北京房山典型泥石流物源特征及防治建議

申 健，劉曉曉，李巧剛，郭 英

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

北京房山典型泥石流物源特征及防治建議

申 健，劉曉曉，李巧剛，郭 英

（北京市地質(zhì)研究所，北京 100120）

本文針對房山區(qū)典型泥石流溝主要物源類型進(jìn)行分析討論，崩滑堆積物源、坡面物源以及溝床堆積物源是本區(qū)泥石流物源的主要類型。崩滑堆積物源及坡面物源參與泥石流活動的量占其總量相對較少，溝床堆積物源相對較大，并且多為泥石流溝的主要物源。區(qū)內(nèi)佛子莊鄉(xiāng)北窖溝泥石流溝床堆積物分析顯示，溝道沖淤特征表現(xiàn)出以沖為主的特點(diǎn)，溝床物質(zhì)是參與泥石流活動的重要物源。并依據(jù)北窖溝泥石流物源特點(diǎn)，提出針對性的泥石流防治建議。

泥石流；物源；特征；防治

0 前言

房山區(qū)泥石流溝松散固體物源，主要包括崩滑堆積物源、坡面物源和溝床堆積物源3種類型（北京市地質(zhì)研究所，2012）。依據(jù)房山區(qū)泥石流調(diào)查，房山區(qū)共發(fā)育有139條泥石流溝，存在崩滑堆積物源約占50%，存在坡面物源占約80%，存在溝床堆積物源占約90%。房山區(qū)多數(shù)泥石流溝人類工程活動劇烈，歷史礦山開采形成的礦渣多堆積于溝道內(nèi)（劉文清，2014），為泥石流形成提供了大量的物源物質(zhì)。溝床堆積物是泥石流主要物源，占區(qū)內(nèi)泥石流總數(shù)的70%，2012年“7·21”期間爆發(fā)的泥石流多與溝床物質(zhì)啟動形成泥石流有關(guān)。其中房山區(qū)佛子莊鄉(xiāng)北窖溝泥石流是區(qū)內(nèi)較為典型的泥石流溝，該泥石流溝不僅具有上述3種類型物源，并且溝道堆積物是其主要物源。這類泥石流的防治重點(diǎn)主要是物源處理及溝道疏導(dǎo)，本文以北窖溝泥石流為例提出了具體工程防治建議，為下一步開展治理工作提供參考。

1 物源類型

1.1 崩滑堆積物源

崩滑堆積物源主要為點(diǎn)狀分布的集中性堆積物源，一般可劃分為兩種基本類型。

一種為巖質(zhì)崩滑物源，主要發(fā)育于基巖出露區(qū)域，多為石灰?guī)r、砂巖、花崗巖、千枚巖等巖系中，這類崩滑堆積物源主要分布于主溝及支溝兩側(cè)斜坡陡壁，其特點(diǎn)為表層巖性風(fēng)化破碎。沉積巖地區(qū)崩滑堆積物塊度相對較小，且規(guī)模也往往較小。巖漿巖地區(qū)崩滑塌體塊度一般較大，規(guī)模也較大。

另一種為土質(zhì)崩滑物源，主要發(fā)育于潛山坡地等區(qū)域，由于第四紀(jì)厚度較大，多階地分布。崩滑區(qū)多具有良好的臨空條件，如果遭受暴雨沖刷及洪水掏蝕坡腳時，則可能引發(fā)其變形破壞，形成物源。

據(jù)調(diào)查，北窖溝泥石流溝存在物源型崩塌15處，滑坡（不穩(wěn)定斜坡）3處；這些崩塌和滑坡為泥石流提供物源量約1.0×104m3，其中可參與泥石流活動的動儲量約為0.2×104m3。泥石流流域內(nèi)分布于斜坡表層的松散堆積體及中下部崩坡積物，且未進(jìn)入溝床的松散物質(zhì)；其參與泥石流活動的方式主要是在暴雨沖刷下，整體或部分物源進(jìn)入溝道，再被泥石流裹挾帶走。由于其運(yùn)動路徑和過程相對較長，運(yùn)動中部分物質(zhì)仍可能被斜坡上的樹木阻擋或緩坡地帶緩沖而停積，因此其可能參與泥石流活動的比例相對較小，且主要以細(xì)粒物質(zhì)為主，視堆積坡度及堆積物顆粒大小的不同，其可能參與泥石流活動的物源量一般占其20%左右（喬建平等，2012；郭劍等，2015；徐友寧等，2015）。

1.2 坡面物源

坡面物源主要可劃分為兩種類型，一類發(fā)育于人工堆積臺地部位，另一類主要發(fā)育于強(qiáng)風(fēng)化巖石及表層殘坡積土內(nèi)，是區(qū)域主要坡面侵蝕物源區(qū)。

坡面侵蝕物源區(qū)參與泥石流活動的方式主要為水土流失，包括面蝕和溝蝕的情況均有，侵蝕強(qiáng)烈的可能形成坡面泥石流或坡面沖溝泥石流，可能參與泥石流活動的物源量主要受侵蝕強(qiáng)度控制，而侵蝕強(qiáng)度主要受降雨、斜坡特征、植被特征等因素控制，總體上這些坡面侵蝕物源區(qū)坡度一般較大。

北窖溝坡面物源點(diǎn)4處，物源總量約2.4×104m3，其中可參與泥石流活動的物源量約為2000m3。由于區(qū)內(nèi)礦山已經(jīng)全部關(guān)停，泥石流溝總體上森林植被較發(fā)育，生態(tài)環(huán)境較好，水土流失較輕微。局部地段存在坡面滑塌現(xiàn)象，植被遭到一定程度的破壞，這些地段水土流失可能加劇，為泥石流的形成提供一定的松散物源。但隨時間推移植被的恢復(fù)，坡面侵蝕物源有限，其可能參與泥石流活動的物源量一般少于10%。

1.3 溝床堆積物源

溝床堆積物源主要為溝道的堆積物，人為作用采礦廢渣、部分支溝崩滑物源與坡面物源在暴雨作用下產(chǎn)生活動，經(jīng)不同距離的搬運(yùn)轉(zhuǎn)移而成為新生的溝床堆積物源；區(qū)內(nèi)泥石流溝溝床物源分布廣泛，尤其是泥石流主溝老溝床堆積物源異常豐富，成為泥石流主要物源類型。

溝床堆積物源參與泥石流活動的方式主要為溝床的揭底沖刷，其可參與泥石流活動的物源量主要為溝底下切掏蝕的部分與兩側(cè)岸坡可能失穩(wěn)進(jìn)而參與泥石流活動的物源部分組成，其可能參與泥石流活動的物源量一般占其40%以上。

北窖溝溝床松散堆積物源十分豐富，溝床縱坡較大，溝道侵蝕相對較強(qiáng)烈，其可能的沖刷深度一般為1.5m左右，溝床堆積物參與泥石流活動的可能性較大。溝床堆積物源點(diǎn)有30處，物源總量約9.5×104m3，其中可參與泥石流活動的物源量約為4.0×104m3，為泥石流的重要物源。

2 典型溝床堆積特征

北窖溝溝道內(nèi)堆積物的成分主要以塊石、漂石為主，粒徑一般20～30cm，最大粒徑可達(dá)1.5m，分選性差，少量砂及粉粘土充填。塊石成分以砂巖為主，多呈次棱角狀，結(jié)構(gòu)松散—稍密。通過對溝道中游及溝口堆積物進(jìn)行顆粒級配試驗(yàn)分析，掌握了泥石流溝床堆積物的基本特點(diǎn)。試驗(yàn)方法是將探坑表層0～50cm的土樣采集進(jìn)行現(xiàn)場篩分試驗(yàn)，得出不同粒級的顆粒重量及所占百分比，計算求得不同粒級顆粒所占百分比，其結(jié)果如表1。

表1 北窖溝溝床堆積物顆粒分析結(jié)果統(tǒng)計表Tab.1 Statistical Analysis of the results of sediment accumulation in Beijao

由表1可見，中游及溝口顆粒級配分析的成果土石比值均小于10:90，且中游土石比小于溝口，試驗(yàn)成果反應(yīng)出北窖溝總體沖淤特征表現(xiàn)出以沖為主的特點(diǎn)。汛期中上游堆積物質(zhì)中較細(xì)小顆粒逐步被水流帶走，而將較大顆粒物質(zhì)留于溝道內(nèi)所致。北窖溝揭底沖刷作用使大量的溝床物質(zhì)參與活動，如遇強(qiáng)降雨爆發(fā)泥石流，溝床堆積物將是參與泥石流活動的重要物源。

3 防治建議

3.1 工程措施

（1）清理整形工程

首先建議針對北窖溝坡地上存在的崩滑堆積物源及坡面物源，采取因地制宜的措施，使用機(jī)械與人工等方法進(jìn)行部分清理；然后對于裸露坡地采取整形工程，根據(jù)不同坡度依勢設(shè)計坡改梯，以備采取泥石流生物防治措施。本工程主要是針對穩(wěn)定性較差的堆積坡體進(jìn)行削坡清方整形，并對較為松散的可能參與泥石流活動的物質(zhì)進(jìn)行清運(yùn)。既提高了坡體穩(wěn)定性，又減少了泥石流物源，從而降低泥石流災(zāi)害發(fā)生的可能。此外，對于溝道內(nèi)堵塞嚴(yán)重區(qū)段，同樣需要采取清渣治理，以減少溝床物源，疏導(dǎo)溝道提高行洪能力。

（2）固坡工程

對于溝內(nèi)存在的不穩(wěn)定斜坡及溝道邊坡建議采取工程固坡措施，以穩(wěn)固坡體防止垮塌形成物源。配合清理整形工程，在梯形臺地邊緣、斜坡坡腳等潛在不穩(wěn)定區(qū)域，設(shè)置擋土墻、護(hù)坎等工程防護(hù)措施，從而進(jìn)一步穩(wěn)固。對于風(fēng)化嚴(yán)重易垮塌坡體及堆積坡體，根據(jù)其特點(diǎn)建議設(shè)置坡面防護(hù)工程，采用護(hù)坡工程進(jìn)行處理；既可以提高坡體穩(wěn)定性，又可以減少水土流失作用。

（3）攔擋工程

溝道攔擋工程布置的主要目的在于消峰減流，減小泥石流峰值流量；并阻擋泥石流溝內(nèi)的大石塊，減少泥石流活動的物源量，降低泥石流流體容重；保證排導(dǎo)工程正常使用和經(jīng)攔擋后泥石流剩余物質(zhì)的順利下瀉，同時通過泥石流物質(zhì)回淤壓腳起到穩(wěn)固溝床和減輕溝岸崩滑的作用。由于北窖溝內(nèi)可參與泥石流活動的物源量較大，另外考慮旅游開發(fā)的需要，高壩不利于觀光道路的建設(shè)以及溝道的整理，對景觀影響也更大。因此，建議在北窖溝泥石流主溝修建多級攔渣壩分級攔擋，對于大面積堆渣區(qū)疏通河道后也可修建多級谷坊壩。并根據(jù)溝道形狀、溝域開發(fā)及景觀協(xié)調(diào)需要，宜采用格賓石籠與漿砌塊石結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)修筑（鮑文，2008；張亞光等，2013）。

（4）護(hù)堤工程

房山泥石流溝多為自然溝谷，泄洪條件相對較差，缺少排導(dǎo)設(shè)施。北窖溝內(nèi)分布有農(nóng)田、道路及房屋等，存在排導(dǎo)防護(hù)嚴(yán)重不足等問題。汛期為了更好的對洪水排導(dǎo)，并對岸坡及道路進(jìn)行防護(hù)；需在溝道中修建漿砌石護(hù)堤加固導(dǎo)流，建議采用重力式結(jié)構(gòu)堤型。防止雨洪及泥石流沖蝕岸坡，并保證溝道內(nèi)匯水能夠順利排出。

3.2 生物措施

（1）堆積物源區(qū)

在工程治理的基礎(chǔ)上開展泥石流生物防治工程，通過對已采取清方整形的崩滑堆積物源區(qū)裸露坡體進(jìn)行植被綠化，從而達(dá)到溝道上游穩(wěn)固物源的目的。此外，由于北窖溝中下游溝道較開闊，在修建多級攔渣壩、谷坊壩及護(hù)堤的同時，對溝道內(nèi)泄洪溝一側(cè)存在的堆積物源區(qū)同樣可采取生物固源防治工程。結(jié)合北窖溝溝道及所在區(qū)域特點(diǎn)，采取種植適宜本地區(qū)生長的火炬樹、黃櫨、山杏等進(jìn)行綠化修復(fù)；這些植被不僅有一定固土作用，同時有利于溝域景觀的修復(fù)改造。

（2）坡面物源區(qū)

坡面物源區(qū)生物防治工程主要是針對水土流失嚴(yán)重區(qū)開展，通過實(shí)施治理工程不僅可以減少物源，還可以涵養(yǎng)水源、保持水土。針對溝域內(nèi)存在的大量臺地采取退耕還林措施，加強(qiáng)植樹造林力度，減少水土流失與坡面流的發(fā)生幾率。對于坡面物源區(qū)宜采取喬木、灌木、草相結(jié)合實(shí)施，植物根系在地表以下生長交錯深入，有利于提高當(dāng)?shù)赝翆拥姆€(wěn)定性，從而減少泥石流的土體補(bǔ)給量。

4 結(jié)論

房山區(qū)典型泥石流物源主要包括崩滑堆積物源、坡面物源和溝床堆積物源三大類，并且溝床堆積物源是本區(qū)泥石流的主要物源物質(zhì)。崩滑堆積物源與坡面物源參與泥石流活動的量一般較溝床物源小，可能參與泥石流活動的物源量中崩滑堆積物源一般占其總量20%左右，坡面物源在10%以內(nèi)，而溝床堆積物源達(dá)到50%以上。通過北窖溝溝道內(nèi)堆積物顆粒級配試驗(yàn)分析，結(jié)果顯示總體上溝道沖淤特征表現(xiàn)為以沖為主的特點(diǎn)，溝床堆積物是參與泥石流活動的重要物源。結(jié)合北窖溝泥石流物源特征及村鎮(zhèn)旅游發(fā)展規(guī)劃，建議采取堆積物源清理、攔渣壩及護(hù)堤等工程進(jìn)行防治。

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Source Characteristics of Fangshan Typical Debris Flow and Prevention Suggestions

SHEN Jian, LIU Xiaoxiao, LI Qiaogang, GUO Ying

(Beijing Institute of Geology, Beijing 100120)

The main source types of typical debris fl ow gully in Fangshan are analyzed and discussed in this paper.The main types of debris fl ow source in this area are the source of landslide debris, the source of slope and the source of bed sediment. Landslide and slope source provenance in debris fl ow activities accounted for the total amount is relatively lower. The most of them are the main source of debris fl ow gully which the source of the bed sediments is relatively higher. The channel siltation characteristic is mainly erosion on analysis of Fozizhuang Town Beijao debris fl ow bed sediment. The bed material is an important source of debris fl ow activity participation.It proposed debris fl ow prevention recommendations on the basis of Beijao debris fl ow source characteristics.

Debris fl ow; Source; Feature; Preventive measurement

A

1007-1903（2017）03-0046-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.009

北京房山地區(qū)典型泥石流溝溝床物源及其動儲量研究（京地[2015]148號）

申?。?981- ），男，碩士，高工，主要從事生態(tài)地質(zhì)環(huán)境與地質(zhì)災(zāi)害方面研究。E-mail:309859587@qq.com