广东省台风暴雨型公路病害环境的区划研究

摘要：广东是我国受台风暴雨影响最多的省份之一，台风暴雨型公路病害具有季节性、突发性、毁灭性、群发性和易发性等特点，破坏公路及其设施， 阻断交通，严重影响人民的正常生活及国民经济的正常运行。因此，本文在对广东省多年台风暴雨引发的公路病害统计及病害发生特点、规律总结的基础上，依据综合分析和主导因素相结合的原则，运用层次分析法和模糊综合评判法将台风暴雨型公路病害的主要影响因子进行分析、筛选，确立评价因子及其权重；将广东省台风暴雨型公路病害环境分成21评价单元，将研究区内台风暴雨型公路病害环境划分为“强烈、中等、轻微、无”4个等级。经验证，发现研究区内公路病害的直接经济损失及病害分布状况均与区划方案比较吻合，表明该区划方案是比较合理的，它基本能反映境内公路水毁的基本规律。

关键词：台风暴雨；病害环境；区划；评价指标

中图分类号：V321.2+27 文献标识码：A 文章编号：

台风暴雨型公路病害环境是指在台风暴雨作用下，对诱发公路病害环境因素的统称，主要由台风暴雨、公路、地貌、岩土物性、地质构造、植被和人类活动等因子组成（方向池，1999）。病害环境是一个灰色系统，因子之间的关系及作用程度是未定的，因此，台风暴雨作用下，公路病害的发生及病害程度是各类因子的综合未定函数。

公路病害环境区划是根据台风暴雨、公路、地形地貌、地质条件、植被和人类活动的特征和功能性质进行划分，客观、科学地指出各个区域的有利因素和不利因素，正确认识公路病害的发生可能性及时空演变规律。所以，针对台风暴雨型公路病害所开展的评估与区划研究及试验工作日益受到相关科技工作者和政府部门的重视。台风暴雨型公路病害环境区划中的有关成果，既可以为地区经济发展规划、农业产业结构优化和土地资源综合利用提供参考，也是政府部门制定防灾减灾规划的依据。其目的是对台风暴雨型公路病害的易发性、危险性和易损性等方面做出评价，在此基础上对台风暴雨型公路病害环境的活动性进行相应的分区。因此，加强对广东省台风暴雨灾害的研究，不仅对制定本省减灾对策有重要意义，而且对整个沿海经济发达地区减轻台风暴雨灾害造成的损失都有重要的价值。

1 区划目的与原则

1.1 区划目的

台风暴雨型公路病害环境区划的目的在于依据台风暴雨、地质环境和公路三者之间的相互作用关系，正确认识区域内部不同地区公路病害的程度，以及在台风暴雨作用下病害发生的可能性，并且有利于对研究内公路病害时空演变规律的正确认识，从而为台风暴雨灾害的防灾减灾提供一条有效的途径，制定出合理可靠的防灾对策。

1.2 区划原则

病害环境区划的原则，是反映境内病害环境地域分异的一般法则，是根据地理地域分异规律来建立的。区划原则是进行区划的指导思想，也是选取区划指标的准绳（赵鸿铎，等，2007）。本文采用以下4个原则。

1.2.1 客观性原则

以区域综合自然条件、地质条件和地形地貌为基础，以公路工程实践为依据，辩识各种自然因素及其相互作用的异同性，特别是表现结果上的异同性，从空间分布规律和时间发展阶段揭示针对公路工程建设的自然条件的差异性和相似性；

1.2.2 主导性原则

影响公路病害环境区划的因素非常多，总体上可以分为两大类：主导因素和诱导因素。对主导因素需重点分析，对诱导因素则进行必要的简化、取舍和组合，从而归纳出公路病害环境的区划因子；

某一地区主导因素的地域变化将导致其它因素的改变。通过考察及公路部门多年实际经验表明，台风暴雨、地质环境及公路网状况是台风暴雨型公路病害的主要原因，所以，这几类因子是区划的主导因素；

1.2.3 实用性原则

公路水毁环境区划成果应尽量与区、县行政区划界线结合考虑，虽然这样可能会导致水毁环境区划的结果与实际水毁环境状况存在一定的差异，但是可以将水毁环境区划的结果直接应用于公路部门的养护、管理和决策中，进一步体现水毁区划成果的实用性。

1.2.4 系统性原则

指标体系尽可能全面反映环境总体状况，符合环境评价的目标内涵。评价目标与指标必须有机地组成一个层次分明的整体。

2 区划方法

2.1 专家打分法

即由少数专家直接根据经验并考虑评价观点后确定权重。虽然这种直接由人给出权重的方法具有一定的主观性，但由于地质环境与暴雨灾害影响因素的复杂性和因素边界的模糊性、不确定性，这种经验判断得出的结论有时也较可靠。（王博，2007）

2.2 模糊综合评判法

模糊综合评判方法是对受多种因素影响的现象或事物进行总的评价，即根据所给条件对所有评判对象都赋予一个评判指标，然后应用模糊变换原理和最大隶属度原则择优选择。该方法模型简单，容易掌握，对多因素、多层次的复杂问题评判效果较好，其优越性是其他数学方法难以代替的。（王博，2007；赵鸿铎，2007）

2.3 层次分析法

层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP法），是通过所谓判断矩阵的过程，逐步分层地将众多的复杂因素和决策者的个人因素结合起来， 进行逻辑思维，然后用定量的形式表示出来，从而使复杂的问题从定性分析向定量结果转化。

2.4 GIS 空间分析

GIS ( Geographic Information System, 地理信息系统) 空间分析是基于地理对象的位置和形态的空间数据分析技术, 其目的在于提取和传输空间信息。可以利用GIS 的空间分析中的图层叠加功能实现不同信息的按照既定模型的综合。

因此，某一单纯确定权重的方法要么主观性太强，要么过于依赖数学模型， 得出的权重值不免片面。将两类赋权法结合，可弥补单一赋权法的不足，使主观与客观、定性与定量趋于合理。

3 区划过程

3.1 区划因子选取及权重分析

通过对广东省地质、地貌和气候等自然条件的实地调研，依据综合分析和主导因素相结合的原则，选择影响公路病害成因的台风暴雨频数、一次台风暴雨强度、工程地质类型、构造地貌类型、区域河流流域密度、沿河公路分布密度、等级公路分布密度、人类经济活动的影响、植被覆盖程度九个因子，总结提出公路工程病害环境区划的二级指标体系，如表1所示。

在充分掌握广东地区公路病害形成条件和成因机理的前提下，采用层次分析法和专家打分法来确定上述各项指标对公路水毁的影响程度。综合层次分析法和专家打分法的结果，得到各环境区划指标的权重及公路病害环境区划因子评价标准，如表2所示。

表1 广东地区公路病害环境区划指标体系及其权重

表2 公路病害环境区划因子评价标准

表中：C1（ki）：（≥1.0次/年，1.0～0.6次/年，0.6～0.3次/年，＜0.3次/年）；C2（ki）：（≥300mm/d，200～300mm/d，100～200mm/d，50～100mm/d）；C3（ki）：（松散岩类，软弱岩类，中等岩类，坚硬岩类）；C4（ki）：（0～50m、50～200m、200～500m、≥500m）；C5（ki）：（≥1500m/km2，1000～1500m/km2，500～1000 m/km2， 500 m/km2）；C6（ki）：（≥1000m/km2，500～1000m/km2，200～500 m/km2，＜200 m/km2）；C7（ki）：（≥1000m/km2，500～1000m/km2，200～500 m/km2，＜200 m/km2）；C8（ki）：（强烈，较强烈，中等，轻微）；C9（ki）：（5.6%，12.06%，16.7%，24.06%）。（i=1，2，3，4）

3.2 区划单元划分和计算

在自然区划中均主要采用叠置法和主导因子法，参照近年来利用离散有限元法的区划处理方法，将广东省按地级市分为21个单元，每个地级市作为一个独立的单元，然后通过统计分析，取最不利评价值为各因子的代表值，建立任一单元的病害环境指数求值方程：

j为单元数，j=1，2，…，21；Ci为区划因子，i=1，2，…，9；A为无量纲值。

表3广东省各地级市公路标准病害环境指数总值

由表3可见，广东省境内公路病害环境指数总值湛江最高，为29.204；肇庆最低，只有15.239，每一地区病害环境指数总值表明该地区病害发生的总可能性，数值愈大，病害就愈容易发生。将各地级市的病害环境指数总值标准化，即单位区域内（单元）的病害环境指数值，以体现各地该指数的可比性，见表4所示。

于是任一单元的标准病害环境指数：

（j=1，2，…，21）

式中Amax为36.967，Amin为11.264。

表4广东省各地级市公路标准病害环境指数总值

根据这一定量分区指标，按由强到弱的顺序初步圈出各强度区的范围，作为基本分区方案。之后，根据全省各地级市县区的水毁统计资料和具置，作局部修改和调整，得到修正分区方案。最后应用专家判别法，对分区方案与实际调查有出入的区段进行调整，对各分区进行评定，最后得到修正后的分区方案。（图1）

图1广东省台风暴雨型公路病害活动综合区划图

3.3 区划结果分析

3.3.1 评价指标体系的建立

评价一个地区公路病害的发育等级程度，可以从两个方面进行一是这个地区的自然条件、地质环境条件、人类工程经济活动状况等；二是这一地区历史上致灾作用的发生情况，包括致灾作用规模、密度、频次等。公路环境区划的指标主要是历史致灾作用情况和影响致灾作用发育的各种条件的分析。

根据公路病害的成因机理、形成条件、控制因素及其敏感因子， 按区域内公路设施发生病害的概率和可能程度， 将台风暴雨型公路病害的环境区域划分为“强烈、中等、轻微”等3个等级。

以公路水毁环境区划综合值A为指标， 采用专家咨询方法， 同时结合公路水毁历史数据的统计分析， 各等级划分的标准如表5所示。

表5 公路病害环境区划等级划分

评价结果与野外调查及室内定性分析的结果是基本一致的。产生个别差异的原因主要是评价因子中权值一项选取不够理想，单纯的评价值大小并不能完全体现出对公路的危害程度，因而使计算结果产生误差。

3.3.2 台风暴雨型公路病害环境等级分区评价

（1）强烈活动区

从表4和图1可知：广东省台风暴雨型公路病害强烈活动区分布地区主要是湛江地区、梅州地区、汕头地区、阳江地区和河源地区； 这些地区活动强烈的主要原因是以上的五个地区都是台风暴雨经常登陆和影响的区域，遭受台风暴雨的袭击，就容易造成公路病害；另一个原因是和这些地区的工程岩土类型以及地形地貌有密切的关系。

（2）中等活动区

从表4和图1可知：广东省台风暴雨型公路病害强烈活动区分布地区主要是：江门、茂名、珠海、汕尾、潮州、揭阳、惠州等地。这些地区的分布特点主要是靠近台风暴雨强烈活动区，受其影响比较严重。故可视为台风暴雨型病害的过渡区。

（3）轻微活动区

从表4和图1可知：广东省台风暴雨型公路病害强烈活动区分布地区主要是：广州、佛山、清远、东莞、云浮、深圳、韶关、中山、肇庆等地区。这些地区的活动轻微主要是由于这些地区的经济比较发达，公路建设和城市建设相结合，对灾害的预防与防灾工作比较重视，虽然部分地区也经常受台风暴雨的影响，但是抗灾能力较高。

可以看出，这和台风暴雨的登陆地区和时空分布位置有密切的关系，台风暴雨主要通过三个途径登陆影响内陆地区，第一，珠江口以西的地区，湛江地区的徐闻、海康和吴川等地；茂名地区电白等地；还有阳江地区。第二，珠江口以东的地区，主要分布在汕尾地区海丰、陆丰等地；揭阳地区惠来等地；汕头地区澄海和南澳等地；另外就是潮州地区饶平等地。第三，就是登陆珠江口地区，主要影响的地区是江门的台山一直到惠州地区的惠阳和惠东等地。

从我们野外和室内掌握的病害资料来看，病害的分布和发育也基本分布在这些区域，几乎占到80%以上，另外，由于珠江口以西的台风暴雨登陆明显高于珠江口以东，所以珠江口以西的病害要较珠江口以东发育。

参考文献

方向池. 公路水毁与地质环境. 公路. 1999,11:56-62.

赵鸿铎,凌建明,赵志华,等.公路工程水毁环境区划的研究[J].公路交通科技.2007,8(1):117~120.

王博,崔春光,彭涛,等.暴雨灾害风险评估与区划的研究现状与进展[J].暴雨灾害. 2007,3(26):117~123.

王志强,李鑫,施军建,等. 广东省台山市地质灾害调查与区划研究.广东省地质调查项目报告,2008.10.

李媛,朱晓冬,杨冰,滑坡泥石流与降雨关系研究动态,典型地区突发性地质灾害时空预警示范区建设进展材料之一,中国地质环境监测院,2002:16~28.

林孝松,滑坡与降雨研究,地质灾害与环境保护.2001,12 (3) :2~7.

殷坤龙,刘礼领,谢剑明,等,浙江省滑坡灾害预警预报的降雨阀值研究.地质科技情报,2003,22 (4):100~101.

杨顺泉,灾发性地质灾害防灾预警系统方案研究,中国地质灾害与防治学报, 2002,13(2) :110.

黄朝迎,张清. 暴雨洪水灾害对公路交通的影响.气象. 2003,26(9):303~309.

张业成,张梁.1999.论地质灾害风险评价.地质灾害与环境保护,1999, 7(3): 1~6.

夏军强.王光谦.考虑河岸冲刷的弯曲河道水流及河床变形的数值模拟.水利学报. 2002.(6):60~66.

汤连生,王思敬.水一岩土化学作用与地质灾害防治.中国地质灾害与防治学报.1999.10(3):61~69.

张学言.岩土塑性力学.北京:人民交通出版社,1993.

罗国煜.城市环境岩土工程问题与地质灾害研究.江苏地质,2002, 26(3): 161~164.