基于GIS和层次分析法的雪崩灾害危险性评估及线路工程减灾对策研究
——以帕隆藏布流域为例

李 靖, 邓 桃 , 潘 前， 陈秒单

(1. 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031; 2. 四川文理学院建筑工程学院, 四川达州 635006)

帕隆藏布流域作为西藏与西南地区进行经济文化交流的最短路径，是出藏道路中不可或缺的关键路段，同时在我国铁路建设“十二五”规划中，帕隆藏布流域也是川藏铁路的必经之路。但与此同时，帕隆藏布流域因复杂的地质地貌条件和特殊的水文气候影响，流域内冰雪灾害发育，雪崩、冰湖溃决等灾害时有发生，如位于流域上游的然乌峡谷地段，春冬季节时常发生滚石下落和雪崩灾害，堵路砸车现象时有发生，每年因雪崩灾害造成道路中断的时长平均为1～10 d。在确定帕隆藏布流域作为铁路通行的必经之路的前提条件下，正确合理地对流域内的雪崩灾害进行危险性分区，对后期铁路线路方案的选择和针对雪崩灾害的减灾策略制定具有重要指导意义。

近年来，许多学者已经对帕隆藏布流域内的雪崩灾害展开了相关研究。如赵鑫[1]等人通过实地考察川藏公路安久拉山至古乡段的90处雪崩，运用统计方法得出了研究区雪崩的分布规律。陈祥方[2]等人通过野外调查获取雪崩灾害指标因子后，应用层次分析法和模糊综合评价法建立了川藏公路安久拉山至古乡段雪崩灾害危险性分区模型。高传东[3]等人以帕隆藏布流域为例，探讨了基于GIS技术的灾害多发区段线路方案优选策略。

本文在陈祥方[2]等人工作的基础上，重新选择了部分雪崩灾害评价因子，应用层次分析法和GIS技术绘制了帕隆藏布流域雪崩危险性分区图，并根据分区结果，对通过此区域的川藏铁路线路方案选择和针对雪崩灾害的工程防治措施提出了具体的建议措施。

1 研究区雪崩灾害分布现状

通过室内遥感影像解译并结合实地考察资料，发现研究区内的雪崩分布受地貌效应，水文条件和植被覆盖率的影响，雪崩灾害主要分布在帕隆藏布流域上游的峡谷地貌区(然乌镇-宗坝村)，其次是帕隆藏布江源头以上的安久拉山垭口-然乌镇。具体分布位置如图1所示。

图1 帕隆藏布流域雪崩灾害分布

2 危险性评价指标体系的建立

2.1 雪崩灾害评价指标的选取

2.1.1 气候条件评价指标的选取

影响雪崩的气候条件主要包括：

(1)为雪崩提供物质基础的年平均降水量。

(2)为积雪提供储存条件的逐日平均气温低于0 ℃的天数这两大指标。选择两者作为雪崩灾害危险性评价中的气候条件评价指标。

2.1.2 地形条件评价指标的选取

具有一定厚度的雪花落到地表后，只有在满足一定要求的地形条件下才可能产生堆积，进而由于堆积过厚产生向下运动的趋势形成雪崩。所以地形条件的好坏，往往直接关系到雪崩是否发生以及发生的规模。赵鑫[1]等人发现雪崩一般发生在地形起伏度较大、坡度适宜和地面粗糙的地区，因此选择地形起伏度、平均坡度和地面粗糙度三者作为雪崩灾害危险性评价中的地形条件评价指标。

2.1.3 其他条件评价指标的选取

除了气候条件、地形条件以外，还存在一些影响雪崩运动路径和重现率的其他因素，综合评价指标的可获取性和已有的研究成果[4]，选择了下垫层类型、植被覆盖率和区域内雪崩发生次数三者作为雪崩灾害危险性评价中的其他条件评价指标。

2.2 雪崩灾害评价指标体系的建立

综上所述，根据基础资料的可获取性，参考相关书籍、文献 [2,4,5]，选定了气候条件、地形条件和其他条件这三个类别下的八项指标作为帕隆藏布流域雪崩危险性评估的关键要素，评价指标体系如图2所示。

图2 帕隆藏布流域雪崩灾害评价指标体系

3 应用AHP层次分析法确定评价指标权重

在得到帕隆藏布流域雪崩危险性评估的八项具体指标后，使用AHP层次分析法确定各项评价指标权重。

3.1 评价指标判断矩阵

采用一致矩阵法,把由图2得到的所有指标两两进行比较,得到雪崩评价指标判断矩阵如表1所示,其中:Bi=1,2,...,8表示各评价指标。

表1 评价指标判断矩阵

计算得表1所示的评价指标判断矩阵一致性比例CR=0.017<0.1，说明判断矩阵的不一致性在容许范围内，满足一致性检验要求。

3.2 评价指标权重的确定

将评价指标判断矩阵中的特征向量进行归一化处理，利用“分层总和排序法”，获得各评价指标的权重值如表2所示。

表2 评价指标权重计算结果

4 基于GIS空间分析功能，确定雪崩灾害危险性分区

4.1 气候条件

根据“中国气象数据网”上提供的气象数据资料，利用ArcGIS空间分析功能中的插值分析，处理得到研究区内“年平均降雨量”分区图和“逐日平均气温低于0 ℃天数”分区图。

4.2 地形条件

4.2.1 地形起伏度与平均坡度

利用ArcGIS空间分析功能中的领域分析，栅格计算，地区统计和坡度分析等功能对帕隆藏布流域的DEM地形图进行处理分析，得到“地形起伏度”分区图和“平均坡度”分区图。

4.2.2 地面粗糙度

地面粗糙度是特定区域内地球表面积与其投影面积之比，是反映地表形态的宏观指标之一[5],在得到“平均坡度”分区图后，通过在栅格计算器中输入地面粗糙度与坡度的换算公式(如式(1)所示)，获得“地面粗糙度”分区图。

R=1/cos(S×π/180)

(1)

式中：R表示地面粗糙度，S表示坡度。

4.3 其他条件

4.3.1 下垫层类型

下垫层类型的不同对雪崩运动路径和最大抛程有着不同影响，如草地、树木等植被茂密的下垫层相比粒雪、岩石屑堆等松散物质组成的下垫层，对雪崩运动路径和最大抛程的阻碍作用更明显，下垫层类型的划分通过GoogleEarth提供的遥感影像资料进行具体判别。

4.3.2 植被覆盖率

区域内如果植被茂密，能有效地抑制雪崩灾害发生的规模和频率。通过下载“地理空间数据云”上的NDVI图(NDVI即归一化植被指数，它是利用植被对卫星不同波段探测数据反射能力的不同，分析得到的能反映植物生长状况的NDVI值，NDVI值越高，植被覆盖情况越好[5])，结合ArcGIS空间分析功能中的地区统计功能，绘制得到“植被覆盖率”分区图。

4.3.3 区域内雪崩发生次数

根据赵鑫[1]等人通过实地考察得到的帕隆藏布流域雪崩分布与地貌关系图，分析得到流域内不同区段发生雪崩的次数数据，再结合ArcGIS空间分析功能中的插值分析，最终得到“区域内雪崩发生次数”分区图。

4.4 雪崩灾害危险性分区图的建立

在得到雪崩灾害危险性评价的各指标权重和分区图后，利用ArcGIS软件，对各图层进行叠加分析，最终得到帕隆藏布流域雪崩灾害危险性分区图(图3)。所得结果与陈祥方[2]等人通过实地考察后绘制的川藏公路安久拉山至古乡段雪崩灾害危险度分区图基本吻合。

图3 帕隆藏布流域雪崩危险性分区

5 雪崩灾害对线路工程的影响及减灾策略研究

根据得到的帕隆藏布流域雪崩危险性分区图，对拟通过此区域的川藏铁路线路方案选择和通过形式提出如下建议：

(1)在线路走向上应尽量采用绕避方案绕避雪崩分布密集，危险性等级严重的帕隆藏布流域上游峡谷地貌段。

(2)在线路的通过形式上建议采用长隧方案穿越伯舒拉岭，从而避免了铁路通过雪崩灾害集中的上游然乌峡谷地段，对铁路的施工安全和后期安全运营意义重大。

(3)在线路通过位于流域中部的波密县城后，随着海拔降低，河谷变宽，雪崩灾害逐渐减少，因此铁路线路在通过波密后，可采用路基、桥梁等明线工程沿河谷布线，以节省投资；同时为避免流域下游的少数雪崩点对线路工程的影响，推荐线路走高线位方案。

6 结论

本文基于GIS技术和层次分析法绘制了帕隆藏布流域雪崩危险性分区图，并与赵鑫[1]等人通过实地调查得到的该区域90处雪崩资料进行了对比分析，结果表明所得危险性分区图能较好地反映雪崩分布实际情况；并在得到危险性分区图的基础上对铁路通过此流域的线路方案选择和通过形式提出了具体建议，相关建议可作为川藏铁路通过帕隆藏布流域时的线路工程减灾对策供设计人员参考使用。