甘肃公路自然区划及环境参数研究 研究报告简本Word文件下载.docx

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正确评价各种自然环境要素对人类各类生产活动产生的有利和不利影响；

为因地制宜，趋利避害进行各类生产活动提供科学的自然环境背景依据，分析在不同科学技术条件下人类利用和改造自然的可行性、现实性及实施后果，为协调各类生产活动与自然环境之间保持良性生态平衡和可持续发展提供基础科学数据。

甘肃省公路自然区划研究同一般自然区划一样，既遵循上述一般自然区划研究的基本理论、研究对象和主要研究任务，又有其自身的特殊性，具体研究目的如下：

（1）认识和揭示甘肃省极为复杂的自然环境要素及其组合的地域时空分布和变化规律（或区域分异规律）以及对公路建设产生的有利和不利影响，为公路网规划、公路设计、施工、养护、运营管理、相关科研、防灾减灾，制订相关技术文件等提供宏观、决策性的“物质”背景依据。

（2）认识和揭示甘肃省公路建设及各类构造物，如路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和支挡防护工程等与自然环境要素之间极为复杂的相互依存、相互作用的内在关系和规律，为延长各类构造物的使用寿命（即安全性、耐久性等），降低建设和养护成本，提高服务质量和水平，保护人类赖以生存的十分脆弱的生态环境，为走节约型发展道路，落实科学发展观和可持续发展战略提供可靠的、坚实的、科学的基础依据。

（3）依据一般自然区划研究的理论、原则和方法，最广泛地参考和借鉴国内外各类区划研究的经验和最新成果，充分吸收和依据公路建设长期积累的实践经验和相关研究成果，寻找和建立更科学、更合理、更有效地服务于公路建设各方面的省（市、区）级公路自然区划的区划类型体系、原则体系、方法体系和区划指标体系、以及各类型区划（综合公路自然区划、专项公路自然区划、单项公路自然区划）的等级单位系统及分区命名方法。

为全国各省（市、区）开展公路自然区划积累研究经验，探索研究方法，也为今后修订全国公路自然区划积累基础资料。

（4）寻找和选用合理的计算理论与方法，寻找和采用先进的技术平台与技术方法，是甘肃公路自然区划研究的重要目的和研究内容。

公路自然区划是极为复杂的系统工程，自然环境要素类型多，需统计、分析、计算的数据量大，要素之间、要素与公路构造物之间的相互作用、相互影响关系十分复杂，没有合理的计算理论与方法，就不可能建立符合实际情况的广义函数关系，没有先进的技术平台和技术方法也不可能进行快速的、准确的空间分析和计算，无论在具体研究过程中（环境参数计算、各类区划图件的编制等），还是在实际应用过程中（各类区划图件的展示、基础数据调用等），都不可能实现。

甘肃省公路自然区划研究不仅对甘肃省公路建设的各方面具有十分重要的实用指导意义，对保护甘肃省十分脆弱的生态环境，降低公路建设造价和养护成本，落实可持续发展战略具有长远意义。

另外，对进一步推进公路自然区划的研究和发展具有现实的指导意义和积极的理论意义。

2区划研究的体系框架

甘肃省公路自然区划及环境参数研究是一项极为复杂的系统工程，区划的根本目的是为公路建设服务，为保护生态环境，为可持续发展服务。

从《公路自然区划标准（JTJ003-86）》颁布（以下称86标准）实施，已近20年，无论是自然区划研究的理论，采用的方法、技术等，与我国的公路建设一样都发生了巨大的变化，实践证明“86标准”已远不能适应目前我国公路建设的需要。

本课题研究中参考和借鉴国内外各类自然区划最新研究成果和经验的基础上，结合近20年我国公路建设的实践经验和需要，突破了“86标准”的思维理念以及不符合目前区划研究方向和公路建设实践要求的一些条条框框，初步建立了较为系统的省级公路自然区划体系框架，即综合公路自然区划，专项公路自然区划和单项公路自然区划和各类型区划等级单位系统。

自然综合体是分层次的、分类型的，公路建设也同样是分层次的、分类型的，认识、描述和揭示两者分异规律的公路自然区划必然也是分层次的、分类型及等级体系的。

详细区划研究的体系框架见甘肃公路自然区划体系框架图。

3区划研究的技术关键和难点

3.1区划研究的技术关键

甘肃省公路自然区划研究过程中的技术关键主要有以下四方面：

（1）如何建立合理、正确的区划类型体系，对区划研究极为重要。

没有正确、合理的区划类型体系，一方面不可能真正有效和全面地认识和揭示甘肃省极为复杂和多样的自然地理要素的区域分异规律，另一方面更不可能真正有效地为甘肃省公路建设服务。

所以，建立区划类型体系有着极为重要的作用和地位，也是甘肃省公路自然区划研究首先应解决的技术关键。

（2）采用先进的技术手段，建立相应的研究技术平台。

科学技术的进步，必须推动其它学科发展，自然区划虽然是一门较古老的学科，但先进的科学技术常常促进和推动其不断向前发展。

在甘肃省公路自然区划的研究中始终瞄准科学技术进步的前沿，采用目前世界上正在兴起和快速发展的自然地理信息系统（GIS），由于它是一种特定而有十分重要的空间信息系统，它以采集、贮存、管理、分析和描述作为其基本功能，GIS的巨大优势能对各类不同的（自然的、社会的、经济的等）大量数据和空间信息建立属性数据库，进行数据化处理，进行信息叠加分析，进行多幅图层复合分析和展示，特别对传统的地图制图是一次革命性事件。

由于GIS的优越的功能和特性，一问世就在区划研究领域展示出其非凡的作用和地位，深受区划界的青睐。

为了提高甘肃省公路自然区划研究的质量和研究深度，采用了GIS这一先进系统，建立GIS技术平台是本区划研究的第二个技术关键。

（3）确定区划的原则、方法和等级系统。

甘肃省公路自然区划研究无先列可以参考和借鉴，只能参考和借鉴国内外其他部门或行业区划研究的经验和成果，又要结合公路，特别是甘肃省公路建设的实践经验，这就对确定各类区划（公路自然区划、专项公路自然区划、单项公路自然区划）的原则、方法和等级系统带来较大的难度，所以，这是本区划研究的第三个技术关键，这一技术关键解决不好，就很难达到研究的目的，更谈不上为甘肃省公路建设服务。

（4）确定和建立区划分区指标体系。

确定和建立区划分区指标体系是国内外任何区划永恒的研究重点。

从区划研究开始到如今，虽然社会已经发生了翻天覆地的变化，科学和生产力也今非昔比，但在区划指标体系研究进展方面，并没有取得令人满意的进步和成果，从这方面就可见指标体系研究的难度，而这又是区划研究的核心和关键，甘肃公路自然区划如何在这方面有所前进、有所创新，是本区划的第四个研究技术关键。

3.2区划研究的难点

区划研究的难点仅有两个关键词：

一个是寻找，一个是转化，寻找是前提，转化是结果，重视寻找，加强转化。

寻找不到，转化不成，该区划的研究就很难有所进展，也不会取得什么成果，更谈不上应用和服务。

所以，这是一项极为复杂和艰苦的工作，也成为该区划研究的两个重要的难点。

（1）寻找

①寻找对公路建设起决定作用、全局作用、关键作用的自然环境要素，如地貌中的切割深度、切割密度、海拔高程、坡度等；

气候中的低温、降水（暴雨）、降雪、积雪等；

岩土中的特殊土、黄土、冻土、盐渍土、膨胀土、沙漠等；

水文中的坡面侵蚀、河川侵蚀、径流量、径流深等；

水文地质中的地下水性质、地下水富水状况、由地下水引起的冻融影响、强度影响、稳定影响、腐蚀影响等；

地质灾害中对公路影响较大的灾害类型、分布、强度等；

植被生态中的植被种类、类型、分布等。

②寻找公路建设最关注的、最易对公路建设中的设计、施工、养护、运营管理、公路网规划、生态环境保护等产生重大影响（经济的、安全的、耐久的）的自然因素或不利条件。

如设计、施工和养护中的困难程度、气候不利条件、筑路材料分布、品质、数量、开采和运输条件、对环境的影响情况等等，都需要认真、仔细的寻找，否则难为转化提供基础和前提。

（2）转化

①转化就是要能充分反映和体现公路建设各方面的需求和规定，为公路建设服务，不再使用其他部门或行业（如地质、地理、水文等）建立的概念和分类，如地貌形态分类，过去大多使用地理或地质部门的地貌分类方案，即复杂又繁琐，而且不易被公路建设者所理解。

因为他们主要是从事这方面工作的，他们分类多从一般地理学的角度或者地质部门的角度进行分类，很少从公路工程的角度看问题，所以不能直接照搬，而应根据公路工程建设的实际特点，结合公路工程技术标准和相关规范的规定和要求或公路建设者的习惯和实践经验等，参考地理、地质等部门经验和方法，进行公路地貌形态分类，具体将公路地貌形态分为平原区、微丘区、重丘区和山岭区（具体分类指标和指标确定的论证详见公路地貌图组编制研究报告）。

地貌形态既影响着公路各类工程的结构形式、设计指标和养护方式，又决定着工程的投资和使用效率，对公路建设非常重要，所以公路自然区划必须进行此类转化，即将极为复杂的自然环境要素，通过转化变化成公路区划语言，使公路建设者理解、便于使用而且符合公路建设的需要，又符合实际情况。

②转化要能真实、客观地反映公路工程的实际情况和状态，如不同日期、不同季节、不同年份的路面温度（沥青路面、水泥混凝土路面等）和气象部门提供的气温（距地面1.5米百叶箱中的温度）之间的函数关系。

因为不同地区、不同季节或昼夜路面温度与气温有较大的差异，如用气温作为路面沥青标号的选用依据或路面温度应力的计算依据，会产生很大的误差，例如在甘肃河西走廊地区当日气温为35℃而沥青路面的温度可高达70℃左右，不进行这样的转化，编制的气候区划很难有效地为公路建设服务。

另外，不同地区、不同季节、不同形式的桥梁上部铺装温度与当地的气温也会存在较大的差异，同理也应进行转化，这样做出的桥面铺装气温分区或气温区划就比较符合实际情况，使我们的设计、计算等具有较可靠的依据。

所以，转化对公路建设或者公路区划都具有非常重要的作用和意义，但这种转化比前者的转化更困难，因为它需大面积、长期的观测，需要投入较多的人员和经费。

4区划研究的原则和方法体系

4.1区划研究的原则体系

区划研究的原则和方法取决于区划研究的目的，并应与区划研究的目的相适应。

甘肃省公路自然区划在充分参考和借鉴其他区划确定区划原则经验和成果的基础上，结合甘肃省公路自然区划研究的实际情况，具体采用五种类型区划原则，见下表：

甘肃省公路自然区划及环境参数研究原则体系和方法体系汇总表

类型

原则

方法

总体

区划

原则

和方法

1．服务性原则

2．实用性原则

3．辩证性原则

1．分层次表示法

2．自下而上方法

3．先进技术与参数相结合的方法

分区

1．发生统一性原则

2．相对一致原则

3．区域共轭原则

4．综合性与主导因素相结合的原则

5．区域区划与类型区划相结合的原则

6．区内相似与区际差异原则

7．主导指标与辅助指标相结合的原则

8．定量指标与定性指标相结合的原则

9．公路工程特征相似性原则

10．保证省界完整性原则

1．成因分析法（古地理法）

2．自上而下法（顺序划分法）

3．自下而上法（合并法）

4．相关分析与图层叠置相结合的方法

5．指标划分与图层叠置相结合的方法

6．指标与指标图相结合的方法

7．区域区划与类型区划相结合的方法

8．区内相似与区际差异的方法

9．主导指标与辅助指标相结合的方法

10．定性指标与定量指标相结合的方法

确定

指标

1．差异性原则

2．客观性原则

3．本质特征原则

4．可操作性原则

5．层次性原则

6．指导性原则

1．工程因素确定方法

2．最大差异确定方法

3．宏观分析确定方法

4．借鉴类比确定方法

5．半理论半经验确定方法

6．聚类分析确定方法

确定等

级单位

系统与

分区命

名原则

1．客观性原则

2．宜粗不宜细原则

3．主要特征原则

4．分级命名原则

1．经验类比法

2．三段命名法

区划图

件编制

原则和

方法

1．完整性和系统性原则

2．规范性原则

3．先进性原则

4．简明性原则

1．数据分析法

2．像元计算分级法

3．叠置分析法

（1）总体区划是指不论是综合公路自然区划、专项公路自然区划，还是单项公路自然区划，都必须遵守的原则，它具有全局性和根本性。

（2）区划划分（分区）原则是指指导区划划分（分区）的原则，对区划来讲研究的目的的已经确定，研究的对象，服务的对象已经确定，区划的划分原则应该是唯一的，不能多，也不能少，更不能采用毫无相关的原则。

（3）确定区划分区指标和指标体系是任何区划研究中最重要的核心内容，也是任何区划研究的难点和技术关键，所以，确定正确的原则非常重要。

（4）区划分级及命名原则和区划图件偏制原则是具体操作原则。

4.2区划研究的方法体系

区划研究的方法是贯彻区划原则的一种手段，只有采用有效的区划方法，才能达到区划研究的目的。

每一个区划原则都必须通过相应的方法加以贯彻，所以，在甘肃公路自然区划研究中采用五种与区划研究原则对应的方法，详见上表。

5区划的指标体系

5.1区划指标体系

自然区划指标及指标体系的研究历来是区划研究中极为重要的核心内容，其技术关键首先是能否将极其复杂的自然环境要素与公路工程建设之间有机的联系起来，寻找对甘肃公路建设具有决定性的、限制性的、全局性的自然环境要素打下基础。

具体讲需从两方面展开研究：

一方面需深刻认识和揭示甘肃省各种自然地理要素的区域分异规律；

另一方面需对公路建设本身规律和特征的认识和了解，以及在自然环境中公路工程各类构造将产生哪些病害，或者是自然环境要素将会对公路工程建设产生哪些有利或不利的影响和作用，特别是对公路工程各类构造物（路基、路面、桥梁、隧道、涵洞、防护工程等）的安全性、经济性和耐久性等产生哪些重大的影响和作用。

其次，是建立最能体现和反映公路建设（包括公路网规划、设计、施工等等）最关注的、影响最大的、危害最大的，并带有全局性和长远性指标的数学函数模型（或者讲计算公式），一方面将多要素参数系统化，高度抽象化，便于进行计算，另一方面，必须建立适合公路工程区划指标计算公式，彻底摆脱综合自然区划、农业自然区划经常采用的干燥度、潮湿系数、计算湿润系数等计算公式。

另外，必须建立有效的、先进的计算技术平台，没有这样一个具有数据贮存功能和进行大量数据空间网络（或像元）分析及计算的技术平台，再合理、再科学和再正确的计算公式与相关计算参数都是无用的，即不能得到客观的、正确的分析计算结果。

最后，必须有可靠的、真实的、客观的满足公认保证率的各类计算数据。

要实现以上这些确定指标及指标体系的技术关键，须建立科学的、有效的确定指标的原则和方法（前已述及不再赘述）。

另外，需建立合理、可行的研究技术路线。

从技术路线图中，可以看到确定区划分区指标及指标体系是一个极为复杂的过程，每一环节都必须认真对待，这样才有可能建立符合公路建设需要的区划分区指标和指标体系，详见下表。

甘肃公路自然区划指标体系汇总表

区划类型

一级分区指标

二级分区指标

三级分区指标

公路自然区划

1．困难程度指数

2．参考专项区划

1．综合不利系数

1．综合灾度指数

公路地貌区划

1．大地构造

2．气候及主要地貌害型

1．次级构造及岩性

2．水系

3．地貌类型组合

1．外动力地质作用类型

2．地面平均坡度

公路气候区划

1．热量不利系数

2．1月和7月平均气温

3．最大冻土深度和冻结指数

1．降水不利系数

2．年降水量

1．其他不利系数

2．年雾、降雨和大风日数

3．最大冻土深度

公路岩土区划

1．岩土类型及分布状况

2．区域地貌

3．区域成因类型

1．岩土工程特性

1．筑路材料分布类型

2．筑材可利用指数

公路水文区划

1．水系流域情况

2．河流补给类型

1．坡面径流指数

2．河流多年平均流量

3．径流深和河水矿化度等

公路水文地质区划

1．含水性质

1．含水层性质

1．矿化度

2．地下不埋深

3．径流模数

公路地质灾害区划

1．地质灾害形成条件

2．地质害类类型

1．发育强度指数

2．群聚程度指数

6主要研究成果

（1）甘肃省公路自然区划图及研究报告；

（2）甘肃省公路地貌区划图组及研究报告；

（3）甘肃省公路气候区划图组及研究报告；

（4）甘肃省公路岩土区划图组及研究报告（其中包括筑路材料路用性能评价）；

（5）甘肃省公路水文区划图组及研究报告；

（6）甘肃省公路水文地质区划图组及研究报告；

（7）甘肃省公路地质灾害区划图组及研究报告；

（8）甘肃省公路植被类型分布图组；

（9）甘肃省公路环境参数研究报告；

（10）甘肃省公路自然区划及环境参数研究信息系统研究报告；

（11）甘肃省公路自然区划环境参数研究信息系统使用手册；

（12）甘肃省公路自然区划及环境参数图集及说明；

（13）专业地理信息系统操作平台（软件）和专业地理信息系统数据库。