（环境工程专业论文）湖北省公路水毁量同非降雨因子关系的研究.pdf

摘要 i 从1 8 8 8 年公路交通的出现，公路交通就为人类的生活和工作带来了巨大 韵4 垂利在湖北，公路网四通八达，已实现了县县通公路，公路建设的水平处 于全国前列，但公路环境保护长期以来比较着重污染防治，基本没有把公路 生态环境保护提上日程本研究在这个方面做了一些有益的探索 公路在营运过程中出现的水毁，就是公路生态环境恶化的表现，由于公 路水毁的现象往往是在降雨时出现，所以长期以来人们认为降雨是造成公路 水毁的唯一原因但实际上公路水毁的原因复杂多变，与车辆碾压冲撞，生态 环境恶化，植被破坏、气候、地形地貌等非降雨因子都有着密切的关系y 本文在湖北省交通厅的大力支持下，通过对湖北省公路网1 9 9 5 年- 4 9 9 9 年的全部公路水毁量数据和非降雨因子数据的收集和整理运用距平分析、回 归分析、差率分析、聚类分析、主成份分析及贡献率分析这样一些成熟的数 理统计原理和方法使用s p s s l 0 ，0 、e x c e l 2 0 0 0 等国际上权威的、先进的、稳 定的统计分析软件计算并结合我省的自然生态情况对全省公路网的水毁量 因子与非降雨因子的关系进行了分析和研究明确了水毁量因子和非降雨因 子的相关关系，建立了数学模型，了解了全省范围内非降雨因子对水毁量因 子影响的显著性查明了在全省水毁平均水平的条件下，各雨点的非降雨因子 的现状和各雨点的非降雨因子对水毁量因子的显著性搞清了哪些雨点的水 毁现状存在相似或不相似、亲近或疏远的关系哪些水毁量因子现状存在相似 或不相似、亲近或疏远的关系并能分别对它们进行类似的判别和划分并对现 有数量繁多、缺乏综合性、代表性的2 4 个水毁量因子进行合并，得出新的数 量较少、具有综合性、代表性的1 0 个水毁量因子 本研究的结果将使人们站在一个崭新的、全面的角度来看待公路水毁问 题为公路的养护工作提供一个明确的方向，使公路养护决策层可将有限的资 余有针对、有重点的投入，有效地预防和减少公路水毁从而为公路在建设、 养护、营运中应该注意的问题提供定量分析理论依据，让现有公路更好的运 作、更好的与周围环境相协调，延长公路的使用寿命，建设环保生态公路， 茹声鼯俐墩 a b s t r a c t h i g h w a y c o m m u n i c a t i o n sh a sb r o u g h tm a r v e l o u sc o n v e n i e n c et op e o p l e si i f e a n dw o r ks i n c e18 8 8w h e nh i g h w a yc o m m u n i c a t i o n sc a m ei n t oo p e r a t i o n i n h u b e ip r o v i n c e h i g h w a y sn e tc o n n e c t sa 1 1c o u n t i e si nt h ep r o v i n c ea n di t s d e v e l o p m e n t l e v e ll o c a t e si nt h e l e a d i n gp o s i t i o n i nc h i n a h o w e v e r t h e p r o t e c t i o no fh i g h w a y se n v i r o n m e n ti sm a i n l yo np o l l u t i o np r e v e n t i o na n dt h e h i 2 h w a y se c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc o n s e r v a t i o nh a sn o ty e tb e e np u ti n t oa g e n d a ， t h i sr e s e a r c h 臼i e st op u r s u es o m ev a t u a b l ee x p l o r a t i o ni nt h i sa s p e c t w a t e r d a m a g e t h a to c c u l si nt h e h i 吐w a y so p e r a t i o np h a s e s h o w s d e t e r i o r a t i o no f e c o l o g i c a te n v i r o n m e n t s i n c ew a t e r - d a m a g eo fh i g h w a y so c c h i s w h e ni t r a i n s ，p e o p l et h o u g h tt h ep r e c i p r a t i o nb et h eo n l y r e a s o nt oh i g h w a y s w a t e r d a m a g em a t t e ro ff a c t t h ef a c t o r st h a t c a ni n f l u e n c ew a t e r d a m a g ea r e c o m p l i c a t e da n dc h a n g e a b l e t h e ya r ec l o s e l yr e l a t e dt om a n yo t h e rf a c t o r ss u c h a sv e h i c l e e x t r u s i o n ，d e t e r i o r a t i o n o f e c o l o g i c a te n v i r o n m e n t ，v e g e t a t i o n d e s t r u c t i o n ，c l i m a t e ，t o p o g r a l ：i h ye t c u n d e rt h eg r e a t s u p p o r tb yh u b e ib u r e a uo fc o m m u n i c a t i o n s ，t h et h e s i s c o l l e c t e da n ds o r t e da 1 1s t a t i s t i c so fw a t e r - d a m a g ef a c t o r sa n do t h e rf a c t o r so f h u b e ih i g h w a yn e tf r o m19 9 5t o19 9 9 i tu t i l i z e ss o m em a t u r et h e o r i e sa n d m e t h o d so fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c ss u c ha sd e p a r t u r ea n a l y s i s ，r e g r e s s i o na n a l y s i s ， d i 骶r e n c er a t e a n a l y s i s c l u s t e r a n a l y s i s p r i n c i p l ec o m p o n e n ta n a l y s i s a n d d e v o t i n gp e r c e n t a g ea n a l y s i s s p s s 1 0 0 、e x c e l 2 0 0 0w h i c ha r ea u t h o r i t a t i v e a d v a n c e da n ds t a b l es o f t w a r eo fs t a t i s t i c a la n a l y s i sa r ee m p l o y e df o rc a l c u l a t i o n i t a n a l y s e sa n dr e s e a r c h e so n 也er e l a t i o n sb e t w e e nw a t e r d a m a g ef a c t o r s a n d o t h e rf a c t o r so fh u b e ih i g h w a yn e tb a s e do nt h en a t u r a le c o l o g i c a ls i t u a t i o ni t c l a r i e st h er e l a t i o n sb e t w e e nw a t e r d a m a g ea n do t h e rf a c t o r sa n ds e tu pt h em a t r i x i tf i n d so u tt h ep r e s e n ts i t u a t i o no fo t h e rf a c t o r sa n dt h es i g n i f i c a n c eo fo t h e r f a c t o r s i n f i u e n c et ow a t e r d a m a g ef a c t o r si nd i f i e r e n tr a i n f a l la r e a s b e s i d e s t h e t h e s i sa l s of i n d so u tt h o s er a i n f a l la r e a sw h e r et h er e l a t i o n so f p r e s e n ts i t u a t i o n so f w a t e r - d a m a g e a r es i m i l a rt oo n e a n o t h e r , c l o s e r o rf a ro ri nf e a t u r e s i t d i f f e r e n t i a t e sa n dc l a s s i f i e st h e ma n dc o m b i n e s t w e n t y f o u rw a t e r d a m a g ef a c t o r s i n t ot e nf a c t o r sf o r s i m p l i f i c a t i o n t h er e s u l to ft h i sr e s e a r c hw i l lh e l pp e o p l et r e a tt h ep r o b l e m so fh i 曲w a ) w a t e r d a m a g ef r o mab r a n d n e wa n do v e r a l la n g l e i tc a np r o v i d ead e f i n i t e d i r e c t i o nf o rm a i n t e n a n c eo f h i g h w a y sa n d b eh e l p f u lt oa u t h o r i t i e sf o ri n v e s t m e n t i a c c o r d i n g l y i t w i l l p r e v e n t a n dr e d u c e w a t e r - d a m a g ee f f e c t i v e l y a n d h e l p h i g h w a y sw o r k b e t t e ra n dc o o r d i n a t ew i t he n v i r o n m e n t m o r e o v e r ，i tc a r lp r o l o n g t h e o p e r a t i o n l i f eo fh i g h w a y sa n db ef a v o r a b l ef o r e c o l o g i c a lh i g h w a y s c o n s t r u c t i o na n df u n c t i o nb y c a r r y i n go u tt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts t r a t e g y k q o r d ：w a t e rd a m a g e ；o t h e rf a c t o r s ；r e g r e s s i o na n a l y s i s ；c l u s t e ra n a l y s i s ； p r i n c i p l ec o m p o n e n ta n a l y s i s ； i h 武汉理l 大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1研究公路水毁量同非降雨因子关系的目的和意义 1 1 1 研究公路水毁量同非降雨因子关系的目的 随着公路的不断发展，在营运过程中，出现了一系列公路毁坏现象的问 题影响了经济的可持续性发展，其原因复杂多变，与车辆碾压冲撞、生态环 境恶化、水土流失、气候、地形地貌等等都有关给公路的养护工作带来了很 大的困难如何有针对性和重点地进行有效的养护，需要找出各主要因素与各 级公路各种相关组件和构造物被毁坏的关系这种关系本质上是揭示公路生 态环境的状况，解决一种特殊形式的水土流失问题 所谓公路水毁，是指在气候，水文和地质因素以及人类活动的综合作用 下，公路沿线所发生的一系列工程损毁现象全国公路每年都发生程度不同的 水毁和交通中断，造成巨大的经济损失，仅湖北省在1 9 9 8 年的特大暴雨和洪 水中造成的直接经济损失超过4 亿元尽管现在我们已在很多方面加强养护、 管理，但水毁问题不仅没有解决，反而越来越严重 正如上所述，与水毁相关的因素很多针对各个因素分析，主要的是人为 因素与自然因素，而自然因素中最重要的、最基本的莫过于降雨由于公路水 毁多在雨季发生，所以我们一直以为水毁是由于降雨造成的但现在经过人们 的观察和实践后发现”雨”并不是造成水毁的唯一原因公路水毁其实还受到如 森林平均覆盖率、水土流失情况、公路自身末绿化面积、公路自身无防护面 积，以及公路自身排水系统等非降雨因子的影响 昕谓非降雨因子是指与降雨因子一起共同对公路水毁产生影响的因子， 但非降阿因子往往在表现形式上是隐性的，只是在出现水毁现象是才表现出 来 本文通过对湖北省公路网1 9 9 5 年一】9 9 9 年，5 年间水毁量数据和非降雨 因子数据的全面调查和收集经过研究和分析找出以下水毁量，如路基水毁、 路面水毁、护坡水毁、挡士墙水毁，与该地区非降雨因子如森林平均覆盖率 1 武汉理l j 人学硕十学伉论文 覆盖率、种树、种草、公路自身末绿化厦积、公路自身无防护面积、公路自 身排水系统的相关关系，建立数学模型，了解我省公路水毁的分布情况f 以山 区为主平原为辅) 及其量级，分析形成水毁的原因，各非降雨因子对水毁量的 影响大小及敏感度对水毁量因子进行聚类分析、主成份分析、贡献率分析以 及合成新的水毁因子 1 1 2 研究公路水毁量同非降雨因子关系的意义 1 ) 不仅能够彻底改变人们认为”雨”是造成水毁的唯一原因，这一错误的 观念而且使人们能够定性、定量的认识到如森林平均覆盖率、公路自身末绿 化面积、公路自身无防护面积和公路自身排水系统等非降雨因子对公路水毁 的影响 二) 为公路的养护工作提供一个明确的方向，提高了养护的效率，使公路 养护决策层可将有限的资金有重点的投入，也为公路设计、建设、提供了宝 贵的理论依据“ 3 ) 能够尽可能最大限度的预防和减少水毁和其它生态破坏造成的经济损 失，有力地推动公路开发，建设和养护从投入型，速度型和粗放型向质量型、 效益理和量化管理的转变，从而增加公路可持续发展的内在能力2 4 ) 将能够促进公路建设的决策层、管理层转变观念，从公路生态系统角 度出发，用生态学的观点，重新改变养护措施，提高公路生态抗灾能力走可 持续发展的道路 5 ) 将有利于提高交通、环保、林业等相关职能部门的环保意识，更加重 视生态环境保护和生态建设从而更好的为国民经济和交通事业的可持续发 展作出贡献 6 ) 本课题的研究成果将填补交通环保工作的一个空白，它不仅对省公路 交通系统实施可持续发展战略有示范作用，也可为全国省级地方交通环保工 作提供借鉴”1 1 2 国内外研究现状 公路交通从1 8 8 8 年算起，有1 1 3 年历史，在发达国家，公路交通在交通 武汉理工大学硕士学位论文 运输事业中起重要作用甚至主要作用发达国家在建设公路的同时，十分重视 对水毁灾害的研究并执行预防为主的原则，1 9 5 8 年美国公路研究部门滑坡调 查委员会编写了滑坡与工程实践，随后，又出版了滑坡的分析与防治 这些对西方发达国家公路边坡灾害防治起到了不可忽视的指导作用 在灾害预防方面，以德国为例，联邦德国的公路养护是严格按照国家工 业标准( d i v l 0 7 6 ) 进行的，该标准对道路、桥梁、构造物及沿线设施养护的程 序、工艺、质量标准、养护检测都有十分明确的规定在山区和河网地区公路 上修筑了大量路基防护设旌，在山区道路碎落石路段，除经常采用的护面墙、 碎落台外，还常用铁丝编织的的防碎网镶嵌在山崖上在丘陵和低山区，较多 采用钢筋混凝土框架式挡墙在框架间隙种植灌木和攀缘植物，收到边坡防护 和垂直绿化的双重效果 我国公路的水毁灾害十分严重，灾害面广，原因复杂，造成严重的断道 阻车，妨碍地区间乃至国家间的物资交流据不完全统计，近十年来，我国公 路水毁造成的直接经济损失总计在1 1 5 亿元，大灾年份高达2 5 5 亿元，平常 年份也有5 亿元水毁灾害防治问题，最直接的面对者是公路养护部门，他们 在长期的养护实践中，探索出许多预测、抢修以及治理经验 然而，从总体上看，目前关于水毁灾害的预测防治知识还多为经验性的， 零散的工程中采取的措施，相当一部分只是应急性的在水毁灾害防方面，广 大科研人员和养管理人员进行了多方面的探索和实践，开展了较大范围的治 理示范研究 在养护方面，各省的公路养护人员通过对历年来的水毁工程抢修和治理 总结，提出了许多经济实用的快速方法，除完成正常养护工作外，还利用道 班的人力、物力完成”五个一工程f 即整治一段病害，加宽一段路基，降一处 陡坡，改一个弯道，修建一座涵洞、，这些对于提高公路的抗病能力，发挥公 路交通的功能起了不可替代的作用 在治理方面，1 9 8 3 年，蒋焕章教授受陕西省商洛公路管理总段聘请，现 场指导修建了一批水毁防治工程，培训了不少技术人员蒋焕章还撰写了公 路水毁防治技术一书，系统总结了自己的水毁防治研究成果及经验现在我 国交通行业工程技术人员在设计、施工中采用公路桥涵通用规范 武汉理工大学硕士学位论文 ( j t j 0 2 1 8 9 ) ，城市公共交通规范等一些规范但这些规范主要讲述的是设计 要求和养护工程技术要求以及管理要求 但总的来说，目前我国对公路水毁的研究尤其是水毁量和降雨及非降雨 因子的相关关系以及降雨和非降雨因子对水毁量影响的大小缺乏系统的定性 定量的说明因此我们也很难定量的去查明不同环境中各种灾害的成因、类 型、发生、发展分布规律 2 0 0 0 年武汉理工大学王慧觉教授以湖北省1 9 9 0 年一1 9 9 9 年公路系统水 毁量和降雨因子的数据为依据，找出了水毁量同降雨因子的相关关系，建立 了数学模型，对降雨因子和水毁量影响的大小进行了定性定量的分析和研究 对我国公路水毁研究工作做出了贡献 2 0 0 2 年8 月经过国家一级科技查询单位，湖北省科技信息研究院查新检 索中心对中文科技期刊数据库1 9 8 9 年一2 0 0 2 年、c n k i 期于u 网1 9 9 4 年一2 0 0 2 年、中国科技成果数据库1 9 8 9 年一2 0 0 2 年、科技论文数据库1 9 8 9 年一2 0 0 2 年、中国学术会议论文数据库1 9 8 9 年一2 0 0 2 年、w w w c n y a h o o t o m 的查新 检索未发现有定性定量的分析非降雨因子与水毁量因子关系研究的报道所 以目前关于水毁量因子同非降雨因子的相关关系的研究以及非降雨因子对水 毁量影响的大小国内还处于空白状态本文是基于王慧觉教授在2 0 0 1 年撰写 的湖北省公路水毁研究中对降雨因子同水毁量因子影响关系的基础上开 展研究 1 3 研究公路水毁量同非降雨因子关系的方法 1 3 1 采用的方法 1 ) 运用数理统计中相关分析的方法，对现有的水毁量和非降雨因子进行 相分析，找出相关关系，进行定性、定量的分析对于相关关系显著的建立回 归方程 2 ) 通过对建立的相关关系的定性定量的分析和对回归方程物理意义的分 析，可以得出某种水毁因子对哪种非降雨因子的敏感度 3 ) 通过对水毁量和非降雨因子进行差率分析，比较不同的非降雨因子对 武汉理工丈学硕士学位论文 水毁量的影响情况和同一非降雨因子对不同的雨点内的水毁量的影响情况 并结合具体情况进行分析 4 ) 运用聚类分析方法将不同的水毁量进行聚类，了解不同水毁量之间的 内在关系 5 ) 运用主成份分析、贡献率分析合成新的水毁因子 1 3 2 采用的技术路线 如下图1 1 所示 l确定调查、采集数据的原则和方法 山 i 雨点的划分、非降雨因子数据的收集和整理 i水毁量数据的收集和整理 山 l距平分析 山 差率分析 山 聚类分析 、- 主成分分析、贡献率 【合成因子 山 i结论和建议 武汉理l 火学硕士学位论文 第二章湖北省公路网建设和水毁现状 2 1 湖北省公路网建设现状= 3 湖北省地处我国中部，长江中游，具有承东启西、接南纳北的区位优势， 省会武汉素有“九省通衢”之美称，是我国重要的交通枢纽建国后经过多年 的建设，湖北的交通得到了巨大的发展 公路总里程从1 9 4 9 年的3 0 1 2 公里发展到2 0 0 0 年的5 7 8 5 0 公里其中国 道4 5 5 2 公里，省道9 1 0 0 公里，县、乡道4 3 5 4 2 公里，专用公路9 5 6 公里， 一级公路6 1 1 1 j 公里、二级公路7 9 1 1 2 9 公里、三级公路8 3 1 3 3 5 公里、四 级公路3 0 6 5 8 7 5 公里、等外级公路9 7 8 7 7 5 公里在全国居第9 位如图2 1 所示。1 公路密度为3 1 1 2 公里百平方公里，居全国第1 5 位( 另有3 4 9 3 6 公里 乡村公路未进入公路统计年报) 等级公路达到4 8 0 6 2 公里，居全国第1 0 位： 等级公路比重( 等级公路占在册公路里程) 由去年的7 9 7 上升到8 3 ，提高了 3 3 个百分点，居全国第2 2 位高速公路达到5 6 9 公里，居全国第1 0 位”1 “九五”期间，全省新增通车里程9 1 2 2 公里，特别是新增等级公路 1 7 l j 2 公里，一、二级公路3 3 0 7 公里到2 0 0 0 底，全省公路通车里程达到j 7 8 疗公罩，实现了1 0 0 的乡镇通公路，9 1 的村通汽车，等级公路达到4 8 0 6 3 公里 “十五”期间，全省将新增高速公路1 0 0 0 公里，一、二级公路4 6 0 9 公 旱，长江、汉江大桥1 0 座，全省公路通车里程达到6 5 0 0 0 公里，等级公路比 重达到9 l ，实现省会武汉到各市通达高速公路，市州到县( 市) 全部通达 j 绒以上公路公路建设以“六路六桥”为主，完成高速公路1 0 0 0 公早以上， 完成长江大桥6 座，同时完成一、二级公路4 6 0 9 公里 6 武汉理c 人学硕士学位论文 图2 11 9 4 9 2 0 0 0 年全省公路总里程发展趋势图 i出亨 7 聂誊固型g蒌第趱螽式挺夺)()毒，霉妻 武汉理r 大学硕士学位论文 我省在大力发展公路建设的同时也十分重视环保，计划按照”预防为主， 防治结合”的方针，努力促进湖北交通事业发展在运作工程中按生态规律办 事，使交通发展与环境保护相协调2 0 0 0 年新增绿化里程1 0 3 0 公里，年末达 3 1 9 3 9 公里，居全国第6 位在建新( 改、扩) 建基础设施建设项目全部实行 主体工程与环境保护设施同时设计、同时旌工、同时投产使用，可绿化公路 里程绿化率达到8 0 交通重点污染源( 交通运输生产场地t s p ，小型船舶油 污水和汽车尾气) 的检测与控制要有明显进步 2 2 湖北省公路网水毁现状 经过对湖北省交通厅下属各市县公路段1 9 9 5 - 1 9 9 9 年水毁数据调查、收 集、整理后的水毁数据详见表2 1 所示： 表2 11 9 9 5 1 9 9 9 年度湖北省公路水毁情况表 年度 水毁斟子单位合计 1 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 9 挡墙1 0 4 9 2 811 5 6 4 8 841 1 7 2 4 l0 l1 2 2 2 5 9 49 8 9 8 83 75 9 9 9 0 52 8 挡端处数处7 3 99 4 355 6 2 57 4 057 0 83 6 9 35 驳岸9 2 2 3 472 7 2 1 8 2l1 0 5 8 8 23 89 5 2 4 08 61 2 7 2 7 736 9 3 8 1 73 4 驳片。处撤处5 5 67 9 3 655 9 i95 1 3 56 4 l3 2 3 96 路长5 3 2 3 4 79 9 0 6 1 69 7 9 9 9 7 1 52 2 9 4 3 7 9 73 1 2 4 0 064 9 2 9 7j 5r 路长k 艇处i 0 2 0 ，9 7 78 9 9 5 6 1 3 9 5 4 61 2 5 15 1 81 3 9 8 5 3 25 9 6 6o ? 塌方7 7 6 7 5 6 7 51 4 9 4 8 2 6 11 2 9 6 1 6 2 89 4 9 6 5 4 3 81 2 0 5 0 5 95 7 2 2 4 5 90 3 塌方处敬处2 8 1 352 9 7 7 52 1 1 22 9 0 22 3 0 611 3 i i l 1 护坡2 4 7 3 l85 8 9 4 682 8 6 8 14 8 3 9 452 4 1 j 30 81 8 4 9 0 71 8 护= i 在处处9 41 8 651 0 22 2 l 9 256 9 6 混凝十路面面积1 7 1 72 1 7 8 7 7 7 3 1 5 7 51 6 6 9 3 4 4 56 1 2 8 25 2 0 9 6 79 5 混凝士_ 路 ：度k m0 49 7 7 49 1 8 3 7 4 8 51 2 9 4 3 51 9 53 l1 3 1 0 2 4 4 5 油路血羊只1 0 1 4 5 7 2 0 5 3 0 0 8 81 8 3 0 6 2 833 8 3 7 1 8 2 21 3 9 9 0 2 74】0 】3 4 3 5 84 8 武汉理r 人学硕士学位论文 油路k 度 k m1 3 1 00 69 3 85 42 0 0 34 0 57 3 8 4 4 8 2 59 5 21 3 77 9 0 4 89 6 7 砂路血积2 3 0 0 6 2 7 32 4 3 2 6 7 62 5 8 9 7 1 7 85 1 3 1 9 3 1 31 7 4 2 2 4 1 5 61 4 1 9 7 1 9 3 9 6 砂路k 度 k m8 0 89 6 21 3 2 43 51 3 5 351 1 5 21 61 6 5 6 5 66 2 9 55 3 2 损失金额万j c 1 8 3 1 26 11 9 6 2 1 8 72 1 8 4 53 92 5 8 2 28 42 8 8 7 62 61 1 4 4 7 89 7 从表中可以看出在1 9 9 5 年一1 9 9 9 年间湖北省由于水毁造成的经济损失高 达1 1 4 4 7 8 万元，平均每年损失超过2 0 0 0 0 万元尤其值得注意的是湖北省在 1 9 9 5 年一1 9 9 9 年间由于水毁造成的损失呈逐年递增的趋势如下图2 2 所示现 阶段的这种趋势，令人焦患，发人深省已经极大的阻碍了湖北省公路的发展， 不利于建设生态、环保公路 4 0 0 0 0 3 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 o 图2 2 湖北省公路水毁损失金额走势图 湖北省公路水毁损失金额走势图 _ 9 5 卜9 6 - 9 7 - 9 8 - 9 9 武汉理j ：人学硕士学位论文 第三章非降雨因子数据及水毁量数据的收集 3 1 资料的收集和整理 3 1 1 资料的收集和整理 研究必需的第一手水毁量原始数据和资料由湖北省交通厅下属的各市县 公路段提供1 9 9 5 年1 9 9 9 年，五年的水毁数据和非降雨因子数据资料，项 目如前面所说的1 6 个即路基、路面、坍塌方、驳岸、护坡、挡墙及相应的水 毁综合损失量和未绿化面积、无防护面积、种草、边坡种草、行道树、种树、 天沟、防冲设施为保证数据资料和结论的科学性和正确性，对于某部分可疑 和缺损的数据资料通过交通厅再次核准和上报填补，核准后仍十分可疑的则 通过统计的方法筛选，确定它的可信度 经过这一系列的措施后，大部分的上报的数据和原始资料可以说是准确 可靠的少量未被剔除的在统计上对结果的影响不大 将收集上来的原始数据资料进行整理汇总于制作的统一工作表格中，每 个县九个类别的表，分别统计九个水毁项目，项目分一级，二级，三级，四级和 等外级，时间从1 9 9 5 年到1 9 9 9 年然后将每个市县五年里的各个级别的数据 相加，得到每个级别的五年总和每一年的相同项的各级也加和，得到每年每 项损失量 3 1 2 雨点的划分“! 由于我省的降雨情况造成公路水毁主要发生在雨季( 4 9 月) ，且地形对 雨量分布有较大影响我省西部为山地、河谷，东部多低山丘陵，中部以平原、 湖泊为主，所以雨量分布特征是：山地多于平原，南部多于北部全省年降陌 量在8 0 0 - - 1 6 0 0 m m 之间鄂诬南武陵山地和鄂东南幕阜山区为两个多南中一心， 鄂西北是少雨区，年降雨量在1 0 0 0 m m 以下 根据湖北省气象评价中心对全省7 2 个气象台站1 9 6 1 年一1 9 9 j 年3 5 年 1 0 武汉理工人学硕士：学位论文 历年各月降雨资料所作的旋转自然正交分解( r o t a t e de m p i r i c a lo r t h o g o n a l f u n c t i o n ) 对降雨单要素进行了客观分区，同时结合湖北省气候志中对 湖北省的气候区划分，将反映湖北省雨季( 4 月一9 月) 降雨特征的春季( 7 个雨区含1 3 个雨点) 和夏季( 9 个雨区含13 个雨点) 雨区划分，进行比较， 选夏季雨区划分( 9 个雨区含1 3 个雨点) 来代表雨季降雨特征它们是： i ) i 区一咸宁( 含咸宁、监利、蕲春三个雨点) 、i i 区一襄樊、i i i 区一 随州( 含随州、钟祥二个雨点) 、i v 区一恩施、v 区一长阳( 即枝城雨点) 、 区一麻城( 含麻城、天门二个雨点) 、区一郧县、区一兴山、区一 宜昌，分别为9 个区域中的代表站 图3 1 给出了夏季9 个雨区的分布 我省所含1 3 个雨点每片包含的公路段如下 l 号咸宁雨点，含咸安区、赤壁市、通山县、通城县、崇阳县、嘉鱼县共 6 个公路段 2 号蕲春雨点，含蕲春、龙感湖、武穴、黄梅、浠水、黄州、黄石市郊、 大冶、阳新、鄂州共l o 个公路段 3 号监利雨点，含监利、公安、洪湖、沙市、石首、武汉东西湖、蔡甸 区、江夏区、武汉市、仙桃市、潜江市5 0 共1 1 5 个公路段 4 号襄樊雨点，含襄樊、襄阳、保康、南漳、谷城、宜城、老河口、房 县、神龙架共9 个公路段 j 号恩施雨点，含利川i 、宣恩、鹤峰、咸丰、恩施市段、来风、建始、 巴东5 0 、宜昌市五峰共8 j 个公路段 6 号枝城雨点，含荆州市区、松滋、枝江、江陵、长阳5 0 共4 j 个公 路段 ? 号麻城雨点，含麻城、黄陵、团风、红安、英山、罗田、新州共7 个 公路段 8 号天门雨点，含孝感、孝南、汉川、天门、应城5 0 、云梦5 0 、潜江 市5 0 ，5 5 共个公路段 9 号郧县雨点，含十堰市区、陨县、竹山、丹江口、郧西、竹溪共6 个 公路段 武汉理：r ：火学硕士学位论文 1 0 号兴山雨点，兴山，秭归、长阳5 0 、巴东5 0 共3 个公路段 1 l 号宜昌雨点，含宜昌县、宜都共2 个公路段 1 2 号随州雨点，含安陆、随州市段、孝昌、大梧共4 个公路段 13 号钟祥雨点，含远安、当阳、荆门、钟祥、京山、沙洋、云梦5 0 、 应城5 0 共7 个公路段 如图3 - i 所示 3 1 3 森林资源与生态区的划分”。 湖北省森林资源连续清查第三次复查成果表明，1 9 9 4 年全省林业用地面 积7 6 4 0 9 x i 0 4 h m 二，占4 1 1 ；非林业用地面积1 0 9 4 9 1 x i 0 4 h 莳，占j 8 9 。森 林覆盖率2 5 9 7 5 调查资料表明，抗战期间至解放期间，受故人的摧残，森林资源破坏十 分严重：解放后至7 0 年代，森林面积增加速度较快；7 0 年代至今，森林面积呈 起伏状变化总体上森林面积呈上升趋势，但很缓慢尤其是天然林面积下降速 度快，林分质量不高，结构不合理，经济林比重偏大，防护林比重偏小，森 林涵养水源和保护土壤的功能减弱森林分布极不均匀，重要林区采伐速度比 森林更新速度快林业用地资源被用作其他用途的不合理开发现象严重，林地 资源逐年减少，人均森林面积和人均蓄积量分别是0 0 7 h m ：和2 6 m 3 ，分别只有 同期全国人均0 1 2 h m 2 和9 i m 3 的6 1 7 和2 8 4 低于全国水平 据湖北省水利管理部门的调查资料，湖北省现有水土流失面积达 6 9 6 1 7 3 k m ! ，占全省国土面积的3 7 4 ，其中强度以上流失面积为1 8 6 9 6 1 k m ：， 占国土面积的1 0 1 与建国初期比较，水土流失面积增加约2 0 0 0 0 k m 7 湖北 省环境科学研究院综合湖北省的地形，地质，地貌特点和水文特征，考虑了各 地的自然地理条件、水土流失特点和其它相关因子，同时兼顾了行政区划的 完整性将湖北全省划分为八个水土流失自然生态区：平原低丘区，汉江中游 区三峡库区，清江流域，丹江口库区，桐柏山区，大别山区南麓和幕阜山区 水土流失自然生态区如图3 一l 所示 湖北省各级路网就是在上述降雨生态环境水土流失生态环境和植被环 境背景下开发、建设、使用、养护和生存发展的由此可见，全省公路网面 武汉理i ：人学硕士学位论文 对着严峻的自然环境挑战，交通部门决策层，管理层和线工作者在开发、 利用自然资源和保护自然资源的界面上面临着何等尖锐的矛盾急待采用科 学的方法予以解决 2 0 0 1 年武汉理工大学的王慧觉教授受湖北省交通厅的委托对湖北省公 路网水毁量因子和降雨因子进行了研究后发现公路水毁量因子与水土流失系 数无明显相关关系 本文将针对公路网在不同生态环境中非降雨因子与水毁量因子的关系 的定性和定量分析搞清楚公路网水毁因子与非降雨因子在不同生态环境中 的时空分布特征、定性定量特征、水毁原因定性定量分析 3 2 非降雨因子数据及水毁量数据的收集 3 2 1 非降雨因子的收集和整理 所谓非降雨因子包括森林平均覆盖率、边坡种草、行道树、种草、种树、 天沟、防冲设施、无防护面积和末绿化面积 3211 森林平均覆盖率的收集和整理 森林平均覆盖率是指某一地区森林平均覆盖率面积与该地区面积之比， 通常用以描述某一地区的植被覆盖情况，及森林资源情况，是评价某一地区 生态环境的重要指标 本文所用森林覆盖率的数据来自湖北省环境科学研究院高水生、张斌等 编写的湖北省生念环境现状调查报告如图3 - 2 所示根据我省的降雨情况 将我省划分别计算森林平均覆盖率森林平均覆盖率的计算公式如下 某一雨点的森林平均覆盖率= 至型号嘉誓熹嘉妻罢之差字瓷喾 各雨点的森林平均覆盖率详见下表3 1 武汉理 人学硕十学位论文 表3 1湖北省各雨点森林平均覆盖率 森林覆盖森林平均 森林覆蒿 森林平均 雨点雨点 塞 覆盖率 塞 覆蔫率 l成安区 4 0 0 0 1利i i4 0 0 0 1 2赤壁市2 00 0 2宣恩 2 0 0 0 0 , 6 成 _ 3鹤峰2 00 0 j 。 3通山县2 0 0 0 a 2 75 0 咸丰 4 0 0 0 雨 4通城县4 00 0 7 6 恩 4 点 崇阳县 4 0 0 0 施5恩施市段2 0 0 0 3 41 2 6嘉鱼县5 0 0 雨 6来凤4 00 0 9 6 占 建始 2 0 0 0 1蕲春4 0 0 0 j 、 7 2龙感湖2 0 0 0 8巴东( 5 0 ) 4 0 o o 3武穴2 0 0 0 9宜昌市五峰 5 0 0 0 2 4黄梅 2 00 0 6 l荆州市区5 0 0 9 6 薪 浠水2 0 0 0 枝 2松滋2 00 0 释1 9 0 0 雨 6黄州 5 0 0 城3枝江2 0 0 0 1 55 6 0 6 点 7黄石市郊 2 0 0 0 雨 4江陵5 0 0 8大冶 2 0 0 0 点 5长阳( 5 0 )2 0 0 0 9阳新 2 00 0 1麻城2 00 0 1 0鄂州 5 0 0 7 2黄陂2 0 0 0 1监利 10 0 麻 3团风2 0 0 0 公安 5 o o 城4红安 4 0 0 0 2 6 4 3 3洪湖5 0 0 雨 英山4 00 0 沙市 50 0 占 ，、 6罗田4 0 o ( ) j i i 首5 0 0 9 0 7新州 5 0 0 1 1 武汉市尔曲 650 0 1孝感5 0 0 利湖 4 8 7 雨7蔡甸区50 0 8 2孝南5 0 0 8 汉南区 j 0 0 大 3汉川5 0 0 9江复区 50 0 门 56 4 雨 4天门 5 0 0 - 惠城( 5 0 ) 5o o i o武汉市5 o o 占 a 1 l仙桃市5 0 0 7 0 6云梦( 5 0 )1 0 0 1 2潜江市( 5 0 )5 0 0 7潜江市( 5 0 )50 0 0 0 4l襄樊2 0 0 0 3 0 5 6 1十堰市区5 0 0 0 襄 2襄刚5 0 0 9 2郧县4 0 0 0 樊 3保康4 0 0 0 6 l j 3竹山 2 0 0 0 雨 4南漳4 0 0 0 县 3 5 0 0 点 雨 4丹江口2 00 0 谷城 4 00 0 点 郧明4 0 0 0 6宦城2 0 0 0 6竹溪4 0 0 0 4 武汉理：i ：火学硕士学位论文 7老河口2 0 o o 1 0 1兴山4 0 0 0 8房县4 0 0 0 兴 2秭归2 0 0 0 9神龙架 5 0 0 0 山 3长琦1 ( 5 0 )2 00 0 4 0 0 0 雨 1远安4 00 0 占 4巴东( 5 0 )4 0 0 0 2当阳 2 0 0 0 1 1 1宜昌县4 0 0 0 4 0 0 0 1 3 3荆门2 0 0 0 宜2宜都4 0 0 0 钟 昌 祥 4钟祥 2 0 0 0 2 08 6 雨 5京山 2 0 0 0 1 21安陆2 0 0 0 由、 6沙洋2 0 0 0 随 2随州市段4 0 0 0 2 6 2 5 州 7云梦( 5 0 ) 1 o o 3孝昌5 0 0 雨 8应城( 5 0 ) 5 0 0 占 4大悟4 0 0 0 3 2 1 2 边坡种草的收集和整理 表3 2 湖北省边坡种草汇总表 喊宁 崇m咸安坯办壁通城通山嘉鱼总面积平均血积 雨点 1 9 9 5o 00 000 0 o0 0 1 9 9 6o00o0000 o o 1 9 9 70000000oo o 1 9 9 80oo8 0 0 0o08 0 0 01 3 3 33 3 】, 9 9 90001 2 0 0 000i 2 0 0 02 0 0 0o o 台计 o002 0 0 0 0002 0 0 0 03 3 3 33 3 薪备 人冶 鄂州 靖梅黄石 黄州龙感湖 摒春武穴浠水阳新总砸积、1 7 均面积 雨点 1 9 9 5 00 0 00008 5 0 0 0 o 08 5 0 0 08 5 0 0o o 1 9 9 600000001 1 3 0 0001 1 3 0 01 1 3 0 o o 1 , 9 9 7 0 o 0000o 9 6 8 0 009 6 s 09 6 80 0 1 9 9 8o0000007 5 6 00o 7 5 6 07 5 6o o 1 9 9 9o0o00o08 3 3 0008 3 3 0 8 3 3o o 合计 0oo00o01 2 1 8 7 00o1 1 1 8 7 0 1 1 1 8 7o o 精科 苟三两湖公安汉南区 洪湖 监利 江夏区潜江沙市石首蔡伺武：l 市们挑 雨点 1 9 9 500o00o 0 8 5 0 0 0 01 5 4 000o 1 9 9 6 0000o0 o 8 5 0 0 0 0 1 8 1 00oo 5 武汉理一1 ”人学硕士学位论文 i 9 9 7000000o8 5 0