基形式穿越，为山区公路灾害低发区，工程地质脆弱性较小［5］。

因此，按照新疆公路三级自然区划单元，匹配以公路工程地质灾害种类及数量的综合量化指标，再辅以不同海拔地区的岩石寒冻风化系数，最终将相关单元以工程地质灾害危险度因子进行权重分级（4级），相关权重关系如表1。

表1 工程地质灾害危险度因子权重分级

将地质灾害分布叠加到新疆自然公路高山地区图中，根据表1的权重分级指标，通过自然裂点法，得出地质灾害因子值。将其值与arcgis软件结合处理，获得新疆高山地区公路地质灾害因子分布图，并将地质灾害因子值分为6个分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

3.2 地震裂度分区方法

新疆高山地区公路地质环境易损性主要是指受工程地质外应力作用破坏的程度及概率大小，利用地震烈度指标来综合反映新疆高山地区公路工程地质环境易损性分级。

新疆高山地区公路主要分布地区的地震烈度普遍较高，而且重点集中在中低山区，这主要是由于相关区域穿越天山地槽系，活动断裂较多，新构造运动十分强烈所致。

以地震烈度为分级体系的工程地质环境易损性分区权重比例分配如表2。

表2 工程地质环境易损性因子权重分级

工程地质环境易损性指标：地震烈度作为表现地震烈度的指标之一，在工程地震中得到广泛的应用。作为西部地区地震多发区的典型代表，新疆地区幅员辽阔，地震活动性强，尤其在高山地区公路所属的天山、昆仑山、阿尔泰山区，地震往往会诱发严重的工程地质及环境次生灾害，其作为工程地质环境易损性指标，具有典型的代表性价值。西部地区地震烈度的衰减关系，适用震级范围为面波震级5．0～8．0，距离0～400km，据此结合不同地震烈度区范围，赋予不同的易损性权重指标，权重因子为：≥Ⅸ为100%，Ⅷ为75%，Ⅶ为50%，Ⅵ为25%，＜Ⅵ为0%，将其纳入环境易损性评价体系。

根据不同的易损性权重指标，在环境评价体系中统计出的分值分布不均匀，采用自然裂点法能更能明显的区分和表达区域环境易损性，裂点即为分散的良好边界。

统计后的分值分为6个分隔段，即：＜4，5～7，8～10，11～12，13～15，16～24。

4 公路环境脆弱性分区特征

地质灾害因子主要选取工程地质灾害危险度和地震烈度两个关键指标来进行表征。通过对比分析发现，基于地质灾害因子的新疆高山地区公路环境脆弱性分区典型特征：

（1）将地质灾害因子值经arcgis软件结合处理，获得新疆高山地区公路地质灾害因子分布，如图1。

图1 公路地质灾害因子脆弱性分布

而通过arcgis软件处理后的新疆地震烈度空间分布图（如图2）和新疆地震烈度因子脆弱性分布图（如图3）分布状态基本耦合。

图2 地震烈度空间分布

图3 地震烈度因子脆弱性分布

（2）新疆高山地区区域所属山脉自南向北分别为昆仑山、天山、阿尔泰山，山脉海拔高度依次降低，山前基底埋深逐渐变浅；塔里木盆地海拔 （900～1400m）高于准噶尔盆地（250～550m），均反映出南部的印度板块是新疆大地构造格局形成的动力。在漫长的地质形成史上，新疆陆块板块经历了离散→聚合→裂解→拼合等复杂过程。板块的俯冲、碰撞、推覆形成新疆“三山夹两盆”的构造格局。

（3）山地则凹陷和褶皱剧烈，并遭受长期剥蚀，受到幅度巨大的褶皱断裂作用而成为一系列山脉，或被断裂分割成许多次一级楔形地块和山间盆地；盆地和山地的边缘地带是火山、地震和主要地貌变形的地带。

（4）地质灾害因子与环境脆弱性分区结果密切相关，工程地质灾害危险度高、地震烈度大的区域往往也是新疆高山地区公路环境脆弱性和易损性严重区域。

5 结语

（1）针对高山地区区域评价中，重点对新疆高山地区公路所在区域根据地质脆弱性进一步进行分级，即对三级自然区划中位于高山地区公路所在区域中的类型进行量化、细化、归类化的分级评价。

（2）通过采用地质灾害分布叠加到新疆自然公路高山地区图中，根据权重分级指标及自然裂点法，得出地质灾害因子值。

（3）采用将地质灾害因子值与Arcgis软件结合处理方法，获得新疆高山地区公路地质灾害因子分布图，并且将地质灾害因子值分为6个分隔段：＜9，10～14，15～18，19～23，24～29，30～15。

［1］关凤峻，沈伟志.全国地质灾害灾情分析与防治研究［J］.水文地质工程地质，2016（2）：7-10.

［2］张颖.滇西盆岭交错区公路地质灾害发育特征与治理对策研究-以G320国道保山至蒲缥段为例［D］.昆明：昆明理工大学，2015.

［3］巨玉文，齐琼，董震，郭知一.山西西部地区黄土地质灾害与降雨的关联性分析［J］.自然灾害学报，2016（1）：81-87.

［4］陈伟.西南山区城镇建设地质灾害风险管理控制方法［D］.成都：成都理工大学，2011.

［5］邓学钧.路基路面工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.

（责任编辑：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（汉族），陕西渭南人，工程师，主要从事水利工程运行管理工作，（Tel）15175227553。