“川九路”裸地斑块的成因及防护措施评价

徐 亮，杨 洪，刘 美，潘 倩，袁 川，谢奇言，邬 锐，周登杰，陈 艳*

(1.四川省生态环境监测总站，四川成都 610041;2.绵阳师范学院生态安全与保护四川省重点实验室，四川绵阳 621006;3.绵阳师范学院生命科学与技术学院，四川绵阳 621000)

0 引言

“川九路”起于四川省阿坝州松潘县川主寺镇止于九寨沟县城，位于阿坝州旅游资源最丰富的地区；公路海拔跨度为1 950～3 500 m，所在区域位于青藏高原东缘高山峡谷地带，地势切割十分剧烈，气候条件高寒少雨，生态较为脆弱，生态系统抗性较差，植被一旦被破坏就很难恢复[1].“川九路”在设计建设之初就秉承着“安全、舒适、环保、示范”的八字方针，坚持最小限度破坏、最大限度保护和修复，2003年被交通部列为生态环保示范工程，在我国山区公路建设中起着示范和引领作用[2-4].

2017年8月8日，阿坝州九寨沟县发生Ms7.0 级地震(简称 “8·8”九寨沟地震)，九寨沟及周边区域岩体结构被破坏、不良地质发育.“8·8”九寨沟地震前后遥感影像的解译显示，震后九寨沟景区及其周边道路发生数千处崩塌、滑坡等次生灾害[5-6]，“川九路”许多路段路基受损、边坡裸露[1, 7]，不仅影响了行车安全，也影响了生态环境的稳定性和道路沿线的景观.2017年12月，四川省人民政府颁发了《“8·8”九寨沟地震灾后恢复重建5个专项实施方案》，其中第四专项“基础设置和公共服务重建”将“川九路”新示范工程作为灾后交通重建的首要项目，提出“进一步传承和创新‘川九路’理念”，在2020年底将G544线川主寺至九寨沟县城段打造为“安全、智慧的生态旅游新示范公路”.

遥感技术在资源与环境的三测中(观测、探测、监测)具有其他技术无法比拟的优势[8]，结合实地调查可快速而有效的评估土地覆盖类型和生态环境的变化[9]，在土地覆盖动态监测与评估中已有广泛的应用[10].为监测和评价“川九路”灾后重建的成效，本文通过遥感影像解译确定公路两侧裸地斑块，并对裸地斑块进行实地调查，分析裸地斑块的产生原因，调查其治理措施，以期为“川九路”的后续管理、“川九路”理念和经验的推广提供参考.

1 材料与方法

1.1 监测点位的确定

通过遥感影像解译，比对震前、震后遥感影像信息确定“川九路”两侧的裸地斑块.遥感影像来源于高分1号、高分1D星、资源3号01星、资源3号02星，遥感影像融合后的分辨率为2 m.利用ARCGIS 10.2软件(http://www.esri.com/)进行遥感影像的解译和植被覆盖信息统计.在“川九路”道路两侧各设置1 km范围的缓冲区，生成2 km的缓冲区(图1).对缓冲区的土地利用类型进行人工目视解译，获得植被覆盖信息(图1)，比对震后多年植被覆盖信息，依据斑块的面积变化筛选裸地斑块，筛选实地调查点位.

图1 “川九路”遥感影像图

1.2 裸地斑块的实地调查

依据ARCGIS软件提取的点位信息，利用奥维互动地图导航确认调查点位，对裸地斑块进行逐一实地调查.利用坡度计测定裸地斑块的坡向、坡度；记录各斑块的修复措施；目视评估各斑块的植被覆盖度；记录植被恢复的植物物种；野外判定裸地斑块的次生灾害类型，对裸地斑块逐一进行拍照，回实验室后对斑块次生灾害类型进行逐一核查.

1.3 数据处理

利用R3.6.2软件[11]进行数据处理，比较裸地斑块在“川九路”不同路段的分布及诱因、不同类型裸地斑块的坡度、修复措施、植被覆盖等，利用广义线性模型(Generalized Linear Models, GLM)检验自然植被和人工植被的植被覆盖率差异.

2 结果

2.1 裸地斑块的分布格局

通过目视解译获得“川九路”2 km缓冲区的土地利用及植被覆盖信息(图1)，对地震前后后遥感影像的解译结果进行比对，依据裸地斑块的面积变化，共筛选出224处需要实地核查的高位裸岩、次生灾害风险点、工程裸地斑块.弓杠岭到上四寨路段裸地斑块或潜在灾害点的分布最为集中，56%的需核查点位分布于该路段(图2，表1).

图2 “川九路”裸地斑块调查点

2.2 裸地斑块的诱因

本研究对224处布设点位进行了现场核查，其中26个点位无法到达，实地核查点位共计198个(表1).对198个点位的实地调查显示，裸地斑块的诱因有自然因素、次生灾害和工程破坏三个方面，其中自然因素主要为裸露岩石、河流滩地；次生灾害主要包括滑坡、崩塌、泥石流；工程建设造成的破坏主要有路基开挖、临时建筑和弃渣场等(表2).

工程破坏和次生灾害是“川九路”裸地斑块形成的主要原因，但其相对贡献在不同路段呈现出不同的变化趋势，沿川主寺至九寨沟方向工程破坏所占的比重逐渐降低，而次生灾害的比重逐渐增加，川主寺-小西天-弓杠岭路段工程破坏是裸地斑块产生的主要原因，其比重超过50%，而随着公路向九寨沟方向的推进，次生灾害逐渐成为裸地斑块形成的主要诱因，在弓杠岭-上四寨-九寨沟路段，次生灾害的占比超过50%，分别达到55.36%、61.36%(图3).

图3 “川九路”四个路段不同类型裸地斑块的分布频度Fig.3 ThefrequenciesofbarepatchesresultedfromdifferentfactorsinfoursectionsofChuanjiuRoad

不同诱因形成的裸地斑块的坡度有显著差异.裸露岩体均为高位裸岩，平均坡度为(64.23±15.14)°，次生灾害滑坡、崩塌、泥石流导致的裸地斑块也呈现出较高的坡度，平均坡度均高于50°，而工程破坏形成的裸地斑块有较大的坡度变幅(0～62)°，平均坡度为(12.73±21.06)°(图4).

图4 “川九路”不同诱因形成的裸地斑块分布坡度

2.3 裸地斑块的修复措施

“川九路”64%的裸地斑块已采取不同措施进行工程和生态修复，修复措施主要有挡土墙、防护网、植物种植等，其中62%的修复点同时使用多种修复措施进行修复.“川九路”裸地斑块的修复考虑了裸地斑块的成因及环境条件的特殊性，针对不同类型裸地斑块采取不同的修复措施(表3，图5).表3中仅统计有修复措施的点位.

图5 “川九路”裸地斑块修复措施示例

表3 “川九路”裸地斑块修复措施统计表

裸岩的防护和修复以防护网为主，83.33%的裸岩修复点使用了防护网，其中主动防护网占80%；部分裸岩修复点还采用了格式防护、锚索防滑桩进行加固，少数修复点进行了挂网喷浆和人工植被的修复处理.泥石流位点的修复以挡土墙为主，少数位点辅以人工植物.滑坡位点的修复以多措施联合为主，挡土墙+防护网+人工植被是滑坡位点修复的最常用组合，对于坡度较高、滑坡面积较大的滑坡位点多级挡土墙广泛使用，占挡土墙总数的39.28%(22/56).崩塌位点的修复率最高，90%的崩塌位点被修复，挡土墙+防护网+人工植被仍是其修复的最主要组合，防护网的使用高于滑坡位点，所有的被修复位点都安装了主动防护网，一些防护网还辅以挂网喷浆措施.工程导致的裸地斑块以人工植被的修复为主，少量坡度较高的位点辅以挡土墙.

2.4 裸地斑块的植被覆盖

“川九路”裸地斑块的平均植被覆盖率为(18.43±20.25)%，不同类型的裸地斑块植被覆盖率不同，平均植被覆盖率范围为2.00%(河滩地)～23.20%(工程裸地)(图6)

图6 “川九路”不同类型裸地斑块的植被覆盖率

比较有植被覆盖的位点，人工植被的平均覆盖率为(26.13±19.06)%，自然植被的平均覆盖率为(21.84±20.86)%，人工植被的覆盖率略高于自然植被，但差异不显著(p=0.19).

3 讨论

2017年的“8·8”九寨沟地震对“川九路”造成了极大的破坏，道路两侧不良地质发育，崩塌、滑坡、泥石流等次生灾害严重影响了道路的安全及周边生态系统的安全，遥感解译显示，次生灾害的比例随着“川九路”向九寨沟的推进而逐渐增高(图3)，证实了地震的强烈影响.裸地斑块在弓杠岭到上四寨路段分布最为集中，56%的裸地斑块位于该路段，这与李升甫等的结果一致[7].弓杠岭到上四寨路段位于高山峡谷地带，地势切割较深、道路两侧山势陡峭.我国为大陆地震最多的国家[12]，“川九路”的高山峡谷地貌在地震影响下易形成次生灾害隐患.李艳豪等对岷江上游滑坡的诱发因素进行了比较分析，结果显示地震为大面积滑坡的主要诱因[13]，朱登科等对上四寨崩塌堆积体的研究也证实斜坡地形和“8·8”九寨沟地震对该区域的次生灾害有重要贡献[14].

“川九路”理念引领着我国山区道路的建设，也使“川九路”成为我国首条生态示范公路，“川九路”的震后修复重建仍然坚持“最小程度的破坏、最大程度的保护和修复”的原则，切实贯彻了综合、智慧、平安、绿色“四个交通”的协调发展.调查显示，公路沿线64.14%的裸地斑块得到了修复，修复措施的选择有较高的针对性，如裸岩的保护以主动防护网为主，能很好的防止落石对道路和行车安全的危害；尽管次生灾害点的修复都以挡土墙+防护网+人工植被的多措施修复为主，但针对崩塌和滑坡的不同特点，防护网在崩塌位点的使用率高于滑坡位点，多级挡土墙在坡度较大的滑坡位点普遍使用.但也有相当一部分的泥石流灾害点、工程破坏点尚未采取修复措施，仍需加强“川九路”的动态监测，及时对裸地斑块进行有效修复.

“川九路”裸地斑块的植被覆盖率还较低，这与地区水热条件较差、土壤较薄、修复时间较短有关.本研究的统计显示，人工植被的覆盖率略高于自然植被，鲜婷等对震后九寨沟土壤养分的研究也显示，短期而言，人为修复更有利于植被的快速恢复[15]，但人工植被的长期效果如何还需要进一步的观测加以揭示.