青藏高原南缘冰碛湖危险性分析及铁路减灾选线对策

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青藏高原南缘是我国与南亚次大陆连接地带,我国在该区域规划了一批干线铁路。在我国《中长期铁路网规划》新颁布的面向“一带一路”国际通道的规划中,中尼、中巴等口岸铁路均列入其中,其中中巴铁路沿着洪扎河-印度河廊道布设;中尼铁路沿恒河支流跨越喜马拉雅山至尼泊尔。此外,作为我国的世纪性战略工程的川藏铁路,在穿越藏东南的高山峡谷与大江大河后沿雅鲁藏布江至西藏拉萨。对于正在修建的川藏铁路、正在论证的中尼铁路、中巴铁路等干线工程,冰碛湖溃决已成为控制线路方案的重大灾害。然而当前我国铁路缺乏应对冰碛湖溃决灾害风险经验,且国内外铁路技术规范中均无针对冰碛湖溃决问题的相关条文。鉴此本文以青藏高原南缘冰碛湖为主体,以地震共振涌浪风险源识别与量化、冰碛湖漫顶溃决判据、支沟冰碛湖溃决洪水演进计算、干线工程冰碛湖溃决风险评估、减灾选线风险调控技术为主线进行研究,主要研究内容及结论如下:(1)利用遥感和GIS技术,结合野外考察与文献调查,统计青藏高原南缘干线工程廊道流域范围内冰川、冰湖分布规律,分析各廊道流域内冰川相关灾害特征及其对线路工程影响,梳理青藏高原南缘74例冰碛湖溃决灾害案例并对其溃决机制进行统计分析,为跨喜马拉雅等干线工程建设提供减灾依据。(2)基于输入地震波的振动台实验对比了共振与非共振不同条件下地震涌浪运动规律,分析了共振时地震涌浪最大波高的影响因素,建立起共振条件下涌浪最大波高计算公式;依据非均匀沙起动临界水头高度与溃坝输沙临界水量条件,建立涌浪作用下堰塞坝漫顶溃决临界条件;对帕隆藏布流域川藏铁路交通廊道沿线34个小型冰碛湖进行地震共振漫顶溃决危险性分析。研究为川藏铁路等沿线堰塞湖地震溃坝风险评估提供科学依据。(3)针对支沟冰碛湖溃坝洪水汇入主河沿山区复杂河道演进计算,利用大型水槽模型实验分析了汇口和河道突缩段对溃决洪水演进流量衰减效应;梳理了8个具代表性计算溃口洪峰流量的经验公式,并根据青藏高原南缘冰碛湖溃决实例,验证这些经验公式在研究区冰碛湖溃决溃口洪峰流量估算的适用性;结合水槽实验结论对理想河道沿程洪峰流量计算公式进行了修正。研究提出了支沟冰碛湖溃决洪水沿复杂河道演进沿程洪峰流量与洪峰水位快速计算方法,可作为一种与铁路选线原则方案确定阶段精度要求相匹配的冰碛湖溃决洪水风险快速评估方法。(4)首先对青藏高原南缘74例冰碛湖溃决灾害实例溃决机制进行统计分析;在此基础上针对冰碛湖溃决影响因素众多、关系复杂且具有高度不确定性的特点,利用多态贝叶斯网络建立了冰碛湖溃决概率预测模型。以冰碛湖溃决危险区沿河线路工程为承灾体,综合冰湖溃决危险性评估与沿河线河谷地貌特征提出了各类风险区线路长度计算程式;最后建立了冰湖溃决风险区铁路选线方案评价指标体系,并以中尼铁路跨喜马拉雅段的樟木、吉隆局部走向方案为例,说明评价方法的作业程式。(5)青藏高原南缘冰碛湖均位于支沟内,而铁路工程一般在主河廊道布设。支沟冰碛湖溃决洪水灾害效应与主河河谷形态密切相关,因此冰碛湖溃决危险区峡谷段内,铁路走高线位无疑是风险调控的有效措施。但是基于传统的认识,走高线位可能导致工程造价大幅度增加,冰碛湖溃决属具有高度不确定性的事件,对造价的担忧可能成为该风险调控措施得以实施的重要障碍。论文以中巴铁路达苏段为依托案例,分析冰碛湖溃决洪水灾害效应强烈的V型峡谷段内,不同线位高程对铁路工程投资和运营成本的影响,论证铁路走高线位应对冰碛湖溃决洪水灾害是具可操作性的调控策略。论文提出的从局部走向选择到峡谷段空间定线策略共同构成了具有可操作性的铁路冰碛湖溃决风险调控减灾选线对策。
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