多年冻土区公路建设的环境保护技术

多年冻土在我国分布范围较广，冻土总面积世界排名第三，总面积多达215万km2，主要分布在青藏高原、东北大小兴安岭、天山和阿尔泰山（表2—1）。其中东北大小兴安岭为高纬度多年冻土，其余都为高海拔多年冻土。青藏高原多年冻土区在世界中低纬度地带中属海拔最高、面积最大的多年冻土区。

表2—1　我国各地区多年冻土分布面积

（续表）

（1） 东北多年冻土区分布特征

东北多年冻土区是我国最北部、欧亚大陆多年冻土区的南缘地带，气候寒冷，同时也是我国主要发育的多年冻土地区之一，面积约39万km2，位于北纬46°30'与北纬53°30'之间，是我国最寒冷的寒温带气候和中温带气候的北部。太阳总辐射和分布大致与纬度平行，降水从沿海向内陆递减；在多年冻土南界以南，在一些高山，受海拔高度的影响，具有呈垂直变化特征的高寒气候，为多年冻土的形成和发育创造了条件。

东北多年冻土分布的特征主要表现在（表2—2）：

① 受纬度影响较大，自北而南，随年平均气温升高（－5～0℃），年平均气温差减小（40～50℃），多年冻土所占面积的百分比（简称连续性，或以小数表示称连续系数）由80%减至 5%以下，由大片分布至岛状和稀疏岛状甚至零星分布；年平均地温升高，由北部－4℃到南部的－1～0℃，而融土的温度由1℃至3～4℃；多年冻土的厚度由上百米减至几米。

② 海拔高度影响的叠加使东北多年冻土分布更具特色。一是表现在大兴安岭地区的多年冻土比小兴安岭地区更为发育，大片、大片—岛状分布的多年冻土集中在大兴安岭，而在小兴安岭只有岛状和稀疏岛状冻土分布；冻土层的温度由西向东升高；东北多年冻土区的自然地理南界在西部可到北纬46°30'，东部只到北纬47°30'。二是我国东北冻土的年平均温度甚至还与西伯利亚多年冻土北区的一部分相当。这主要是由于海拔高度对我国东北多年冻土的发育，尤其是对大片多年冻土的出现起了重要的作用。三是东北多年冻土区的自然地理南界呈W形，正是在纬度地带性制约下，同时又受到东西方向上两高（大兴安岭和小兴安岭）夹一低（松嫩平原）的地形影响所致，在南界以南，只在一些高山（如长白山、黄岗梁山等）上才有多年冻土出现。

③ 低洼处冻土条件更为严酷。在我国东北大片多年冻土区，山间洼地和河谷阶地有苔藓生长和泥炭层的沼泽化地段，冻土温度更低（－4～－3℃），地下冰最发育，冻土厚度也最大（100 m及其以上）。这一现象发生与土的岩性和含水量有关。但冬季逆温层的存在实为决定因素，而且在地形切割深的地区尤为突出。

④ 东北岛状、稀疏岛状和零星分布冻土区南北宽达200～400 km，其面积比大片和大片—岛状冻土两个区的面积大得多。这一广阔地带实际上是多年冻土与季节冻土互相过渡的地带，是对地表热交换条件变化反应敏感的地带，也是生产实践中常遇到冻胀、融沉等不良冻土工程地质现象的地带。(www.xing528.com)

表2—2　东北地区多年冻土分布特征

（2） 高山多年冻土分布特征

高山多年冻土主要分布在西部内陆如阿尔泰山、天山、祁连山等山系一定的海拔高度以上位置，岛状冻土出现的最低海拔高度的连线即为多年冻土分布下界。由下界随海拔高度上升，冻土分布的连续性增大，由岛状至大片连续分布过渡，冻土温度随之降低，厚度随之增大，具有明显的垂直分布性。各山系气候、地理、地质条件不同，多年冻土分布的下界亦不相同。

阿尔泰山横亘于中、俄、蒙三国边境。我国阿尔泰山属该山脉的中段和西段，山脊从东南向西北升高，海拔高度一般1 000～3 500 m，最高峰友谊峰4 374 m。山麓地带冬季负温期5～6个月，中、高山地带长达7～8个月。绝对最低气温可达－50℃。由于受北冰洋气团的影响，降水丰富，并随高度升高降水量增大，低山区300～400 mm，中山带500～600 mm，高山带800～900 mm。冬季降雪时，低、中、高山带积雪厚度超过2 m，稳定积雪期一般6～7个月。阿尔泰山多年冻土区位于高纬度欧亚大陆多年冻土南界附近，因受海拔高度的影响，南界一直伸延到北纬46°以南，属高纬度山地多年冻土，分布面积约1.1×104 km2。其下界海拔2 200 m，2 200～2 800 m是岛状多年冻土带，年平均气温为－6.7～－5.4℃。2 800 m以上是大片连续多年冻土带，年平均气温－9.4～11.5℃，多年冻土厚度由数米增至400 m。

在我国境内，天山自西向东延伸1 700 km，跨越21个经度（东经74°～95°）；南北宽100～400 km，跨越1～5个纬度（约在北纬40°～45°），主要的山脊线一般都在海拔4 000 m以上，最高峰为西部的托木尔峰（7 443.8 m）。气温随高度的增大而剧烈下降，在海拔3 000 m左右，年平均气温约为－2.0℃；而在海拔4 000～4 500 m的山脊，年平均气温可达－12～－8℃；3 000 m以上负温季节长达7～8个月。雪线附近，年降水量达500～700 mm，甚至1 000 mm以上，以固态降水为主，年降水量的70%～90%都集中在4—9月。多年冻土分布总面积为6.3×104 km2。高度是冻土分布的主导因素，下界最低海拔，阴坡为2 700 m，阳坡为3 100 m，天山坡向对冻土分布的影响比青藏高原和祁连山显著。据初步统计，阴坡多年冻土下界一般比阳坡低300～400 m，纬度增加1°，多年冻土下界下降171.2 m；经度增加1°，多年冻土下界下降10.6 m。在多年冻土下界附近，冻土温度较高（－0.2～－0.1℃），冻土厚度不足20 m，具有很大的不稳定性。在一定海拔以上，出现年平均地温低于－2℃的厚达100 m或更大的稳定型多年冻土。

祁连山位处青藏高原北缘，西南部为柴达木盆地。祁连山多年冻土分布下界南侧大致为3 700～3 900 m，北侧为3 500～3 650 m，北侧下界较南侧低206～250 m，东段下界较西段低150～200 m，多年冻土分布面积9.5×104 km2，多年冻土温度－0.1～2.3℃，多年冻土厚度由数米至140 m。

（3） 高原多年冻土分布特征

青藏高原多年冻土可明显地分出三个条带：昆仑山北坡至唐古拉山南麓（即藏北高原大部分）多年冻土在平原上呈连续分布；扎加藏布江河谷两侧呈大片连续分布；雅鲁藏布江河谷往南至喜马拉雅山呈零星分布。青藏高原是耸立于中低纬度的巨大隆起，其海拔高（平均4 000 m以上）、气候严寒的特点决定着高原冻土的存在和广泛分布。青藏高原多年冻土区是世界中、低纬度地带海拔最高、面积最大的冻土区。青藏高原地势总的趋势是西北高、东南低；气候特点是西北部寒冷干旱、东南部温暖湿润；自然地带分异是“以羌塘高原北部和昆仑山为中心，向周围地区倾斜散开”。这里是多年冻土最发育的地区，基本呈连续或大片分布，温度低，地下冰厚。青藏高原南北跨越12个纬度，东西横亘近30个经度，纬度地带性和经向水平分异同时影响到冻土分布特征和区域差异。

在纬度、海拔、地形地貌、坡向及其他地理因素的影响下，青藏高原多年冻土厚度分布极不均匀。随着海拔高度的升高，多年冻土厚度相应增大，一般来说平均海拔每升高100 m，冻土厚度大致增加20 m。依目前实测资料得知，在青藏高原海拔4 500～4 900 m的范围内，最大冻土层厚度为128.1 m（估计5 000 m以上地区的冻土层厚度将会更大）。青藏高原多年冻土厚度在不同程度上受纬度、坡向及其他地理因素的影响，坡向对局部地区的冻土厚度有很大的影响和控制作用，同时坡向对冻土的作用随纬度的升高而增强。

由于青藏高原山地、盆地、谷地、高平原相间的地貌格局及各地理区域地质、地理条件组合不同，使后期多年冻土的发生、发展形成明显的地域差别。在同一气候波动下，山地因其海拔高于盆地、谷地、高平原而具有温度更低的气候环境，再加上地势高耸有利于热量散失，以及基岩裸露具有较大导热率等原因，因此形成的多年冻土温度较低、厚度较大；高平原、盆地、谷地由于地势较低，气温相对较高，加上形成时间较晚，以及地表水、地下水影响等，故而高平原、盆地、谷地形成了温度高、厚度薄的多年冻土层。