唐華， 徐琳， 格桑平措， 達(dá)娃， 男達(dá)瓦， 張顯虎，李寧， 劉大明， 索朗多吉

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局川西北地質(zhì)隊(duì)，四川 綿陽 621000; 2.西藏自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局地?zé)岬刭|(zhì)大隊(duì)，西藏 拉薩 850032; 3.西藏革吉縣自然資源和規(guī)劃局，西藏 阿里 859000)

0 引言

藏西北革吉縣雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的海拔約4 600 m，屬高寒地區(qū)，常發(fā)育凍土災(zāi)害[1]。前人將凍土類型劃分為多年凍土、短時凍土和季節(jié)性凍土[2]。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)的凍土受氣候變化影響較大，屬于季節(jié)性凍土?！段鞑馗锛h雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估報(bào)告》[3]顯示，凍土最大凍結(jié)深度為2.3 m； 《西藏自治區(qū)凍土地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與防治技術(shù)方法研究報(bào)告》[4]顯示，雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)1990—2014年間的凍土平均凍結(jié)深度為1.42 m，2017年于場鎮(zhèn)東側(cè)的鉆孔ZK97中獲得的凍土凍結(jié)深度為0.8 m。前人研究主要關(guān)注凍土的凍結(jié)深度，但對凍結(jié)深度與氣候年內(nèi)氣象周期性變化規(guī)律的關(guān)系、凍土災(zāi)害的成因以及凍土災(zāi)害強(qiáng)度的變化趨勢等問題研究較少。近年來全球氣候持續(xù)變暖[5-6]，可能加劇了雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害的發(fā)生。目前，凍土災(zāi)害已嚴(yán)重破壞了雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的建筑并威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，研究雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害的特征并提出相應(yīng)的防治措施具有重要意義。本文以雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的凍土災(zāi)害為研究對象，綜合研究災(zāi)害的基本特征和成因條件，進(jìn)而評價(jià)凍土災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性，并提出了相應(yīng)的防治措施，旨在為當(dāng)?shù)胤罏?zāi)減災(zāi)提供科學(xué)決策和借鑒。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

藏西北革吉縣雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)位于西藏西北部，大地構(gòu)造位置處于青藏高原拉薩地體的革吉復(fù)合弧后盆地的雄巴鄉(xiāng)盆地[7]。自晚三疊世以來，革吉復(fù)合弧后盆地經(jīng)歷了裂解拉張、擠壓匯聚、碰撞造山、青藏高原整體隆升等地質(zhì)發(fā)展演化階段，形成了早期以NWW向?yàn)橹黧w的多期次斷裂構(gòu)造及晚期NE向的多期次走滑斷裂構(gòu)造，并在青藏高原隆升階段沉積了以冰川運(yùn)動為主，高寒凍融風(fēng)化為輔的不同成因沉積物[8]。在雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害區(qū)域遙感影像圖(圖1)上可見，場鎮(zhèn)位于結(jié)克藏布和響曲的交匯地段。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)出露地層主要為雄巴組火山巖和不同成因的第四紀(jì)沉積物，其中雄巴組火山巖被第四紀(jì)沉積物不均勻覆蓋，并呈EW向、島狀分布，雄巴組火山巖是青藏高原拉薩地體后碰撞造山巖漿活動的產(chǎn)物[8]，具火山-沉積二元結(jié)構(gòu)[9]，在遭受了后期斷裂構(gòu)造作用后為片狀構(gòu)造。在青藏高原隆升階段，雄巴鄉(xiāng)盆地接受了沖洪積、湖積、殘坡積等不同成因的第四紀(jì)沉積物。由于接觸界面波狀起伏和隆升速率不同的原因，第四紀(jì)沉積物的厚度不均，現(xiàn)代地貌上的差異體現(xiàn)在沖洪積平原地貌中分布有面積不均的湖積地貌。因此，雄巴鄉(xiāng)盆地經(jīng)歷了復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造演化歷史，沉積了復(fù)雜多樣的第四紀(jì)沉積物[7]。

革吉縣整體屬高原亞寒干旱氣候區(qū)，晝夜溫差大。據(jù)《2019年西藏自治區(qū)氣候公報(bào)》[10]顯示，1981—2019年，革吉縣年平均氣溫呈顯著的上升趨勢，平均每10 a上升0.4 ℃，年平均氣溫為-2.0 ℃，年最低氣溫-40 ℃； 革吉縣年平均降水量也呈增加趨勢，平均每10 a增加11.1 mm，但年平均降水量相對較少，僅為131 mm，年最大降水量370.2 mm，月最大降水量201.5 mm，日最大降雨量36.9 mm； 革吉縣凍土深度為0.10～1.55 m，在每年2—3月達(dá)到峰值。

1.大氣降水補(bǔ)給; 2.河道潛水補(bǔ)給徑流; 3.河道下滲補(bǔ)給; 4.蒸發(fā)排泄; 5.溫泉排泄; 6.河流; 7.鉆孔位置； 8.省道。圖1 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害區(qū)域遙感影像圖Fig.1 Remote sensing image of permafrost disasters in Xiongba town

2 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害基本特征

2.1 凍土災(zāi)害表現(xiàn)形式及危害程度

根據(jù)實(shí)地調(diào)查結(jié)果，凍土災(zāi)害在雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)范圍內(nèi)普遍發(fā)育，受災(zāi)范圍主要集中分布在4個區(qū)域。

(1)雄巴鄉(xiāng)易地扶貧搬遷安置點(diǎn)。區(qū)域位于場鎮(zhèn)西南角，面積約7 000 m2。鉆孔資料顯示，出露地層以沖洪積物卵石土為主，其上為厚約1 m的黏土層，地下水水位深約1.2 m。部分房屋的室內(nèi)地面于2019年5月出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，7月完成修繕后，8月再次出現(xiàn)大面積下沉，磚混結(jié)構(gòu)的房屋主體有輕微裂縫，院墻、暖廊和道路有較明顯的裂縫，每戶院墻均存在開裂現(xiàn)象，裂縫最大寬度10 mm。

(2)雄巴鄉(xiāng)小學(xué)。區(qū)域整體地勢北高南低，面積約38 000 m2。出露地層以湖積物黏土層為主，地下水水位深約1 m。小學(xué)大門兩側(cè)自2019年8月開始形成大面積積水灘，導(dǎo)致圍墻基礎(chǔ)長期被水浸泡后向外傾斜，存在嚴(yán)重的倒塌安全隱患。地勢較低的路面從2019年開始出現(xiàn)冬季凍脹鼓包、夏天消融塌陷的現(xiàn)象。

(3)雄巴鄉(xiāng)鄉(xiāng)政府。區(qū)域出露地層以沖洪積物卵石土為主，上部為少量黏土，面積約19 600 m2。鍋爐房的地面于2018年開始出水，現(xiàn)結(jié)冰厚度約10 cm； 2005年修建的48套磚混結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)房中有2間房屋在2019年2月至2020年2月期間陸續(xù)出現(xiàn)室內(nèi)地面下沉塌陷、內(nèi)墻輕微裂縫、暖廊裂縫等現(xiàn)象； 2012年修建的磚混結(jié)構(gòu)周轉(zhuǎn)房在2019年11月至2020年2月期間出現(xiàn)裂縫，暖廊出現(xiàn)裂縫，墻體向外側(cè)傾斜； 框架結(jié)構(gòu)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)政權(quán)業(yè)務(wù)用房輕微裂縫，外踏步內(nèi)側(cè)下沉，局部受損； 鄉(xiāng)院內(nèi)公共廁所整體建筑下沉，周圍硬化路面鼓包、開裂。

(4)鄉(xiāng)政府周邊民房。區(qū)域位于雄巴鄉(xiāng)易地扶貧搬遷安置點(diǎn)北側(cè)約500 m，面積約12 000 m2。出露地層以沖洪積物卵石土為主，上部為少量黏土。磚木結(jié)構(gòu)的房屋存在不同程度的墻體裂縫和外傾、地面下沉和空鼓、室內(nèi)墻面返潮結(jié)冰、散水變形等現(xiàn)象。牧民自建房均存在不同程度的墻體裂縫、地面下沉和滲水問題。自2019年9月以來，房屋陸續(xù)倒塌13間(其中2019年倒塌11間)，部分房屋還出現(xiàn)了承重墻嚴(yán)重開裂、房屋基礎(chǔ)長期浸水導(dǎo)致脫落等問題，存在房屋倒塌的重大安全隱患。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的破壞形式包括凍脹丘、融沉坑、凍融草丘、凍土裂縫、電線桿傾斜5種形式(圖2)。其中凍脹丘一般呈丘狀或盾狀，直徑從數(shù)米至十余米不等，高度為2～5 cm，頂部發(fā)育“X”型裂縫。凍土裂縫包括地裂縫和房屋裂縫，地裂縫主要分布在空地上，以大致平行建筑物長方向的縱向裂縫為主，橫向裂縫較少，并呈垂直方向切割縱向裂縫。縱向裂縫長1～25 m，寬0.5～3.0 cm，延伸方向?yàn)?40°～290°； 橫向裂縫延伸相對較短，長0.5～3.0 m，寬0.2～1.0 cm，延伸方向?yàn)?30°～150°。房屋裂縫受建筑物結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及埋深、朝向等因素影響，表現(xiàn)特征不一。房屋裂縫最早出現(xiàn)在2018年末，長0.5～4.0 m，寬0.1～3.0 cm，在2020年3月有加劇的趨勢，部分裂縫已經(jīng)貫穿成為結(jié)構(gòu)性裂縫，降低了墻體的承載力，增加了建筑物的安全隱患。凍融草丘在場鎮(zhèn)北東周緣的沼澤地帶較為常見，高度為20～30 cm，底面直徑為20～40 cm，呈似瘤狀或拱形，在地面形成凹凸不平的地貌形態(tài)，表面有少量鹽霜覆蓋。

圖2 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害表現(xiàn)形式

據(jù)調(diào)查顯示，雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害在2019年10月威脅戶數(shù)155戶，人數(shù)674人，威脅財(cái)產(chǎn)約3 000萬元； 在2020年5月已造成452戶1 180間房屋不同程度受損，部分倒塌，受威脅群眾人數(shù)達(dá)677人，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近4 500萬元。

2.2 水文地質(zhì)特征

王紹令等[11]將凍土區(qū)地下水劃分為凍結(jié)層上水、凍結(jié)層間水和凍結(jié)層下水，凍結(jié)層上水以上還存在包氣帶水。不同氣候條件和凍土特征的地下水具有不同的補(bǔ)給、徑流和排泄特征。季節(jié)融化層中的上層滯水和凍結(jié)層上水的狀態(tài)受到溫度的影響，在溫度穩(wěn)定低于0 ℃時期，這些地下水以固態(tài)存在，在溫度穩(wěn)定高于0 ℃的季節(jié)，這些固態(tài)水會參與水循環(huán)。凍結(jié)層下水與凍結(jié)層上水的分布基本一致，多為承壓水，通過融區(qū)補(bǔ)給或排泄。調(diào)查發(fā)現(xiàn)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)及周邊地下水的補(bǔ)給、徑流和排瀉特征表現(xiàn)為： 補(bǔ)給的主要來源是大氣降水，其次是高寒山區(qū)的冰雪融化水。地下水運(yùn)動與區(qū)內(nèi)氣象、水文條件關(guān)系密切，同時受地質(zhì)構(gòu)造、地層、巖性、地形地貌及植被發(fā)育狀況等條件的控制。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)及周邊的地下水一部分為地下水或地表水的徑流，受地形地貌和巖土體特征的影響，徑流深度較淺。在場鎮(zhèn)內(nèi)徑流表現(xiàn)為3個方向，分別為雄巴鄉(xiāng)小學(xué)后山沿130°方向徑流、場鎮(zhèn)南側(cè)結(jié)克藏布沿45°方向徑流以及場鎮(zhèn)東側(cè)由色卡執(zhí)向響曲沿330°方向徑流，這部分地下水沿淺部或谷坡地帶徑流、運(yùn)移，其途徑短、循環(huán)深度淺，在含水層被淤泥阻擋切割后，以下降泉形式排泄。另一部分地下水在補(bǔ)給下伏基巖裂隙水后，通過斷裂帶運(yùn)移，徑流途徑長，循環(huán)深度深，以溫泉形式排泄?？傮w上，場鎮(zhèn)內(nèi)地下水以接受大氣降水補(bǔ)給和河流下滲補(bǔ)給為主，徑流主要為潛水形式，以蒸發(fā)、下降泉和溫泉的形式排泄。

2.3 工程地質(zhì)特征

2.3.1 樣品采集與測試

本研究在雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)采集了土工試驗(yàn)樣，測試工作由四川省地礦局川西北地質(zhì)隊(duì)完成。測試項(xiàng)目包括含水率、濕密度、干密度等物理性指標(biāo)，測試結(jié)果見表1。根據(jù)土工試驗(yàn)樣的分析結(jié)果以及野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，場鎮(zhèn)內(nèi)以卵石土、粉土和黏土為主。

表1 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)土工試驗(yàn)樣分析結(jié)果Tab.1 Analysis results of geotechnicaltest samples in Xiongba town

2.3.2

根據(jù)斯蒂芬公式[12]計(jì)算凍土災(zāi)害的最大凍結(jié)深度，公式為

(1)

本文在計(jì)算地表溫度和凍結(jié)季節(jié)持續(xù)時間時選用中國氣象局提供的西藏實(shí)測數(shù)據(jù)[4]，公式為

T=33.99-0.002 5H-0.895N，

(2)

t=0.058H+11.49N-506.52。

(3)

式中：T為凍結(jié)期平均地表溫度，℃；t為凍結(jié)的持續(xù)時間，d；N為十進(jìn)制表示的緯度，(°)；H為海拔高度，m。

凍土的凍脹率是評價(jià)凍脹性的關(guān)鍵指標(biāo)，且隨含水率的增大而增大，隨干密度的增大而減小[13]，其與土體的含水率和干密度的關(guān)系[14]為

(4)

式中:η為凍土的凍脹率，%；ρd為干密度，g/cm3；ρw為水的密度，取1 g/cm3；ω為總含水率，%；ωP為塑限含水率，%。

也可以根據(jù)鉆孔實(shí)測數(shù)據(jù)，計(jì)算凍土的凍脹率[14]，公式為

(5)

式中：η為凍土的凍脹率，%； ▽z為地表凍脹量，mm；h為凍層厚度，mm。

另外，凍土的融沉系數(shù)也是評價(jià)融沉性的關(guān)鍵指標(biāo)[15]，公式為

(6)

式中：δο為融沉系數(shù)；h1和h2為凍土試樣融化前和融化后的高度，mm;e1和e2為凍土試樣融化前和融化后的孔隙比。

根據(jù)土工試驗(yàn)樣分析結(jié)果(表1)，按上述評判標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出場鎮(zhèn)內(nèi)粉土樣的最大凍結(jié)深度為1.4 m； 凍漲率為6%～12%，凍脹等級為Ⅳ級，屬于強(qiáng)凍脹土[14]?？偤蕿?5%，融沉系數(shù)為3～10，融沉等級為Ⅲ級[15]，屬于富冰凍土[14]。

2.4 人類工程活動

由于雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)地處藏西北邊緣，人類工程活動原本相對較弱，但近年來有逐漸增強(qiáng)的趨勢，表現(xiàn)為房屋建設(shè)、公路建設(shè)和城鎮(zhèn)建設(shè)等工程不斷增多。這些建筑物的結(jié)構(gòu)多以土木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)等為主，少量為鋼混結(jié)構(gòu)，不同結(jié)構(gòu)的房屋對地表的載荷量不同，不均勻的載荷量會破壞凍土層上部土體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致地表不均勻沉降。另一方面，在人類工程活動中，地基工程可能會擾亂地下水系統(tǒng)，破壞土體之間的結(jié)構(gòu)。在晝夜溫差變化的情況下，地基土體反復(fù)發(fā)生凍脹凍融后結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)而會誘發(fā)凍土災(zāi)害，破壞人類工程建設(shè)，帶來生命財(cái)產(chǎn)損失。

3 討論

3.1 凍土災(zāi)害成因條件

凍土一般指溫度低于0 ℃且含有冰的土[14]，而季節(jié)性凍土是土體中冬脹夏融的凍結(jié)融化層。季節(jié)性凍土在氣候變化的條件下，會加劇土體的不均勻凍脹和融沉，而不均勻凍脹和融沉?xí)鸬乇聿痪鶆虺两?，從而破壞地表上的建筑物?？梢钥闯?，凍土?zāi)害的發(fā)生離不開氣候變化以及水、土體和人類工程活動的影響[16]。近年來，由于全球氣候變暖使降雨量增加、氣溫上升，進(jìn)而加劇了高寒地區(qū)的凍土災(zāi)害[17]。

3.1.1 地貌因素

凍土區(qū)別于其他土壤類型的重要特征是土中含有數(shù)量不等的地下冰，地下冰的形成和發(fā)展與地貌條件有較為密切的關(guān)系。張中瓊等[18]的研究表明地下冰一般發(fā)育在坡度小于10°的山坡上，其中： 4°～8°的坡度最有利于地下冰生長； 0°～16°的坡度上，地下冰發(fā)育條件較差； 大于16°的山坡上一般見不到厚層地下冰； 坡度大于25°時，一般只有裂隙冰存在。同時，地下冰的形成也受土質(zhì)條件影響，粒徑為0.002～0.050 mm的粉黏粒是分凝冰形成的最佳粒度范圍。對于細(xì)粒土而言，析冰能力粉質(zhì)亞黏土>亞黏土>粉質(zhì)亞砂土>黏土>亞砂土>粉砂。對粗粒土來說，如果小于0.05 mm粒徑的含量大于15%，在充分飽水條件下也可形成高含冰量的凍土。

3.1.2 氣候因素

氣溫的變化通過對流、傳導(dǎo)等方式傳遞到凍土中，是凍土形成的必要條件。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的平均海拔高度為4 600 m，年平均氣溫低于0 ℃，最低氣溫-26 ℃，晝夜溫差大。據(jù)氣象資料顯示，由于全球氣候變暖，雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的年平均氣溫在1990—2014年整體處于上升趨勢(圖3(a))[4]，2016—2019年的年平均降雨量相比之前明顯增加(圖3(b))。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)氣溫升高、降雨量增加，使區(qū)內(nèi)地下水增加、潛水位上升，昔日干枯的水塘重新積水，并于2019年達(dá)到高位[19]。

由阿里地區(qū)最大凍結(jié)深度與溫度、降雨量的關(guān)系[4]可以看出，最大凍結(jié)深度與年平均氣溫(圖3(c))、年平均降雨量(圖3(d))均呈反比，西藏地區(qū)年平均氣溫每升高1oC，最大凍結(jié)深度將減小約11.1 cm； 而年降水量每升高100 mm，最大凍結(jié)深度將減小約12.3 cm。隨著氣溫升高和年降雨量增加，最大凍結(jié)深度將減小，從而更容易引發(fā)凍土凍脹凍融災(zāi)害。由此可見，全球氣候變暖是凍土災(zāi)害發(fā)生的最主要誘發(fā)因素。

(a) 1990—2014年年平均地表溫度變化 (b) 2012—2019年年平均降雨量變化

(c) 最大凍結(jié)深度與年平均氣溫關(guān)系 (d) 最大凍結(jié)深度與年降雨量關(guān)系

3.1.3 水文因素

凍土災(zāi)害的發(fā)生離不開地下水的影響。根據(jù)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)的水文地質(zhì)條件判斷，地下水補(bǔ)給來源主要是大氣降水，其次是高寒山區(qū)的冰雪融水。另外，地下水水位調(diào)查的結(jié)果顯示，場鎮(zhèn)內(nèi)地下水水位的海拔在4 586.5～4 591.5 m之間，水位線距地表1～3 m，且分布十分不均勻，呈島狀起伏形態(tài)。受災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域的地下水水位明顯較淺且水位線海拔集中在4 588.5～4 591.5 m之間，表明地下水水位埋深越淺，凍土災(zāi)害越易發(fā)生。

3.1.4 土壤性質(zhì)與人類活動因素

凍土的土質(zhì)也是影響凍土形成的重要因素之一。大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)： 透水性差的粉土構(gòu)成的地表土體最容易發(fā)生凍脹凍融，其次是細(xì)砂構(gòu)成的地表土體，最難發(fā)生凍脹凍融的是砂礫土構(gòu)成的地表土體[17]。不同的土體具有不同的含水率特征，而土體的融化和凍脹作用均與含水率呈正相關(guān)性[13]，含水率越大越易形成凍脹和凍融災(zāi)害。雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)的凍土屬強(qiáng)凍脹土或富冰凍土，含水率較高，易形成凍土災(zāi)害。根據(jù)對受災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域的觀測，大部分凍土災(zāi)害分布在湖積物的粉土、黏土層中，少量分布在沖洪積物的粉土、卵石土層中。

人類工程活動也是影響凍土形成的因素之一。下墊面影響著凍土的吸熱狀況。人類活動對凍土的主要影響是改變了下墊面原有的特性。下墊面性質(zhì)的改變影響著下伏凍土中的水熱傳輸過程。人類在工程活動中鏟除草皮，挖填原有的土壤，改變了地表形態(tài)，特別是工程建設(shè)過程中土石方的開挖、地表植被的破壞、建筑材料的堆放，都會改變下墊面的性質(zhì)，引起凍土的變化和災(zāi)害的發(fā)展。工程建設(shè)的人為擾動很難恢復(fù)。

通過觀測受災(zāi)嚴(yán)重區(qū)域，發(fā)現(xiàn)土木結(jié)構(gòu)的房屋發(fā)生了嚴(yán)重的倒塌，而磚混結(jié)構(gòu)的房屋僅墻體出現(xiàn)裂縫或地面不均勻沉降，表明人類工程建筑物的荷載越小，受凍土災(zāi)害的影響越大。

綜上所述，雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的成因?yàn)榻陙砣驓夂蜃兣箽鉁厣?，降雨量增大，使上游結(jié)克藏布一帶冰雪融化，河流地表水及地下水徑流的流量增加，地表水及地下水徑流在雄巴鄉(xiāng)盆地聚集，加之場鎮(zhèn)內(nèi)土體屬強(qiáng)凍脹土與富冰凍土，土體的含水率易富集升高； 由于雄巴鄉(xiāng)盆地為東北向傾斜的不均勻盆地，且盆地中第四系下伏為雄巴組火山巖，具隔水特性，地下水僅少量沿火山巖裂隙下滲，大部分只能在上覆的第四紀(jì)沉積物中徑流，而粉土、黏土也會對地下水徑流產(chǎn)生阻隔，致使土體的含水率高，含水率高的土體在高寒地區(qū)氣溫交替變化的條件下，于人類工程活動處發(fā)生了凍土災(zāi)害。由此可見，場鎮(zhèn)內(nèi)的土體、水和人類工程活動是凍土災(zāi)害的成因條件，而全球氣候變暖是凍土災(zāi)害的誘發(fā)因素。

3.2 凍土災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分析

判斷凍土災(zāi)害的發(fā)展趨勢必須考慮工程地質(zhì)中的巖土體特征、水文地質(zhì)中的地下水水位線特征以及人類工程活動特征。根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查評價(jià)[18]，將雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的巖土體類型指標(biāo)、地下水水位指標(biāo)、房屋結(jié)構(gòu)指標(biāo)納入指標(biāo)因子。

由于雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)的年平均氣溫、年平均降雨量等氣象指標(biāo)基本一致，因此，本文確定以土壤類型、坡度、地下水埋深、房屋結(jié)構(gòu)類型等作為評價(jià)要素，采用信息模量法進(jìn)行凍土災(zāi)害評價(jià)，公式為

(7)

式中：Xi為評價(jià)因子X的第i個區(qū)間；I為評價(jià)因子X的第i個區(qū)間的信息量；N為雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害觀測點(diǎn)總數(shù)；S為調(diào)查區(qū)總面積，km2；Ni為分布在評價(jià)因子Xi內(nèi)的凍土災(zāi)害觀測點(diǎn)數(shù)量；Si為Xi區(qū)間對應(yīng)的面積，km2。

場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的影響因子總的信息量值由各因子的信息量疊加而成，公式為

(8)

式中：Xi為評價(jià)因子X的第i個區(qū)間；N為雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)冰土災(zāi)害觀測點(diǎn)總數(shù)；S為調(diào)查區(qū)總面積，km2;Ni為分布在評價(jià)因子Xi內(nèi)的凍土災(zāi)害觀測數(shù)量；Si為Xi區(qū)間對應(yīng)的面積，km2；n為評價(jià)因子總數(shù)，I總為評價(jià)單元總信息量。

通過信息模量法公式，計(jì)算出雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害各評價(jià)因子的信息量值，各影響因子信息量見表2。

表2 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)影響凍土災(zāi)害各評價(jià)因子的信息量Tab.2 Information scale of factors affectingpermafrost diasters in Xiongba town

將各評價(jià)因子的信息量按照坡度0.4、土體類型0.3、水位深度0.2以及建筑物結(jié)構(gòu)0.1的權(quán)重進(jìn)行疊加，結(jié)合ARCmap柵格計(jì)算功能，對場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的評價(jià)結(jié)果如圖4所示。各因子信息量疊加綜合值越高，說明發(fā)生凍融災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)性越高。本文將凍土災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分為4個等級。

(1)穩(wěn)定區(qū)。以雄巴組火山巖為主，坡度在10°～30°之間，地下水水位較深，發(fā)生凍土災(zāi)害的可能性非常小。

(2)低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。以沖洪積物卵石土為主，分布于場鎮(zhèn)的西南側(cè)，地下水水位為1.0～1.5 m，坡度為0°～10°，無人類工程活動，發(fā)生災(zāi)害的可能性很小。

(3)中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。以沖洪積物卵石土為主，地下水水位為0～1 m，坡度為0°～10°，人類工程活動表現(xiàn)為磚混結(jié)構(gòu)房屋，發(fā)生凍土災(zāi)害的可能性中等。

(4)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。以湖積物粉土為主，地下水水位為0～1 m，坡度為0°～10°，人類工程活動表現(xiàn)為房屋結(jié)構(gòu)以土木結(jié)構(gòu)為主，發(fā)生凍土災(zāi)害的可能性非常大。

圖4 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)性分布(柵格5 m×5 m)

3.3 防治措施

針對雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)等級和已遭受的危害，采取必要的防治措施勢在必行。根據(jù)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的成因和風(fēng)險(xiǎn)性分析，最大程度地阻隔地下水與場鎮(zhèn)內(nèi)土體的結(jié)合可以有效減弱凍土災(zāi)害的發(fā)生概率。水文地質(zhì)條件顯示，造成凍土災(zāi)害的水體主要來自于結(jié)克藏布向場鎮(zhèn)內(nèi)的地下水徑流，局部地方由小學(xué)后山斜坡地下水向場鎮(zhèn)徑流。

根據(jù)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)凍土災(zāi)害的發(fā)育特征，要從根本上解決災(zāi)害的發(fā)生需要阻斷地下水和地表水的徑流，建議采取“導(dǎo)流+防洪+排水+工程建設(shè)”的綜合防治措施[19]。首先在結(jié)克藏布中游修建導(dǎo)流堤，將結(jié)克藏布導(dǎo)流匯入東側(cè)的響曲； 其次在場鎮(zhèn)以南650 m處的結(jié)克藏布下游左岸修建防洪堤，阻擋汛期洪水對場鎮(zhèn)的侵襲； 第三在雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)積水區(qū)施工排水渠，將已有積水排至東側(cè)響曲中； 第四是人類工程建設(shè)，盡量采取抬高地基面、地基加深至最大凍結(jié)深度以下等措施[20]。

以上防治措施竣工后，將在一定程度上阻隔結(jié)克藏布向場鎮(zhèn)內(nèi)的地表水和地下水徑流，減緩雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)內(nèi)地下水位升高的趨勢，從而減少凍土災(zāi)害帶來的危害。

4 結(jié)論

(1)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害的表現(xiàn)形式為房屋倒塌、地面裂縫、房屋墻體開裂及地面不均勻沉降等，根據(jù)預(yù)測評價(jià)，其破壞強(qiáng)度和影響范圍將會隨著氣候變暖而進(jìn)一步加大。

(2)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害發(fā)生的主要成因條件有： 雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)下伏雄巴組火山巖具隔水特性，上覆第四紀(jì)沉積物為透水性好的砂礫石層和透水性差的粉土、黏土層以及強(qiáng)凍脹土、富冰凍土，致使土體含水率高； 全球氣候變暖，場鎮(zhèn)內(nèi)降雨量增加，使結(jié)克藏布和后山斜坡向場鎮(zhèn)內(nèi)徑流的地表水和地下水水量增大，最大凍結(jié)深度變淺。氣溫升高使場鎮(zhèn)內(nèi)不均勻分布、透水性差的土體含水率增加。人類工程建筑結(jié)構(gòu)的荷載量過小。

(3)根據(jù)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土成因條件，篩選出影響凍土發(fā)展的評價(jià)因子，以信息模量法開展風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，劃分出了4個風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

(4)根據(jù)雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)凍土災(zāi)害的成因條件和風(fēng)險(xiǎn)性，建議采取“導(dǎo)流+防洪+排水+工程建設(shè)”的綜合防治措施，從根本上減少地表水和地下水的徑流量，減弱凍土災(zāi)害對工程建設(shè)的破壞，防治凍土災(zāi)害對雄巴鄉(xiāng)場鎮(zhèn)的危害。該研究可為藏西北地區(qū)凍土災(zāi)害的防治工作起到借鑒作用。