微地形、微气候特性对高速公路选线的影响

袁丁，李杰，李金标，刘文德

（四川省交通勘察设计研究院有限公司，四川 成都 610017）

1 引言

近年来，随着社会经济的不断发展，我国的高速公路网也向山岭重丘地区快速延伸。在前期公路选线过程中，往往将地形地质条件、气象水文、城镇规划、环境敏感点、工程规模、投资金额等作为主要控制因素。恶劣的气候是高速公路运营安全的重要因素[1-3]，工程师们通常对宏观气象条件较为关注，但是在复杂地形条件下，不同公路路段的气象条件差异较大[4-6]。由于对微地形和微气候特性的认识不足，高速公路在通车运营过程中可能会遭遇微气候条件带来的危害。本文通过探讨高速公路走廊带内的微地形微气候特性，从气象学角度为高速公路的选线提供一定的参考。

2 路线走廊带气候及地貌

某高速公路位于四川省广元市北部山区，路线起于万家乡以北，止于周家河，推荐方案路线全长约70km。项目区地处秦岭山脉南麓，地面海拔高程550m～1950m，属亚热带湿润季风气候，年均气温12℃～15℃，年极端最高气温38℃～39℃，极端最低气温-9.1℃～-8.2℃，无霜期192 天～250 天，年均降雨量1300mm，年均日照212 天[7]。在这样的气象环境下，项目区路面一般不容易结冰，但在微地形形成的微气候作用下，局部区域在冬季则有结冰的现象。

路线走廊带内研究布设了从曾家山东侧边缘穿越的高线位和从盐井河峡谷穿越的低线位，如图1 所示。高线位因地形起伏大，桥隧比较高，工程规模较大；低线位因地形起伏相对较小，桥隧比较低，工程规模较小。因此，仅从工程规模的角度比选，低线位更好，但路线方案的确定往往需要进行多因素综合比选。本文主要从气象水文角度来分析高、低两个线位方案的优缺点。

图1 路线走廊高、低线位沿线地形示意图

3 高、低线位微地形微气候分析

微地形是相对于大区域地形而言，微气候也是相对于大区域气候而言，都是相对概念。比如某一区域总体上属于宽缓沟谷地形，但该区域内某局部区域因为山体陡峻，河道狭窄，形成典型的峡谷地形，该局部区域相对于整个大区域就属于微地形。

由于山区地形条件的复杂性，小范围的微地形可能会在同一区域内造就不同的微气候，而微气候对高速公路路面冬季结冰的影响显著，在规划选线阶段开展微地形辨识的工作是必要的[8]。

微地形的种类是多种多样的，从高速公路路面冬季结冰的角度分析，本文研究中主要涉及的微地形、微气候分类见表1。

本文中的高线位主要布设在曾家山东侧山腰宽缓处，地形相对开阔，风力以自然风为主，且高速公路受日照充分；低线位万家至国华段主要从盐井河峡谷谷底附近穿越，典型地形地貌如图2、图3所示。沿线地形属于表1地貌分类的第5种类型-峡谷风道型，由于公路所在的盐井河沟谷两岸山体高耸，岩壁陡峭，沿河道沟谷形成了一条狭窄的通道，在狭管效应作用下，沿线风力较大，同时，因地形狭窄，高速公路受日照时间较短，冬季低温天气下，路面上的积水极易冷凝成冰。

图2 盐井河峡谷万家至国华段地貌

图3 万家至国华段高、低线位示意图

表1 微地形、微气候分类一览表

4 高、低线位水文地质条件分析

路线沿着深切河谷布设，河谷坡度大，岩溶地下水水力梯度较大，地下水以较快的管道流为主[9]。路线走廊带西侧的曾家山出露了大量的碳酸盐岩，岩溶发育，高、低线位虽然都从平面上绕避了大部分岩溶强烈发育区（图4），但高、低线位在空间立面上所处的水文地质情况有的不同。区域内的岩溶侵蚀基准面位于盐井河河谷附近，区域内的岩溶地下水通道自上而下以垂向发育为主，接近盐井河河谷附近，岩溶地下水通道以水平向为主，如图5所示。高线位处于曾家山山腰相对宽缓地带，路线穿越垂直渗流岩溶带或位于其上方，沿线无明显的岩溶通道出露，地下水不发育，高速公路路面相对干燥；而低线位处于盐井河河谷附近，靠近岩溶侵蚀基准面，路线穿越水平潜流岩溶带或从岩溶水出露点附近通过，地下水发育，加之河谷附近空气含水量相对较高，导致高速公路路面相对潮湿。

图4 高、低线位水文地质条件平面图

图5 高、低线位水文地质条件横断面示意图

5 高、低线位暗冰发育程度分析

高速公路路面冬季结冰主要出现在明线路段，尤以桥面结冰居多。影响结冰的因素主要是温度和湿度，高线位由于风速较小，受日照时间较长，其沿线环境温度较高，空气相对干燥，所以路面在冬季不易结冰，车辆营运安全性较好。低线位万家至国华段路线长约30km，其中明线长约20km，受峡谷风道影响，沿线环境温度较低，同时，特殊的水文地质条件导致该路段公路路面潮湿，容易在冬季结冰，威胁车辆营运安全。万家乡西南侧盐井河河谷旁的省道303 线建设及运营中，地下水从边坡岩石裂缝中流出，冬季结冰形成涎流冰[10]，如图6 所示，这一现象验证了该高速公路低线位万家至国华段路面冬季易结暗冰的结论。

图6 盐井河旁省道303线桥墩内侧发育涎流冰

6 结语

①在复杂地形条件下，高速公路不同路段可能因微地形影响微气候。

②温度和湿度是影响路面结冰的重要因素，风速越大，受日照时间越短，环境温度就可能越低；地下水越发育、路线越靠近河流，公路路面就可能越潮湿。在二者共同作用下，公路路面冬季易结暗冰，威胁车辆营运安全。

③公路路线选择应重视微地形、微地貌的分析，从而为高速公路选线提供参考。