北京市门头沟区泥石流地灾防治研究

摘要：北京市门头沟区泥石流地质灾害隐患点众多，为了减少泥石流地质灾害的威胁和危害，进行现场踏勘，开展泥石流的防治工程研究，具有重要的意义。现以碣石村泥石流为例，结合当地的地形地貌，研究谷坊工程对泥石流的治理作用，为本地区泥石流地质灾害隐患治理探索出一套治理模式，积累适合本地区泥石流地质灾害隐患治理的宝贵经验。

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.

关键词：泥石流；地质灾害；暴雨；谷坊

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

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）08-0210-03

0 引言

2012年7月21日，北京地区普降大暴雨，发生多处地质灾害灾情及险情，造成人员伤亡和巨大经济财产损失，同时诱发了崩塌、滑坡、泥石流等次生地质灾害。这些地质灾害隐患点险情紧迫、危害大、危险程度高，危及居民生命财产安全。

门头沟区是遭受此次自然灾害较为严重的区域，其中雁翅镇碣石村北泥石流沟沟谷内松散堆积物较多，沟道堵塞程度中等，加之下游正对村庄，泄洪通道狭窄，在极端降雨条件下，极易发生泥石流地质灾害，将威胁下游村民的生命财产安全。

北京地区泥石流灾害的研究成果较多，主要集中在泥石流成因[1]、分类[2]、危害性评价[3-4]以及防治对策[5]等方面，其中对泥石流灾害的具体治理措施的研究较少，本文以北京市门头沟区一条典型的泥石流沟为例，详细介绍泥石流的治理措施，同时为北京市其他地区的泥石流治理提供参考依据。

1 地质环境条件

1.1 气象

门头沟区年平均降水在500-675mm之间，最大降水量为1234mm（1939年），最小降水量为286.6mm（1941年）。区内降水不均，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，其中门头沟区主要降雨集中在门城一带，山区普遍在200mm左右，龙泉气象站监测24小时降雨量达408.2mm。灾害性强降雨是造成群发性地质灾害发生的主要诱因。

1.2 地形地貌

碣石泥石流沟位于雁翅镇碣石村东侧村北，碣石崩塌点以东100m。主沟长约517m，流向约183°，沟宽12～30m，主沟纵坡约22.5°，流域面积约0.057km2；冲沟两侧斜坡高30～40m，冲沟两侧斜坡高30～40m，坡度28°～55°，植被覆盖率约55%；冲沟两侧基岩出露，岩性为白云岩，层状结构，岩层产状225°∠66°，节理裂隙发育，岩石较破碎～较完整，沟谷内崩坡积松散物较为发育，厚1.3～3.8m，物源补给段长度336m，占整个流域的65%，河沟堵塞程度中等；沟道中下游修建有梯田，上下梯田间为干砌毛石挡墙（部分已经损坏），墙高约2～3m，梯田上种植果树及农作物；沟口下游正对村庄，雨季雨量较大时可能形成泥石流地质灾害。

2 泥石流地质灾害

2.1 泥石流类型

按水源成因及物源进行归类，该沟属于暴雨、坡面侵蚀型泥石流；按泥石流活动场所的地貌形态属沟谷型泥石流；按暴发频率属于低频泥石流（1987年至今未再发生）；根据泥石流物质组成，固体物质以粗粒为主，并含粘粒，沟槽坡度大于10%，该沟属泥石质泥石流；按泥石流流体性质，沟内物质以碎（块）石涂为主，不形成网状结构，属高容重低粘度为主。

2.2 泥石流危害程度

依据《县（市）地质灾害调查与区划基本要求》对治理区泥石流沟易发程度进行数量化评分（表1），考虑各项因素后评定结果为85分，根据泥石流易发程度综合评判表（表2），属中易发泥石流沟。

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2.3 泥石流基本特征值

由于缺乏泥石流监测资料，因此，碣石村泥石流基本特征值的计算主要参照和利用野外调查和访问获取沟道断面特征等进行，计算指标的确定主要根据拟设泥石流治理工程的需要，对泥石流流体重度、流速、流量、整体冲压力、爬高、冲起高度等常规指标参照《泥石流灾害防治工程勘查规范》计算，详见表3。

3 防治工程

3.1 设计参数

①降雨量参数。

按50年一遇的暴雨强度进行设计，根据《北京市水文手册》确定碣石村附近历时24小时的点暴雨量均值为95mm，碣石村泥石流沟按频率为P=2%计算求得1小时设计雨强为82.3mm。

②泥石流固体物源参数。

碣石村泥石流松散固体物源量共计有松散固体物源量26113m3，可能参与泥石流活动的动储量为9782m3。按50年一遇的设计标准，泥石流一次固体物质冲出量为622.65m3。预计其50年内可能发生泥石流2次左右，则固体物质冲出总量可能达到1245.30m3左右。

③泥石流运动特征参数。

按50年一遇暴雨强度的设计标准，泥石流主要运动特征参数统计如表3。

④抗震设计参数。

据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），碣石村抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g。

3.2 防治工程安全等级及设计标准

碣石村是门头沟区古村落，历史悠久，文化底蕴深厚，现存一级古槐2棵，二级古槐1棵；二级油松9棵；二级古柏2棵；72眼古井交错分布在村中各处。村子位于泥石流沟沟口处，一旦爆发泥石流，极易受影响。考虑到这些不可移动文物的重要性，确定泥石流灾害防治主体工程设计标准，降雨强度按二级标准（50年一遇）考虑，安全等级按一级标准（100年一遇）考虑。

谷坊抗滑安全系数：基本荷载组合≥1.25，特殊荷载组合≥1.08；

谷坊抗倾覆安全系数：基本荷载组合≥1.60，特殊荷载组合≥1.15。

3.3 防治方案

根据野外勘测及地形条件，分别在泥石流沟谷有利部位各设置一道谷坊，1#谷坊设计总坝高3.5m，有效坝高3.0m；2#谷坊设计总坝高4.0m，有效坝高3.5m；3#谷坊设计总坝高4.0m，有效坝高3.5m；4#谷坊设计总坝高3.0m，有效坝高2.5m。各谷坊坝顶宽1.5m，迎水坡比1：0.6，背水坡比1：0.1，基础埋深均为2.0m。溢流口底宽参照坝址河底宽度取值，深度按泥石流流量计算。排水口布置在坝体溢流段下方，排水孔尺寸为高0.5m，宽0.4m。坝体采用浆砌石砌筑，砌石抗压强度不小于MU30，砌筑砂浆强度等级为M15。

设置谷坊的主要目的在于稳拦物源、护坡固床，防止洪流对沟道物源的冲刷及对两侧土石岸坡的侧蚀，阻止或减少进入冲沟的固体物源量，并防止泥石流对出口处进山道路的危害。

3.4 设计工况及荷载组合

在按百年一遇的降雨强度前提下，设计谷坊设计工况按满库过流、半库过流、空库过流三种特征结合地震因素（考虑地震和不考虑地震），共有六种工况组合，分别为工况Ⅰ满库过流（不考虑地震）、工况Ⅱ满库过流状态（考虑地震）、工况Ⅲ为半库容过流状态（不考虑地震）、工况Ⅳ为半库容过流状态（考虑地震）、工况Ⅴ为空库过流状态（不考虑地震）和工况Ⅵ为空库过流状态（考虑地震），其中以工况Ⅴ为设计工况，工况Ⅵ为校核工况。

各工况荷载组合为：

工况Ⅰ满库过流状态（不考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+土体重（Ws）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+泥石流土体水平压力（Fvl）；

工况Ⅱ满库过流状态（考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+土体重（Ws）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+泥石流土体水平压力（Fvl）+地震力（F震）；

工况Ⅲ为半库容过流状态（不考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+土体重（Ws）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+泥石流流体冲击力（Fδ）+泥石流石块冲击力（Fb）+水平水压力（Fwl）+泥石流土体水平压力（Fvl）+扬压力（考虑折减）（Fy）；

工况Ⅳ为半库容过流状态（考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+土体重（Ws）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+泥石流流体冲击力（Fδ）+泥石流石块冲击力（Fb）+水平水压力（Fwl）+泥石流土体水平压力（Fvl）+扬压力（考虑折减）（Fy）+地震力（F震）；

工况Ⅴ为空库过流状态（不考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+水平水压力（Fwl）+泥石流流体冲击力（Fδ）+泥石流石块冲击力（Fb）+扬压力（未折减）（Fy）；

工况Ⅵ为空库过流状态（考虑地震），荷载组合：坝体自重（Wb）+溢流体重（Wf）+过坝泥石流动水压力（σ）+水平水压力（Fwl）+泥石流流体冲击力（Fδ）+泥石流石块冲击力（Fb）+扬压力（未折减）（Fy）+地震力（F震）。

各种工况下的荷载组合情况示意如图1所示。

如表4所示，设计的4道谷坊在六种工况下抗滑移、抗倾覆稳定性均能满足设计要求。

4 结论

防治工程实施后，有利于减弱或消除泥石流地质灾害隐患，减少水土流失，消除碣石村因地质环境破坏而带来的负面影响，使周边地区的村民的安全得到了保障，环境效益显著。同时为本地区同类地质灾害隐患治理探索出一套治理模式，积累适合本地区的地质灾害隐患治理的宝贵经验。

参考文献：

[1]洪承舒.北京地区泥石流的发生及对策[J].北京水利，1995，

4：7-10.

[2]谢洪，钟敦伦，韦方强，等.北京山区泥石流的分类与类型[J].山地学报，2004，22（2）：212-219.

[3]张春山.北京北山地区泥石流灾害危险性评价[J].北京地质，1996，2：11-20.

[4]张春山.北京地区泥石流灾害危险性评价[J].地质灾害与环境保护，1995，6（3）：33-40.

[5]涂晓方.北京番字牌西沟泥石流综合防治[J].中国地质灾害与防治学报，1994，5（s）：332-338.