彭仁濤　申鎮(zhèn)豪

摘要：泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害是影響山區(qū)高速公路運(yùn)營安全的主要因素之一，而它們的主要誘發(fā)因素之一是強(qiáng)降雨過程，因此在雨季常常發(fā)生大量的泥石流、滑坡災(zāi)害。本文利用GIS技術(shù)建立了山區(qū)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)的技術(shù)框架，用以對雨情的分析以確保行車安全。并將其應(yīng)用到對西昌-田房高速公路的管理上，為該高速公路的安全運(yùn)營提供決策支持。

關(guān)鍵詞：高速公路；地理信息系統(tǒng)；降雨量；管理系統(tǒng)

西部山區(qū)地形陡峻，地質(zhì)條件復(fù)雜，由于泥石流、滑坡等造成的公路斷道和交通事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了高速公路的行車安全和運(yùn)營[1]。對作為串聯(lián)系統(tǒng)的交通干線而言，危害極大，一處斷道，全線癱瘓。如何在高速公路的運(yùn)營中，對沿線的泥石流、滑坡等災(zāi)害進(jìn)行有效的預(yù)測和預(yù)防，這是我國西部山區(qū)高等級公路建設(shè)和運(yùn)營面臨的重大課題之一。

泥石流和滑坡的誘發(fā)主要因素之一是強(qiáng)降雨過程，因此在雨季，常常引發(fā)大量的泥石流、滑坡災(zāi)害。

研究表明：泥石流并不一定在一次暴雨過程結(jié)束以后才發(fā)生，而往往在暴雨過程中由于短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)集中降水誘發(fā)形成。當(dāng)日雨量達(dá)140毫米以上的暴雨過程中，如若出現(xiàn)1小時(shí)、3小時(shí)和6小時(shí)最大降水分別為40毫米、80毫米和100毫米以上就會誘發(fā)泥石流發(fā)生。而當(dāng)日雨量達(dá)300毫米以上時(shí)，若出現(xiàn)1小時(shí)、3小時(shí)和6小時(shí)最大降水量分別為60毫米、100毫米和200毫米以上，會誘發(fā)形成較重或嚴(yán)重的泥石流。1988年5月21日發(fā)生在閩北地區(qū)的一次嚴(yán)重泥石流，就是在特大暴雨過程中，1小時(shí)最大降水量達(dá)68.7毫米，4小時(shí)20分內(nèi)最大雨量達(dá)141.7毫米的情況下形成的。通常認(rèn)為泥石流的發(fā)生與前期有較長時(shí)間的降水有關(guān)。在先有較長時(shí)間降水的情況下，由于土層含水飽和，徑流系數(shù)加大，匯流時(shí)間縮短，使地表滑動力和內(nèi)水壓力加大，又遇突發(fā)性強(qiáng)暴雨，就更容易發(fā)生泥石流。但調(diào)查分析還認(rèn)為，即使前期少雨的情況下，短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)集中暴雨同樣也可以誘發(fā)泥石流，只是在這種情況下，暴雨的強(qiáng)度比前者要大。因此，汛期季節(jié)是泥石流發(fā)生的主要季節(jié)。并且我國西南諸省區(qū)地處第一臺階和第二臺階，長期處于地殼上隆過程之中，地震活動頻繁、地形切割劇烈、地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、巖土體支離破碎，再加上西南地區(qū)降水量和強(qiáng)度較大，因而泥石流、滑坡發(fā)育強(qiáng)烈[2]。因此對高速公路沿線的降雨量進(jìn)行及時(shí)有效的分析，可以預(yù)測泥石流、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，從而減輕其對高速公路運(yùn)營安全的影響。

目前GIS技術(shù)在道路安全[3]、地質(zhì)災(zāi)害管理[4]、滑坡泥石流防災(zāi)減災(zāi)[5]的研究中得到了廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合 GIS平臺強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)存儲、管理、分析等功能，建立了山區(qū)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)的技術(shù)結(jié)構(gòu)框架，并將其應(yīng)用到對西昌-田房高速公路的管理上。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

在本系統(tǒng)中所面對的主要問題是降雨量對公路沿線存在泥石流、滑坡地質(zhì)災(zāi)害的工點(diǎn)的穩(wěn)定性影響分析。我們可以通過對高速公路沿線已有年份的雨量記錄的存儲和分析來預(yù)測降雨量，還可以通過高速公路沿線的雨量站來獲得實(shí)時(shí)監(jiān)測的雨量數(shù)據(jù)，從而分析不同雨量條件下泥石流和滑坡發(fā)生的概率，并對雨天高速公路的行車安全提出建議。系統(tǒng)構(gòu)架及功能設(shè)計(jì)如下（圖1）。

2系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)資料

在進(jìn)行雨量信息的管理中，需要大量的信息數(shù)據(jù)作決策支持，下面將信息源共分為5大類：

（1）高速公路線路資料包括線路位置、出入口設(shè)置、工程形式、沿線泥石流和滑坡分布及工程形式等；

（2）地質(zhì)背景資料包括災(zāi)害體的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、地層等方面的基礎(chǔ)地質(zhì)資料；

（3）水文地質(zhì)資料包括河流的水文觀測資料、地下水類型及水位隨季節(jié)的變化特征，為災(zāi)害防治研究過程中水的優(yōu)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

（4）與道路相關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害安全信息指發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的位置、該位置的災(zāi)害形式和原因、發(fā)生災(zāi)害較多的位置、不同的災(zāi)害類型在空間上分布、災(zāi)害發(fā)生量在空間上隨時(shí)間的分布、交通量在道路上的分布等；

（5）雨量資料包括高速公路沿線雨量站的位置信息和雨量數(shù)據(jù)。

3 實(shí)例簡介

西昌(黃聯(lián)關(guān))-田房高速公路起于已建成的西昌瀘沽-黃聯(lián)關(guān)高速公路止點(diǎn)，基本與成都至昆明鐵路并行，經(jīng)德昌、甸沙關(guān)、米易、鹽邊、攀枝花金江鎮(zhèn)、仁和、止于田房，全長221.9km。線路在安寧河河谷和金沙江兩岸布線，沿線山高坡陡，溝谷迂回，為典型山區(qū)地形。安寧河谷為南北向深大斷裂形成的地塹河谷、活動斷裂，地震活動頻繁，容易誘發(fā)泥石流和滑坡。全線共分布72條泥石流溝、典型滑坡23處。

由于該高速公路位于涼山彝族自治州和攀枝花市境內(nèi)，沿線降水充沛，汛期降水量在800~1200mm之間。不但沿線降水豐沛，而且相當(dāng)集中，夏半年降水量占全年降水量的比例高達(dá)90%以上，故該高速公路在雨季發(fā)生泥石流、滑坡的幾率很高。2004年汛期在該高速公路西昌至攀枝花段所在的地區(qū)已發(fā)生過幾場較嚴(yán)重的泥石流（臘鵝溝對岸的大戶村溝，以及德昌縣寬裕鄉(xiāng)境內(nèi)的幾條溝)，2005年則直接在兩個(gè)工點(diǎn)發(fā)生了泥石流，即海子溝(K50＋662.5)和碾子溝(K44+620)，事實(shí)說明西攀地區(qū)泥石流災(zāi)害形勢仍然是十分嚴(yán)峻的。

根據(jù)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)的需要，在雨量信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）雨量查詢包括通過多種方式查詢降雨量信息、雨量站的信息；

（2）泥石流臨界雨量的查詢包括根據(jù)多種方法推求臨界雨量，以及對國內(nèi)現(xiàn)有一些地區(qū)的泥石流臨界雨量統(tǒng)計(jì)值的查詢；

（3）泥石流滑坡預(yù)報(bào)包括由預(yù)報(bào)降雨量來預(yù)報(bào)暴雨泥石流滑坡區(qū)域性發(fā)生情況，和確定暴雨泥石流滑坡區(qū)域性活躍度；

（4）行車安全建議指通過對降雨量和泥石流、滑坡的綜合分析，對雨天高速公路的行車安全提出建議，如加強(qiáng)巡查線路，限制行車速度，情況嚴(yán)重時(shí)可以直接封鎖公路；

（5）專題制圖包括由已知的降雨量數(shù)據(jù)，結(jié)合線路位置，生成雨量分布圖。

此外，借鑒課題組開發(fā)的“鐵路鐵路防洪安全警戒體系[6]”，我們提出了建立“山區(qū)高速公路雨量警戒制”。

雨量警戒制是在臨界雨量的基礎(chǔ)上所提出來的，所謂臨界雨量是指降雨量低于這個(gè)數(shù)值時(shí)，一般來說不會發(fā)生山地水害自然事件；而當(dāng)降雨量超過這個(gè)數(shù)值時(shí)，水害事件發(fā)生的可能性較大。通過對高速公路沿線的泥石流、滑坡的臨界雨量的計(jì)算，再綜合沿線汛期雨情的自然特征分區(qū)、沿線的地質(zhì)地貌條件及地質(zhì)災(zāi)害分布特點(diǎn)、線路狀況及抗洪能力、并結(jié)合行政區(qū)劃，對高速公路進(jìn)行警戒區(qū)段的劃分。在同一個(gè)警戒區(qū)段，雨量警戒值是相等的，這樣就便于管理。

在實(shí)際操作中，可以根據(jù)氣象臺的雨量預(yù)報(bào)或者現(xiàn)場監(jiān)視的雨量情況，對每個(gè)警戒區(qū)段的行車安全進(jìn)行指導(dǎo)?？梢园凑铡白⒁饩洹?、“危急警戒”、“封鎖道路”三級狀態(tài)進(jìn)行汛期行車指導(dǎo)。而這三級狀態(tài)的警戒雨量值是水害發(fā)生的臨界降水條件和工程應(yīng)用需要相協(xié)調(diào)所制定的。以下分別對其進(jìn)行說明：

（1）注意警戒進(jìn)入該狀態(tài)的基本條件：災(zāi)害尚未發(fā)生或基本沒有發(fā)生，有一定的提前量。這時(shí)，需要有關(guān)部門派出冒雨巡查人員，并通知車輛慢行。

（2）危急警戒進(jìn)入該狀態(tài)的基本條件：災(zāi)害開始發(fā)生，基本沒有提前量。這時(shí)，要繼續(xù)派出冒雨巡查人員，并限制行車速度和限制進(jìn)入高速公路的車輛數(shù)。

（3）封鎖道路進(jìn)入該狀態(tài)的基本條件：水害事件已經(jīng)危害線路；災(zāi)害性強(qiáng)降雨正在發(fā)生，連續(xù)降雨充分并繼續(xù)降大雨；災(zāi)害可能大面積發(fā)生。這時(shí)，需要封鎖道路進(jìn)行檢查，并排除險(xiǎn)情后才能解除封鎖。

4結(jié)束語

應(yīng)用GIS技術(shù)建立山區(qū)高速公路雨量信息管理系統(tǒng)是目前最有效的泥石流、滑坡災(zāi)害的防治手段，是災(zāi)害防治中重要的非工程措施，可以為災(zāi)害的預(yù)測提供決策支持。該系統(tǒng)對泥石流滑坡的活動性分析，以及指導(dǎo)安全行車有關(guān)鍵作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳興華,姚令侃.基于GIS的西攀高速公路沿線滑坡災(zāi)害管理[J].四川測繪,2006,29(2):89-93.

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[3]王衛(wèi)東,劉武成.基于GIS的公路地質(zhì)災(zāi)害信息管理與決策支持系統(tǒng)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2003,34(3):302-305.

[4]金曉媚,劉金韜.地質(zhì)災(zāi)害管理信息系統(tǒng)[J].災(zāi)害學(xué),1999,14(2):78-81.

[5]李發(fā)斌,崔鵬,周愛霞.RS和GIS在滑坡泥石流防災(zāi)減災(zāi)中的應(yīng)用[J].災(zāi)害學(xué),2004,19(4):18-24.

[6]楊明,姚令侃,華明.汛期安全行車雨量警戒制管理信息系統(tǒng)[J].路基工程,2003(2):1-3.