青藏铁路沿线多年冻土分布特征及其对环境变化的响应

都呈现出退化趋势
．处于季节冻土向片状连续多
年冻土 过 渡 区 的 青 藏 高 原 中 东 部 多 年 冻 土 退 化 ［ ６ ］ 显著 ．
收稿日期： ２ ０ １ ４ ０ ３ １ ６ ；修订日期： ２ ０ １ ４ ０ ６ ２ １ ２ ０ １ ４ Ｂ Ａ Ｇ ０ ５ Ｂ ０ ５ ） ；中国科学院西部行动计划项目 （ Ｋ Ｚ Ｃ Ｘ ２ Ｘ Ｂ ３ １ ９ ） ；国家重点基础研究发展计划 基金项目：国家科技支撑计划项目 （ （ ９ ７ ３计划） ２ ０ １ ２ Ｃ Ｂ ０ ２ ６ １ ０ １ ） 项目（ 资助 作者简介：尹国安（ １ ９ ８ ８－ ） ，男，湖北宜昌人， ２ ０ １ ２年毕业于长安大学，现为中国科学院寒区旱区环境与工程研究所在读硕士研究生， ｍ ａ ｉ ｌ ：ｙ ｉ ｎ ｇ ｕ ｏ ａ ｎ １ ２ ３ ＠１ ２ ６ ． ｃ ｏ ｍ 主要从事寒区岩土工程及环境方面的研究．Ｅ
［ ５ ］ ［ ２ － ４ ］
多年冻土作为青藏铁路、公路工程的地基，其 空间变异性和热扰动性将会给路基工程稳定性带来 ［ ７ ］ 极大的危害 ．青藏铁路、公路等重大线性工程的 建设改变了原来的水热状况，进而影响下部多年冻 土的生存环境和热稳定性，加速了冻土的退化进 ０世纪 ６ ０年代至 ２ １世纪初，青藏公路沿线 程．从 ２ ２ｍ 深 度 上 温 度 上 升 多年冻土 边 缘 的 冻 土 岛 在 １ ０ ． ３℃，在广阔的中、低温冻土区冻土升温一般为 ０ ． ２℃左右，这种变化使得冻土天然上限下移 １ ０～
８ ］ ３ ０ｃ ｍ［ ．工程因素对多年冻土的热扰动有很大差
异，路堑、半路堤半路堑等开挖断面施工扰动最 大，土体开挖可能会引起局部水文地质条件的变 化，诱发如冰锥、热融湖塘、滑坡、坍塌等次生自 然灾害．填土路堤的热阻效应虽可以减少其下地温 的年振幅，起到延缓多年冻土融化的效果，但不能 改变因修筑路基而引起的吸热趋势，造成路基整体 温度升高，形成高温冻土层．此外，由高路堤而引 起的阴阳坡效应造成路基各部位在横向上融化深度 不同，可能诱藏铁路沿线多年冻土分区及特征
青藏高原地处西北高山地区，具有高寒气候和 高海拔地势，这些自然条件整体上决定了高原多年 冻土的发育和分布特征．青藏高原多年冻土面积约 ４ ２ ９ ］ １ ５ ０× １ ０ ｋ ｍ ，占高原总面积的 ７ ５ ％［ ．青藏铁路 ４ ２ｋ ｍ，线路跨 格拉段位于青藏高原腹地，全长 １１ ０ ０ｍ 以上的地段约为 ９ ６ ０ｋ ｍ，穿越多年 越海拔 ４０ ３ ２ｋ ｍ，其中，大片连续多年冻土区 冻土区长度为 ６ ５ ０ｋ ｍ，岛状不连续多年冻土区长 ８ ２ｋ ｍ．青藏 长５ 铁路多年冻土北界位于昆仑山北坡的西大滩盆地， 南界位于唐古拉南坡的安多盆地．青藏铁路沿线多 年冻土具有典型的高温高含冰量特点，含冰量大于 ２ ０ ％的 多 年 冻 土 长 度 ２ ２ １ｋ ｍ，年 平 均 地 温 高 于 － １ ． ０℃的多年冻土长度 ２ ７ ５ｋ ｍ，既高温又高含冰 ．青藏铁路沿线多年 ［ １ ２ ］ 冻土分布具有明显的三向地带性 ，即热量和水 分随高度变化造成的垂直带性，随着海拔增高，地 ２ ４ｋ ｍ 量多年冻土长度 １
６卷 第 ４期 第３ ２ ０ １ ４年 ８月
冰 川 冻 土
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ ＬＯ ＦＧ Ｌ Ａ Ｃ Ｉ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ ＹＡ Ｎ ＤＧ Ｅ Ｏ Ｃ Ｒ Ｙ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ６ ， Ｎ ｏ ． ４ Ａ ｕ ｇ ． ， ２ ０ １ ４
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ７ ５ ２ ２ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ０ ０ ２ ４ ０ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ０ ９ ３ Ｙ ｉ ｎＧ ｕ ｏ ′ ａ ｎ ，Ｎ ｉ ｕＦ ｕ ｊ ｕ ｎ ，Ｌ ｉ ｎＺ ｈ ａ ｎ ｊ ｕ ，ｅ ｔ ａ ｌ ．Ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ｇｔ ｈ ｅ Ｑ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｓ ｅ ｔ ｏｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ［ Ｊ ］ ．Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｇ ｌ ａ ｃ ｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙａ ｎ ｄＧ ｅ ｏ ｃ ｒ ｙ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ４ ， ３ ６ （ ４ ） ： ７ ７ ２－ ７ ８ １ ．［ 尹国安，牛富俊，林战举，等．青藏铁路沿线多年冻土 Ｊ ］ ．冰川冻土， ２ ０ １ ４ ， ３ ６ （ ４ ） ： ７ ７ ２－ ７ ８ １ ． ］ 分布特征及其对环境变化的响应［
摘
５个区 要：针对青藏高原特殊的自然气候条件，按照地形、地貌把青藏铁路沿线多年冻土分为 １
段，并分别介绍了各个区段多年冻土特征． 结果表明： 在外界环境变化， 包括全球气候变暖及工程活动 的双重效应下，青藏铁路沿线多年冻土及其存在状态发生了极大变化，这些变化主要包括年平均气温 多年冻土退化、 热融灾害增加、 寒区工程病害不断加剧等． 多年冻土及其存在状态发生变化不但 升高、 导致生态环境恶化，而且对青藏铁路沿寒区工程的安全运营、维护及发展提出新的挑战． 关键词：青藏铁路；多年冻土；分布特征；环境变化；响应 ６ ４ ２ ． １ ４ 中图分类号：Ｐ 文献标识码：Ａ １ ０ ０ ０ ０ ２ ４ ０ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ ０ ７ ７ ２ １ ０ 文章编号：
青藏铁路沿线多年冻土分布特征 及其对环境变化的响应
１ ， ２ ， ２ ， ２ ， ２ 牛富俊１， 林战举１， 罗 京１ ， 刘明浩１ ， 李安原１ 尹国安 ， （ １ ． ３ ０ ０ ０ ０ ； ２ ． ０ ０ ０ ４ ９ ） 中国科学院 寒区旱区环境与工程研究所 冻土工程国家重点实验室，甘肃 兰州 ７ 中国科学院大学，北京 １
０ 引言
冻土是一种对温度和外界因素极为敏感的含冰 负温地质体，其含有地下冰是与其他岩土体最为本 质的区别．多年冻土是冻结状态持续两年以上的土 ［ １ ］ 层，它既是一种低温环境也是一种介质材料 ．多 年冻土既是地气系统相互作用的产物，也是地质历 史的产物，自然界许多地理、地质因素影响着区域 多年冻土的宏观分布格局和发展演变过程．其中， 区域气候背景是决定多年冻土分布及其地温状态的 重要因素之一．另一方面，由于冻土受地表辐射、 对流和热传导等各种热交换条件的影响，局地因素 也在很大程度上影响着多年冻土的分布和地温状 态，决定多年冻土的存在与否，造成同样气候背景 ．未来５ ０ａ ， 青藏高原地区的多年冻土不管在何种气候情景下， 下多年冻土的异常分布或气候分布
其中西大滩断陷盆地楚玛表1青藏铁路沿线多年冻土分区及特征table1zoningandcharacteristicsofpermafrostalongtheqinghaitibetrailway区段铁路起始里程多年冻土区全长km多年冻土厚度m多年冻土上限m年平均地温高含冰量段长度km融区长度km西大滩断陷盆地dk9757667354020180503900000昆仑山中高山区dk983700303026012015254020188980530楚玛尔河高平原dk100550063900154020502005514373100可可西里山区dk1072500518933010020304010389750107北麓河盆地dk11245002090010502030180532840090风火山山区dk114550019370501201025402083000500尺曲谷地dk116550026910105020403005119370790乌丽盆地dk1193200930010402530100054950000乌丽山区dk1202500167752020301005167713513沱沱河盆地dk121770012077050103410535612230开心岭山区dk124500089395201525150555038275通天河盆地dk126280017889204015301505143992300布曲河谷地dk1282800391055402050102046236134温泉断陷盆地dk13608002460052020300522609400唐古拉山区及山间盆地dk139480021190102019452005785032313774期尹国安等
４期
尹国安等：青藏铁路沿线多年冻土分布特征及其对环境变化的响应
７ ７ ３
一的开挖或填土以及地表工程扰动都会导致多年冻 土的升温，加速冻土退化．鉴于此，弄清青藏线冻 土分区及其特征，查清工程活动对多年冻土的扰动 情况，对预防青藏铁路、公路次生病害发生及冻土 升温退化至关重要．
０ ０ｍ，地温降低 ０ ． ６～ 温迅速降低，大约每上升 １ １ ． ０℃，冻土厚度增大 ２ ０ｍ 左右；水平分布上的不 完整性和热量南北差异引起的纬度地带性，多年冻 ０ ０ｍ， 土分布下界随纬度降低而升高，南北相差 ３０ ° ，多年冻土下界海拔高度约上升 纬度每向南推移 １ ［ １ ３ ］ １ ０ ０～ １ ３ ０ｍ ．距海洋远近和大气环流特点造成 的水分状况不同所产生的干燥度地带性，青藏铁路 沿线多年冻土下界随干燥度增加而上升，这与其他 高海拔地区多年冻土刚好相反．其他与干湿程度有 关的局部因素如温度位移、积雪等也会引起多年冻 土下界的变化．多年冻土的变化主要表现为低温冻 ［ １ ４ ］ 土向高温冻土转化 ． 青藏铁路格拉段沿线多年冻土主要分布在海拔 ４０ ０ ０ｍ 以上的高平原、山区、盆地等地貌单元．按 照铁路沿线地形、地貌不同及多年冻土分布特征， ０多年科研成果的基础上，通过大量的现场 在近 ４ 试验勘查及室内分析，针对青藏铁路多年冻土区典 型区域和典型工程措施，把青藏铁路沿线多年冻土 ５区段（ ） ． 区分为以下 １ 表１ 从表 １可以看出，青藏铁路沿线多年冻土区厚 １ ２ ０ｍ 之间，多年冻土天然上限深度 度一般在 ０～ １ ． ０～ ５ ． ０ｍ，年平均地温在 － ０ ． ５～－ ４ ． ０℃ 之间， 局部地段甚至更低．其中，西大滩断陷盆地、楚玛
［ １ ０ － １ １ ］
青藏铁路沿线多年冻土分区及特征 表１ Ｔ ａ ｂ ｌ ｅ １ Ｚ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｐ ｅ ｒ ｍ ａ ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ ａ ｌ ｏ ｎ ｇｔ ｈ ｅＱ ｉ ｎ ｇ ｈ ａ ｉ Ｔ ｉ ｂ ｅ ｔ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ
区段 西大滩断陷盆地 昆仑山中高山区 楚玛尔河高平原 可可西里山区 北麓河盆地 风火山山区 尺曲谷地 乌丽盆地 乌丽山区 沱沱河盆地 开心岭山区 通天河盆地 布曲河谷地 温泉断陷盆地 唐古拉山区及 山间盆地 铁路起始 里程 Ｄ Ｋ ９ ７ ５＋ ７ ６ ６ Ｄ Ｋ ９ ８ ３＋ ７ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ０ ０ ５＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ０ ７ ２＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ １ ２ ４＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ １ ４ ５＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ １ ６ ５＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ １ ９ ３＋ ２ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ２ ０ ２＋ ５ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ２ １ ７＋ ７ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ２ ４ ５＋ ０ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ２ ６ ２＋ ８ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ２ ８ ２＋ ８ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ３ ６ ０＋ ８ ０ ０ Ｄ Ｋ １ ３ ９ ４＋ ８ ０ ０ 多年冻土区全长 ／ ｋ ｍ ７ ． ３ ５ ４ ３ ０ ． ３ ０ ２ ６ ３ ． ９ ０ ０ ５ １ ． ８ ９ ３ ２ ０ ． ９ ０ ０ １ ９ ． ３ ７ ０ ２ ６ ． ９ １ ０ ９ ． ３ ０ ０ １ ． ６ ７ ７ １ ２ ． ０ ７ ７ ８ ． ９ ３ ９ １ ７ ． ８ ８ ９ ３ ９ ． １ ０ ５ ２ ４ ． ６ ０ ０ ２ １ ． １ ９ ０ 多年冻土厚度 ／ ｍ ０～ ２ ０ ６ ０～ １ ２ ０ １ ５～ ４ ０ ３ ０～ １ ０ ０ １ ０～ ５ ０ ５ ０～ １ ２ ０ １ ０～ ５ ０ １ ０～ ４ ０ ５～ ２ ０ ０－ ５ ０ ５～ ２ ０ ２ ０～ ４ ０ ５～ ４ ０ ５～ ２ ０ １ ０～ ２ ０ 多年冻土上限 ／ ｍ １ ． ８ １ ． ５～ ２ ． ５ ２ ． ０～ ５ ． ０ ２ ． ０～ ３ ． ０ ２ ． ０～ ３ ． ０ １ ． ０～ ２ ． ５ ２ ． ０～ ４ ． ０ ２ ． ５～ ３ ． ０ ２ ． ０～ ３ ． ０ １ ． ０～ ３ ． ４ １ ． ５～ ２ ． ５ １ ． ５～ ３ ． ０ ２ ． ０～ ５ ． ０ ２ ． ０～ ３ ． ０ １ ． ９～ ４ ． ５ 年平均地温 ／ ℃ － ０ ． ５ － ４ ． ０～－ ２ ． ０ － ２ ． ０～－ ０ ． ５ － ４ ． ０～－ １ ． ０ － １ ． ８～－ ０ ． ５ － ４ ． ０～－ ２ ． ０ － ３ ． ０～－ ０ ． ５ － １ ． ０～ ０ ． ０ － １ ． ０～－ ０ ． ５ ＞－ １ ． ０ － １ ． ５～－ ０ ． ５ － １ ． ５～－ ０ ． ５ ＞－ １ ． ０ － ０ ． ５ － ２ ． ０～－ ０ ． ５ 高含冰量段长度 ／ ｋ ｍ ０ ． ３ ９ ０ １ ８ ． ８ ９ ８ ５ １ ． ４ ３ ７ ３ ８ ． ９ ７ ５ ３ ． ２ ８ ４ ８ ． ３ ０ ０ １ １ ． ９ ３ ７ ５ ． ４ ９ ５ １ ． ６ ７ ７ ５ ． ３ ５ ６ ５ ． ５ ０ ３ １ ４ ． ３ ９ ９ ２ ０ ． ４ ６ ２ ２ ． ２ ６ ０ ７ ． ８ ５ ０ 融区长度 ／ ｋ ｍ ０ ． ０ ０ ０ ０ ． ５ ３ ０ ３ ． １ ０ ０ ０ ． １ ０ ７ ０ ． ０ ９ ０ ０ ． ５ ０ ０ ０ ． ７ ９ ０ ０ ． ０ ０ ０ １ ３ ． ５ １ ３ １ ２ ． ２ ３ ０ ８ ． ２ ７ ５ ２ ． ３ ０ ０ ３ ６ ． １ ３ ４ ９ ． ４ ０ ０ ３ ． ２ ３ １