铁路高影响天气分析及应对策略研究

张洪宇，孟亮，戴贤春

（1. 中国铁道科学研究院集团有限公司 铁道科学技术研究发展中心，北京 100081；2. 中国铁路总公司 安全监督管理局，北京 100844）

根据《中长期铁路网规划》，至2020年，我国铁路网规模将达15万km，其中高速铁路3万km，覆盖80%以上的大城市；至2030年，基本实现内外互联互通、区际多路畅通、省会高速铁路连通、地市快速通达、县域基本覆盖[1]，届时将形成以高速铁路为骨架，布局合理、覆盖广泛、高效便捷、安全经济的现代铁路网络。《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》在交通运输业领域明确提出“发展安全高速的交通运输技术，促进交通运输向更加安全的方向发展”的思路[2]。随着我国高速铁路的快速发展，路网规模不断扩大，铁路沿线涉及的地理环境差异更大，气候类型众多，因高影响天气导致的铁路安全运行问题将更加突出。为此，对高影响天气所带来的潜在风险进行深入分析，并提出切实可行的应对措施，以提高高影响天气条件下铁路运营安全性。

1 铁路沿线高影响天气产生的地理环境及其影响

《高速铁路运行高影响天气条件等级》中对高影响天气的定义为：对社会、经济和环境产生重大影响的天气现象与事件，如对流性和地形降水造成的洪水、暴雨雪、沙尘暴，破坏性地面大风等，也包括高温、低温、干旱、影响空气质量的气候条件以及具有高度社会和经济影响的非极端天气等[3]。我国地域辽阔，自然地理情况复杂，气象灾害种类多种多样，是世界上气象灾害较严重的国家之一。铁路高影响天气的形成和发生与其自身及铁路地理位置密切相关。

1.1 暴雨和洪水

我国受夏季风影响的地区占国土面积一半以上，由于季风气候的不稳定性，导致年内降水不均，暴雨和洪灾经常发生。我国主要干线铁路大多集中在东部及沿海地区，而这些地区又是洪涝和暴雨易发、多发地区，一旦灾害发生，损失十分惨重。例如，京沪高铁多处于河流下游的平原地区，在汛期（6—9月份）沿线地区日最大降雨量均大于100 mm，铁路桥涵及线路易遭受江河下游大范围洪涝灾害、江河决堤、水库溃决等威胁；海南东环高速铁路地处热带季风气候的海南岛，是同纬度世界上降雨量最多的地区之一，水汽来源充足，降水总量多，平均年降雨量约为1 640 mm；福厦、甬台温以及武广等高速铁路在淮河以南位于北亚热带湿润大区，属典型季风气候，这些地区受副热带高压和热气旋影响，是暴雨洪水灾害的多发区。

我国西南地区以盆地、丘陵地形为主，四周均是高山峻岭，大部分山地地质构造复杂，表层岩体破碎，土层瘠薄，而且处于副热带高压带范围，高原季风、东亚季风和西南季风是该地区重要的水汽来源。青藏高原以东的西南地区（川、渝、黔、滇）分布着众多河流，该地区受季风环流和复杂地理环境的影响，常发生局部强降水，是我国局部区域降水差异最大、变化最复杂的地方之一[4]。每到雨季，由降水诱发的滑坡、崩塌、泥石流和山洪的集群灾害极易发生。途经上述地区的铁路线路一旦遭遇暴雨及其引发的次生灾害，损失将会十分惨重。1981年，在罕见连续暴雨的作用下，宝成铁路沿线60余处遭受泥石流灾害，其中50余座桥涵被冲毁，淤埋车站5座，灌入隧道4座，中断行车2个多月[5]。

1.2 大风

新疆地处我国西北，受西伯利亚、乌拉尔山南下冷空气影响，大风频繁，因地形北高南低，大风顺坡而下，风力强劲，强冷气流经过山口时产生的狭管效应会使风速加大[6]。新疆铁路穿越阿拉山口、达板城（三十里风区）、七角井（百里风区）等数个世界上内陆铁路大风风速最高、风灾最严重的风口风区，并且大部分铁路线路都处于高原、山区等气候复杂地区。根据《新疆通志·铁道志》记载，自兰新线、南疆线通车以来，大风引起列车脱线、颠覆事故30余次，吹翻列车近百辆，直接经济损失超千万。

东南沿海地区位于大陆东岸，易受来自太平洋的反气旋影响而形成热带气旋，是我国受台风影响最强、最频繁的地区。由于其自身地理位置特点，该地区起风速度快，平均风速偏大，给列车运行安全带来危害。

1.3 冰雪

我国是世界上中低纬度山岳冰川和积雪广泛分布的国家之一。积雪分布具有由南向北递增和随海拔增高而明显增厚的总趋势。哈佳铁路是我国新建高寒地区最长的快速铁路，位于黑龙江省中东部，这里属于寒温带与温带大陆性季风气候，冬季在干冷西北风控制下，干燥少雨，寒冷漫长。我国第1条高原铁路——青藏铁路沿线气候类型复杂多变，冻土分布广泛，经过海拔4 000 m以上的地段有960 km，冬季和春季多雪，由于海拔高，气温低，积雪常年堆积。还有新疆北部、东北和西南的一些山区，冬季气候寒冷，降雪量较大，受自然降雪和风吹雪的影响，地面易形成较厚的积雪，给铁路运输带来安全隐患[7]。

2 高影响天气对铁路运输安全的危害

在众多高影响天气因素中，强风、暴雨、冰雪往往爆发范围广、破坏强度大、延续时间长，常会伴随多种连发性事件，对铁路运输安全影响大，使铁路运营秩序不易在较短时间内恢复。因此，分析强风、暴雨、冰雪给铁路带来的危害风险，有助于识别铁路高影响天气风险事件，为制定铁路运行规范和采取预防措施提供科学依据。

2.1 强风对铁路的危害

强风对列车运行安全的影响主要与强风特性、列车外形特征、列车速度和线路结构物外形有关。对高速铁路而言，列车运行速度快、轴重轻，因此强风对高速列车运行安全的影响更不容忽视。在大风作用下，列车周围流场、表面压力发生变化，会导致列车空气动力性能恶化，可能造成列车横向失稳；当列车通过曲线路段时，横向风力、升力与离心力叠加导致列车倾覆的可能性大大增加；在特大桥、路堤、垭口、峡谷、山区风口等特殊路段，瞬时风速会增加1.23～1.70倍，如果此时瞬时风向与铁路线路垂直，列车脱轨和倾覆的风险也随之增加[8]。此外，强风对桥梁、接触网、通信等铁路地面设施也会造成严重损坏，还可能吹翻吹落线路附近设施设备、树木等，侵入轨道，与列车发生冲突，甚至会诱发长年风化的浮石而引起落石灾害。

2.2 降雨对铁路的危害

降雨致灾与铁路沿线的降雨程度、地形条件、土质情况和排水状况等因素密切相关。与大风和地震具有突发性不同，降雨往往是通过积少成多、循序渐进而形成灾害，发生频率较高。连续降雨和突发性暴雨会导致路堤及地基失稳，易发生线路塌陷和路堤溜坍；会引发河流水位上升形成洪水，使桥墩因洪水的强力冲刷而产生变形倾倒、桥跨移位；造成隧道衬砌变形开裂、掉块和隧道积水；损毁铁路供电系统设备、接触网设备以及通信信号设备。对于山区铁路，连续强降雨或局部地区突发性暴雨还会引发山体崩塌、泥石流、滑坡等地质灾害，冲毁桥梁和涵洞，掩埋线路和车站等，严重威胁铁路运输安全[9-10]。

2.3 冰雪对铁路的危害

我国东北、新疆北部及青藏高原等严寒地区，冬季气候寒冷，降雪量较大，会给铁路安全运营带来一系列特殊问题。主要表现在：粘附在车辆底架上的积雪导致绝缘不良，造成车下设备损坏；大雪堆积在道岔尖轨处，使道岔不能密贴，发生道岔不能转换等故障，导致列车无法正常运行；道床内厚重的积雪引起轨道电路短路；高速列车卷起的雪块以及因车体振动或温度升高导致冰块从车体上落下，引起道砟飞溅，威胁线路两侧的地面设备；在电气化铁路区间长时间停车，架式受电弓因积雪重量加大会脱离接触网而离线，造成断电；因气温急剧上升或下雨而造成的积雪融化会诱发滑坡和落石灾害；线路上及其附近形成的大量积雪会埋没线路，严重时可能会引发斜坡发生雪崩；强风挟带着分散雪粒形成的风吹雪使能见度极低，影响列车司机瞭望[10]。

2.4 铁路高影响天气潜在安全风险

通过资料检索和调研，归纳梳理1982—2015年间我国铁路运营中发现的问题，以及日本、英国和美国等国家铁路事故调查报告记载的高影响天气导致的铁路交通事故，分析风、雨、雪等高影响天气对铁路工务工程、动车组、通信信号、牵引供电、客运、机务等系统带来的潜在安全风险，并对发生原因和可能产生的后果进行分析[11]（见表1）。

表1 铁路高影响天气潜在安全风险

3 应对策略

3.1 加强新技术研究，提升综合防灾能力

运用新技术和新方法建立针对铁路高影响天气灾害监测及预防的科学体系。例如，通过研究汛期水下冲刷监测预警新技术和新设备，开发信号地面设备防护装置；优化动车组车顶瓷瓶、绝缘子的绝缘设计，研制新型防冰雪、防污闪涂料及绝缘材料等抵御自然灾害的新产品；开展高速铁路防灾监测、设备故障预警以及风监测子系统准确性和可靠性等技术研究，提升设备安全监测及防灾综合技术水平。

3.2 提高铁路设计及防灾标准，强化防御高影响天气能力

为应对高影响天气对铁路交通运输设施的不利影响，在制定铁路设计规划和设计标准时应考虑气候变化影响因素。对于不同地理环境和气候条件下不同地区建设的铁路线路，应遵循地区差异化设计原则；对重要线路及气候环境恶劣地区，应提高防灾设防标准；对跨越高等级公路、通航河流、重要电力线路以及运行维护和事故抢修特别困难的局部地段，应适当提高设计标准；在新建铁路时应考虑将防灾安全监控系统纳入建设规划，强化铁路防御高影响天气的能力。

3.3 构建防灾安全保障体系，确保铁路行车安全

由于铁路线路的特殊性，风、雨、雪等高影响天气一方面会因地形地貌影响铁路行车安全，另一方面会给铁路桥梁、路基、接触网等设备设施带来危害。为保证铁路行车安全，不仅要建立风、雨、雪等灾害实时监控系统，还应加强对长大隧道、长大桥梁、路基、大型车站、牵引供电系统和通信信号等固定设施的状态监测，形成综合的灾害监测和预警网络，构建铁路全方位的安全保障体系。同时采集气象、线路及铁路沿线设备状态等相关信息，运用大数据技术对各类监测系统的海量数据进行深入挖掘，为科学分析事故风险规律提供依据。

3.4 加强设备养护，及时排除隐患

做好日常及恶劣气候条件下铁路设备的维护和巡查，按设备维修规程定期检查和维修，及时发现并排除隐患，保证设备处于良好技术状态。特别是在恶劣天气多发季节，要增加巡查次数，有问题随时进行检修，对于重点地区要进行气象灾害的重点防范。例如，暴雨季节，对于容易产生塌方的地段、桥梁及涵洞，要不间断地巡查，加强防、排水设施检查，发现问题及时通报，并及时采取相应的措施。

3.5 开展铁路气象灾害风险评估，从源头规避不利影响

铁路路网规模的不断扩大和列车运行速度的提高，使高影响天气给铁路运输安全带来的潜在风险越来越大。为预防和减轻突发重大气象灾害对铁路安全的危害，针对铁路重大工程建设项目，应将气象灾害风险评估纳入规划，确保在铁路规划编制和工程立项时充分考虑气象灾害风险因素，从源头避免和减少高影响天气对铁路的不利影响。通过建立铁路气象灾害风险数据库，对气象灾害风险隐患进行排查，分析研究特定地区、不同气象灾害的发生规律，以及高影响天气对铁路运输安全造成的影响和可能导致的一系列风险事件，采取有效对策措施防止灾害发生。

3.6 加强与气象部门合作，提高铁路气象灾害监测预警水平

依托中国气象局现有公共气象服务资源，将气象部门台站与铁路沿线自建气象监测台站互联互通，完善和优化铁路防灾安全监控系统中气象监测预警网络的布局，实现气象灾害监测信息共享互用，提高报警和预警的准确性，提升铁路气象灾害监测预警水平[12]。

4 结束语

随着我国铁路的快速发展，对保障铁路特别是高速铁路的运行安全有了更高要求。为应对高影响天气变化对铁路交通运输产生的不利影响，需要在规划、设计、建造、运营以及维护等方面充分考虑气候变化带来的潜在风险，充分运用铁路各类监测系统积累的数据资源，为分析高影响天气灾害隐患提供有效支撑，并通过一系列有针对性的预防措施，确保铁路安全、高效、正点运营。