我国公路交通气象灾害风险隐患特征分析*

张晓美，吕明辉，王 毅，李筱竹

(1.中国气象局公共气象服务中心，北京100081；2.国家气象中心，北京100081)

随着社会经济的快速发展，交通运输在保障人民基本生产生活、有力支撑社会经济发展方面的作用越来越明显，出行和货运都越来越高效和便捷。特别是以高速公路为主的交通骨干网络是国家交通运输的大动脉，也是交通气象服务保障中的重中之重。随着高速公路的快速发展，公路交通运输能力和效率不断提高，但安全问题也越来越引发关注。据资料统计，高速公路每百公里发生事故率比普通公路高出3倍多[1]。与此同时，在极端天气日趋增多的背景下，天气对交通的不利影响越发显著，恶劣的气象条件成为引发交通事故的重要因素之一，如强降水引发山体滑坡、道路塌陷、路基冲毁，导致交通中断。浓雾、沙尘暴造成视程障碍，引发高速公路车辆连环相撞等[2]。据美国国家高速公路交通安全管理局(NHTSA)统计，在美国，高速公路平均每年发生600万起交通事故，其中170万起交通事故是由恶劣天气或恶劣天气造成的不利路况引起的[3]。据统计，我国有近30%的交通事故是在恶劣天气中发生的，大雾、暴雨、冰雪、高温等[4-7]是影响交通安全的主要灾害性天气。

随着公路交通有效运送量不断提高，恶劣天气以及与天气相关的路况，对公路交通的影响、威胁和危险正在与日俱增。为了深入了解和认识公路交通气象灾害的特点、规律以及对交通安全的影响，2013-2015年，中国气象局组织开展了全国范围的公路交通气象灾害风险普查，获得了珍贵的普查数据。本文将利用这些数据，对我国公路交通气象灾害风险隐患点的基本情况、主要灾害类型、主要致灾气象因子以及灾害影响等进行分析，研究并揭示我国交通气象灾害风险的构成和时空分布的特征，为不断改进交通气象保障服务、降低交通气象灾害风险提供科学依据。

1 研究方法

1.1 资料

2013-2015年，中国气象局公共气象服务中心牵头组织全国31个省(区、市)气象局对我国110条公路(包括高速、国道、地区环线等重点线路)进行了交通气象灾害风险普查，调查总里程超过8万km。该风险数据集的主要调查内容包括全国公路交通气象灾害风险隐患点基本信息、主要灾害类型、主要致灾气象因子及其灾害影响情况等。

1.2 普查方法

1.2.1 风险隐患点的定义

调查中所定义的公路交通气象灾害风险隐患点是指受一定气象条件影响下，道路长度、交通流量和单位时间内交通事故率明显高于路段平均事故率上限的地点和路段[8]。根据全国公路交通气象灾害风险普查工作方案[8]的规定，公路交通气象灾害风险隐患点主要依照下列原则进行选取：

(1)气象条件与公路路面综合作用情况下：①500 m范围内，1年之中发生3次重大以上(含)交通事故的地点；②2 000 m范围内，1年之中发生3次重大以上(含)交通事故的路段；

(2)道路桥、涵洞全程，1年之中发生3次重大以上(含)交通事故的路段；

(3)由于气象条件造成公路封闭路段、交通堵塞路段长超过2 000 m，一年之中发生3次以上的；

(4)由于气象条件造成的公路交通设施(信号灯、交通标志、路面标线、护栏、隔离栅、照明设备、视线诱导标、防眩设施等)损坏，影响路段超过2 000 m，一年之中发生3次以上的；

(5)各省交通管理部门或气象部门专业工作人员依历史数据和经验认定的气象灾害风险隐患点。

1.2.2 调查方法介绍

此次的调查数据的获得综合运用了实地调查法[9]、问卷调查法和专家评估法。

实地调查法是指在交通部门的许可和相关工作人员的陪同下，在做好安全防护的前提下,调查人员通过实地观察法直接收集了气象灾害风险隐患点周边实际交通、环境情况的第一手调查数据。

问卷调查法[9-10]是利用结构化问卷对所研究问题进行度量，从而搜集到可靠的资料的一种方法。问卷调查是本次调查最主要的方法。

专家评估法，又称德尔菲法(Delphi method)，是一种凭借专家判断分阶段、交互式的预测评估方法。专家评估法在气象服务效益评估、气象灾害风险调查领域应用广泛[11-18]。

在本次调查中通过专家评估法，充分发挥被调查者在部门、行业中的实际经验，深入了解了公路交通部门、相关行业气象服务相关技术指标。综合运用问卷调查法和专家评估法，获得了风险隐患点致灾因子、交通事故等调查数据。

2 普查主要结论

2.1 风险隐患点的分布特征

图1为全国各地区公路交通气象灾害风险隐患点个数。经统计，2013-2015年共计调查到2 321个风险隐患点。由图1可见，普查的风险隐患点分布十分广泛，主要的风险隐患点集中在我国中东部地区和西南地区，东北、西北等地的风险隐患点数量相对较少。具体而言，西南地区风险隐患点数量最多，达848个，占风险隐患点总数的36.5%；其次是华东、华北地区的风险隐患点，均在300个以上；华中、华南、西北地区的风险隐患点数量相差不大，分布在150～250个之间；东北和新疆的风险隐患点分布数量较少，均在100个以下。

图1 2013-2015年期间排查的公路交通气象灾害风险隐患点的空间分布情况

表1给出了各省(区、市)公路交通气象灾害风险隐患点个数。可以发现，西藏的风险隐患点数量最多，达507个；其次是内蒙古，达206个；广西、湖北、云南、贵州的风险隐患点数量都在100个以上。北京、上海、广东等经济发达地区的风险隐患点相对较少。

表1 各省公路交通气象灾害风险隐患个数分布图

图2给出了不同公路的气象灾害风险隐患点分布。从各调查路段看，国道318(本次调查路段为拉萨至林芝段)的风险隐患点最多。其次是国道317(起始于四川成都、终止于西藏那曲)、沪渝高速G50(经过上海、江苏、浙江、安徽、湖北、重庆6个省(市))分别有121、90个风险隐患点。此外，包茂高速G65、福银高速G70、二广高速G55等5条公路的风险隐患点也在50个以上。

图2 不同公路的气象灾害风险隐患点分布图(排名前10公路)

2.2 风险隐患点的特征分析

为了解风险隐患点周围的地质和交通状况，调查了公路交通气象灾害风险隐患点的路基岩土类型、植被覆盖率、道路形态、公路等级和车流量等内容。通过分析，发现以下特征：

(1)风险隐患点的道路形态以直坡道、弯道为主。图3给出了气象灾害风险隐患点道路形态的主要构成情况。经统计，发现公路交通气象灾害风险隐患点的主要道路形态依次为直道(32.7%)、弯道(24.1%)、坡道(19.3%)、桥梁(18.1%)，这四种道路形态占总样本的94.2%。

图3 气象灾害风险隐患点道路形态的构成

(2)风险隐患点的路基岩土类型以碎石土、砂土、粘性土和岩石为主。图4给出了气象灾害风险隐患点路基岩土类型的主要构成。经统计，发现公路交通气象灾害风险隐患点的路基岩土类型以碎石土(52.4%)、砂土(19.8%)、粘性土(10.8%)和岩石(9.4%)为主，共占风险隐患点总数的92.4%。而冻土、风积沙和粉土等路基岩土类型较少，仅占7.6%。

图4 气象灾害风险隐患点路基岩土类型构成

(3)风险隐患点周围的植被覆盖总体状况较好。图5给出了气象灾害风险隐患点周围的植被覆盖情况。经统计，发现绝大多数的风险隐患点周围的植被覆盖率在40%以上。植被覆盖率在80%以上的风险隐患点占37.6%；植被覆盖率在61%～80%的风险隐患点占27.2%；植被覆盖率在41%～60%的风险隐患点占15%；植被覆盖率在40%以下的风险隐患点占21.2%，如图5所示。

图5 气象灾害风险隐患点的植被覆盖率情况

(4) 风险隐患点的公路等级以一级高速公路、路堤式高速公路和路堑式高速公路为主。图5给出了不同高速公路等级隐患点样本分布情况。经统计，此次普查的公路交通气象灾害风险隐患点的公路等级主要集中在一级高速公路(占35.5%)、路堤式高速公路(占26.5%)和路堑式高速公路(占15.4%)，共占总数的77.4%；二级公路、高架高速公路和隧道高速公路的气象灾害风险隐患点相对较少，如图6所示。

图6 不同高速公路等级隐患点样本分布情况

表2 各地区及各省(区、市)公路交通气象灾害风险前三名主要灾害类型具体构成

(5)风险隐患点的路面年平均日车流量主要集中在40 000次以内。图7给出了不同高速公路等级隐患点的路面年平均日车流量特征。统计发现，风险隐患点路面年平均日车流量基本集中在40 000次以内。其中，96.9%的风险隐患点路面年平均日车流量在40 000次以内，路面年平均日车流量超过40 000次的风险隐患点数明显下降，但需要注意的是，特高车流量(路面年平均日车流量超过40 000次)下仍有极少的风险隐患点存在。

图7 风险隐患点路面年平均日车流量特征(单位：频数)

3 风险隐患点的主要气象灾害与影响

3.1 主要气象灾害、气象次生、衍生灾害类型和致灾气象因子

图8给出了公路交通气象灾害类型的主要构成。可以看出，风险隐患点的主要气象灾害类型依次为强降雨(32.8%)、大雾(21.7%)、路面结冰(16.4%)、公路积雪(11.1%)和团雾(4.6%)，共占普查公路风险隐患点气象灾害总数的86.6%。在此基础上，进一步分析主要气象灾害的致灾因子，发现上述五类气象灾害的致灾因子主要由降雨、能见度(雾/霾)、降雪、气温、风速五个要素组成(图略)，共占致灾因子总量的86.3%。

图8 公路交通气象灾害类型的主要构成

图9给出了公路交通气象次生、衍生灾害类型构成。可以看出因气象灾害引发的气象次生、衍生灾害，主要有滑坡、崩塌、泥石流等三类灾害，占到公路交通气象灾害总数的21%；有64.2%的公路交通气象灾害并没有引发次生、衍生灾害。

图9 公路交通气象次生、衍生灾害类型构成

3.2 主要交通气象灾害的空间分布

下面分析全国31个省(区、市)公路交通气象灾害的构成情况。统计发现(表2)，不同地区公路交通气象灾害的构成有一定差异。如东北、华北、西北等北方地区的交通气象灾害以公路积雪、路面结冰为主；而华南地区仅强降雨一项就占到了公路交通气象灾害总数的60%左右。东北、华东、华南等临海地区大雾发生的频率也是相对较高的。各地区及各省(区、市)公路交通气象灾害的主要类型见表2。

3.3 灾害引发的交通事故情况分析

对主要气象灾害和次生、衍生灾害引起的交通事故进行分析发现，在一年之中，夏、冬两个季节发生频率较高；在1d之中，02:00-05:00之间是事故最频发的时段。

对调查的典型交通事故与引发事故的主要灾害进行交叉分析发现，由强降雨引发的事故量最大，为672个，其次是大雾(408个)、公路积雪(331个)、路面结冰(199个)和团雾(104个)，具体见表3。

表3 由各个主要灾害引发的事故数列表

4 主要结论

本文基于2013-2015年公路交通气象灾害风险普查资料，通过整理和统计分析，可以得出以下主要结论：

(1)2013-2015年公路交通气象灾害风险普查共计收集到2 321个风险隐患点的资料。分析显示，我国公路交通气象灾害风险隐患点总体分布广泛。地域分布表明，西南地区、中东地区的风险隐患点数量较多。从路段看，包茂高速G65、福银高速G70、二广高速G55的风险隐患点较多。

(2)分析风险隐患点的地质情况发现，风险隐患点的路基以碎石土、砂土、岩石和粘性土为主；大部分路段植被覆盖良好；道路形态多为以直道、弯道、坡道和桥梁为主；风险隐患点主要集中在一级高速公路、路堤式高速公路和路堑式高速公路;风险隐患点路面年平均日车流量基本集中在26 000次以内。

(3)影响我国公路交通的主要公路交通气象灾害是强降雨、大雾、路面结冰、公路积雪和团雾，其中强降雨引发的交通事故数据最多；致灾因子主要是降雨、能见度、气温、降雪等；灾害引发的主要气象次生、衍生灾害包括滑坡、崩塌、泥石流等。此外，不同地区的主要气象灾害存在明显差异。

(4)从季节特征来看，夏、冬两季，我国的公路容易因气象灾害和次生、衍生灾害引发交通事故；而1 d之中，在02:00-05:00之间为事故易发时段。

5 展望

为了更加明确全国公路交通气象灾害的分布特征、掌握其分布、影响规律，减少交通气象灾害带来的人员伤亡和经济损失，将交通气象灾害风险数据收集作为常态化的工作持续推进，建立动态更新的公路交通气象灾害风险数据库，是十分必要的。目前，对公路交通气象灾害风险普查数据的利用也远远不够，主要是对交通气象灾害的时空分布特征进行研究，对交通影响也以定性研究为主。如何用好风险普查数据库，实现气象灾害风险调查结果的业务化应用，探索开展高速公路灾害风险的预警和服务，都是仍需探索实践的方向。

此外，公路交通风险调查和评估技术的研究仍需进一步深入。目前，普查利用专家评估法对交通气象灾害的风险阈值进行了初步研究，但主观性较大，如何利用更为科学、客观的研究方法对交通气象灾害的影响进行定量研究也是未来交通气象灾害风险研究的主要方向。