山西省公路水毁灾损评估分析

邢婷婷

(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)

1 概 述

山西省位于我国三级阶梯的第二阶梯前缘地带,总体呈“两山夹一川”的地形格局,受构造影响,地质条件复杂,属黄土高原干湿过渡区。2021年7月至10月以来,山西省多地连续遭遇时间久、范围广、强度大的降雨天气,4个月全省累计降雨量为528.3 mm,为历年同时段累计降雨量的198%,对公路等基础设施造成严重破坏。由于持续强降雨的影响,山西省内37条河流发生洪水,全省高速公路、普通国省干线公路、农村公路3 349处交通中断。

山西暴雨的特点是累计雨量大、暴雨持续时间长、降水极端性突出,并伴有雷电、强对流和降温。持续的强降雨会使得山西省多地城市发生内涝,部分山区爆发泥石流、山体滑坡等自然灾害,从而导致道路、桥梁塌陷损毁、客货运停运等现象,交通系统受到严重影响,给疫情防控带来严峻挑战,而且灾后重建工作紧迫又复杂,是一项艰巨任务,需要投入大量的财政资金,灾毁重建资金缺口巨大,加重地方财政负担。从公路等级标准来看,高速公路灾毁的严重程度小于普通国省干线公路,普通国省干线公路灾毁的严重程度小于农村公路[1]。原因是高速公路建设标准高,相对里程较短;普通国省干线公路里程比高速公路里程长、建设标准较高速公路低;农村公路的里程最长,且建设等级最低,相对抵抗水毁能力差。

2 水毁区域分布

经调查,统计分析山西省各地市的受灾情况,强降水主要集中在山西省中南部地区。

北部地区包含大同市、朔州市、忻州市等地,虽降雨量不大,但受地形和泄洪需求影响,受灾类型以洪水冲刷、浸泡为主,路基路面受损严重。

中部地区包含长治市、晋中市、吕梁市、太原市、阳泉市等地,为重点受灾区,道路损毁严重,涉及面广。主要受暴雨及暴雨引发的泥石流、山体滑坡等次生灾害影响。道路被洪水冲刷、浸泡,山路被泥石阻断、路基失稳,造成道路塌陷、损毁严重。

南部地区包含运城市、晋城市、临汾市等地,主要受到暴雨侵害,受灾类型以冲刷、浸泡以及冲断为主,路基路面、道路基础设施受损严重。

3 水毁类型分析

根据调查研究,归纳总结山西省公路水毁灾损的类型,主要包含以下几个方面。

路基路面的水毁灾损类型主要有暴雨、河流冲刷引起的路基滑移、沉陷、垮塌,水流冲刷引起的土质边坡滑坡、坍塌、冲蚀,降雨、水流冲刷或风化引起的岩质边坡碎落、落石、崩塌、滑坡。路基防护及支挡结构物的损坏,如挡土墙等的损坏。排水设施排水沟等的堵塞、损坏及缺失。路基大面积沉陷、脱空,路面沉陷,裂缝,翻浆等病害。

桥梁涵洞的水毁灾损类型有由洪水、泥石流等撞击导致的墩台破损、开裂,梁板移位甚至引起桥梁垮塌。河流冲刷会造成墩台基础外露或损坏。河道淤积等致使桥涵过水面积减小,导致防洪标准降低。台背和涵洞顶由于积水浸泡,出现变形、塌陷等。以及桥位处排水设施出现堵塞和损毁等。

隧道的水毁灾损类型主要包括洞口变形、开裂、滑塌、垮塌。以及洞门基础掏空、不均匀沉降和墙体开裂、倾斜、沉陷等。此外,还有洞身衬砌出现的裂缝、错台、起层、剥落、掉块等,洞身裂缝、变形缝、施工缝等薄弱位置出现渗漏水,隧道路面出现渗水、涌水、积水、拱起、开裂、坑槽等。

交通安全设施的水毁灾损类型主要有交通标志、护栏等设施的变形、位移或功能性损坏;交通标线的剥落等。

4 评估机制

4.1 评估依据

根据交通运输部公路灾毁信息采集系统数据库和水毁期间重点区域卫星高分遥感影像资料、气象部门降雨量等相关资料,以及山西省交通运输厅《山西省公路水毁灾损评估技术指南》,对山西省公路水毁灾损进行评估分析,建立评估机制。

4.2 评估原则

公路水毁评估应坚持系统性原则、客观性原则、科学性原则、全面性原则四大原则,保证评估工作实事求是、评估结果真实准确,为灾后恢复重建工作提供重要依据。

4.3 评估流程

公路水毁评估分省、地市、县(区)三级进行评估,并逐级上报。各级评估单位采用实地核查、航拍、高分遥感影像、GIS地图等核查方法对上报的水毁数据进行评估核查,得到准确的灾毁类型、灾毁数量,并据此计算、验证灾损结果,具体步骤如下。

(1)整理地市上报的的灾毁路段信息。对不符合要求的灾毁路段和灾毁点数据进行剔除,并对灾损类型、灾损严重程度、直接经济损失进行分类汇总。

(2)数据校核。通过遥感+GIS、高分遥感高分地图、航拍及实地抽样调查等进行复核,若发现个别地市数据异常,应要求该地市补充相关资料后进行再评估。

(3)判定灾毁路段受灾类型。按照路基冲毁、路基塌方、路基防护排水、路面病害、桥梁受损、涵洞受损、隧道受损及交安设施受损进行重新分类。

(4)判定灾毁路段严重程度。针对地市上报的灾毁影像资料,评估其受灾严重程度,分为一般、较重、严重、特别严重[2-6]。

(5)灾损计算。灾毁的类型、严重程度确定后,评估其直接经济损失。针对其受灾部位、道路等级、受灾里程等评估其直接经济损失。并与地市上报数据进行对比,若偏差在10%以内,则评估其直接损失数额可信,予以认可。若偏差在10%以上,则要求地市补充资料并重新计算,直至偏差在合理范围内。

(6)评估结果验证。利用神经网络对各地市水毁灾损程度、水毁类型和降雨量进行相关性分析,选取敏感度较高的输入因子,建立回归分析模型,验证各地市核查后的水毁灾损金额。

5 实例分析

根据公路水毁灾损评估流程,对2021年山西省农村公路水毁灾损情况进行评估分析。

5.1 数据核查分析

根据各地上报调查统计表对其进行核查分析。截至2020年底,山西省农村公路养护总里程12 6025 km,本次农村公路受灾5 781 km。据不完全统计,通过农村公路水灾损毁调查统计表采集整理、修订后得到农村公路灾毁路段上报数据共13 639处,灾毁经济损失83.82亿元。其中,受灾程度为一般的8 977处,受灾程度为较重的1 663处,受灾程度为严重的1 854处,受灾程度为特别严重的1 145处。经核查后,由水毁引起的灾毁路段共12 373处,灾毁经济损失80.10亿元。与原始采集数据相比,灾毁路段减少了1 266处,灾毁经济损失3.72亿元。其中,受灾程度为一般的8 238处,受灾程度为较重的1 593处,受灾程度为严重的1 477处,受灾程度为特别严重的1 065处。各地市核查后的灾毁路段数和经济损失与原始采集数据和上报金额对比情况如表1所示。

表1 各地市核查后灾毁路段数和损失金额与原始采集数据和上报金额对比情况

按灾毁类型情况统计,山西省农村公路受灾以路基灾毁为主,占比达82%(10 088处),路面占比14%(1 717处),桥梁占比2%(222处),涵洞占比1%(169处),交安设施占比0.5%(34处),其他占比0.5%(67处)。山西省农村公路受灾路段灾毁类型情况如表2所示。

表2 山西省农村公路受灾路段灾毁类型情况

从损毁严重程度来看,山西省农村公路受灾有66%(8 238处)灾毁等级为一般,13%(1 593处)灾毁等级为较重,12%(1 477处)灾毁等级为严重,9%(1 065处)灾毁等级为特别严重。山西省农村公路受灾路段灾毁严重程度情况如表3所示。

表3 山西省农村公路受灾路段灾毁严重程度情况

5.2 灾损计算

暴雨灾害造成的普通国省干线公路经济损失可分为两部分:一是对公路交通基础设施的直接破坏,即直接经济损失,表现为路基、路面、桥梁等结构物毁损;二是对灾区经济系统功能的破坏,比如造成通行车辆营运成本增加、旅客时间浪费等,这些损失均属于公路灾毁造成的间接经济损失。评估仅考虑直接经济损失,结合普通国省干线公路灾损特点,采用公式(1)进行计算。

W=∑Wi

(1)

式中:Wi为灾毁经济损失,元;Wi=Pi×Qi;Pi为灾毁单价,元/m3或元/m2;Qi为灾毁工程量,m3或m2;i为病害类型。

灾损估价包含公路用地范围内发生的和公路用地范围外发生但影响公路正常使用的灾损工程量。损失估算单价结合山西省交通运输厅印发的《山西省公路水毁灾损评估技术指南》及相关现行公路定额标准执行。

经分析计算,山西省农村公路灾毁损失最大的三个市为临汾、晋城、运城,金额损失最小的市为朔州、忻州、大同,各地市农村公路水毁灾损损失金额如图3所示。

图3 各地市损失金额对比

通过计算分析,全省农村公路灾毁损失金额为801 000万元,损失最大的为临汾市,灾损金额为210 959万元;损失最小的为朔州市,灾损金额为932万元。按灾毁程度分,灾毁等级为一般的路段灾损金额为138 488万元;灾毁等级为较重的路段灾损金额为96 509元;灾毁等级为严重的路段灾损金额为165 969万元;灾毁等级为特别严重的路段灾损金额为400 034万元。

5.3 评估结果验证

利用神经网络对各地市水毁灾损程度、水毁类型和降雨量进行相关性分析,选取敏感度较高的输入因子,建立回归分析模型,验证各地市核查后的水毁灾损金额。

BP神经网络由输入层、隐含层和输出层组成,可以反映大量存入-存出的映射关系。根据核查后的各地市农村公路水毁灾损汇总表,以及关于降雨量的分析,可将水毁灾损程度X1i(一般、较重、严重和特别严重)、水毁类型X2i(路基塌方、路基防护、路面、桥梁、涵洞、隧道和交安设施)和降雨量X3作为输入层,将核查后的水毁预估金额Y(万元)作为输出层。

农村公路的灾毁处数总计为12 373处,将12 373个样本作为输入样本进行损失金额相关性分析,选择敏感度高的因子代入神经网络进行训练,得到公式并对核查后的灾损金额进行分析,计算结果如表4所示。

表4 灾损金额比较表

根据表4可知,利用神经网络对各地市水毁灾损程度X1i(一般、较重、严重和特别严重)、水毁类型X2i(路基塌方、路基防护、路面、桥梁、涵洞、隧道和交安设施)和降雨量X3进行相关性分析,选取敏感度较高的输入因子,经过样本训练后得到的公式,可以很好地反应各地市的实际水毁预估金额,误差在10%以内。

6 结论及建议

通过对山西省公路水毁情况的分析研究,确定评估机制、提出评估流程,为山西省公路水毁灾损评估提供技术参考,能够指导灾后修复工作,节约财政资金。建议在公路发生水毁灾损后,从以下几个方面开展工作。

(1)积极编制公路水毁灾损修复技术指南,指导各地科学开展灾后重建工作。(2)加快开展受灾严重地区公路检测,确保灾后公路交通安全,并为灾损重建工作提供技术支撑。(3)科学编制公路灾后重建方案,结合灾毁不同程度特点,因地制宜、实事求是,兼顾冬季施工影响,提出有效的病害处置方案,指导地市制定公路灾后修复方案。(4)提高公路基础设施抗灾减灾能力,结合山西省“十四五”规划,对公路发展从全过程入手,在前期规划、设计、施工、管理、养护等阶段,全面提高公路防灾设计标准,丰富完善灾害防治、抗灾防毁等工程措施,对经常发生灾毁的路基、桥涵段,采取积极措施提高抗洪标准或局部改线,切实提升公路水路抗灾减灾能力,消除安全隐患。