川藏公路地质灾害危险性评价.pdf

公路 2011 年 9 月 第 9 期HIGHWAY Sep 1 2011 No 1 9 文章编号 0451- 07122011 09- 0017- 06 中图分类号 U418 1 4 P642 1 2 文献标识码 A 川藏公路地质灾害危险性评价 陈洪凯, 唐红梅 重庆交通大学岩土工程研究所 重庆市 400074 摘 要 针对川藏公路沿线的地理环境选取了公路沿线灾害体、 暴雨、 年均降雨量、 路基位置、 岩性条件、 地貌类 型、 地震烈度、 年均温度、 植被覆盖率、 地质构造等 10 个地质灾害危险性评价指标, 采用专家系统法赋值, 通过层次分 析方法确定指标权重, 据此提出了川藏公路地质灾害危险性评价模型。在 GIS 技术支持下, 建立了川藏公路地质灾 害危险性评价数据库。把川藏公路地质灾害危险性评价模型与地质灾害危险性评价数据库相结合, 将公路沿线的地 质灾害危险性分为危险区、 高易发区、 中易发区和低易发区, 分别占路线总长的 8157 、 48 1 77 、 39 1 05 、 3 1 61 。 研究成果为实施川藏公路地质灾害风险评估提供了科学依据。 关键词 道路工程; 地质灾害危险性评价; 层次分析法; GIS; 川藏公路 川藏公路东起成都西至拉萨, 主要指国道 318 线, 全长 2 149 km, 跨越成都平原、 横断山区和西藏 高原三大地貌单元区。横断山区和西藏高原是我国 新构造运动最强烈的区域, 其中横断山区是我国最 严重的地质灾害发育区域。川藏公路沿线地质灾害 种类多、 分布广、 活动频繁, 以泥石流、 危岩崩塌、 滑 坡为主, 每年因此断道 20 d 以上, 严重影响着社会 经济可持续发展, 是国防建设、 民族交流的重大安全 隐患, 对进行公路沿线地质灾害危险性评价、 提升公 路减灾决策水平具有重要的现实意义。 近年来, 地质灾害风险评估得到学术界及政府 部门的高度重视, 如 Solaimani 等 2005 年 采用 GIS 方法进行洪灾预测[ 1]; Armas 和 Avram 2009 年 提出了流域洪灾风险评估模型 [ 2] ; 杨乐婵等 2007 年 采用 ArcGIS 方法提出了城市洪灾风险评 估方法[ 3]; 张永进等 2008 年 提出了洪灾评估的综 合优化模型 [ 4] ; Sinha 等 2008 年 采用层次分析法 分析了印度 Kosi 流域的洪灾风险 [ 5] ; Abderahman 2007 年 分析了地下边坡开挖速率对边坡稳定性 的影响[ 6]; 陈洪凯等 2010 年 系统论述了公路边坡 的地质安全问题 [ 7] ; 唐红梅等 2004 年 进行了重庆 市万州区地质灾害危险性分区研究[ 8]; 贾海兰 2005 年 初步总结了川藏公路沿线的灾害类型, 包括地质 灾害、 气象灾害、 地震灾害等类型 [ 9] 。在山地灾害及 地质灾害评价中, 层次分析法[ 10]和 GIS 技术[ 11- 13] 目前应用最为广泛, 本文将两种方法结合, 进行川藏 公路地质灾害危险性评价研究, 其成果为实施川藏 公路地质灾害风险评估提供科学依据。 1 评价指标分析与量化 1 指标选取及权重系数。 基于对川藏公路实地调研, 结合资料收集、 整 理、 分析, 筛选出公路沿线灾害体 x1、 暴雨 x2、 年 均降雨量x3、 路基位置 x4、 岩性条件x5、 地貌 类型x6、 地震烈度 x7 、 年均温度 x8、 植被覆盖 率x9、 地质构造 x10 等 10 个地质灾害危险性评 价指标, 作为川藏公路地质灾害危险性评价的指标。 采用层次分析法来确定公路洪灾孕灾环境指标 的权重, 即采用专家系统法构造判断矩阵。以 A 表 示目标, xi、 xj i, j 1, 2, ,, n表示因素。xij表示 xi对 xj的相对重要性数值。并由 xij组成A - X 判 断矩阵B。可分为 4 个步骤 第一步 计算判断矩阵每一行指标的乘积Mi。即 Mi F n j 1 xiji 1, 2, ,, n 1 i 1 时, M1 F 10 j 1 x1j x11 x12 x13 x14 x15 x16 x17 x18 x19 x110 529 200。 项目基金 国家自然科学基金, 项目编号 41071017; 西部交通建设科技项目, 项目编号 2009318221035 收稿日期 2010- 12- 13 同理, 可计算其他 9 个指标的判断矩阵乘积。 第二步 计算 Mi的 n 次方根 ”Wi, 即 ”Wi n Mi 2 i 1时, W1 10 M1 10 529 200 3 1735 6。 同理可计算出其他 9 个指标的 10 次方根。 第三步 进行归一化处理, 确定权重 Wi, 即 Wi ”Wi E n i 1 ”Wi 3 i 1 时, W1”W1/ E n i 1 ”Wi 0 1 269 0。 同理, 可得到其他 9 个指标归一化处理后的数 据。于是得 W [ W1, W2, ,, Wn] T 。式中 W 为所 求的特征向量, 即各指标对应的权重值 W [ W1, W2, ,, Wn] T [ 01269 0, 01195 4, 0 1152 4, 0 1109 6, 0 1085 1, 0 1063 8, 01046 5, 0 1031 8, 0 1 025 6, 01020 8] T 第四步 计算最大特征 Kmax, 即 Kmax 1 n E n i 1 BWi Wi 10 1521 6 4 BW 1233455677 1/ 2123344556 1/ 3 1/ 212334556 1/ 3 1/ 3 1/ 21223455 1/ 4 1/ 3 1/ 3 1/ 2123444 1/ 5 1/ 4 1/ 3 1/ 2 1/ 212334 1/ 5 1/ 4 1/ 4 1/ 3 1/ 3 1/ 21233 1/ 6 1/ 5 1/ 5 1/ 4 1/ 4 1/ 3 1/ 2122 1/ 7 1/ 5 1/ 5 1/ 5 1/ 4 1/ 3 1/ 3 1/ 212 1/ 7 1/ 6 1/ 6 1/ 5 1/ 4 1/ 4 1/ 3 1/ 2 1/ 2 1 0 1269 0 0 1195 4 0 1152 4 0 1109 6 0 1085 1 0 1063 8 0 1046 5 0 1031 8 0 1025 6 0 1020 8 2 1853 2 2 1071 8 1 1603 4 1 1137 0 0 1902 9 0 1662 9 0 1486 8 0 1332 2 0 1271 1 0 1220 6 以上得到的权重分配是否合理, 还需要对判断 矩阵进行一致性检验。对指标的权重做一致性检 验 CR CI/ RI, 式中 CR 为判断矩阵的随机一致性 比率, CI 为判断矩阵的一般一致性指标, CI Kmax - n / n- 1 , RI 为平均随机一致性指标, 可查表求 取。当判断矩阵 B 的 CR 1515 1010 5[ 5 赋值 90[ 90, 80[ 80, 60[ 60 x3 分级/ mm 1 0001 000 800 800 600[ 600 赋值 90[ 90, 70[ 70, 50[ 50 x4 分级沿河跨河山坡高原 赋值 90[ 90, 80[ 80, 60[ 60 x5 分级岩浆岩沉积岩 第四纪松 散堆积物 变质岩 赋值 80[ 80, 70[ 70, 50[ 50 x6 分级河谷山坡山岭平原 赋值 80[ 80, 60[ 60, 40[ 40 x7 分级/ 度\9876 赋值 70[ 70, 60[ 60, 40[ 40 x8 分级/ e[ 22 66 10 10 赋值 60[ 60, 50[ 50, 40[ 40 x9 分级/ [ 1010 2020 30 30 赋值 60[ 60, 50[ 50, 40[ 40 x10 分级断裂向斜背斜单斜 赋值 60[ 60, 50[ 50, 40[ 40 地质灾害危险性分区的量化指标, 据此进行分级、 分 区评价。公路地质灾害危险性指数是由分指数叠加 得出, 该方法适宜研究多因子评价体系结构的特点。 公路地质灾害危险性综合评价指数模型由综合评价 指数计算获取, 其计算公式为 F E n i 1 kiWi 5 式中 F 为地质灾害危险性综合指数; ki为指标 权重; Wi为因子的赋值, 采用分段评价法。 依据前面各指标的权重系数和各指标的分级赋 值, 川藏公路地质灾害危险性评价数学模型为 F 01255 7x1 0 1189 5x2 0 1 164 0 x3 0 1112 2x4 0 1089 5x5 01065 6x6 0 1045 7x7 0 1032 5x8 01025 2x9 01020 1x10 6 3 公路地质灾害危险性分区 1 建立数据库。 研究过程中, 将川藏公路沿线向公路两侧扩展 30 km 范围作为研究区域, 利用 ArcGIS 技术强大 的空间分析和叠加功能 [ 6- 7] , 对研究区域的基础数 据进行处理和分析, 得到用于公路地质灾害危险性 分区的数据库。 根据所收集到的川藏公路沿线各个指标的资 料, 结合 ArcGIS 的缓冲区分析功能, 分别绘制出川 藏公路沿线地质灾害体分布示意图 图 1 、 10 min 暴雨分布图 图 2 、 年均降雨量分布图 图 3 、 路基 位置分布图 图 4 、 岩性条件分布图 图 5 、 地貌类 型分布图 图 6 、 地震烈度分布图 图 7 、 年均气温 分布图 图 8 、 植被覆盖率分布图 图 9 以及地质构 造分布图 图 10 。 19 2011 年 第 9 期 陈洪凯 唐红梅 川藏公路地质灾害危险性评价 20 公 路 2011 年 第 9 期 2 川藏公路地质灾害危险性分区。 从拉萨开始把川藏公路分为 15 段 表 4 , 在 ArcGIS 平台利用所建立的川藏公路地质灾害危险 性评价数学模型对所建立的川藏公路地质灾害危险 性评价数据库 图 1 图 10 进行量化运算, 得出每 段公路的地质灾害危险性综合指数。地质灾害危险 性综合指数越大, 公路受到地质灾害的危险性越严 重。将川藏公路沿线的地质灾害危险性划分为 4 个 等级, 即危险区 地质灾害危险性综合指数 65 、 高 易发区 地质灾害危险性综合指数介于 55 65 之 间 、 中易发区 地质灾害危险性综合指数介于 45 55 之间 和低易发区 地质灾害危险性综合指数 [ 45 。川藏公路地质灾害危险性分区见图 11, 其中 危险区长度为 184 111 km, 占路线总长的 8 157, 主要分布在二郎山两侧; 高易发区有 1 047 190 km, 占路线总长的 48 177, 主要分布在雅砻江流域、 金 沙江流域和帕隆藏布流域; 中易发区有 839142 km, 占路线总长的 39105 , 主要分布在成都平原、 理塘 高原、 他念他翁山岭、 墨竹工卡 达孜高原; 低易发 区有 77155 km, 占路线总长的 3 1 61 , 主要分布在 藏南谷地。 4 结语 1 针对川藏公路沿线的地理环境特性, 选取了 公路沿线灾害体 x1、 暴雨x2、 年均降雨量 x3、 路基位置x4、 岩性条件 x5、 地貌类型x6、 地震 烈度x7、 年均温度 x8 、 植被覆盖率x9、 地质构 造x10等 10 个地质灾害危险性评价指标, 并采用 专家系统法进行指标赋值, 据此通过层次分析法确 定了指标的权重分别为 0 1255 7、 0 1189 5、 0 1164 0、 0 1112 2、 0 1089 5、 0 1065 6、 0 1045 7、 01032 5、 0 1025 2 和 0 1020 1。 21 2011 年 第 9 期 陈洪凯 唐红梅 川藏公路地质灾害危险性评价 表 4 川藏公路分段地质灾害危险性综合指数 序号公路分段每段长度/ km占全长比例/ 1拉萨 达孜25 1 081 1 17 2达孜 墨竹工卡52 1 472 1 44 3墨竹工卡 工布江达224 1 4510 1 44 4工布江达 林芝144 1 996 1 75 5林芝 波密236 1 3311 1 00 6波密 八宿237 1 9411 1 07 7八宿 左贡189 1 968 1 84 8左贡 芒康126 1 375 1 88 9芒康 巴塘103 1 484 1 82 10巴塘 理塘200 1 049 1 31 11理塘 雅江125 1 755 1 85 12雅江 康定135 1 206 1 29 13康定 泸定52 1 192 1 43 14泸定 雅安131 1 926 1 14 15雅安 成都162 1 817 1 57 2 运用 GIS 技术构建了川藏公路地质灾害危 险性评价数据库。 3 提出了川藏公路地质灾害危险性评价数学 模型, 结合地质灾害危险性评价数据库借助于 Arc - GIS 平台得到了川藏公路地质灾害危险性综合指 数。将公路沿线的地质灾害危险性分为危险区、 高 易发区、 中易发区和低易发区, 分别占线路总长的 8 157、 48 177 、 39105 、 3 1 61 。 研究成果与实情吻合较好, 为实施川藏公路地 质灾害风险评估提供了科学依据。 参考文献 [ 1] Solaimani K, Mohammadi H, Ahmadi M Z, Habibne - jad M1 Flood occurrence disaster forecasting based on geographical ination system [ J]1 Int 1 J 1 Environ 1 Sci 1 Tech 1 , 2005, 23 253- 258 1 [ 2] Armas I, Avram E1 Perception of flood fatalness in Danube Delta, Romania [ J] 1Nat Disasters, 2009, 50 269- 287 1 图 11 川藏公路地质灾害危险性分区 [3] 杨乐婵, 曾令锋1 基于 ArcGIS 的城市洪灾风险评价方 法及其实现技术 以广西梧州市河东区为例[ J]1 滁州学院学报, 2007, 93 90- 93 1 [4] 张永进, 岳新利, 武晟, 等1 综合优化模型在洪灾评估 中的应 用 [ J] 1 系 统 工 程 理 论 实 践, 2008, 9 112- 116 1 [5] Sinha R, Bapalu R G V, Singh L K, Rath B 1 Flood fatalness analysis in the Kosi river basin, north Bihar using multi- parametric approach of Analytical Hier - archy Process AHP [ J]1 Journal of the Indian Socie - ty of Remote Sensing, 2008, 36 335- 349 1 [ 6] Abderahman N1 uating the influence of rate of un- dercutting on the stability of slopes[ J]1 Bulletin of En- gineering Geology and the Environment, 2007, 66 303- 309 1 [7] 陈洪凯, 唐红梅, 崔志波, 等1 公路高边坡地质安全与 减灾[ M]1 北京 科学出版社, 2010 1 [8] 唐红梅, 林孝松, 陈洪凯, 等1 重庆万州区地质灾害危 险性分区及评 价[ J]1 中国地质 灾害与防治学 报, 2004, 15 3 1- 41 [ 9] 贾海兰1 川藏公路沿线灾害的类型与特点[ J]1 公路 交通技术, 2005, 6 13- 17 1 [ 10] 常建娥, 蒋太立1 层次分析法确定权重研究[J]1 武汉 理工大学 学报 信息与管理 工程版, 2007, 29 1 153- 156 1 [ 11] Lulseged Ayalew, Hiromitsu Yamagishi 1 The appl- i cation of GIS- based logistic regression for landslide susceptibilitymappingintheKakuda -Yahiko M ountains, Central Japan[ J]1 Geomorphology, 2005, 65 15- 31 1 [ 12] 宫清华, 黄光庆, 郭敏, 等1 基于 GIS 技术的广东省洪 涝灾害风险区划[ J]1 自然灾害学报, 2009, 18 1 58- 63 1 [ 13] 李永红1 基于 ArcGIS 的陕西山洪灾害易发程度区划 [ J]1 灾害学, 2008, 23 1 37- 42 1 22 公 路 2011 年 第 9 期 公路 2011 年 9 月 第 9 期HIGHWAY Sep 1 2011 No 1 9 文章编号 0451- 07122011 09- 0023- 03 中图分类号 U416 1 217 文献标识码 B 浅谈现场热再生技术在高速公路的应用 张茂海 沧州市高速公路建设管路局 沧州市 061000 摘 要 介绍 ST 高速公路应用现场热再生技术的设计和施工情况以及技术应用中几个关键的问题, 同时介绍 了旧沥青路面材料的性能、 再生沥青混合料配比设计和施工方法。 关键词 高速公路; 路面; 现场热再生; 设计; 施工 随着我国高速公路的大规模建设, 高等级公路 沥青路面越来越多, 而国内许多高等级路面已经或 即将进入维修或改建期, 如果用传统的方法, 一般采 用大量翻挖、 铣刨旧的沥青混合料, 加铺一层新的沥 青混合料。这样一方面造成环境污染, 另一方面对 于我国优质沥青较为匮乏来说是一种资源的浪费。 而且, 大量天然石料的需求势必进一步造成森林植 被减少、 水土流失等生态环境破坏隐患。应用再生 沥青混凝土可以有效缓解这一矛盾。 然而现场热再生技术的应用要求比较高, 首先 要有性能良好的的设备, 再次要求有丰富施工经验 和技术人员。ST高速公路在大修工程中首次应用 收稿日期 2011- 06- 10 uation of Geological Disaster Fatalness Along Sichuan -Tibet Highway CHEN Hong -kai, TANGHong-mei Institute of Geotechnical Engineering, Chongqing Jiaotong U niversity, Chongqing 400074, China Abstract On the basis of the geological environment along the Sichuan -T ibet Highway, ten ua - ting indicators on the geological disaster fatalness around the highway, geological disasters, rainstorm, average annual rainfall, roadbed location, lithological condition, land types, seismic intensity, aver - age annual temperature, vegetation coverage and geological structure, are selected1 Adopting expert sys - tem to double uation and using the analysis hierarchy process to ascertain the weight of index, accor - dingly, the uation model on the geological disaster fatalness along the Sichuan -T ibet Highway is put forward 1 On the support of GIS, the database of uation about the geological disaster fatalness along the Sichuan -T ibet Highway is proposed1 And to combine that uation model and database, the geolog - ical disaster fatalness along the highway is divided into 4 parts dangerous zone, high susceptible zone, middle susceptible zone and low susceptible zone, and in the total length of the highway, those 4 parts are 8 1 57 , 48177 , 39 105 and 3 161 respectively1 Ultimately, the results of the study provide some scientific evidence for the uation of the geological disaster fatalness along the Sichuan -T ibet Highway1 Key wordsroad engineering;uation of the geological disaster fatalness;analysis hierarchy process;GIS; the Sichuan -T ibet Highway