川藏交通廊道山地灾害演化规律与工程风险

第1章川藏交通廊道孕灾环境第1章川藏交通廊道孕灾环境 川藏交通廊道自然地理环境复杂，构造运动活跃，地壳隆升与河流下切作用强烈，地势高，气候差异显著，地貌类型多样。区域内滑坡崩塌、泥石流、山洪、冰湖溃决等山地灾害发育典型、广泛分布，对交通工程影响严重。本章从地理位置、地形地貌、地质条件、气象水文、植被土壤、人类活动等方面论述川藏交通廊道的孕灾环境条件。 1.1地 理 位 置 川藏交通廊道东起四川成都，西止西藏拉萨，横跨我国地貌的**级与第二级阶梯，是国家西部深度开发战略的重要经济和交通廊道。区内的交通干线(如已建的川藏公路、拟建和在建的川藏铁路和川藏高速公路)是西藏连接内地的交通命脉(图1.1)，在促进地区经济发展、维护国家统一、加强民族团结等方面，占有重要的地位。 图1.1川藏交通廊道地理位置图 川藏铁路东起成都，经雅安、康定、昌都、林芝至拉萨，全长1543km，其中成都—雅安段已于2018年12月建成通车，拉萨—林芝段已于2014年开工，计划于2020年建成。新建的川藏铁路雅安至林芝段2018年年底推荐线路(优化正线)长约967km，新建车站20个。川藏高速公路即四川成都至西藏拉萨的高速公路，已列入国家发展改革委员会会同交通运输部编制的《国家公路网规划(2013～2030年)》。根据国家高速公路网路线方案，川藏高速公路南线(雅安—康定—巴塘—芒康—左贡—林芝—拉萨)全程约1530km，其中四川段647km，西藏段883km。此外，建成于20世纪50年代的川藏公路有南、北两条线，南线全长2155km，属G318线的一部分，是连接西藏与我国西南地区其他城市的主要交通干线，由四川成都经雅安、新都桥、雅江、理塘、巴塘，进入西藏芒康，再经八宿、波密、林芝、工布江达、墨竹工卡到拉萨；北线全长2414km，是G317线的一部分，在新都桥与南线分开北上，经炉霍、甘孜、德格，进入西藏妥坝、昌都，至邦达后又与南线重合，直至拉萨。 1.2地 形 地 貌 地形地貌是主导山地灾害分布的控制因素之一，地形高差为松散固体物质沿斜坡运动提供了基本的能量条件。从丘陵、低山、中山、中高山、高山到极高山区，地形为山洪、泥石流形成提供的能量依次增大。一般而言，起动时拥有较大能量的致灾体，也具有较大的破坏能力。川藏交通廊道横跨我国**与第二级地势阶梯，地形地貌极其复杂，尤其在阶梯的过渡地带，山高、坡陡、谷深，滑坡、崩塌、泥石流分布极为密集。 1.主要地貌类型 受青藏高原强烈隆升的影响，川藏交通廊道地势西高东低（附图1），自东向西跨越不同的地貌单元，主要包括四川盆地及青藏高原两大地貌单元，地貌形态以盆地丘陵和高原山地峡谷为主(中国科学院青藏高原综合科学考察队，1983)。依据《中国地貌区划图》(李炳元等，2013)与《中国自然地理总论》(郑度等，2017)中的地貌划分方案，川藏交通廊道主要地貌类型的分布与特征如下： 1)成都平原及盆缘低山丘陵区 成都平原属于四川盆地西南缘，地处龙门山、邛崃山与龙泉山之间，系断裂下陷后由岷江水系的河流冲积而成，是我国西南地区*大的平原。平原内部地形平坦开阔，地势由西北向东南倾斜，南北长约200km，东西宽近90km，海拔在460～750m。平原主体是由自龙门山流入的绵远河、石亭江、湔江等八条主要河流的冲积扇群联合而成，主要为松散砂砾石、砂土和粉砂质黏土。成都平原水系格局较为特殊，呈纺锤状，河流出山口后，在平原之上分支交错，河渠纵横，到金堂和新津后又汇合成沱江、岷江两大干流。平原周边断续分布一系列低起伏丘陵，海拔在800m左右，起伏度在100～200m。丘陵主要由中生代沉积的紫红色砂岩、泥岩和页岩组成，岩层近于水平且软硬相间，在流水的长期侵蚀切割作用下，形成台阶状的方山丘陵。该区由于地形起伏度小，总体上山地灾害发育并不强烈，仅在红层丘陵中零星发育小型-中型崩塌或滑坡。 2)横断山高山峡谷区 横断山高山峡谷区东起四川盆地边缘的邛崃山，西抵伯舒拉岭，由一系列近南北向的高山纵贯本区，山岭之间大河奔流，切入高山之中形成深切峡谷。近南北向山川并列，地势起伏大，是其*基本的地貌特征。从宏观上看，横断山高山峡谷区是一个巨大的山原，包括伯舒拉岭-高黎贡山、他念他翁山-怒山、宁静山-云岭、沙鲁里山(雀儿山、玉龙雪山等)、大雪山、邛崃山和岷山等七列山脉。山脉顶部有宽缓的夷平面，以及耸立其上的高山和极高山(李炳元，1989)。该区地势总体呈现西北高、东南低的态势，山岭连绵，山脊多呈锯齿状，险峰突兀，海拔为3000～6000m，著名的大雪山主峰贡嘎山(海拔为7556m)就位于大渡河西侧。高山地区古冰川遗迹、现代冰川和冰缘地貌分布较广。该区自东向西依次分布大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江和怒江，河谷狭长幽深，呈“Ｖ”型峡谷，岭谷高差达1500～3000m。在山地与河谷谷底之间，高差较大，许多地层新老交错，呈层状叠置，现代河流仍继续切割，地貌过程迅速。由于河谷狭窄，谷坡陡峻，岸坡的岩体在该地极其活跃的构造运动与强烈的风化剥蚀作用下裂隙密集，整体强度明显降低，加上降雨集中，崩塌、滑坡、泥石流等灾害十分发育。 3)江河上游高山河谷区 江河上游高山河谷区位于横断山高山峡谷区上游，大致为江达—昌都—边坝一线，西部以念青唐古拉山脉为界与喜马拉雅高山、极高山区域分开，南部以伯舒拉岭为界与横断山高山峡谷区分开。本区地势依然高峻，但起伏远比横断山脉区要小，山岭海拔在5000m左右，自北向南逐渐降低。长江、黄河、澜沧江和怒江上游均贯穿本区，在高原面上下切成为河谷，切割深度约500m，另有一些较宽的河段相间分布，两旁有河流阶地发育。该区寒冻风化作用十分强烈，使大量岩体崩解破坏，在雪线以上岩石裸露地段，岩屑堆积地貌*为普遍。在雪线以下融冻作用占主导地位，地表草皮和泥土顺斜坡滑动，大面积的滑动常常形成泥流或泥石流。 4)喜马拉雅高山、极高山区 喜马拉雅高山、极高山区北麓与羌塘高原相邻，东界为伯舒拉岭，南抵国界。本区主要地貌特征为两山夹一谷。南侧的喜马拉雅山由若干条平行的山带组成，西北-东南延伸近2500km，宽50～90km，平均海拔6000m以上。喜马拉雅山脉南北地形不对称，南翼地势陡峻，由于雨量充沛，流水侵蚀强烈，干流常形成许多深切峡谷；山脉北翼地势比较平缓，降水较少，河流侵蚀切割能力弱，堆积地貌发育(杨勤业和郑度，2002)。北面的念青唐古拉山脉，海拔一般为5500～6000m，主峰念青唐古拉海拔为7162m，高海拔的山地地形比南侧的喜马拉雅山更显得宽厚和完整。念青唐古拉山雪盖面积较大，是高原上现代冰川的发育中心之一，分布有中国*长的海洋性现代冰川。夹在两条巨型山脉之间狭长条状的雅鲁藏布江谷地，河谷宽峡相间。宽谷段发育在浅变质岩带上，河流坡降仅为千分之一左右，河漫滩广泛分布，尤其是在枯水季节，出露的河漫滩可达数千米宽。宽谷两侧的谷坡坡度在30°左右，河流谷地到谷肩相对高度为500～1000m，坡面物质受到风化，稳定性差，地表多砂砾层，并有较普遍的风沙堆积(杨勤业和郑度，2002)。在峡谷段，水流切穿坚硬的岩浆岩或变质岩，谷坡陡峭，坡度达50°～70°，在南迦巴瓦峰(7782m)附近形成马蹄形大拐弯，发育长达504.6km的雅鲁藏布大峡谷。该区现代冰川十分发育，在全球气候变暖的影响下，冰川对温度的响应尤其敏感，与之关联的山地灾害频繁发生。 2.地表起伏巨大，山地灾害频发 川藏交通廊道地形起伏较大，河流发育，切割强烈，高山深谷地貌分布广泛。川藏公路南线地形剖面图如图1.2所示，公路所经区域*低点成都(海拔为512m)到*高点米拉山山口(海拔为5013m)，垂直落差超过4000m。公路沿线跨越16座海拔超过4000m的高山，横跨岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等大江大河，以及穿过龙门山脉、横断山脉、念青唐古拉山、冈底斯山脉及喜马拉雅山脉等山系。沿线山系及主要山岭垭口海拔统计见表1.1。大起伏高山区山高坡陡谷深，在构造运动、寒冻风化、地震、流水侵蚀等的作用下，斜坡岩体劣化易于失稳，为滑坡、泥石流的活动及其堵塞河道形成堰塞湖提供了物质条件。沿沟河两岸山坡中、下部坡度大多介于21°～35°，是滑坡形成和发生的*佳坡度；且相当一部分峡谷深切段坡度大于60°，易形成崩塌。大起伏高山区由于下垫面作用，常常是局地性暴雨*为活跃的地方。山体破碎、极端暴雨事件、强烈侵蚀及人类活动等综合作用，使得山洪和泥石流在峡谷区成群分布(崔鹏等，2018)。1953年9月，古乡沟暴发泥石流，堆积扇面积达5.1km2，总堆积方量达2亿m3，随后多次暴发泥石流，影响公路运行近30年(游勇等，1997)。1985年，波密地区的培龙沟泥石流，使80辆满载货物的汽车全部被淤埋，数人死亡，中断交通长达7个月之久，经济损失上亿元(朱平一等，2000)。2000年4月9日晚，西藏林芝地区波密县易贡藏布河发生巨型高速滑坡，形成体积约2.8亿～3.0亿m3的滑坡堰塞湖，严重威胁湖区4000多人的生命安全，并冲毁通麦大桥，中断318国道(殷跃平，2000)。 3.冰川作用强烈，动力地貌发育 由于各种内外动力作用的共同影响，川藏交通廊道地区地貌不断演变，区内地貌类型发育齐全。在高寒山区，冰川作用明显，冰碛台地、冰碛湖与冰川冰缘地貌分布广泛。由于气温及降水的相态变化，冰碛物发生冻胀、热融，基岩或土体发生膨胀，致使基岩沿裂隙破碎崩解，为山地灾害的发生提供了充足的物源。特别在现今气候变暖的背景之下，高寒山区气温升高趋势明显，现代冰川活动更加剧烈。廊道地区分布有数量众多的冰碛湖，在冰舌断裂、冰湖岸坡崩塌等因素的触发下，形成的涌浪会对冰碛坝产生强烈的冲击破坏作用，常常导致冰碛坝溃决。自20世纪30年代以来，西藏地区共有18处冰碛湖发生了27次溃决，大部分冰湖都属于瞬时部分溃决或全部溃决，峰值流量大部分超过了1000m3/s。冰湖溃决后，常常形成山洪、泥石流、滑坡等次生山地灾害。1988年7月，米堆沟光谢错终碛湖溃决，形成大规模泥石流，席卷沟内村落及农田，堵塞帕隆藏布，冲毁川藏公路，毁坏72辆车，影响波及波密县城，断道堵车一年之久(李德基和游勇，1992)。 图1.2川藏公路南线地形起伏示意图 表1.1川藏公路沿线(由东至西)山系及主要山岭垭口统计表山系走向山脉山岭垭口海拔/m横断山近南北向大雪山沙鲁里山芒康山宁静山他念他翁山伯舒拉岭折多山(G318线)4298高尔寺山(G318线)4412剪子弯山(G318线)4659卡子拉山(G318线)4718海子山(G318线)4685雀儿山(G317线)5050雪季拉山(G317线)4412埃拉山(G317线)4260宗拉山(G318线)4139拉乌山(G318线)4338觉巴山(G318线)3908东达山(G318线)5130业拉山(G318线)4618安久拉山(G318线)4468喜马拉雅山近东西向色季拉山(G318线)4720念青唐古拉山近东西向米拉山(G318线)5013 1.3地 质 条 件 川藏交通廊道地处印度板块与欧亚板块相互碰撞的汇聚带附近。新生代以来，受印度板块向北东强烈推挤与青藏高原地壳物质向南南东强力楔入的叠加作用，该区整体产生强烈的垂直差异运动，块体边界断裂发生强烈的水平剪切错动，形成了复杂的构造格架(尹安，2001；Tapponnier，2001)。该区是我国现代地壳*为活跃的地区，同时横跨南北地震带与青藏高原地震区，地震活动十分频繁，烈度高，不良地质现象呈片状分布。 1.3.1大地构造与区域构造单元 川藏交通廊道区域处于印度板块与欧亚板块相互碰撞的接触带北东侧。相对刚性的印度板块持续往北北东方向强力推挤，使得北侧的大洋地壳相继消减闭合、大陆地壳相互碰撞结合，形成复杂的陆壳地块汇聚-嵌合构造。与此同时，板块碰撞带北侧相对塑性的青藏地区强