基于GIS以及中巴公路線路廊道的冰川泥石流嚴重區段鐵路減災選線策略

蘇 玥, 鄧 桃, 韓 笑

(西南交通大學土木工程學院， 四川成都 610031)

許多學者對冰川泥石流以及中巴公路沿線的泥石流進行過研究，鐵永波[1]等總結了冰川泥石流形成機理的研究現狀；鄧養鑫[2]闡述了冰磧向冰川泥石流堆積的轉化過程，提出了區分兩者的判別依據；徐道明[3]等總結了我國冰川泥石流災害的分布以及防止冰川泥石流的原則；王景榮[4]對中巴公路喀什至塔什庫爾干路段的冰川泥石流的危害分布和形成原因做了綜述，并提出防治措施；鄧恩松[5-6]等對中巴公路奧布段降雨型和冰川型泥石流進行了危險性評價，并提出泥石流危險系數計算公式；廖麗萍[7]等總結了中巴公路沿線泥石流災害的主要危害類型，并針對典型病害的防治提出改進措施；胡進[8]等對中巴公路沿線冰川泥石流的形成原因進行了分析，并采用多因素綜合評估法對沿線典型冰川泥石流進行了危險性評估；以上研究均為未來中巴鐵路的修建提供了參考。

本文以帕隆藏布流域冰川泥石流堵河災害為例，針對中國到巴基斯坦選線廊道冰川泥石流災害嚴重區段索斯特-吉爾吉特段，從線路的全生命周期以及節省工程投資的角度出發，通過GIS強大的數據管理和空間分析能力，分析冰川泥石流對此區域線路選擇方案的影響，并最終給出此結論下的合理的選線建議。

1 索斯特-吉爾吉特泥石流危險性分析

通過GIS對13條索斯特至吉爾吉特大型冰川泥石流溝縱剖面進行繪制(圖1)，并對提取的數據(表1)進行分析，根據泥石流溝的數量化綜合評判法則進行危險性分析[9-10]，影響因素采用：

圖1 索斯特-吉爾吉特泥石流溝縱剖面

(1)崩塌、滑坡及水土流失(自然和人為活動的)嚴重程度。

(2)區域構造影響程度。

(3)河溝縱坡。

(4)流域植被覆蓋率。

(5)巖性影響。

(6)流域面積。

(7)流域相對高差。

(8)河溝堵塞程度。

(9)泥沙沿程補給長度比。

(10)溝口泥石流堆積活動程度。

(11)沿溝松散物儲量。

(12)溝岸山坡坡度。

(13)產沙區溝槽橫斷面。

(14)產沙區松散物平均厚度。

(15)河溝近期一次變幅。

隨著全球氣候的變暖，加劇了冰川的消融，冰湖面積擴大故崩塌、滑坡及水土流失的影響程度定為B，冰川泥石流的物源豐富，氣候變暖和凍融循環都會給溝谷帶來大量的冰磧物、巖石碎屑和松散的固體物質，故泥沙沿程補給長度比和沿溝松散物儲量部分泥石流溝(編號7、12、13)影響程度定為B，其余定為A;高海拔地區巖石風化嚴重，故巖性影響程度定為C;整個區域都屬于強隆盛區并處于主喀喇昆侖逆沖斷裂帶(MKT)和主地幔斷裂(MMT)之間[11]，但索斯特到吉爾吉特段地震災害并不嚴重故區域構造影響程度定為B；河溝近期一次變幅影響程度定為C；其余影響因素的量級劃分均從航衛片解譯得到，其嚴重程度如圖2及表2所示。

表1 冰川泥石流槽谷參數

圖2 索斯特-吉爾吉特冰川泥石流危險性

2 索斯特-吉爾吉特段的冰川泥石流區鐵路選線建議

帕隆藏布流域和索斯特到吉爾吉特段都屬于強隆盛區，河流下切侵蝕劇烈，原來的U型冰川槽谷正在向V型谷轉換，上游受隆盛影響較小為U型谷，為泥石流的物源的積累提供了良好的條件；相反，下游受隆盛的影響較大，構造隆盛本身造成山體變陡同時造成侵蝕基準面下降，河床不斷下切為V型河谷，這些都為泥石流的發生提供了理想的地形條件。

表2 泥石流溝影響因素評分

帕隆藏布流域分布著我國典型的海洋性冰川區，我國提出修建的川藏鐵路經過這片區域。海洋性冰川與大陸性冰川無論在形成過程和危害程度上都存在很大的差別；海洋型冰川區由于其本身的性質就決定了區域內地質災害的嚴重性與復雜性，同時也必然會造成對該區域人類經濟活動的嚴重影響，而大陸型冰川的泥石流爆發次數少、規模小，并且主要分布在人跡罕至的區域，與海洋性冰川引發的地質災害和對人類的危害程度相比，大陸性冰川的危害較小。而索斯特至吉爾吉特段的冰川均為亞大陸性冰川又稱復合型冰川，亞大陸性冰川在降水、冰溫、流動速度等方面均介于海洋性冰川與大陸性冰川之間(圖3)，推斷冰川泥石流對建筑物的危害也應介于兩者之間，所以借鑒川藏鐵路修建時采取的冰川泥石流選線策略再結合本段的實際情況進行選線無疑是更加安全合理的。

圖3 冰川類型分界

索斯特到吉爾吉特段由于河流侵蝕下切強烈、河谷呈“U”形。對于橫向河谷兩岸山坡，中上部基巖裸露、地形陡峻，中下部河流Ⅰ～ Ⅲ級階地發育，下部河谷深切、地形較陡，周圍群山林立，海拔均在5 000m以上且終年積雪，冰川十分發育；在侵蝕作用下形成的冰川谷，橫斷面呈拋物線形或“U”字形，谷底平緩開闊，兩壁邊坡陡峭；在河床兩岸因冰川物質堆積形成冰水扇、冰水階地。獨特的地質、地貌、水文及氣候條件的綜合作用形成了線路廊道區域的高山積雪及冰川生態環境，進而也構成了爆發冰川泥石流的3個基本條件：豐富的松散固體物源、合適的地形及充足的降雨在本區域非常發育，即廣泛分布的大量冰磧物及冰雪崩積物、復雜多變的地貌及高而陡峭的山體及充足的水源——高山冰雪融水、冰崩雪崩融水或冰湖潰決水。

根據這種情況主要采用沿線路前進的方向采用饒避方案，或者采用隧道通過；此外，考慮到泥石流堵河造成干流水位大幅提高，線路需大段落采用高線位方案，以避免干流中發生超常水害，但一般線位越高投資越大，因此如何利用有利地形控制工程投資便成為了技術關鍵。帕隆藏布流域分布的冰磧臺地具有良好的工程性質，在帕隆藏布流域利用山麓地帶的冰磧臺地布線，成為在高程上饒避冰川泥石流堵河的良好案例。 而索斯特至吉爾吉特段分布有工程性質良好的階地或冰磧臺地，從線路的全生命周期考慮，建議采用隧道和高線位方式利用階地通過冰川泥石流區域。

3 結論

(1)索斯特-吉爾吉特段的冰川均為亞大陸型冰川，我國目前并沒有直接針對在此區域的鐵路選線策略；而帕隆藏布流域的冰川均屬于海洋性冰川，我國在正在修建的川藏鐵路通過帕隆藏布流域，借鑒川藏鐵路修建時采取的冰川泥石流選線策略再結合本段的實際情況進行選線是更加安全合理的。

(2)山區沿河線一般線位越低、投資越省，但抗災能力越弱；反之線位越高、投資越大，抗災能力越強。應從線路的全生命周期出發，采用隧道和高線位方式利用工程性質良好的冰磧臺地或者階地通過索斯特-吉爾吉特段的冰川泥石流區域。