北京市門頭溝區泥石流地災防治研究

曹立雪

摘要：北京市門頭溝區泥石流地質災害隱患點眾多，為了減少泥石流地質災害的威脅和危害，進行現場踏勘，開展泥石流的防治工程研究，具有重要的意義。現以碣石村泥石流為例，結合當地的地形地貌，研究谷坊工程對泥石流的治理作用，為本地區泥石流地質災害隱患治理探索出一套治理模式，積累適合本地區泥石流地質災害隱患治理的寶貴經驗。

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.

關鍵詞：泥石流；地質災害；暴雨；谷坊

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

中圖分類號：P642 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）08-0210-03

0 引言

2012年7月21日，北京地區普降大暴雨，發生多處地質災害災情及險情，造成人員傷亡和巨大經濟財產損失，同時誘發了崩塌、滑坡、泥石流等次生地質災害。這些地質災害隱患點險情緊迫、危害大、危險程度高，危及居民生命財產安全。

門頭溝區是遭受此次自然災害較為嚴重的區域，其中雁翅鎮碣石村北泥石流溝溝谷內松散堆積物較多，溝道堵塞程度中等，加之下游正對村莊，泄洪通道狹窄，在極端降雨條件下，極易發生泥石流地質災害，將威脅下游村民的生命財產安全。

北京地區泥石流災害的研究成果較多，主要集中在泥石流成因[1]、分類[2]、危害性評價[3-4]以及防治對策[5]等方面，其中對泥石流災害的具體治理措施的研究較少，本文以北京市門頭溝區一條典型的泥石流溝為例，詳細介紹泥石流的治理措施，同時為北京市其他地區的泥石流治理提供參考依據。

1 地質環境條件

1.1 氣象

門頭溝區年平均降水在500-675mm之間，最大降水量為1234mm（1939年），最小降水量為286.6mm（1941年）。區內降水不均，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，其中門頭溝區主要降雨集中在門城一帶，山區普遍在200mm左右，龍泉氣象站監測24小時降雨量達408.2mm。災害性強降雨是造成群發性地質災害發生的主要誘因。

1.2 地形地貌

碣石泥石流溝位于雁翅鎮碣石村東側村北，碣石崩塌點以東100m。主溝長約517m，流向約183°，溝寬12～30m，主溝縱坡約22.5°，流域面積約0.057km2；沖溝兩側斜坡高30～40m，沖溝兩側斜坡高30～40m，坡度28°～55°，植被覆蓋率約55%；沖溝兩側基巖出露，巖性為白云巖，層狀結構，巖層產狀225°∠66°，節理裂隙發育，巖石較破碎～較完整，溝谷內崩坡積松散物較為發育，厚1.3～3.8m，物源補給段長度336m，占整個流域的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（部分已經損壞），墻高約2～3m，梯田上種植果樹及農作物；溝口下游正對村莊，雨季雨量較大時可能形成泥石流地質災害。

2 泥石流地質災害

2.1 泥石流類型

按水源成因及物源進行歸類，該溝屬于暴雨、坡面侵蝕型泥石流；按泥石流活動場所的地貌形態屬溝谷型泥石流；按暴發頻率屬于低頻泥石流（1987年至今未再發生）；根據泥石流物質組成，固體物質以粗粒為主，并含粘粒，溝槽坡度大于10%，該溝屬泥石質泥石流；按泥石流流體性質，溝內物質以碎（塊）石涂為主，不形成網狀結構，屬高容重低粘度為主。

2.2 泥石流危害程度

依據《縣（市）地質災害調查與區劃基本要求》對治理區泥石流溝易發程度進行數量化評分（表1），考慮各項因素后評定結果為85分，根據泥石流易發程度綜合評判表（表2），屬中易發泥石流溝。

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2.3 泥石流基本特征值

由于缺乏泥石流監測資料，因此，碣石村泥石流基本特征值的計算主要參照和利用野外調查和訪問獲取溝道斷面特征等進行，計算指標的確定主要根據擬設泥石流治理工程的需要，對泥石流流體重度、流速、流量、整體沖壓力、爬高、沖起高度等常規指標參照《泥石流災害防治工程勘查規范》計算，詳見表3。

3 防治工程

3.1 設計參數

①降雨量參數。

按50年一遇的暴雨強度進行設計，根據《北京市水文手冊》確定碣石村附近歷時24小時的點暴雨量均值為95mm，碣石村泥石流溝按頻率為P=2%計算求得1小時設計雨強為82.3mm。

②泥石流固體物源參數。

碣石村泥石流松散固體物源量共計有松散固體物源量26113m3，可能參與泥石流活動的動儲量為9782m3。按50年一遇的設計標準，泥石流一次固體物質沖出量為622.65m3。預計其50年內可能發生泥石流2次左右，則固體物質沖出總量可能達到1245.30m3左右。

③泥石流運動特征參數。

按50年一遇暴雨強度的設計標準，泥石流主要運動特征參數統計如表3。

④抗震設計參數。

據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010），碣石村抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.15g。

3.2 防治工程安全等級及設計標準

碣石村是門頭溝區古村落，歷史悠久，文化底蘊深厚，現存一級古槐2棵，二級古槐1棵；二級油松9棵；二級古柏2棵；72眼古井交錯分布在村中各處。村子位于泥石流溝溝口處，一旦爆發泥石流，極易受影響。考慮到這些不可移動文物的重要性，確定泥石流災害防治主體工程設計標準，降雨強度按二級標準（50年一遇）考慮，安全等級按一級標準（100年一遇）考慮。

谷坊抗滑安全系數：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：基本荷載組合≥1.60，特殊荷載組合≥1.15。

3.3 防治方案

根據野外勘測及地形條件，分別在泥石流溝谷有利部位各設置一道谷坊，1#谷坊設計總壩高3.5m，有效壩高3.0m；2#谷坊設計總壩高4.0m，有效壩高3.5m；3#谷坊設計總壩高4.0m，有效壩高3.5m；4#谷坊設計總壩高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，砌石抗壓強度不小于MU30，砌筑砂漿強度等級為M15。

設置谷坊的主要目的在于穩攔物源、護坡固床，防止洪流對溝道物源的沖刷及對兩側土石岸坡的側蝕，阻止或減少進入沖溝的固體物源量，并防止泥石流對出口處進山道路的危害。

3.4 設計工況及荷載組合

在按百年一遇的降雨強度前提下，設計谷坊設計工況按滿庫過流、半庫過流、空庫過流三種特征結合地震因素（考慮地震和不考慮地震），共有六種工況組合，分別為工況Ⅰ滿庫過流（不考慮地震）、工況Ⅱ滿庫過流狀態（考慮地震）、工況Ⅲ為半庫容過流狀態（不考慮地震）、工況Ⅳ為半庫容過流狀態（考慮地震）、工況Ⅴ為空庫過流狀態（不考慮地震）和工況Ⅵ為空庫過流狀態（考慮地震），其中以工況Ⅴ為設計工況，工況Ⅵ為校核工況。

各工況荷載組合為：

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

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

工況Ⅲ為半庫容過流狀態（不考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過壩泥石流動水壓力（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）+揚壓力（考慮折減）（Fy）；

工況Ⅳ為半庫容過流狀態（考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+土體重（Ws）+溢流體重（Wf）+過壩泥石流動水壓力（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）+揚壓力（考慮折減）（Fy）+地震力（F震）；

工況Ⅴ為空庫過流狀態（不考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+溢流體重（Wf）+過壩泥石流動水壓力（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）+揚壓力（未折減）（Fy）；

工況Ⅵ為空庫過流狀態（考慮地震），荷載組合：壩體自重（Wb）+溢流體重（Wf）+過壩泥石流動水壓力（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，設計的4道谷坊在六種工況下抗滑移、抗傾覆穩定性均能滿足設計要求。

4 結論

防治工程實施后，有利于減弱或消除泥石流地質災害隱患，減少水土流失，消除碣石村因地質環境破壞而帶來的負面影響，使周邊地區的村民的安全得到了保障，環境效益顯著。同時為本地區同類地質災害隱患治理探索出一套治理模式，積累適合本地區的地質災害隱患治理的寶貴經驗。

參考文獻：

[1]洪承舒.北京地區泥石流的發生及對策[J].北京水利，1995，

4：7-10.

[2]謝洪，鐘敦倫，韋方強，等.北京山區泥石流的分類與類型[J].山地學報，2004，22（2）：212-219.

[3]張春山.北京北山地區泥石流災害危險性評價[J].北京地質，1996，2：11-20.

[4]張春山.北京地區泥石流災害危險性評價[J].地質災害與環境保護，1995，6（3）：33-40.

[5]涂曉方.北京番字牌西溝泥石流綜合防治[J].中國地質災害與防治學報，1994，5（s）：332-338.