基于GIS以及中巴公路线路廊道的冰川泥石流严重区段铁路减灾选线策略

苏 玥, 邓 桃, 韩 笑

(西南交通大学土木工程学院， 四川成都 610031)

许多学者对冰川泥石流以及中巴公路沿线的泥石流进行过研究，铁永波[1]等总结了冰川泥石流形成机理的研究现状；邓养鑫[2]阐述了冰碛向冰川泥石流堆积的转化过程，提出了区分两者的判别依据；徐道明[3]等总结了我国冰川泥石流灾害的分布以及防止冰川泥石流的原则；王景荣[4]对中巴公路喀什至塔什库尔干路段的冰川泥石流的危害分布和形成原因做了综述，并提出防治措施；邓恩松[5-6]等对中巴公路奥布段降雨型和冰川型泥石流进行了危险性评价，并提出泥石流危险系数计算公式；廖丽萍[7]等总结了中巴公路沿线泥石流灾害的主要危害类型，并针对典型病害的防治提出改进措施；胡进[8]等对中巴公路沿线冰川泥石流的形成原因进行了分析，并采用多因素综合评估法对沿线典型冰川泥石流进行了危险性评估；以上研究均为未来中巴铁路的修建提供了参考。

本文以帕隆藏布流域冰川泥石流堵河灾害为例，针对中国到巴基斯坦选线廊道冰川泥石流灾害严重区段索斯特-吉尔吉特段，从线路的全生命周期以及节省工程投资的角度出发，通过GIS强大的数据管理和空间分析能力，分析冰川泥石流对此区域线路选择方案的影响，并最终给出此结论下的合理的选线建议。

1 索斯特-吉尔吉特泥石流危险性分析

通过GIS对13条索斯特至吉尔吉特大型冰川泥石流沟纵剖面进行绘制(图1)，并对提取的数据(表1)进行分析，根据泥石流沟的数量化综合评判法则进行危险性分析[9-10]，影响因素采用：

图1 索斯特-吉尔吉特泥石流沟纵剖面

(1)崩塌、滑坡及水土流失(自然和人为活动的)严重程度。

(2)区域构造影响程度。

(3)河沟纵坡。

(4)流域植被覆盖率。

(5)岩性影响。

(6)流域面积。

(7)流域相对高差。

(8)河沟堵塞程度。

(9)泥沙沿程补给长度比。

(10)沟口泥石流堆积活动程度。

(11)沿沟松散物储量。

(12)沟岸山坡坡度。

(13)产沙区沟槽横断面。

(14)产沙区松散物平均厚度。

(15)河沟近期一次变幅。

随着全球气候的变暖，加剧了冰川的消融，冰湖面积扩大故崩塌、滑坡及水土流失的影响程度定为B，冰川泥石流的物源丰富，气候变暖和冻融循环都会给沟谷带来大量的冰碛物、岩石碎屑和松散的固体物质，故泥沙沿程补给长度比和沿沟松散物储量部分泥石流沟(编号7、12、13)影响程度定为B，其余定为A;高海拔地区岩石风化严重，故岩性影响程度定为C;整个区域都属于强隆盛区并处于主喀喇昆仑逆冲断裂带(MKT)和主地幔断裂(MMT)之间[11]，但索斯特到吉尔吉特段地震灾害并不严重故区域构造影响程度定为B；河沟近期一次变幅影响程度定为C；其余影响因素的量级划分均从航卫片解译得到，其严重程度如图2及表2所示。

表1 冰川泥石流槽谷参数

图2 索斯特-吉尔吉特冰川泥石流危险性

2 索斯特-吉尔吉特段的冰川泥石流区铁路选线建议

帕隆藏布流域和索斯特到吉尔吉特段都属于强隆盛区，河流下切侵蚀剧烈，原来的U型冰川槽谷正在向V型谷转换，上游受隆盛影响较小为U型谷，为泥石流的物源的积累提供了良好的条件；相反，下游受隆盛的影响较大，构造隆盛本身造成山体变陡同时造成侵蚀基准面下降，河床不断下切为V型河谷，这些都为泥石流的发生提供了理想的地形条件。

表2 泥石流沟影响因素评分

帕隆藏布流域分布着我国典型的海洋性冰川区，我国提出修建的川藏铁路经过这片区域。海洋性冰川与大陆性冰川无论在形成过程和危害程度上都存在很大的差别；海洋型冰川区由于其本身的性质就决定了区域内地质灾害的严重性与复杂性，同时也必然会造成对该区域人类经济活动的严重影响，而大陆型冰川的泥石流爆发次数少、规模小，并且主要分布在人迹罕至的区域，与海洋性冰川引发的地质灾害和对人类的危害程度相比，大陆性冰川的危害较小。而索斯特至吉尔吉特段的冰川均为亚大陆性冰川又称复合型冰川，亚大陆性冰川在降水、冰温、流动速度等方面均介于海洋性冰川与大陆性冰川之间(图3)，推断冰川泥石流对建筑物的危害也应介于两者之间，所以借鉴川藏铁路修建时采取的冰川泥石流选线策略再结合本段的实际情况进行选线无疑是更加安全合理的。

图3 冰川类型分界

索斯特到吉尔吉特段由于河流侵蚀下切强烈、河谷呈“U”形。对于横向河谷两岸山坡，中上部基岩裸露、地形陡峻，中下部河流Ⅰ～ Ⅲ级阶地发育，下部河谷深切、地形较陡，周围群山林立，海拔均在5 000m以上且终年积雪，冰川十分发育；在侵蚀作用下形成的冰川谷，横断面呈抛物线形或“U”字形，谷底平缓开阔，两壁边坡陡峭；在河床两岸因冰川物质堆积形成冰水扇、冰水阶地。独特的地质、地貌、水文及气候条件的综合作用形成了线路廊道区域的高山积雪及冰川生态环境，进而也构成了爆发冰川泥石流的3个基本条件：丰富的松散固体物源、合适的地形及充足的降雨在本区域非常发育，即广泛分布的大量冰碛物及冰雪崩积物、复杂多变的地貌及高而陡峭的山体及充足的水源——高山冰雪融水、冰崩雪崩融水或冰湖溃决水。

根据这种情况主要采用沿线路前进的方向采用饶避方案，或者采用隧道通过；此外，考虑到泥石流堵河造成干流水位大幅提高，线路需大段落采用高线位方案，以避免干流中发生超常水害，但一般线位越高投资越大，因此如何利用有利地形控制工程投资便成为了技术关键。帕隆藏布流域分布的冰碛台地具有良好的工程性质，在帕隆藏布流域利用山麓地带的冰碛台地布线，成为在高程上饶避冰川泥石流堵河的良好案例。 而索斯特至吉尔吉特段分布有工程性质良好的阶地或冰碛台地，从线路的全生命周期考虑，建议采用隧道和高线位方式利用阶地通过冰川泥石流区域。

3 结论

(1)索斯特-吉尔吉特段的冰川均为亚大陆型冰川，我国目前并没有直接针对在此区域的铁路选线策略；而帕隆藏布流域的冰川均属于海洋性冰川，我国在正在修建的川藏铁路通过帕隆藏布流域，借鉴川藏铁路修建时采取的冰川泥石流选线策略再结合本段的实际情况进行选线是更加安全合理的。

(2)山区沿河线一般线位越低、投资越省，但抗灾能力越弱；反之线位越高、投资越大，抗灾能力越强。应从线路的全生命周期出发，采用隧道和高线位方式利用工程性质良好的冰碛台地或者阶地通过索斯特-吉尔吉特段的冰川泥石流区域。