北京市房山區(qū)三合莊村泥石流活動特征分析

趙冬冬，劉 鴻

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北京市房山區(qū)三合莊村泥石流活動特征分析

趙冬冬，劉 鴻

（北京市地質(zhì)調(diào)查研究院，北京 102206）

2012年7月21日，北京地區(qū)發(fā)生了61年以來的最大降雨，特大強降雨引發(fā)房山區(qū)三合莊村泥石流地質(zhì)災害。為了最大限度的減少房山區(qū)三合莊村泥石流所帶來的損失，本文選取該泥石流作為研究對象，采用了遙感解譯和災害地質(zhì)實地調(diào)查等方法，確定了三合莊泥石流基本特征，從地形、物源和水源三方面研究了三合莊泥石流的成因，依據(jù)泥石流相關的防治工程勘查設計規(guī)范，采用雨洪法計算出三合莊村泥石流的活動特征，使用綜合評分法判斷了三合莊泥石流的易發(fā)性。

泥石流；遙感解譯；綜合評分法

0　引言

泥石流作為對北京地區(qū)造成人員傷亡最大的突發(fā)性地質(zhì)災害（北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局，2008），常常具有暴發(fā)突然、來勢兇猛、迅速之特點，可造成重大人員傷亡和嚴重財產(chǎn)損失的后果（魏永明，1993），北京山區(qū)存在崩塌、滑坡、泥石流和采空塌陷等突發(fā)性地質(zhì)災害，其中，房山區(qū)三合莊村泥石流不僅在歷史上爆發(fā)泥石流造成人們生命財產(chǎn)損失，在2012年北京“7·21”暴雨后再次爆發(fā)，對溝口堆積區(qū)地帶和溝道下游居民生命財產(chǎn)安全構成威脅，威脅溝口住戶，涉及到34戶、105人、60間房屋，為對該區(qū)域泥石流進行科學整治，急需對三合莊泥石流基本特征、成因和活動特征開展研究。

1　研究區(qū)概況

1.1自然地理概況

采用遙感解譯的方法確定了研究區(qū)的地形條件：三合莊村位于房山區(qū)西南部，地貌外營力主要表現(xiàn)為流水的侵蝕和堆積作用，海拔高度在180～740m，地貌類型屬中低山山地（ Panizza M，1996）。區(qū)內(nèi)東南高，西北低，最高點為東南部山頂740m，最低點為西北部村民的居住區(qū)180m，溝谷面積0.92km2，主溝長1690m，流域相對高差560m，溝谷縱坡降331‰。地貌上主要表現(xiàn)為陡峻的斜坡地貌，溝岸兩側(cè)植被覆蓋率約85%。

1.2水文地質(zhì)條件

年平均降雨量為644.1mm，降雨多集中在汛期（6—9月），占全年降雨量的80%以上，多暴雨，多年平均蒸發(fā)量為1500mm。地下水主要依靠大氣降水補給，大部分降水沿溝谷自然排泄（吳正華，2001），少量沿裂隙滲入地下，研究區(qū)水文地質(zhì)條件簡單。

1.3工程地質(zhì)條件

根據(jù)探坑剖面揭露，研究區(qū)地層可分為第四紀坡積地層和薊縣紀白云巖地層。第四紀坡積物：為殘坡積的土夾碎石，含大量植物根系，厚度在0.05～1.5m之間，該地層層厚較薄，物理力學性質(zhì)相對差，殘坡積層穩(wěn)定性差，不可作為一般建筑物的天然地基持力層。薊縣紀白云巖地層：白色，巖體較完整，節(jié)理裂隙發(fā)育弱，風化程度較弱?？勺鳛楣こ探ㄖ至?，地基承載力約300kPa。研究區(qū)內(nèi)巖體按巖性成分、巖體結構及其堅硬程度等，劃分為兩個工程地質(zhì)巖組（表1）。

表1　工程地質(zhì)巖組特征一覽表Tab.1 Engineering geological petrofabric feature list

2　泥石流調(diào)查與分析

2.1泥石流類型

資料調(diào)查顯示，三合莊泥石流溝1963年曾發(fā)生過泥石流災害，沖毀房屋數(shù)十間、耕地數(shù)十畝，其物源主要為溝域內(nèi)中上游溝道內(nèi)的殘坡積物（康志成等，2004），主要以碎石泥土為主，塊石少，固體物質(zhì)較少，屬于稀性泥石流（王維早等，2011）。三合莊村物源總量較小，發(fā)生泥石流的誘因主要是暴雨強度下誘發(fā)，1963年曾發(fā)生，距2012年已有49年，屬于低頻泥石流。泥石流主溝發(fā)育于山區(qū)至平原區(qū)的山前過渡地帶，物質(zhì)來源主要為溝域內(nèi)松散固體物質(zhì)，屬溝谷型泥石流（中國科學院蘭州冰川凍土研究所等，2004）。三合莊村泥石流一次活動堆積量為0.57×104m3，小于1×104m3，泥石流洪峰流量為15.81m3/s，屬小型泥石流。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三合莊村泥石流溝溝道流通區(qū)堆積了大量的礫石、塊石，礫石塊石粒徑0.5～50cm，堆積區(qū)堆積物粒徑較小，以碎石泥土為主，多呈棱角狀，磨圓度、分選性差，少量砂及粉粘土充填，2012年北京“7·21”特大暴雨引發(fā)了三合莊泥石流災害，因此，泥石流為泥石型暴雨泥石流。綜上所述，三合莊村泥石流屬于暴雨類-溝谷型-稀性-低頻-小型-泥石型泥石流（鐵永波等，2010）。

2.2泥石流成因

（1）地形條件

研究區(qū)位于房山區(qū)西南部，地貌外營力主要表現(xiàn)為流水的侵蝕和堆積作用，地貌類型屬山地地貌和平原地貌。溝谷面積0.92km2，主溝長1690m，流域相對高差560m，溝谷縱坡降331‰。由于該區(qū)地形陡峻，溝道縱坡降比越大，泥石流的流速和沖刷能力隨之增強（張成雙等，2013），對降雨的滯水作用較小，降雨易匯集于溝谷，為泥石流的發(fā)生提供了有利的地形條件（IUGS et al.，1997）。

（2）物源條件

泥石流物源的主要研究內(nèi)容為：堆積物的顆粒級配、巖性組成、結構與構造特征、堆積位置、排列順序等（楊麒麟等，2010）。研究區(qū)內(nèi)原來地表為第四系全新統(tǒng)碎石土坡積物，7月21日暴雨造成這些松散坡積物和風化崩塌碎石沖下溝道，淤積方量約3000m3。淤積的大量的塊石主要是上游白云巖風化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，導致巖石表面易崩解，形成塊石，碎屑，滾下溝底堆積，一般粒徑介于0.5～20cm，最大可見0.5m的石塊，碎石呈棱角狀，磨圓度差。溝道內(nèi)堆積物厚度隨地勢降低逐漸增加，粒徑逐漸變小，該泥石流還處于發(fā)展期，沒有形成大規(guī)模的災害（Shouyun Liang，2007）。溝道中上游形成區(qū)和流通區(qū)地表為第四系坡積物，松散層厚度介于0.05～0.5m，松散堆積層儲量約11.56萬m3，可參與量為0.92萬m3。

（3）水源條件

2012年7月21日特大暴雨是北京61年來降雨量最大的一次，房山區(qū)三合莊地區(qū)降雨量為北京市最大地區(qū)之一，從21日10時至22日6時，三合莊村降雨量達到300mm，最大1小時雨強為60mm，暴雨為三合莊泥石流提供了必要的水源條件（Tobin G A et al.，1997）。

2.3泥石流活動特征

（1）泥石流易發(fā)程度

泥石流易發(fā)程度是指泥石流發(fā)生的可能性，使用綜合評分法對三合莊泥石流溝谷的地形、地質(zhì)及降水等環(huán)境因素進行評分。根據(jù)綜合評分結果按表2對易發(fā)程度進行評價，泥石流易發(fā)程度越高，發(fā)生泥石流的可能性越大。三合莊村泥石流數(shù)量化綜合評判計算，結果表明三合莊泥石流數(shù)量化綜合評分為93分，為易發(fā)。

（2）泥石流活動強度

全國不同地區(qū)年平均降雨分區(qū)可能發(fā)生泥石流的24h、1h、10min的界限值（表2）。據(jù)北京市水文手冊，不同頻率下房山區(qū)張坊鎮(zhèn)地區(qū)降雨，均大于北京地區(qū)的界限降雨量。暴雨強度指標：

R=k（h24/h24（d）+h1/h1（d）+h1/6/h1/6（d））式中：根據(jù)規(guī)范現(xiàn)階段可暫時假定，無前期降雨時k無=1，有前期降雨時k有=1.1～1.2；h24為24小時最大降雨量（mm）；h1為1小時最大降雨量（mm）；h1/6為10min最大降雨量（mm）。表2為三合莊村泥石流溝在不同頻率下暴雨強度指標的計算結果。

表2　不同頻率下的小時雨強值計算表Tab.2 Hour rainfall intensity values under different frequency calculation table

根據(jù)規(guī)范統(tǒng)計綜合分析結果：

R＜3.1 安全雨情；

R≥3.1 可能發(fā)生泥石流的雨情；

R=3.1～4.2 發(fā)生幾率＜0.2；

R=4.2～10 發(fā)生幾率0.2～0.8；

R＞10 發(fā)生幾率＞0.8。

因此，通過暴雨強度R值的計算可判定：三合莊村泥石流溝激發(fā)泥石流形成的暴雨強度＞16.74。該泥石流受暴雨影響因素較大，在暴雨強度下泥石流活動強度屬很強（表3）。

（3）泥石流潛在危害

據(jù)調(diào)查，北京“7·21”特大暴雨引發(fā)該泥石流災害，沖毀居民擋墻，道路淤積，60間民房中有兩間民房位于溝道的溝口處，受到泥石流的威脅最嚴重，根據(jù)表4，三合莊村泥石流災害危害性等級為小型。調(diào)查表明，該泥石流災害威脅34戶、106人、房屋60間，遭受泥石流災害而造成的損失將達上千萬元，三合莊村潛在危險性等級為中型，見表5。

表3　泥石流活動強度判別表Tab.3 Debris flow activity intensity evaluation table

表4　泥石流災害危害性等級劃分Tab.4 Debris flow disasters harm hierarchies

表5　泥石流潛在危險性分級表Tab.5 Debris flow risk classification table

3　結論

三合莊村泥石流屬于暴雨類-溝谷型-稀性-低頻-小型-泥石型泥石流。泥石流在地形、物源條件和水源條件方面有利于泥石流的發(fā)展與發(fā)生。該泥石流屬易發(fā)型，且在暴雨條件下活動強度很強。三合莊村泥石流危險等級為中型，急需工程治理。

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Debris Flow Movement Features of Sanhezhuang Village， Fangshan District of Beijing

ZHAO Dongdong， WANG Haibo， WANG Pan
（Beijing Geological Survey， Beijing 102206）

Debris flow is a kind of larger and more unexpected disaster than collapses and landslide-dominated in Beijing， which usually breaks out suddenly， ferociously and rapidly. It can cause significant casualties and serious property damage. On July 21， 2012， there occurred the largest rainfall in Beijing since 61 years ago， and brought debris flow into the village of Sanhezhuang in Fangshan area of Beijing， with the threats all the time. The characteristics of the debris flow were found from remote sensing interpretation and disaster geology survey. The cause of its formation was analyzed on landform， material sources and water source. The active characteristics were calculated with rain-flood method and the formulas in Specification of Geological Investigation for Debris Flow Stabilization. By using the comprehensive score method， it could judge and analyze the integrated scoring susceptibility of Sanhezhuang landslides.

Debris flow， Remote sensing interpretation， Comprehensive score method

P642.23

A

1007-1903（2016）02-0060-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2016.02.012

趙冬冬（1983- ），碩士，工程師，主要從事水工環(huán)地質(zhì)。