方山景区冰凌灾害隐患及其防治对策探讨*

杨志法 魏雪云 孙亚丽 韩振华 舒宁晖 张善福 郑 卫 颜卫彬 黄富君

(①中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029，中国)(②衢州学院，衢州 324000，中国)(③温岭市方山-长屿硐天旅游开发服务中心，温岭 317500，中国)(④温岭市方山景区，温岭 317500，中国)

0 引 言

位于浙江省温岭市大溪镇南约5ikm的雁荡山世界地质公园方山景区，不仅因在地形地貌上具有典型的方山地貌学特征而具有较高科学研究价值，而且它还位于我国西汉东瓯国境内，历史文化底蕴深厚，是我国浙东地区的一个重要景区。现场调查表明，方山景区的山顶地表平坦，但在它的四周却围有高约百米的陡崖，有些部位甚至出现反倾陡崖。另外，在方山的周边陡壁上出露有以陡倾角为主的多组结构面。它们在陡壁上组合切割出了大量尺寸不同的可能不稳定块体。作为例子，本文将要讨论的两宜亭景点就位于一座呈反坡特点的陡崖之下。

通过对两宜亭景点的实地调查，作者不仅看到了因陡崖落石而散落在地面草丛中的碎石块和被落石砸坏的两宜亭飞檐，而且还看到2017年冬天被冰凌砸坏的两宜亭亭顶，以及位于亭旁游路上的石板和石栏杆。另一方面，由于两宜亭造型雅致(图1)，所在环境有悬崖飞瀑、绿树成荫，并有杜鹃花点缀，景色秀美，所以有大量游人入内观赏。更有甚者，在冬天出现冰凌时，尽管景区设置了禁入警示标志，但仍有人冒险入内接触冰凌。因此该景点发生地质灾害的风险较高。

图1 位于高达90im的反倾陡坡下造型秀美的两宜亭

应当指出，关于地质灾害隐患及其防治是工程地质学的主要研究课题之一。为了防治各种地质灾害隐患，国内外的研究者在地质灾害成因、发生风险预测预报和防治对策等方面作了大量的研究工作，无论在理论上，还是在方法技术都取得了很大的进展：

(1)在地质灾害的成因方面，可举以下例子，郑光等(2018)就贵州普洒村崩塌灾害的成因开展了研究；董秀军等(2015)就贵州显龙场镇山体崩塌的成因等问题开展了研究。

(2)在发生地质灾害风险分析方面，作为例子，罗进等(2019)从模糊概率理论出发对边坡落石灾害风险进行了评估；张路青等(2004，2005)对危岩落石、滚石的发育条件的影响因素进行了评分，并据此对危岩落石的危害程度作出评估；美国俄勒冈交通部建立了落石灾害评级系统(Rockfall Hazard Rating System，RHRS)(Federnal Highway Adminstra tion of USA，1993)；加拿大国家铁道部也建立了落石灾害和风险评估系统(RHRA Rating System)(Pritenard et al.，2005)等。

(3)在地质灾害的预测和防治方面，例如：王思敬等(1994)就滑坡预报方法提出了趋势序列方法，并用于滑坡预报；马贵臣(2019)在他的论文中针对落石防灾中所存在的关键课题，提出并论述了落石防灾中的几个关键技术问题；刘传正等(2012)则主张将保护地质环境和地质灾害的防治相结合，以便更有效地达到减轻地质灾害的目的等。

综上分析，在工程地质领域中，相关研究确实取得了很大进展，但应用于旅游景区的工程地质论著却很少。

考虑到目前我国山区旅游正处于快速发展之际，但在相应的山区旅游规划方面，有关如何防治地质灾害方面的研究和科普都不足以应对各种山地旅游地质灾害的发生，特别是在随机性较强的崩塌和落石灾害问题的防治方面。例如，2015年3月19日广西壮族自治区桂林市叠彩公园景区的游船码头所发生的落石灾害，导致多人伤亡；又如，2018年5月5日发生于湖北恩施大峡谷景区的落石事故(谭元斌，2018)和同年7月11日发生于张家界景区的落石事故也都造成了人员伤亡(肖鑫等，2018)等。因此，工程地质学在山区景区中防治地质灾害(包括本文所论述的较为罕见的冰凌灾害在内)方面大有可为。

为了彻底防治上述风险较高的地质灾害隐患，作者遵照山区旅游安全第一的原则，并充分考虑山区地形和地质特点，以及观景的需要，提出了山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)。其目的是为贯彻落实好习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”伟大号召，把工程地质学理论方法应用于山区旅游规划，即通过两专业的结合，进行地质灾害防治，为正处于发展中的山区旅游业保驾护航。

另外，让我们再来分析一下我国旅游规划领域的研究者们对地质灾害防治方面的研究。例如，皮常玲和郑向敏曾对我国2017～2018年旅游安全形势进行分析，认为2017年旅游“安全事件的发生地点以地文景观类景区为最”、且具有“涉旅自然灾害具有多发性与多样性”的特征，所以她们指出，应“按照安全发展理念，秉持红线意识，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”方针”、“重视预防预备：强化风险的先期控制”和“强调监测预警：实现风险的有效监管”等(皮常玲等，2018)；李新娟在她的“山地景区旅游安全风险评价与控制”一文中认为山地景区的“旅游安全风险一般高于非山地景区五倍以上”，所以该文提出“以旅游安全为主要目标进行科学规划设计，尽可能地在规划设计上避开安全隐患较多的区域”(李新娟，2010)。这一观点与作者根据山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)所提出的“能避则避，不能避时，再做工程处理”的方法不谋而合。本文将论述，如何采用上述山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)来防治方山两宜亭景点所发生的相对罕见的冰凌灾害隐患。至于该景点曾发生的落石灾害及其防治问题，作者已在另一篇论文(杨志法等，2019)进行了讨论，故本文不再赘述。

1 方山两宜亭景点概况

图2给出了方山景区的地貌学主要特征：四周陡峭，但顶部为一块较平坦的台地。另外，人们在方山顶部的台地上还修建了一个称为下天湖的小型水库(图3)。

图2 以熔岩台地为特征的方山

图3 修建于方山顶的下天湖水库

另外，位于方山景区北侧陡崖下的两宜亭景点，修建在方山景区的白龙瀑景点以西、大象岩景点以东的一处高约90im的反坡陡崖下的平台上。该陡崖的走向约为N65°E。图1和图4都给出了作为两宜亭景点的标志性建筑，即一座整体呈相交双菱形的、造型秀美雅致的两宜亭的照片。

图4 两宜亭景点附近的地形及两宜亭照片

另外，图5还给出了该景点的平面分布图，而其中的两宜亭的位置如图5的L′S′M′R′V′I′W′Q′所示。该图还给出了两个位于景点南侧陡崖脚下的小岩洞。据计算该景点的地面面积仅为370im2，但景色秀丽，因此仍有不少游客来此游玩。但因两宜亭景点位于反坡陡崖之下，所以落石和冰凌较易发生。根据实地测量，上述陡崖顶部北缘在该景点地面上的垂直投影线为AB点划线(图5)，所以该景点被反坡覆盖面积达250.14im2(其中不包括两个小岩洞的面积)，约占该景点总面积的67.6%之多。换言之，在两宜亭景点的AB点划线以南AA′线以西，BB′以东和A′C′D′B′线以北这块面积上活动的游人都处于上方岩面上所产生的落石和冰凌(冬季)隐患的威胁之下。

图5 两宜亭景点及其游路平面图

2 方山地形地貌、气候和地质条件概述

2.1 地形地貌

方山是典型的流纹岩平台地貌遗迹，具有熔岩台地特征，并因形态而得名“方山”。它在长期风化中，逐步形成了以沿着火山岩层面发育而形成的较平坦顶部台地。但在平台四面被悬崖围限，并沿着陡倾角节理面发育而成四周陡崖的特征。在平台上，因自然风化形成各种圆滑的缓丘、凹地、浅潭地貌。由于分布在方山顶部的向北西倾斜的流纹岩地层有一定的分层性，使得方山平顶整体上表现出一定的阶步特征，如图2所示。

2.2 气候特征

该地区具有亚热带气候特征，受海洋性气候影响明显。它四季分明，光照适宜，早春回温迟，秋季降温慢，无霜期长。气候温暖湿润。年平均降雨量约为2000imm。在每年的8～9月进入台风季节时，降雨量大增。方山的年平均温度为16～19i℃，但在进入冬季(在方山当地，冬季主要指一年的12月份到下一年的1月份和2月份)后，某些天的室外温度可降至零下。

2.3 方山地质条件概述

2.3.1 区域地质条件

作为雁荡山世界地质公园的一个重要组成部分，在方山一带广泛分布着火山岩地层。根据有关地质资料(浙江省区域地质调查大队三分队，1979；浙江省地质矿产局，1989；浙江省区域地质调查大队七分队，1995；冯长根等，1995)，在温岭一带主要分布有白垩系上统的磨石山群火山岩地层，自下而上分别为西山头组、茶湾组和九里坪组，具体如表1所示。

表1 地层单元划分简表

2.3.2 两宜亭景点的工程地质条件分析

现场考察表明，图2所示的方山景区南边界的高陡反坡为九里坪组地层(表1)：其上部为碎斑流纹岩，下部则为流纹质含角砾玻屑凝灰岩等。对从现场所取岩样进行实验室岩石力学试验的结果显示，位于该高陡反坡下部的流纹质含角砾玻屑凝灰岩的强度较高，其岩石的抗压强度约为60iMPa。但在该高陡反坡岩体中许多部位都被多组结构面(表2)的组合切割成小块体(图6)。

表2 参与两宜亭高陡反坡岩体切割的4组结构面和产状

图6 位于两宜亭景点反倾陡崖下部岩体破碎情况

按照谷德振先生所提出的岩体结构分类标准(谷德振，1979)，可把这部分的岩体结构划归为镶嵌结构。作者综合各方面情况，将它的工程地质条件评价为“中等”或“较差”。另外，据对其中落在下方草地上的164块落石的调查(图7)发现最大和最小块体的体积分别为1971icm3和2.7icm3，平均体积为185.32icm3(杨志法等，2019)。

图7 落石调查中的49块落石情况

3 高陡反坡冰凌灾害隐患分析

3.1 关于冰凌灾害的以往研究

有关冰(包括冰凌)的灾害的报道，多是涉及到处于寒冷地带的大河(例如我国黄河等)在天气回暖后因河面结冰解冻而形成的漂在河道上的冰块发生阻碍航运等问题(彭涛，2015)。另外，冰凌在一定条件下也因挂在一些高压输电线上而可能危及这些高压输电线的运行安全(李干，2017)。至于山区景区中的冰凌，它在一定条件下对旅游安全也构成了很大威胁，但在工程地质领域中相关研究却很少。尽管如此，但却十分重要。

3.2 关于两宜亭及其东北侧石板路和石栏杆被落下的冰凌砸坏后的情形

2016年12月～2017年1月初，因方山的气温较低而在景区多处出现冰凌现象。其中相当多的冰凌挂在陡崖，包括本文所探讨的位于两宜亭景点上方的反坡陡崖边上的一些冰凌。图8给出了部分例子。

图8 方山两宜亭景区陡崖在2016年12月～2017年2月出现冰凌现象的例子

2017年2月初，从两宜亭景点的反坡陡崖顶上落下了不少冰凌。万幸的是，它们没有砸到游人，但砸坏了两宜亭本身和位于该景点东北侧的石板路及路侧的石栏杆：对于两宜亭，图9给出了被冰凌砸坏的亭顶和位于东侧内凹部分的飞檐(见图5的③、②号点)。至于图10～图12，则给出了被冰凌砸坏的位于该景点东北侧长约15im的石板路的一部分及位于路旁的部分石栏杆，如图5的A-A′所示。显然，砸坏景区内的建筑物也是一种灾害，故作者将之称为冰凌灾害。

图9 被冰凌砸的两宜亭

图10 两宜亭景点的部分石板路及其路旁的石栏杆被冰凌砸坏后的情形

图11 被冰凌砸坏的两处石板路的局部照片

图12 被冰凌砸坏后的石栏杆柱顶的照片

这里，还有一个问题值得关注，即为什么早在2016年12月底到2017年1月初方山就已经形成了冰凌，但却到2017年2月该处才发生冰凌落下并导致上述冰凌灾害呢？据作者分析，至2017年2月时，气温已变得稍高，因此一些冰凌与岩面接触的“根部”已出现了一定程度的融化，并变得较细。结果，因变细的“根部”拉不住冰凌自身的重量，而导致整条冰凌快速下落。毫无疑问，这些垂直下落的冰凌将对进入该景点的游人的安全及相关建筑物本身都构成了很大的威胁。

3.3 关于两宜亭反坡陡崖坠落冰凌引发冲量的评估及后果分析

3.3.1 评估参数的确定

为评估两宜亭景点冰凌坠下可能引发的砸到游人和建筑物等灾害的危害程度，首先需要确定评估参数，包括冰凌的重量、坠落的距离、坠落速度、砸到人或物时的冲量及冲力等。一般而言，冰凌的重量越重，砸到人或物引发的危害程度越高。通常，在选定评估参数时应考虑以下两条原则：第一，必须能准确确定其量值，如上述的冰凌的重量和坠落距离等；第二，可考虑各种主要影响因素，例如：冲量考虑了冰凌的重量、坠落距离、坠落速度等因素；又如冲力，它不仅考虑了上述冲量所考虑的全部因素，而且还包括冲量和冰凌砸中物体时两者作用的持续时间Δt，较为复杂。所以仅就以研究两宜亭景点冰凌灾害隐患及防治对策为主题的本文来说，选冲量作为评估冰凌砸到人或物所产生的危害程度的参数较为合适。可以肯定，冰凌重量越大、坠落距离越高，其冲量越大，所造成的危害程度也就越高。

3.3.2 冰凌重量及坠落距离的调查

为了分析冰凌下落砸中建筑物时的冲量，首先需要调查冰凌的重量和下落的距离。

3.3.2.1 冰凌的平均重量

据现场调查，砸坏两宜亭和石板路、石栏杆(图9～图12)的代表性冰凌的长度B大约为0.5im，直径约为0.03im。据此可计算得到他们的重量，约为0.283ikg。

3.3.2.2 被坠落冰凌砸坏的建筑物各点到相应冰凌落点距离的确定

从图9～图12所示的各被砸点到原挂在正上方的冰凌的头部的垂直距离Xi，是分析冰凌砸中物体时冲量的必需参数。在确定各被砸点的Xi值时，分析了如下条件：第一，该反倾陡坡基本上是一个倾斜的平面，而它的根部为A′C′D′B′(图5)；第二，该平面的上边界到该景点的垂直投影为图5所示的点划线AB，而上边界各点到AB相应的垂直距离平均为90im。据此，可逐一计算得到图5所示的被冰凌砸坏的5点②、③、④、⑦、⑧的相应的垂直距离X②、X③、X④、X⑦和X⑧，如表3所示。

表3 建筑物被冰凌砸坏的各点到原挂在其上方的冰凌头部的垂直距离Xi

3.3.3 有关砸坏两宜亭亭顶③实例的冰凌冲量估算

3.3.3.1 估算方法

首先，采用自由落体运动公式来计算冰凌的速度V(m·s-1)，即：

(1)

式中：g为重力加速度(m·s-2)；X为冰凌头部到被砸点的垂直距离(m)。

第2步，拟采用下式来计算冰凌落下的冲量I：

I=mν2-mν1

(2)

式中：ν1和ν2分别为两物体碰撞前和碰撞后的瞬时速度(m·s-1)。

其中的ν1可由式(1)求得，即：

(3)

这里需要说明下面各式所用的字母都将因为所针对的被冰凌砸坏的点号不同而在下标中加注了带圈的相应点号。这些下标加注仅为了标识不同的点号，并无数学力学上的意义。

3.3.3.2 两宜亭亭顶处冲量的估算

拟选被冰凌砸坏的亭顶一事为例，简述相应冲量的估算方法。

(1)冰凌下落距离X③的确定

在图9a所给出的被冰凌砸坏亭顶的实例中，从被砸坏点的③号点(图5)到造成这次砸坏事件发生的冰凌头部之间的垂直距离X③(表3)为：

X③=X′③-X″③-B=62.43-6.96-0.5

=54.97 m

(4)

式中：X′为③号点正上方冰凌尾部到地面的垂直距离(m)；X″为③号点到地面的垂直距离(m)。

另外，由第3.3.2.1节有关冰凌长度B的现场调查，可知：

B=0.5 m

(5)

(2)被冰凌砸中时的速度v③的计算

根据式(1)，可得当被冰凌砸中时的速度v1，③为：

ν1，③=32.824 m·s-1

(6)

式中：v1，③为③号点被冰凌砸中时的瞬时速度(m·s-1)。

(3)③号点冲量的估算

若假定：

ν2，③=0

(7)

式中：v2，③为③号点被冰凌砸中后的瞬时速度，并由3.3.2.1节所定的冰凌重量0.283ikg，可由式(2)得到③号点的冲量为：

I③=-mv1，③=-91.034iN·s

(8)

3.3.4 其他4个被冰凌砸坏实例的冲量估算结果

表3共列出了5个被冰凌砸坏的实例，由于计算方法都与上述被砸坏亭顶的冲量估算方法相同，故仅把其他4个实例的冲量估算结果列于表4，而略去计算过程。

表4 5个被冰凌砸坏实例的冲量估算结果(绝对值)

3.4 冰凌灾害后果分析

在第3.3.1～3.3.4节中作者给出了相关2017年2月冰凌砸在两宜亭景点建筑物时引发冲量的分析结果。至于上述各点的冲量所造成的冰凌灾害的严重性则可从图9～图12得到验证，幸未伤人。但可以肯定，两宜亭景点存在着严重的冰凌灾害隐患。如果不消除所造成隐患的因素，那么根据安全领域中的著名墨菲定律，作者认为只要发生伤人事故的可能性存在，那么无论该可能性多么小，这个事故迟早会发生的(崔全会等，1999)。显然，对于方山两宜亭景点来说，关键之点在于如何通过该景点的落石和冰凌安全隐患的防治，大幅度地降低相关风险，甚至降为零。只有这样，才能确保该处的旅游安全。

4 防治对策探讨

根据上述对冰凌在不同条件下砸坏两宜亭景点的建筑物时的冲量的估算，可以得出这样的结论：与2013年夏季所发生的落石砸坏两宜亭飞檐事件(杨志法等，2019)一样，2017年2月所发生的冰凌砸坏两宜亭的亭顶和飞檐及石栏杆、石板路事件，也是一种地质灾害。当然，在上述两次地质灾害中都幸而未伤人，且景区在事件发生后都采取封住该景点入口的安全措施(包括设立禁入牌)，但仍发现有游客无视规定而偷入两宜亭景点游玩，甚至在冬季有人违规闯入来摘冰凌等现象。不难设想，虽然入口处已被封住，但在有人违规偷入的情况下，方山两宜亭景点发生地质灾害的风险仍然很高。因此，上述封堵入口的措施不足以防治相关地质灾害，景区仍需要进一步研究防灾的对策，以确保旅游安全，且又保证两宜亭景点的观赏价值。

4.1 防治的理论依据

为了解决山区旅游面临的地质灾害隐患(包括上述方山两宜亭景点的安全隐患)所带来的安全威胁，作者在本文引言中就提出了把工程地质学中有关地质灾害防治的原理和方法应用于游路规划，通过实现两专业的结合，发挥两者各自优势，为山区旅游的发展保驾护航。因此可从上述的山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)出发，来制定有关两宜亭景点冰凌和落石地质灾害隐患对策。

4.2 关于方山两宜亭景点安全隐患防治对策的建议

就方山旅游景区的管理而言，确保游客安全是第一位的。当然，在确保旅游安全的前提下，也要保证景区的观赏性。但就两宜亭景点冰凌和落石等隐患的防治方法而言，如采用诸如对崖面进行锚喷或在景区范围内建大面积防石棚等工程方法，是不可考虑的，因为不仅工程花费巨大，而且全无观赏价值，甚至毁了该景点的观赏价值。因此，作者主张从上述山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)采取“游路避让”的对策，来达到确保旅游安全和兼顾观景的目的。

关于两宜亭景点落石灾害(杨志法等，2019)和冰凌灾害的统一防治问题，作者提出了如下对策：

4.2.1 对策一：仿古建筑的搬迁和游路的绕避

对于两宜亭景点，为了确保游人安全，并避免相关建筑物被继续砸坏，作者建议把该景点的唯一仿古建筑两宜亭搬到仍可观赏该景点由陡崖、飞瀑、绿树等组成的美景的北侧游路上(图5)。图13给出了从西南向东北拍摄的这段游路的景象，而图14则给出了作者所建议的把两宜亭从图5所示的原址搬到设在上述北侧游路新址后的分布图。需要说明的是：考虑到北侧游路(仅宽约3.2im)较窄，建议采取如下六点措施：第一，通过调整搬到新址后两宜亭放置的角度，即把两宜亭较窄的宽度方向基本上与北侧游路的长向方向垂直：让原址上的两宜亭长向方向Q′R′(图5)顺时针转58°，作为新址的QR(图14)；第二，使新址WIVRMSLQ上的两宜亭伸进围墙FPi2.3im深，使亭最靠南的两点W和V(也即原址上的W′和V′)的连线距与图5和图14所示的点划线AB(即陡崖顶北边界在景点平面图上的投影)之间的距离至少有2.0im，作为防落石的安全储备；第三，对亭下游路的矮坡，采取加固的方法，向亭下游路方向扩0.5im(图14)。加上原游路的宽度3.2im和伸进围墙FP的2.3im，共6im可作为新址建造两宜亭的地基，并留有约0.7im宽度，可在北侧游路的北侧路边设置一石栏杆T1D1B1，以确保游客安全(图14)；第四，把原北侧石栏杆FP段(图5)改为FGHTJKP折线形石栏杆(图14)，并设一禁入牌，阻挡游客靠近上述AB点划线，以防陡崖顶上下来的落石和冰凌伤人；第五，为移到新址的两宜亭，抬高地基约0.5im，以达到登高望远的目的；第六，为图14所示的新址两宜亭的入亭段QL和出亭段MR各设一台阶(即入亭台阶①和出亭台阶②)，使游客可方便地进亭休息，并观赏南北侧美景。因此两宜亭本身也可以作为具有江南特色的“路廊”之用。

图13 位于两宜亭景点北侧的一段东西向游路

图14 把两宜亭移到新址后的景点平面图

还应指出，上述两宜亭搬迁的对策，还可使该景点的面积增加了约80im2，也即新的两宜亭景点的总面积可达450im2，为原面积370im2的1.2倍。

4.2.2 对策二：仿古建筑原址种植花草灌木

针对所设的阻入石栏杆和警示标志仍有可能不足以禁止所有游人进入该景点这一难题，建议在两宜亭搬迁后空地(图5)上密种灌木丛类的花木。这样，既可让在两宜亭休息和行走在这条北侧游路上的游客观赏杜鹃花等花木的景色，使观赏价值得到提升，也可有效地防止个别游人的违规闯入，以确保他们的安全。具体措施为：可考虑采用条带状密植不同颜色的灌木丛类植物，例如在路边可种植开红花的杜鹃，再往里为开黄花的杜鹃，接着为开白花的杜鹃、开红花的红花檵木、常年绿色的冬青、开黄花的迎春花、出红叶的红叶石楠等。这些相间排列的颜色不同的密植灌木丛或可产生“彩虹”般的观赏效果。它们不仅可带给游人赏心悦目的体验，还可有效地阻止有些游人违规爬过石栏杆进入具有落石和冰凌隐患的园区，达到确保游人安全的目的。

5 结 论

(1)由于世界地质公园方山景区两宜亭景点的特殊地形地貌、地质条件和气象条件，而频发落石和冰凌等地质现象，给入园游玩的游人及建筑物的安全造成了严重威胁，发生地质灾害的风险较高。

(2)为了对上述出现在两宜亭景点的落石和冰凌等灾害隐患进行有效的防治，作者主张根据山地旅游规划工程地质方法(杨志法等，2014)采取改变游路的措施，即提出了把已有损坏的两宜亭建筑搬迁到严重隐患区以外的安全区(即该景点北侧游路上)，并在原址密植杜鹃花等灌木丛类植物，不仅可有效地达到防止游人冒险进入灾害隐患区，确保安全旅游的目的，而且还可提高两宜亭景点的观赏价值。