張 聰，姚令侃,2,3，黃藝丹,2,3，邱燕玲，譚 禮

（1.西南交通大學土木工程學院，四川 成都 610031；2.西南交通大學高速鐵路線路工程教育部重點實驗室，四川 成都 610031；3.西南交通大學陸地交通地質(zhì)災(zāi)害防治技術(shù)國家工程實驗室，四川 成都 610031；4.中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

青藏高原南緣是世界上中低緯度地區(qū)最大的現(xiàn)代冰川分布區(qū)，發(fā)育了世界上罕有的海洋性山谷冰川，并由于冰川的活動形成了大量冰磧湖[1].海洋性冰川具有消融量大、活動性強的特點，使得青藏高原南緣，尤其是喜馬拉雅山脈，成為全球冰磧湖潰決災(zāi)害事件最密集的地區(qū)之一[1-2].冰磧湖位于高海拔地區(qū)，一旦潰決，其潰決洪水在重力作用下往往給下游的生命財產(chǎn)和交通設(shè)施帶來難以估量的損失.例如，1981年喜馬拉雅中部波曲河流域的次仁瑪錯冰磧湖潰決事件，使得中尼公路超過55 km路段損毀，交通中斷，并導(dǎo)致數(shù)百人死亡[1].因此，預(yù)測、評估冰磧湖潰決風險對冰磧湖風險調(diào)控具有重大的現(xiàn)實和指導(dǎo)意義.

長期以來，隨著國內(nèi)外學者對冰磧湖潰決災(zāi)害研究的不斷深入，從潰決的激發(fā)因素與潰壩機制出發(fā)，對冰磧湖危險性進行評估，取得了一系列成果.徐道明等[3]通過對我國西藏地區(qū)潰決冰磧湖的考察，提出了從壩體特征、氣候因素判別危險冰磧湖的幾類指標.呂儒仁等[4]分析了我國西藏冰磧湖潰決特點，統(tǒng)計了有利于潰決事件發(fā)生的7類指標.Huggel等[5]利用遙感影像從冰磧湖、壩、激發(fā)條件、下游洪水路徑等方面提出冰磧湖潛在危險性評判的三級準則和相應(yīng)指標.基于上述指標體系可對冰磧湖潰決危險性作出定性評價.

從冰磧湖潰決危險性定量評估角度，呂儒仁等[4]將冰磧湖與母冰川變坡點（或裂隙面）下游冰體的體積比定義為危險性指數(shù)，提出了評估由冰崩涌浪造成壩體潰決的定量化指標.陳曉清等[6]從喜馬拉雅地區(qū)冰磧湖相關(guān)因子中選取7個參數(shù)作為直接判別的依據(jù)，結(jié)合冰磧湖潰決危險指數(shù)建立起一種定性-半定量的個體冰磧湖危險性評價方法.舒有鋒等[7]從冰川、湖盆、終磧堤、氣候等特征中提取冰磧湖潰決危險性評價指標，通過粗糙集理論確定各指標權(quán)重，建立了冰磧湖潰決危險性評價方法.王欣等[8]將冰磧湖潰決機制的定性描述與潰決概率進行轉(zhuǎn)換，建立了冰磧湖潰決的事故樹模型，對我國青藏高原以南冰磧湖潰決危險性進行了分析.

冰磧湖潰決通常是一種因素主導(dǎo)，多種因素共同作用的具有高度不確定性的復(fù)雜物理過程，不同誘因組合可能導(dǎo)致不同潰壩模式以及嚴重程度不同的潰決洪水災(zāi)害.上述評價方法對冰磧湖潰決這類高度不確定性、多狀態(tài)、共因?qū)е碌氖栴}針對性不強.貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（B-Ns）分析法具有良好的適用性[9-10]，能夠很好地彌補以上評價方法的不足，同時可充分利用已有案例作為先驗知識，提高預(yù)測結(jié)果的客觀性和準確性，但目前未見其應(yīng)用于冰磧湖潰決危險性分析.

中巴鐵路、中尼鐵路等穿越冰磧湖分布區(qū)的口岸鐵路均列入國際通道的規(guī)劃中.這些跨境鐵路將穿越喜馬拉雅山脈，冰磧湖潰決已成為對鐵路線路方案起控制作用的重大災(zāi)害類型，而冰川覆蓋區(qū)是我國鐵路沒有建設(shè)經(jīng)驗的地貌單元.冰磧湖一般位于極高海拔區(qū)，難以通過工程手段處治，因此以在選線階段開展風險調(diào)控最為主動.鑒此，以冰磧湖潰決危險區(qū)鐵路方案風險評價為目標，首先對青藏高原南緣74例冰磧湖潰決災(zāi)害實例潰決機制進行統(tǒng)計分析；在此基礎(chǔ)上針對冰磧湖潰決影響因素眾多、關(guān)系復(fù)雜且具有高度不確定性的特點，利用多態(tài)BNs建立了冰磧湖潰決概率預(yù)測模型；依據(jù)冰磧湖潰決危險性評價結(jié)果與沿河線河谷地貌形態(tài)特征提出了針對冰磧湖潰決危險性的鐵路選線方案評價方法；最后，以中尼鐵路跨喜馬拉雅段吉隆、樟木局部走向方案比選為例說明評價方法的作業(yè)程式.為冰磧湖潰決危險區(qū)鐵路方案風險評價提供具普適性的技術(shù)評價體系.

1 多態(tài)B-Ns冰磧湖潰決危險性評估方法

B-Ns能夠有效地在不確定性環(huán)境中實現(xiàn)概率推算與結(jié)果預(yù)測，利用其進行危險性分析的一般流程是構(gòu)建B-Ns模型、確定節(jié)點變量及相應(yīng)的概率分布，然后進行推理計算.其中節(jié)點變量及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建均依賴于已有案例作為先驗知識，因此，本節(jié)首先對青藏高原南緣冰磧湖潰決災(zāi)害案例進行梳理.

1.1 青藏高原南緣冰磧湖潰決案例

結(jié)合實地考察、影像資料與歷史資料[11-17]，本文共梳理了青藏高原南緣74例冰磧湖潰決災(zāi)害事件（圖1，附加材料表S1）.可知，該區(qū)域冰磧湖潰決事件主要發(fā)生在喜馬拉雅中、東部以及藏東南地區(qū).表S1中，對冰磧湖潰決機制有記載的案例為62例，統(tǒng)計知其潰決機制可以大致分為5類（表1），其中冰崩涌浪漫頂是最主要潰決機制.此外，有8例為多種潰決機制共同作用導(dǎo)致.

圖1 青藏高原南緣冰川、冰湖及冰磧湖潰決災(zāi)害分布Fig.1 Distributions of glaciers, glacier lakes and morainedammed lake outburst events in the southern Tibet Plateau

1.2 基于多態(tài)B-Ns冰磧湖潰決概率計算方法

1.2.1 構(gòu)建多態(tài)B-Ns模型

構(gòu)建B-Ns模型的首要工作是確定B-Ns節(jié)點變量.將表1中冰磧壩失效的5種主要模式作為一級指標，然后結(jié)合冰磧湖潰決災(zāi)害形成的基本條件，分別對5個一級指標建立各自的二級分析指標.

表1 青藏高原南緣冰磧湖主要潰決機制統(tǒng)計Tab.1 Main outburst mechanisms of the moraine-dammed lakes in the southern Tibet Plateau

1）冰崩涌浪漫頂（y1）：冰川末端的冰體在氣候等激發(fā)下，突然脫離母冰川進入下游冰磧湖激發(fā)冰磧湖涌浪，同時導(dǎo)致冰磧湖水位驟漲，漫頂沖刷冰磧壩致使壩體潰決.冰崩的斷裂面一般位于冰川坡度突變處或者冰舌裂隙發(fā)育部位，因此，該部位下游冰體可稱為危險冰體.y1的影響因子分析如下：

① 危險冰體坡度（x1）決定著冰體崩落起動的難易程度.由青藏高原南緣的冰磧湖潰決案例統(tǒng)計可知，發(fā)生冰崩災(zāi)害的冰川末端坡度變化較大，但當冰川末端的危險冰體坡度超過8° 時，容易導(dǎo)致冰崩災(zāi)害的發(fā)生[6].

② 危險冰體指數(shù)（x2）為危險冰體體積與冰磧湖湖水體積的比值.危險冰體滑入冰磧湖后產(chǎn)生涌浪，同時導(dǎo)致冰磧湖水位驟漲.二者綜合形成的水頭高度越大，壩體潰口處起動泥沙顆粒也越容易起動，相應(yīng)發(fā)生潰決可能性越高[18].因此可以采用危險冰體指數(shù)表示其危險性.參照冰磧湖潰決案例，潰決前危險冰體指數(shù)一般位于0.11 ～ 0.52[6].

③ 冰舌冰磧湖距離（x3）.冰崩涌浪的首要形成條件是冰川冰磧湖磧處于鄰近狀態(tài).參照冰磧湖潰決案例，已潰決的冰磧湖x3值大多小于1 km.

④ 冰川裂隙發(fā)育程度（x4）.在氣候反常年份，冰川容易在裂隙發(fā)育面發(fā)生斷裂，因此冰川裂隙發(fā)育程度與冰崩災(zāi)害的易發(fā)性呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系.

⑤ 年際氣溫變異系數(shù)（x5）.氣溫突增使得冰川底部融水增加，摩阻減小，同時導(dǎo)致冰川內(nèi)部應(yīng)力差增加，容易引發(fā)冰崩.采用年際氣溫變異系數(shù)代表氣溫突變程度，系數(shù)值越大，氣溫年際變化越劇烈，也越有利于災(zāi)害的形成.由西藏地區(qū)冰磧湖潰決區(qū)鄰近氣候站溫度統(tǒng)計知，冰磧湖潰決區(qū)的氣溫變異系數(shù)值位于0.23 ～ 0.27.

2）管涌（y2）：壩體厚度和壩體物質(zhì)組成是管涌的影響因素[1].目前，對已潰決冰磧湖統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)大部分冰磧壩頂寬（x6）不超過60 m.其次，堰塞壩體的物質(zhì)組成影響著滲流穩(wěn)定，特別是當冰磧壩體內(nèi)部含有埋藏冰時，隨著氣溫升高，埋藏冰融化容易引發(fā)冰磧壩的管涌現(xiàn)象.當前并無判別冰磧壩內(nèi)是否存在埋藏冰的方法，但是徐道明等[3]調(diào)查后認為，在小冰期末時期所形成的冰磧堰塞湖的壩體中，埋藏冰是普遍存在的，且受氣溫變化的影響較為明顯.據(jù)此，可以采用冰磧壩頂寬、壩體物質(zhì)狀態(tài)（x7）與年際氣溫變異系數(shù)對管涌的危險性進行分析.

3）洪水漫頂（y3）：在氣候異常年份，冰川融水與降雨導(dǎo)致的超標洪水對冰磧湖補給超過溢流、蒸發(fā)的損耗時，冰磧湖容易發(fā)生漫流型潰決.采用年際降雨變異系數(shù)表征降雨的不均勻度，則冰磧湖漫流潰決影響因子可以采用冰磧湖滿溢程度（x8）、年際降雨變差系數(shù)（x9）與年際氣溫變異系數(shù)表示.

4）冰磧壩坍塌（y4）：冰磧壩多為松散巖屑或積雪（冰）夾帶巖屑，穩(wěn)定性較差的自然堆積體.壩體的坡度越大，其穩(wěn)定性越差，在內(nèi)、外部因素作用下容易坍塌[1].對青藏高原南緣冰磧湖潰決案例調(diào)查表明，潰決冰磧堰塞壩背水面的坡度多位于20° ～ 33°.其次，壩頂若存在漫流下切槽道，則壩體容易在溯源侵蝕的作用下坍塌.此外，冰磧壩內(nèi)埋藏冰消融也可能導(dǎo)致壩體坍塌.因此，可以采用背水坡度（x10）與壩頂漫流槽道分布狀態(tài)（x11）以及年際氣溫變異系數(shù)分析.

5）外界動力激發(fā)（y5）：外界動力主要為地震作用.地震力一方面促使冰磧湖附近巖體、冰雪崩滑激發(fā)涌浪，另一方面地震直接激發(fā)水體涌浪導(dǎo)致漫頂現(xiàn)象的發(fā)生.Ai等[18]利用地震振動臺模擬地震與滑坡共同作用下復(fù)合涌浪實驗發(fā)現(xiàn)，地震峰值加速度（PGA，x12）與涌浪波高正相關(guān)，當x12> 0.25g（超越概率等于10%）時，涌浪波高可達到冰磧壩顆粒起動臨界條件，可能引發(fā)冰磧湖潰決災(zāi)害.

確定上述5種潰壩機制作為中間節(jié)點變量，根據(jù)節(jié)點變量之間的因果關(guān)系建立B-Ns拓撲結(jié)構(gòu)，如圖2所示，其中：T為葉節(jié)點事件，即冰磧堰塞湖潰決；yj為中間節(jié)點事件 （j=1,2,···,m）；xi為根節(jié)點事件 （i=1,2,···,n）.依據(jù)有利于形成災(zāi)害的節(jié)點狀態(tài)分界值，對B-Ns根節(jié)點變量進行離散化處理，得到各根節(jié)點變量狀態(tài)及取值范圍，如表2所示.表中：狀態(tài)值0、1分別表示安全、危險狀態(tài).

圖2 冰磧湖潰決B-Ns模型Fig.2 B-Ns model of moraine-dammedlakes outburstrisk

表2 根節(jié)點因素多區(qū)間狀態(tài)劃分標準Tab.2 Division of risk factors in multi-interval safety states for root nodes

傳統(tǒng)的事故樹模型以及二態(tài)B-Ns系統(tǒng)僅將節(jié)點狀態(tài)簡化為“正常”和“失效”兩種，但在實際中中間節(jié)點與葉節(jié)點往往存在著中間狀態(tài)，即其節(jié)點狀態(tài)雖然不屬于正常狀態(tài)范疇，但是并未導(dǎo)致大的災(zāi)害形成.以冰磧湖潰壩機制中占比最高的冰崩涌浪漫頂為例，漫頂涌浪往往需要達到一定的水頭高度才能使得堰塞壩潰口處粗顆粒泥沙連續(xù)起動形成潰決連鎖反應(yīng)[18].因此，根據(jù)事故嚴重程度，本文將中間節(jié)點y1的狀態(tài)分為低、中、高危險3類，狀態(tài)值分別用0、1、2表示；其余潰決機制（y2～y5）由于發(fā)生幾率較小，為降低貝葉斯網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，仍將其簡化為兩個狀態(tài)（以0、1表示）.對于葉節(jié)點T，從堰塞湖潰決物理過程角度，其潰決方式可以分為全潰與部分潰，其中全潰形成的相對洪峰流量最大，危險性也最高[19].根據(jù)潰決危險性嚴重程度，將葉節(jié)點T分為低、中、高3種危險狀態(tài).

1.2.2 節(jié)點概率分布的獲取

構(gòu)建B-Ns結(jié)構(gòu)后，需要確定根節(jié)點各狀態(tài)先驗概率分布及其他節(jié)點（中間節(jié)點和葉節(jié)點）條件概率分布.節(jié)點概率的獲取方法主要有資料統(tǒng)計法和專家知識法兩種.B-Ns方法優(yōu)勢之一在于能夠有效地融合多源信息，既可以利用現(xiàn)有資料統(tǒng)計獲取客觀概率值，也能夠利用專家知識對節(jié)點概率進行補充.因此，本文在確定B-Ns節(jié)點概率分布時結(jié)合資料統(tǒng)計法與專家知識法互相驗證.

根節(jié)點先驗概率可依據(jù)資料統(tǒng)計法獲得.根據(jù)所研究區(qū)域的冰川、冰磧湖、遙感影像與數(shù)字高程模型（DEM）地形對根節(jié)點因子落入各狀態(tài)區(qū)間頻數(shù)進行統(tǒng)計，從而確定根節(jié)點各狀態(tài)的先驗概率.本文所使用統(tǒng)計資料中，冰川、冰湖數(shù)據(jù)來自國際山地綜合發(fā)展中心（ICIMOD，2015年）與中科院寒旱所（2014年）提供的第二次冰川編目；冰磧壩等幾何與結(jié)構(gòu)參數(shù)源自對遙感影像（2014年—2019年）與DEM地形（2009年）的解譯；氣候數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)提供的研究區(qū)氣象站近30年氣象資料.冰磧湖潰決案例為本文的附加材料表S1.

通過以上方法獲取根節(jié)點先驗概率之后，仍然需要確定其他節(jié)點的條件概率表（CPT）.節(jié)點處CPT可利用模糊數(shù)學法將專家的定性描述轉(zhuǎn)化為定量的發(fā)生概率[8].針對專家知識法獲得的CPT存在主觀性的問題，可以將獲取的條件概率與實際案例互相驗證，以降低主觀性，操作程式見1.3節(jié)案例.

1.2.3 冰磧湖潰決概率計算

根據(jù)B-Ns的運算規(guī)則，可以由根節(jié)點的先驗概率分布出發(fā)正向推算葉節(jié)點事件的發(fā)生概率.

在多態(tài)B-Ns中，根節(jié)點為xi；中間節(jié)點為yj；葉節(jié)點為T.、和Tq分別代表根節(jié)點、中間節(jié)點、葉節(jié)點的風險狀態(tài).其中：ai=0,1,···,ui?1；bj=0,1,···,vj?1；q=0,1,···,r?1，ui、vj、r分別為根節(jié)點、中間節(jié)點、葉節(jié)點的狀態(tài)數(shù).則當根節(jié)點各狀態(tài)的概率分別為P,P,···,P時，葉節(jié)點T處于風險狀態(tài)Tq的概率計算式為

式中：π(yj)為中間節(jié)點yj的父節(jié)點集合；π(T)為葉節(jié)點T的父節(jié)點集合.

依據(jù)待評估冰磧湖的證據(jù)信息，利用B-Ns的正向推理可以計算葉節(jié)點T各狀態(tài)的發(fā)生概率.確定各風險狀態(tài)的隸屬度函數(shù)為

式中：p為葉節(jié)點各狀態(tài)發(fā)生概率值.

根據(jù)最大隸屬度原則確定葉節(jié)點隸屬的狀態(tài).評估程式如圖3所示.

圖3 基于B-Ns的冰湖潰決危險性評估程式Fig.3 Risk assessment procedure for moraine-dammed lake outburst based on B-Ns method

1.3 B-Ns模型的檢驗

評價模型的精度直接關(guān)系到評價結(jié)果的可靠性，因此使用前有必要對該模型進行檢驗.本節(jié)利用1981年7月11日波曲河流域次仁瑪錯冰磧湖案例對B-Ns模型的精度與作業(yè)流程進行驗證和說明.

根據(jù)呂儒仁等[4]的調(diào)查，潰決當年喜馬拉雅南坡的氣候背景為暖干氣候，降水因為量小而作用很小，突然升溫導(dǎo)致冰崩，疊加管涌效應(yīng)導(dǎo)致冰磧湖潰決.該冰磧湖的海拔高度為4660 m，潰決前夕冰舌到達海拔4700 m位置，距離冰磧湖非常近.冰川前緣地形為陡崖狀，且在陡崖處呈不連續(xù)狀態(tài)，裂紋發(fā)育.潰決之前，冰磧湖處于滿溢狀態(tài)，壩頂槽道發(fā)育，已有湖水從壩體中連續(xù)滲出.潰決危險性評價流程如下：

1）確定節(jié)點概率分布

根節(jié)點各風險狀態(tài)區(qū)間的先驗概率可依據(jù)資料統(tǒng)計法獲得，如表3所示.

表3 冰磧湖潰決根節(jié)點的先驗概率Tab.3 Prior probabilities of root nodes of moraine-dammed lake outburst

依據(jù)各風險因素間的因果關(guān)系，結(jié)合案例資料與專家知識可構(gòu)造中間節(jié)點y1～y5及葉節(jié)點T各狀態(tài)區(qū)間的條件概率分布.本文僅選取中間節(jié)點y1部分條件概率分布作為示例，如表4所示.表中，第一行數(shù)字的意義為：當根節(jié)點x1～x5狀態(tài)量均為0時，中間節(jié)點y1狀態(tài)量為0的概率等于1.0，為1、2的概率均為0.其余各行數(shù)字含義可類似推出.完整表格詳見附加材料表S2.

將表3中根節(jié)點x1～x5的先驗概率與表4中y1的條件概率代入式（1），可求得節(jié)點y1各風險狀態(tài)的概率為同理可得，P(y1=1)=0.2655，P(y1=2)=0.0526.

表4 中間節(jié)點y1的條件概率Tab.4 Conditional probabilities of node y1

上述計算結(jié)果表明，在沒有相關(guān)證據(jù)信息輸入B-Ns模型條件下，中間節(jié)點y1的狀態(tài)為低危險的概率很大，中、高危險概率均較小，其中為高危險的概率僅為0.0526.據(jù)統(tǒng)計，波曲河流域冰湖數(shù)量為121個，參照附加材料表S1，該流域發(fā)生嚴重冰崩涌浪漫頂潰決災(zāi)害的案例為4次，概率值計算為0.0331，與本文計算的P(y1=2)=0.0526 較為接近.可初步驗證B-Ns模型結(jié)構(gòu)及參數(shù).根據(jù)類似方法，可構(gòu)造其余節(jié)點的條件概率.

2）依據(jù)證據(jù)信息對待評估冰磧湖潰決危險性進行評價.

根據(jù)潰決前次仁瑪錯冰磧湖狀態(tài)，更新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各根節(jié)點狀態(tài)量，結(jié)合中間節(jié)點的條件概率進行推理計算，可得P(T=0)=0.0670，P(T=1)=0.2381，P(T=2)=0.6949.根據(jù)最大隸屬度原則，該冰磧湖的潰決危險性評價結(jié)果為高危險，與實際情況相一致，從而對本文B-Ns模型準確性進行了進一步驗證.

2 冰磧湖潰決危險區(qū)沿河線鐵路方案比選評價指標體系

2.1 各類風險區(qū)線路長度計算方法

各類風險區(qū)線路長度應(yīng)是潰決危險區(qū)鐵路選線評價時最重要的指標，其計算需綜合考慮冰磧湖的危險性與線路工程所處河谷段地形.

青藏高原地區(qū)，冰磧堰塞湖均分布于主河兩側(cè)的支溝內(nèi)，而線路工程多沿主河布設(shè).冰磧湖一旦潰決，潰決洪水先沿著支溝演進，進入主河后若形成超標洪水才會對線路工程造成災(zāi)害.能否形成超標洪水的必要條件是線路工程位于潰決洪水的淹沒范圍內(nèi)，而每個冰磧湖的淹沒范圍與其體積（V）有關(guān).現(xiàn)借用Washakh等[20]提出的冰磧湖潰決洪水淹沒長度（L）計算式 （L=0.52V+36.13），若定義潰決洪水到線路工程的路徑長度為Ld，則篩選出需進行風險評估的冰磧湖篩選判據(jù)為

能夠形成超標洪水的另一必要條件是沿河線所在河谷地形，顯然同樣流量的條件下越是地形狹窄的河道形成超標洪水的情況越嚴重.

綜上，各類風險區(qū)線路方案長度指標計算不僅需要考慮冰磧湖潰決危險性，還需要考慮冰磧湖潰決影響范圍、沿河線河谷形態(tài)等因素，具體計算流程如圖4所示.

圖4 各類風險區(qū)線路長度計算流程Fig.4 Calculation process of the railway line length in different risk areas

2.2 鐵路選線方案冰磧湖潰決危險性評價指標體系

鐵路方案冰磧湖潰決危險性評價不僅需要考慮流域內(nèi)冰磧湖的自然狀態(tài)（數(shù)量、總面積、歷史潰決次數(shù)），也要考慮危險性冰磧湖對鐵路線路的影響.結(jié)合這兩類考慮因素，提出鐵路方案冰磧湖潰決危險性評價指標體系，如表5所示.以中尼鐵路為例進行作業(yè)程式說明.

表5 鐵路方案冰磧湖潰決危險性評價指標Tab.5 Evaluation indexes of railway schemes considering moraine-dammed lake outburst risk

3 中尼鐵路局部走向方案評價案例分析

中尼鐵路是擬建穿越喜馬拉雅山脈的鐵路，線路從日喀則出發(fā)先在高原面上行走，而后下高原面至加德滿都，這時面臨經(jīng)吉隆廊道與經(jīng)樟木廊道這兩個局部走向方案的比選問題（圖5）.吉隆、樟木廊道均位于喜馬拉雅中部希夏邦馬峰冰川群分布區(qū)，冰磧湖數(shù)量眾多，冰磧湖潰決洪水已成為對線路方案起控制作用的重大災(zāi)害類型.

圖5 吉隆、波曲流域危險冰磧湖與線路方案示意Fig.5 Railway schemes and distribution of dangerous moraine-dammed lakes in the Gyirong and Poiqu river

1）研究區(qū)自然條件

吉隆流域位于喜馬拉雅中部.東西走向的喜馬拉雅山脈將吉隆流域分割成南北兩部分，北部海拔較高、地勢平緩；南部海拔低，但是山體陡峻，高差較大.遠古時期吉隆地區(qū)分布有吉隆、沃瑪?shù)群?，由于青藏高原的不均勻抬升，?dǎo)致吉隆藏布溯源侵蝕切穿原有湖泊，湖水下泄，這樣原古湖盆與現(xiàn)代河流形成了吉隆藏布上游段寬窄相間的河谷地貌形態(tài).此外，由于海洋性冰川塑造地貌效應(yīng)，中游段也形成了一些寬谷地形.寬谷和峽谷段分布如圖5所示.

樟木廊道位于波曲流域，波曲河發(fā)源于西藏聶拉木縣波絨鄉(xiāng)，經(jīng)聶拉木縣城到樟木鎮(zhèn).流域內(nèi)地形高差較大，最高峰為海拔超過8 km的希夏邦馬峰.波曲的河谷地貌以聶拉木縣城為分界線，其北基本位于高原面上，主要以寬谷地貌為主，其南屬于溯源侵蝕河段，以峽谷地貌為主（圖5）.

2）研究區(qū)冰磧湖潰決危險性評價

首先利用式（2）篩選出需要進行危險性評價的冰磧湖，然后利用本文建立的B-Ns評價模型，對吉隆、樟木廊道流域內(nèi)冰磧湖潰決危險性進行評價（如圖5）.可知：吉隆流域危險性較大的冰湖總數(shù)為7個（其中高危險冰磧湖4個，中危險冰磧湖3個）；樟木流域危險性較大的冰磧湖總數(shù)為13個（其中高危險冰磧湖6個，中危險冰磧湖7個）.

3）中尼鐵路樟木、吉隆局部走向方案比選

中尼鐵路跨喜馬拉雅段的樟木、吉隆局部走向方案如圖5所示.

依據(jù)本文的鐵路方案冰磧湖潰決危險性評價指標對兩方案進行比選，各項指標值如表6所示.由表可知：雖然樟木方案在冰磧湖分布區(qū)的線路長度小于吉隆方案，從選線角度屬于線路短直方案，但是樟木方案的高、次高、中風險區(qū)段線路長度都遠超過吉隆方案.因此，從冰磧湖潰決風險角度，吉隆方案優(yōu)于樟木方案.

表6 吉隆、樟木線路方案比選表Tab.6 Comparison of the railway schemes in the Gyirong and Poiqu river basins

4 結(jié) 論

本文以冰磧湖潰決危險區(qū)鐵路方案風險評價為目標，建立了基于多態(tài)B-Ns的冰磧湖潰決危險性分析方法及冰磧湖潰決風險區(qū)新建鐵路選線方案風險評價指標體系.主要結(jié)論有：

1）通過對青藏高原南緣74個冰磧湖潰決災(zāi)害實例統(tǒng)計分析，在此基礎(chǔ)上針對冰磧湖潰決影響因素眾多、關(guān)系復(fù)雜且具有高度不確定性的特點，建立了多態(tài)B-Ns冰磧湖潰決災(zāi)害發(fā)生的概率預(yù)測模型；以冰磧湖分布區(qū)沿河線路工程為承災(zāi)體，依據(jù)冰磧湖潰決危險性評價結(jié)果與沿河線河谷地貌形態(tài)特征，提出了鐵路選線方案冰磧湖潰決危險性評價指標體系，從而為冰磧湖潰決危險區(qū)鐵路方案風險評價提供了具普適性的技術(shù)評價體系.

2）本文提出的鐵路方案冰磧湖潰決危險性評價指標，僅是從冰磧湖角度對現(xiàn)行評價體系進行增補.在實際工程中，仍需在確定常規(guī)方案技術(shù)經(jīng)濟指標的基礎(chǔ)上，結(jié)合冰磧湖潰決危險性評價指標進行綜合分析，評選最合理方案.

3）鐵路選線一般需經(jīng)過從線路走向的擬定到空間定線等從粗到細逐步優(yōu)化的階段，直至確定合理的線路位置.本文提出的鐵路選線方案冰磧湖潰決危險性評價指標體系主要用于鐵路行經(jīng)地區(qū)局部走向方案的選擇；此外針對空間定線作業(yè)階段，提出在冰磧湖潰決高危險區(qū)的峽谷段，宜采取抬高程、盡量不跨河、酌情預(yù)留采取提高限坡措施條件等定線要點；二者共同構(gòu)成冰磧堰塞湖潰決減災(zāi)選線風險調(diào)控技術(shù)體系.

備注：附加材料在中國知網(wǎng)本文的詳情頁中獲取.

致謝：本文研究得到了中國科學院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所蘇立君研究員，中鐵第一勘察設(shè)計院集團有限公司苗曉岐教授級高工，梁棟、孫先鋒高級工程師等熱情的幫助和指教，在此一并深致謝意；感謝中國科學院國際伙伴計劃“一帶一路”科技合作項目“中尼交通廊道災(zāi)害風險及其應(yīng)對策略研究”（131551KYSB20180042）、中鐵二院工程集團有限責任公司科研項目（KYY2020054（20-22）對本文研究的資助.