北京市門(mén)頭溝區(qū)泥石流地災(zāi)防治研究

曹立雪

摘要：北京市門(mén)頭溝區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)眾多，為了減少泥石流地質(zhì)災(zāi)害的威脅和危害，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)踏勘，開(kāi)展泥石流的防治工程研究，具有重要的意義?，F(xiàn)以碣石村泥石流為例，結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛玻芯抗确还こ虒?duì)泥石流的治理作用，為本地區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患治理探索出一套治理模式，積累適合本地區(qū)泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患治理的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

Abstract： There are many potential risks points of mudslides in Mentougou District of Beijing. In order to reduce the threat and harm of mudslides geological disasters， it is of vital significance to conduct scene reconnaissance， can carry out mudslides prevention and control engineering research. Now with Jieshi village mudslides as an example， combined with the local topography， the governance effect of check dam project for mudslides treatment is studied， exploring a set of management mode for regional mudslides geological hazard management， and accumulating valuable experience for regional mudslides management.

關(guān)鍵詞：泥石流；地質(zhì)災(zāi)害；暴雨；谷坊

Key words： debris flow；geological disasters；heavy rain；check dam

中圖分類(lèi)號(hào)：P642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）08-0210-03

0 引言

2012年7月21日，北京地區(qū)普降大暴雨，發(fā)生多處地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情及險(xiǎn)情，造成人員傷亡和巨大經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)誘發(fā)了崩塌、滑坡、泥石流等次生地質(zhì)災(zāi)害。這些地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)險(xiǎn)情緊迫、危害大、危險(xiǎn)程度高，危及居民生命財(cái)產(chǎn)安全。

門(mén)頭溝區(qū)是遭受此次自然災(zāi)害較為嚴(yán)重的區(qū)域，其中雁翅鎮(zhèn)碣石村北泥石流溝溝谷內(nèi)松散堆積物較多，溝道堵塞程度中等，加之下游正對(duì)村莊，泄洪通道狹窄，在極端降雨條件下，極易發(fā)生泥石流地質(zhì)災(zāi)害，將威脅下游村民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

北京地區(qū)泥石流災(zāi)害的研究成果較多，主要集中在泥石流成因[1]、分類(lèi)[2]、危害性評(píng)價(jià)[3-4]以及防治對(duì)策[5]等方面，其中對(duì)泥石流災(zāi)害的具體治理措施的研究較少，本文以北京市門(mén)頭溝區(qū)一條典型的泥石流溝為例，詳細(xì)介紹泥石流的治理措施，同時(shí)為北京市其他地區(qū)的泥石流治理提供參考依據(jù)。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 氣象

門(mén)頭溝區(qū)年平均降水在500-675mm之間，最大降水量為1234mm（1939年），最小降水量為286.6mm（1941年）。區(qū)內(nèi)降水不均，7～8月的降水量可占到全年降水量的60%左右。

2012年7月21日，北京遭受特大暴雨，平均降雨量175mm，其中門(mén)頭溝區(qū)主要降雨集中在門(mén)城一帶，山區(qū)普遍在200mm左右，龍泉?dú)庀笳颈O(jiān)測(cè)24小時(shí)降雨量達(dá)408.2mm。災(zāi)害性強(qiáng)降雨是造成群發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的主要誘因。

1.2 地形地貌

碣石泥石流溝位于雁翅鎮(zhèn)碣石村東側(cè)村北，碣石崩塌點(diǎn)以東100m。主溝長(zhǎng)約517m，流向約183°，溝寬12～30m，主溝縱坡約22.5°，流域面積約0.057km2；沖溝兩側(cè)斜坡高30～40m，沖溝兩側(cè)斜坡高30～40m，坡度28°～55°，植被覆蓋率約55%；沖溝兩側(cè)基巖出露，巖性為白云巖，層狀結(jié)構(gòu)，巖層產(chǎn)狀225°∠66°，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎～較完整，溝谷內(nèi)崩坡積松散物較為發(fā)育，厚1.3～3.8m，物源補(bǔ)給段長(zhǎng)度336m，占整個(gè)流域的65%，河溝堵塞程度中等；溝道中下游修建有梯田，上下梯田間為干砌毛石擋墻（部分已經(jīng)損壞），墻高約2～3m，梯田上種植果樹(shù)及農(nóng)作物；溝口下游正對(duì)村莊，雨季雨量較大時(shí)可能形成泥石流地質(zhì)災(zāi)害。

2 泥石流地質(zhì)災(zāi)害

2.1 泥石流類(lèi)型

按水源成因及物源進(jìn)行歸類(lèi)，該溝屬于暴雨、坡面侵蝕型泥石流；按泥石流活動(dòng)場(chǎng)所的地貌形態(tài)屬溝谷型泥石流；按暴發(fā)頻率屬于低頻泥石流（1987年至今未再發(fā)生）；根據(jù)泥石流物質(zhì)組成，固體物質(zhì)以粗粒為主，并含粘粒，溝槽坡度大于10%，該溝屬泥石質(zhì)泥石流；按泥石流流體性質(zhì)，溝內(nèi)物質(zhì)以碎（塊）石涂為主，不形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬高容重低粘度為主。

2.2 泥石流危害程度

依據(jù)《縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求》對(duì)治理區(qū)泥石流溝易發(fā)程度進(jìn)行數(shù)量化評(píng)分（表1），考慮各項(xiàng)因素后評(píng)定結(jié)果為85分，根據(jù)泥石流易發(fā)程度綜合評(píng)判表（表2），屬中易發(fā)泥石流溝。

■

■

2.3 泥石流基本特征值

由于缺乏泥石流監(jiān)測(cè)資料，因此，碣石村泥石流基本特征值的計(jì)算主要參照和利用野外調(diào)查和訪問(wèn)獲取溝道斷面特征等進(jìn)行，計(jì)算指標(biāo)的確定主要根據(jù)擬設(shè)泥石流治理工程的需要，對(duì)泥石流流體重度、流速、流量、整體沖壓力、爬高、沖起高度等常規(guī)指標(biāo)參照《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》計(jì)算，詳見(jiàn)表3。

3 防治工程

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

①降雨量參數(shù)。

按50年一遇的暴雨強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)《北京市水文手冊(cè)》確定碣石村附近歷時(shí)24小時(shí)的點(diǎn)暴雨量均值為95mm，碣石村泥石流溝按頻率為P=2%計(jì)算求得1小時(shí)設(shè)計(jì)雨強(qiáng)為82.3mm。

②泥石流固體物源參數(shù)。

碣石村泥石流松散固體物源量共計(jì)有松散固體物源量26113m3，可能參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為9782m3。按50年一遇的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，泥石流一次固體物質(zhì)沖出量為622.65m3。預(yù)計(jì)其50年內(nèi)可能發(fā)生泥石流2次左右，則固體物質(zhì)沖出總量可能達(dá)到1245.30m3左右。

③泥石流運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)。

按50年一遇暴雨強(qiáng)度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，泥石流主要運(yùn)動(dòng)特征參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表3。

④抗震設(shè)計(jì)參數(shù)。

據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010），碣石村抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.15g。

3.2 防治工程安全等級(jí)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

碣石村是門(mén)頭溝區(qū)古村落，歷史悠久，文化底蘊(yùn)深厚，現(xiàn)存一級(jí)古槐2棵，二級(jí)古槐1棵；二級(jí)油松9棵；二級(jí)古柏2棵；72眼古井交錯(cuò)分布在村中各處。村子位于泥石流溝溝口處，一旦爆發(fā)泥石流，極易受影響。考慮到這些不可移動(dòng)文物的重要性，確定泥石流災(zāi)害防治主體工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，降雨強(qiáng)度按二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（50年一遇）考慮，安全等級(jí)按一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（100年一遇）考慮。

谷坊抗滑安全系數(shù)：基本荷載組合≥1.25，特殊荷載組合≥1.08；

谷坊抗傾覆安全系數(shù)：基本荷載組合≥1.60，特殊荷載組合≥1.15。

3.3 防治方案

根據(jù)野外勘測(cè)及地形條件，分別在泥石流溝谷有利部位各設(shè)置一道谷坊，1#谷坊設(shè)計(jì)總壩高3.5m，有效壩高3.0m；2#谷坊設(shè)計(jì)總壩高4.0m，有效壩高3.5m；3#谷坊設(shè)計(jì)總壩高4.0m，有效壩高3.5m；4#谷坊設(shè)計(jì)總壩高3.0m，有效壩高2.5m。各谷坊壩頂寬1.5m，迎水坡比1：0.6，背水坡比1：0.1，基礎(chǔ)埋深均為2.0m。溢流口底寬參照壩址河底寬度取值，深度按泥石流流量計(jì)算。排水口布置在壩體溢流段下方，排水孔尺寸為高0.5m，寬0.4m。壩體采用漿砌石砌筑，砌石抗壓強(qiáng)度不小于MU30，砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)為M15。

設(shè)置谷坊的主要目的在于穩(wěn)攔物源、護(hù)坡固床，防止洪流對(duì)溝道物源的沖刷及對(duì)兩側(cè)土石岸坡的側(cè)蝕，阻止或減少進(jìn)入沖溝的固體物源量，并防止泥石流對(duì)出口處進(jìn)山道路的危害。

3.4 設(shè)計(jì)工況及荷載組合

在按百年一遇的降雨強(qiáng)度前提下，設(shè)計(jì)谷坊設(shè)計(jì)工況按滿庫(kù)過(guò)流、半庫(kù)過(guò)流、空庫(kù)過(guò)流三種特征結(jié)合地震因素（考慮地震和不考慮地震），共有六種工況組合，分別為工況Ⅰ滿庫(kù)過(guò)流（不考慮地震）、工況Ⅱ滿庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（考慮地震）、工況Ⅲ為半庫(kù)容過(guò)流狀態(tài)（不考慮地震）、工況Ⅳ為半庫(kù)容過(guò)流狀態(tài)（考慮地震）、工況Ⅴ為空庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（不考慮地震）和工況Ⅵ為空庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（考慮地震），其中以工況Ⅴ為設(shè)計(jì)工況，工況Ⅵ為校核工況。

各工況荷載組合為：

工況Ⅰ滿庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（不考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+泥石流土體水平壓力（Fvl）；

工況Ⅱ滿庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+泥石流土體水平壓力（Fvl）+地震力（F震）；

工況Ⅲ為半庫(kù)容過(guò)流狀態(tài)（不考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+泥石流流體沖擊力（Fδ）+泥石流石塊沖擊力（Fb）+水平水壓力（Fwl）+泥石流土體水平壓力（Fvl）+揚(yáng)壓力（考慮折減）（Fy）；

工況Ⅳ為半庫(kù)容過(guò)流狀態(tài)（考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+泥石流流體沖擊力（Fδ）+泥石流石塊沖擊力（Fb）+水平水壓力（Fwl）+泥石流土體水平壓力（Fvl）+揚(yáng)壓力（考慮折減）（Fy）+地震力（F震）；

工況Ⅴ為空庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（不考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+水平水壓力（Fwl）+泥石流流體沖擊力（Fδ）+泥石流石塊沖擊力（Fb）+揚(yáng)壓力（未折減）（Fy）；

工況Ⅵ為空庫(kù)過(guò)流狀態(tài)（考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+溢流體重（Wf）+過(guò)壩泥石流動(dòng)水壓力（σ）+水平水壓力（Fwl）+泥石流流體沖擊力（Fδ）+泥石流石塊沖擊力（Fb）+揚(yáng)壓力（未折減）（Fy）+地震力（F震）。

各種工況下的荷載組合情況示意如圖1所示。

如表4所示，設(shè)計(jì)的4道谷坊在六種工況下抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)論

防治工程實(shí)施后，有利于減弱或消除泥石流地質(zhì)災(zāi)害隱患，減少水土流失，消除碣石村因地質(zhì)環(huán)境破壞而帶來(lái)的負(fù)面影響，使周邊地區(qū)的村民的安全得到了保障，環(huán)境效益顯著。同時(shí)為本地區(qū)同類(lèi)地質(zhì)災(zāi)害隱患治理探索出一套治理模式，積累適合本地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害隱患治理的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]洪承舒.北京地區(qū)泥石流的發(fā)生及對(duì)策[J].北京水利，1995，

4：7-10.

[2]謝洪，鐘敦倫，韋方強(qiáng)，等.北京山區(qū)泥石流的分類(lèi)與類(lèi)型[J].山地學(xué)報(bào)，2004，22（2）：212-219.

[3]張春山.北京北山地區(qū)泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].北京地質(zhì)，1996，2：11-20.

[4]張春山.北京地區(qū)泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[J].地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境保護(hù)，1995，6（3）：33-40.

[5]涂曉方.北京番字牌西溝泥石流綜合防治[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào)，1994，5（s）：332-338.