沿河公路水毀災(zāi)害區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)識別研究

□馬保成 田偉平 范麗曉 朱英珍

沿河公路水毀災(zāi)害區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)識別研究

□馬保成 田偉平 范麗曉 朱英珍

沿河公路；水毀災(zāi)害；風(fēng)險(xiǎn)識別；徑流強(qiáng)度；孕災(zāi)環(huán)境；氣候因素；下墊面因素

我國公路地質(zhì)地形復(fù)雜多變，氣象條件時(shí)空差異較大，河谷水系分布廣泛。特別是在山區(qū)，公路多沿河設(shè)線、跨溝設(shè)涵，在氣候因素和下墊面因素的綜合作用下，洪水流量、流速一般較大，洪水期間發(fā)生沿河公路、小橋涵水毀及溝谷泥石流水毀（統(tǒng)稱為沿河公路水毀）的可能性較大。近幾年，我國公路水毀損失巨大，水毀防治形勢十分嚴(yán)峻。對存在沿河、跨溝公路水毀災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)進(jìn)行區(qū)域識別，是重要的災(zāi)前識別方法，有利于從宏觀上明確容易發(fā)生水毀災(zāi)害的區(qū)域（即水毀易發(fā)區(qū)），從而更好地實(shí)施各種水毀預(yù)防和治理措施。

風(fēng)險(xiǎn)識別（也稱為風(fēng)險(xiǎn)辨識）是用感知、判斷或歸類等方式對現(xiàn)實(shí)或潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行鑒別的過程。它是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的第一步，也是風(fēng)險(xiǎn)評估和風(fēng)險(xiǎn)治理的前提。其目的是找出災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)隱患，以及引起風(fēng)險(xiǎn)的主要因素，并對后果做出定性的估計(jì)。就公路工程而言，根據(jù)識別的精確程度和實(shí)際工作需要，可以分為區(qū)域路網(wǎng)上的風(fēng)險(xiǎn)初判、路線風(fēng)險(xiǎn)預(yù)判和路段風(fēng)險(xiǎn)詳判等3個(gè)層面。

風(fēng)險(xiǎn)識別與風(fēng)險(xiǎn)評估具有不同的內(nèi)涵，但是在實(shí)際工作中，二者的界限往往難以厘清。根據(jù)災(zāi)害學(xué)理論，災(zāi)害系統(tǒng)包括孕災(zāi)環(huán)境、致災(zāi)因子、承災(zāi)體和災(zāi)情等4個(gè)要素。災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估通常是在危險(xiǎn)性評估（重點(diǎn)針對致災(zāi)因子）、易損性評估（重點(diǎn)針對承災(zāi)體）的基礎(chǔ)上，最終完成災(zāi)害損失大小及其可能性的估計(jì)。災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識別則回答災(zāi)害的“易發(fā)性”問題，即某一地區(qū)（段）是否具備發(fā)生災(zāi)害的條件，以及可能發(fā)生的災(zāi)害類型和規(guī)模大小，并對其風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行簡易估計(jì)。由此可見，風(fēng)險(xiǎn)識別與災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃實(shí)質(zhì)上是同一概念，它主要是針對孕災(zāi)環(huán)境的宏觀自然屬性而進(jìn)行的。風(fēng)險(xiǎn)識別能夠以較小的投入，圈定出災(zāi)害易發(fā)區(qū)（段），排除不易發(fā)生災(zāi)害的地域，從而使得風(fēng)險(xiǎn)評估可以在潛在風(fēng)險(xiǎn)較高的地區(qū)優(yōu)先、進(jìn)一步深入開展，從一定程度上節(jié)省工作量、提高工作效率。

有關(guān)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識別、評價(jià)的研究近年來屢見報(bào)道。筆者在現(xiàn)有公路水毀研究資料分析的基礎(chǔ)上，通過收集現(xiàn)有的地理信息數(shù)據(jù)，立足于區(qū)域路網(wǎng)層面，利用GIS平臺對沿河公路水毀災(zāi)害的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)識別方法進(jìn)行分析。

一、公路水毀災(zāi)害區(qū)域孕災(zāi)環(huán)境因素分析

我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，公路建設(shè)持續(xù)完善，截至2012年底，全國公路總里程達(dá)423.75萬公里（未計(jì)香港、澳門特別行政區(qū)及臺灣省統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)），全國公路密度為44.14公里/百平方公里，路網(wǎng)通行能力和抗災(zāi)保通能力不斷加強(qiáng)，且仍處于快速更新狀態(tài)。另外，從區(qū)域?qū)用婵?，公路工程建設(shè)對區(qū)域水毀孕災(zāi)環(huán)境的影響程度也是有限的、局部的。因此，筆者著重考慮自然環(huán)境在公路水毀致災(zāi)過程中的主導(dǎo)作用，待公路網(wǎng)數(shù)據(jù)較為充分的時(shí)候，通過GIS緩沖區(qū)分析技術(shù)，再考慮區(qū)域環(huán)境中的路網(wǎng)因素。

沿河公路洪水水毀災(zāi)害是公路工程中十分多見的水毀類型之一，對公路及行車安全危害極大。從孕災(zāi)環(huán)境看，降雨、地質(zhì)地貌、植被等自然環(huán)境條件對沿河公路水毀的孕育和發(fā)展起關(guān)鍵作用，公路沿線小流域范圍內(nèi)產(chǎn)生的山洪和泥石流易引起小流域出口處的小橋涵發(fā)生水毀，順延河道的沿河公路路段則容易遭受河道洪水的侵襲。其承災(zāi)體主要是山區(qū)沿河公路路基路面及其防護(hù)工程結(jié)構(gòu)物、小橋涵、公路沿線附屬設(shè)施。強(qiáng)降雨引發(fā)的洪水、匯流是沿河公路水毀的主要致災(zāi)原因之一。

坡面、河川徑流的強(qiáng)度大小對沿河公路水毀具有直接的影響。不同區(qū)域的徑流量、水網(wǎng)密度和溝谷密度等自然條件會對公路工程產(chǎn)生不同程度的影響，對于公路水毀區(qū)域識別，可用徑流強(qiáng)度來綜合反映這些因素的影響大小。因此，徑流強(qiáng)度是一個(gè)綜合指標(biāo)。從徑流形成的機(jī)理和過程看，徑流強(qiáng)度的主要影響因素有降雨、植被覆蓋度、河網(wǎng)密度和溝谷比重（即溝谷面積占坡面面積比）。其中，降雨是形成徑流的必要的氣象水文條件，植被覆蓋度、河網(wǎng)密度和溝谷比重是眾多下墊面因素中的3個(gè)突出因子。河網(wǎng)密度大的地區(qū)，河川徑流強(qiáng)度通常也較大；坡面漫流的雨水通過溝谷匯集到河道，因此，在溝谷比重較大的地區(qū)，坡面、河川徑流強(qiáng)度相對較大。這些因素對徑流強(qiáng)度的影響因地而異，要綜合起來分析，既考慮單一因子的影響，也要考慮其綜合影響。

二、公路水毀災(zāi)害區(qū)域孕災(zāi)環(huán)境識別指標(biāo)

沿河公路水毀是暴雨引發(fā)徑流對公路工程結(jié)構(gòu)物直接作用的結(jié)果。因此，降雨徑流及其影響因素是重要的水毀易發(fā)區(qū)識別指標(biāo)?？紤]到公路工程的特點(diǎn)、現(xiàn)有研究資料及其精度，筆者從氣候因素（主要考慮降雨因子）和下墊面因素（主要考慮植被覆蓋度、河網(wǎng)密度、溝谷占坡面面積比3個(gè)因子）出發(fā)，用綜合反映這兩者關(guān)系的指標(biāo)——徑流強(qiáng)度，進(jìn)行沿河公路水毀災(zāi)害區(qū)域識別（風(fēng)險(xiǎn)初判）方法的研究。

降雨量決定暴雨洪水流量的大小。習(xí)慣上采用日降雨量來分析其對公路工程的影響。通過降雨數(shù)據(jù)資料的分析，選取“全國年日平均降雨量大于25毫米日數(shù)”作為降雨因子指標(biāo)，根據(jù)全國降雨日數(shù)的總體分布特點(diǎn)及其對沿河、跨溝公路水毀的影響程度，將影響度分為5個(gè)等級，并利用GIS形成圖件《中國年日（24小時(shí)）平均降雨量大于25毫米日數(shù)分布圖》，根據(jù)耕地、無植被、草原、灌木和林地5種植被覆蓋類型，利用GIS系統(tǒng)分析全國植被數(shù)據(jù)，將植被覆蓋度對公路水毀的影響劃分為5級，并對影響度加以賦值，據(jù)此編制了《中國公路植被覆蓋度圖》。河網(wǎng)密度是單位面積（1平方公里）內(nèi)的河網(wǎng)總長度，根據(jù)河網(wǎng)的分布特點(diǎn)和專家系統(tǒng)意見將其對公路的影響程度分為5級，并對影響度賦值，據(jù)此基于GIS編制了《中國河網(wǎng)密度圖》。采用坡度>25°地形面積占地區(qū)面積比來表征溝谷比重。利用GIS計(jì)算出各區(qū)的溝谷比重，將其對沿河公路水毀的影響強(qiáng)弱分為5個(gè)級別，并對影響度賦值（見表1所列），據(jù)此編制了《溝谷（大于25°）所占面積比圖》。

在分析降雨、植被覆蓋度、河網(wǎng)密度、溝谷比重等4個(gè)影響因子的基礎(chǔ)上，綜合考慮各因素對沿河公路水毀的作用，由這4個(gè)因子的影響度值通過加權(quán)求和構(gòu)成“徑流強(qiáng)度指數(shù)”。

表1 各因子分級及影響度值

三、沿河公路水毀災(zāi)害區(qū)域識別

1.公路水毀災(zāi)害區(qū)域識別圖件的編制

基于GIS空間分析功能，根據(jù)空間疊加計(jì)算各柵格單元的徑流強(qiáng)度指數(shù)。結(jié)果表明，徑流強(qiáng)度指數(shù)值Hc分布在0.13～0.87之間。分析其地域分布特點(diǎn)，將全國沿河公路水毀情況分為“較少發(fā)生”（0.13≤Hc<0.40）、“可能發(fā)生”（0.40≤Hc<0.60）、“易發(fā)生”（0.60≤Hc≤0.87）等3個(gè)區(qū)域，最終得出《中國沿河公路水毀區(qū)域識別圖》。由于各基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度有所不同，綜合后本圖件的精度可達(dá)到1∶800萬。

通過疊加公路網(wǎng)GIS數(shù)據(jù)，就可以分析沿河公路水毀的易發(fā)區(qū)（段），從而實(shí)現(xiàn)沿河公路水毀災(zāi)害的區(qū)域識別（風(fēng)險(xiǎn)初判）。其中，徑流強(qiáng)度指數(shù)及其圖件是區(qū)域初判的主導(dǎo)指標(biāo)，降雨因子、植被覆蓋度因子、河網(wǎng)密度因子、溝谷比重因子等4個(gè)因子及其圖件是區(qū)域初判的輔助指標(biāo)。這些指標(biāo)圖件配合使用，可用于分析?。▍^(qū)）級和全國范圍的沿河公路水毀發(fā)育現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，同時(shí)可以找出影響程度較大的因子，為有關(guān)交通部門防汛搶險(xiǎn)宏觀決策提供重要參考和依據(jù)。

2.區(qū)域識別結(jié)果分析

（1）水毀“較少發(fā)生”的區(qū)域包括大興安嶺、內(nèi)蒙古、天山山脈南北、青藏高原西部和北部等。對比全國公路網(wǎng)圖可知，該區(qū)公路密度小，且以低等級公路為主。隨著路網(wǎng)建設(shè)力度的加大，水毀的影響應(yīng)適當(dāng)考慮。

（2）“可能發(fā)生”水毀區(qū)域包括東北三省東部、華北平原、四川盆地、云貴高原東部、陰山山脈、黃土高原、祁連山以及青藏高原東、南部等。該區(qū)域發(fā)生水毀的可能性較大，應(yīng)重視公路水毀的影響。

（3）水毀“易發(fā)生”區(qū)域主要集中在遼東半島、武夷山及東南沿海地區(qū)、秦巴山區(qū)、橫斷山區(qū)、昆侖山地等。該區(qū)公路水毀的易發(fā)性大，應(yīng)加強(qiáng)汛期強(qiáng)降雨、洪水的預(yù)測預(yù)警工作。公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把水毀防治作為重要內(nèi)容，在公路養(yǎng)護(hù)管理中應(yīng)注意巡查，加強(qiáng)防護(hù)。這類地區(qū)屬于優(yōu)先進(jìn)行水毀評價(jià)和治理的地區(qū)。

四、總結(jié)

（1）厘清了災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識別的概念，指出風(fēng)險(xiǎn)識別與災(zāi)害易發(fā)性評價(jià)的工程意義相同；危險(xiǎn)性評價(jià)應(yīng)該在易發(fā)性評價(jià)的基礎(chǔ)上，更多地考慮致災(zāi)因子的影響作用，進(jìn)一步回答災(zāi)害在某一時(shí)期內(nèi)發(fā)生的可能性大小這一深刻科學(xué)問題，其難點(diǎn)在于風(fēng)險(xiǎn)概率的定量化。否則，危險(xiǎn)性評價(jià)仍然會降低為易發(fā)性評價(jià)，這是目前研究中較為普遍存在的問題。

（2）考慮降雨、植被覆蓋度、河網(wǎng)密度和溝谷比重等因素的綜合影響，基于GIS編制了《中國沿河公路水毀區(qū)域識別圖》，實(shí)現(xiàn)了沿河公路水毀災(zāi)害的區(qū)域初判。將全國沿河公路水毀劃分為“較少發(fā)生”、“可能發(fā)生”、“易發(fā)生”等3個(gè)區(qū)域。其中，徑流強(qiáng)度指數(shù)及其圖件是區(qū)域識別的主導(dǎo)指標(biāo)，降雨因子、植被覆蓋度因子、河網(wǎng)密度因子、溝谷比重因子等4個(gè)因子及其圖件，是區(qū)域識別的輔助指標(biāo)。由于各基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度、區(qū)域覆蓋程度等有所不同（如全國數(shù)字高程數(shù)據(jù)精度達(dá)到1∶25萬，而降雨資料的精度部分地區(qū)要低一些），綜合后各圖件的精度可達(dá)到（部分超過）1∶800萬。這些指標(biāo)圖件可用于分析?。▍^(qū)）級和全國范圍的沿河公路水毀趨勢，且效果較好。筆者提出的沿河公路水毀區(qū)域識別方法和GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理、分析能力，通過提高基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的精度、適當(dāng)修正或變更基礎(chǔ)指標(biāo)及其權(quán)重，可以將區(qū)域沿河公路水毀識別的精度提高到縣鄉(xiāng)級乃至更精細(xì)的程度。

（作者單位：西安科技大學(xué)；長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.10.025

西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目（編號2006 318 000 07）；陜西省教育廳科研計(jì)劃項(xiàng)目資助（編號14JK1484）