北京雁棲鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害特征及治理措施

2024年3月6日發(fā)(作者：山藥蛋)

第

3

卷第

3

期2021

年

3

月環(huán)境生態(tài)學(xué)Environmental

EcologyVol.

3

No.

3Mar.

2021生態(tài)災(zāi)害！北京雁棲鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害特征及治理措施王吉1*，顏冬娜2（1.北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)總公司，北京100050；2.中巖聯(lián)合（北京）工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，北京100089）摘要:為了探索研究北京地區(qū)泥石流災(zāi)害預(yù)測預(yù)報與防治工程所需的泥石流災(zāi)害動力學(xué)技術(shù)參數(shù)，以北京雁棲鎮(zhèn)泥石流為典

型研究區(qū)，通過資料收集和野外調(diào)查，對泥石流運(yùn)動和動力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析計算，獲取了主要特征參數(shù),為泥石流防治工程設(shè)

計提供了定量數(shù)據(jù)，且提出了“防護(hù)堤+攔砂壩”防治工程方案。結(jié)果表明:在技術(shù)可靠性、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境協(xié)調(diào)性等方面，防

治工程方案是可行的。研究成果可為本地區(qū)泥石流遙感動態(tài)監(jiān)測、定量風(fēng)險評估和防災(zāi)減災(zāi)管理提供依據(jù)與參考。

關(guān)鍵詞：泥石流;治理措施;攔砂壩;防護(hù)堤中圖分類號:P642.23

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2096-6830(2021)03-0065-04Characteristics

and

control

measures

of

debris

flow

disaster

in

Yanqi

Town,

Beijing.

WANG

Ji1*

,YAN

Dong-na2(g

Geology

and

Mineral

Resources

Prospecting

and

Developing

Company,

Beijing

100050,

China

；

2.

Zhong

Yan

Lianhe (

Beijing

)

Engineering

Technology

Rearch

Institute

Co.,

Ltd.,

Beijing

100089,

China).

Environmental

Ecology,

2021,3(3)

,65

-

68；ct:In

order

to

explore

and

study

the

technical

parameters

of

debris

flow

disaster

dynamics

required

by

the

prediction

and

prevention

engineering

of

debris

flow

disaster

in

Beijing,

this

paper

takes

the

debris

flow

in

Yanqi

Town

of

Beijing

as

a

typical

study

area,analyzes

and

calculates

the

movement

and

dynamic

parameters

of

debris

flow

through

data

collection

and

field

investigation,

and

obtains

the

main

characteristic

parameters,

which

provides

quantitative

data

for

the

design

of

debris

flow

prevention

engineering.

The

project

scheme

of

u

protective

dike

+

sand

retaining

dam”

is

put

results

show

that

the

control

project

is

feasible

in

terms

of

technical

reliability,

economic

rationality

and

environmental

coordination.

The

rearch

results

provide

basis

and

reference

for

remote

nsing

dynamic

monitoring,quantitative

risk

asssment

and

disaster

prevention

and

mitigation

management

of

debris

flow

in

this

region.

Key

words:Debris

flow；control

measures；sand

retaining

dam；protective

dike泥石流是山區(qū)一種飽含固體顆粒物質(zhì)的多相混

合流體,顆粒組成具有寬級配的特征,粒徑變化范圍

1研究區(qū)概況北京雁棲鎮(zhèn)泥石流研究區(qū)位于北京市懷柔區(qū)西

北部山區(qū)，歸屬于雁棲鎮(zhèn)北灣村,交通較為便利，通

為10-6

m-10

m［1］，危險性主要取決于水動力條件、

物源條件和地形條件3個方面，暴雨是其主要激發(fā)

因素［2,3］。過范崎路可直接到達(dá)，研究區(qū)距離懷柔城區(qū)約

國內(nèi)外眾多學(xué)者均對泥石流開展了大量的研究

工作。國內(nèi)學(xué)者的研究成果偏重于其形成機(jī)理⑷、

45

km,距離北京城區(qū)108

km。研究區(qū)內(nèi)泥石流為暴雨溝谷型、低頻稀性水石

運(yùn)動過程［5,6］和危險性評價［7-9］等方面。國外學(xué)者

型泥石流,流域面積0.

89

km2,共發(fā)育1條主溝及4

條支溝，威脅到北林村7戶14位居民的生命財產(chǎn)安

主要針對泥石流的動力學(xué)參數(shù)研究，比如泥石流顆

粒組成［10］、顆粒內(nèi)作用力［11］、泥沙流出率［12］、流體

沖壓力［13，14］、峰值流量［15］、沖擊高度和爬高參數(shù)［16］

全，潛在經(jīng)濟(jì)損失約3

000萬元。主溝溝道整體溝

向255°,溝源頂部海拔1

196

m。主溝長1

465

m,高

等。這些研究成果對指導(dǎo)開展泥石流危險性評價和

防治發(fā)揮了重要作用。本文以北京市懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)泥石流為研究對

象,研究了泥石流發(fā)育基本特征、運(yùn)動特征和動力學(xué)

差約200

m,溝道縱坡降137%。。主溝中上游北側(cè)可

見基巖裸露,露出基巖巖性為長城系白云質(zhì)灰?guī)r，南收稿日期：2021-01-04作者簡介:王吉（1989-）,男，河北廊坊人，本科，中級工程師，

參數(shù)等。研究成果為北京地區(qū)開展同類型泥石流的

主要研究方向?yàn)榈刭|(zhì)災(zāi)害評價與防治、礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)，E-

mail：wangji555196@

。

防治提供參數(shù)依據(jù)和參考。

?66?環(huán)境生態(tài)學(xué)第3期側(cè)為人工砌坡的碎石道路，整條溝道內(nèi)有塊石堆積。

游溝域，各支溝上游及兩側(cè)邊坡植被覆蓋率達(dá)

75%?90%。兩側(cè)邊坡坡度一般為20°-40°,溝源岸

坡稍陡，局部陡直。各支溝中、下游溝道區(qū)域內(nèi)松散

4條支溝溝道長389

- 659

m不等，溝道呈“V”或

“U”字型,相對高差均在100

m以上，平均縱坡率

197%。?362%°不等,溝道兩側(cè)植被發(fā)育好，長有松樹

及楊樹，植被覆蓋率在75%以上。堆積物主要為洪積+泥石流堆積碎塊石土，厚度一

般在3-10m,最大厚度近13

m。流通區(qū)沖淤特征：主要為主溝段高程為850-

2泥石流基本特征2.1泥石流活動史1

000

m的溝道區(qū)域，該溝段溝床縱坡降137%,溝

道較為狹窄,為主溝泥石流的流通溝道。研究區(qū)內(nèi)泥石流為低頻稀性泥石流。據(jù)訪問當(dāng)

地居民，1972年爆發(fā)的泥石流較為嚴(yán)重，造成了部

堆積區(qū)沖淤特征：溝床呈寬緩的U形,縱坡降

130%，溝底寬10-15

m,這種條件決定該溝段沖淤

分房屋沖毀,起因?yàn)榫植繌?qiáng)降暴雨所誘發(fā)，此次主溝

發(fā)生的泥石流性質(zhì)為稀性水石流,規(guī)模為小型。2.2泥石流防治現(xiàn)狀1972年泥石流爆發(fā)后,當(dāng)?shù)卣跍峡诰用顸c(diǎn)

北側(cè)修建了防護(hù)堤,至今,防護(hù)堤頂面未被淹沒。

特征仍以淤為主的特點(diǎn)，但在大規(guī)模暴雨洪水作用

下,其沖刷作用將加劇。2?3?3

泥石流易發(fā)程度依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》［17］，綜合

判定泥石流易發(fā)程度屬輕度易發(fā)。調(diào)查訪問及查詢

相關(guān)資料［18］發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)在20世紀(jì)90年代僅發(fā)生

過1次泥石流，暴雨季節(jié)均為洪水，從泥石流的發(fā)生

2.3泥石流的物源特征2.

3.1

溝道堆積物源固體顆粒粒徑變化范圍較小,主要集中在粗粒

組的礫砂和粗砂，含量可達(dá)65%。經(jīng)調(diào)查，主溝溝

口堆積物基本無分選,雜亂堆積，漂（塊）石、卵（碎）

時間間隔分析,泥石流發(fā)生的頻率為20-50

a

一次,

屬于低頻率泥石流。石占約15%-30%,粗砂、中砂占約35%-60%,土石

比約2：8，主溝溝口堆積物碎塊石粒徑一般0.5

m。

3泥石流運(yùn)動和動力學(xué)參數(shù)計算研究區(qū)內(nèi)泥石流發(fā)生頻率按50

a

一遇暴雨強(qiáng)

2.

3.

2

主溝各區(qū)段沖淤特征度計算,泥石流運(yùn)動和動力學(xué)參數(shù)計算選擇暴雨頻

率為2%。降雨量按1972年泥石流爆發(fā)時附近棗樹

5219.

bl37,6.

55形成區(qū)沖淤特征:包括4條支溝溝域及主溝上

374655

biyb.80

3/3b16

519?.80

?

3力065219,61]1

—

2

[OH

卜一『|

4

|

'

卜1—攔砂壩；2—防護(hù)提;3—泥石流溝域邊界;4—剖面線及編號；5—溝谷谷底線

圖1泥石流動力學(xué)參數(shù)計算剖面布置圖Fig?1

Section

layout

of

debris

flow

dynamic

parameters

calculation

2021

年王吉等:北京雁棲鎮(zhèn)泥石流災(zāi)害特征及治理措施?67?林雨量站測定的83

mm/h作為計算依據(jù)。動力學(xué)

參數(shù)計算剖面分布如圖1所示。3.1泥石流流體重度依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》［17］附錄

H填寫泥石流調(diào)查表并按附錄G進(jìn)行易發(fā)程度評

價為易發(fā)，按表G.

2確定主溝的泥石流重度為1.

676

t/m3，泥沙修正系數(shù)(1+°)為1.

714。3.

2泥石流流量按中國公路科學(xué)研究所提出的經(jīng)驗(yàn)公式［19］，分

別計算暴雨洪峰流量和泥石流峰值流量。(1)

暴雨洪峰流量計算當(dāng)匯水面積F<3

km2時計算公式為：Qe

=

WFS

(1)式中:Qp為暴雨洪峰流量,m3/s;0為暴雨徑流

系數(shù)，取值0.

4；F為匯水面積,km2；s為單位歷時的

暴雨平均強(qiáng)度,mm/h。據(jù)此，求得斷面a-a，部位暴

雨洪峰流量值為7.93

m3/s。(2)

泥石流峰值流量計算:Qc

=

(1

+

e)

QpD”

(2)式中：Qc為泥石流斷面峰值流量,m3/s

；e為泥

沙修正系數(shù)，采用查表法得到的結(jié)果；Qp為暴雨洪

峰流量,m3/s;Dc為堵塞系數(shù),按勘查規(guī)范表1.1查

表確定(取值1)。求得斷面a-a'部位泥石流峰值流

量為

13.

59

m3/s。3.3流速計算研究區(qū)內(nèi)泥石流匯水面積大，溝道堆積物顆粒

粗大,黏性土含量少,泥石流過后溝口少有固體物質(zhì)

堆積,泥石流為稀性泥石流或高含砂水流，故其流速

采用西南地區(qū)(鐵二院)［20］稀性泥石流計算公式："“

=(1/

Yh9

+

1

)(1/”)I'f

(3)式中：vc為泥石流流速,m/s;Yh為泥石流固體

物質(zhì)重度,t/m3;9為泥石流泥沙修正系數(shù);n為泥石

流溝床糙率系數(shù);仏為平均泥深,m;I。為泥位縱坡

率,以溝道縱坡率代替。研究區(qū)泥石流平均流速為2.

14

m/s。3.4

—次泥石流過流總量一次泥石流過流總量按照《泥石流災(zāi)害防治工

程勘查規(guī)范》［17］附錄I提供的計算公式進(jìn)行計算：Q

=

kTQ”

(4)式中:Q為一次泥石流過程總量,m3;%為系數(shù),

當(dāng)匯水面積

F<5

km2,取

0.

202；F

=

5-10

km2,取

0.

113；T為泥石流歷時，s；

Qc為泥石流最大流量，

m/

s。經(jīng)訪問，1972年爆發(fā)的泥石流歷時約為“

10多

分鐘”，綜合取值，泥石流的過流時間為20分鐘

(1

200

s)。最大峰值流量Qc為16.92

m3/s,經(jīng)計

算,

一次泥石流過流總量為

3

295

m3。3.5

—次泥石流固體沖出物總量依據(jù)《泥石流災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》［17］附錄

I

提供的計算公式進(jìn)行計算:Qh

=

Q(Yc

-

Yw)/(Yh

-

Yw) (5)式中：Qh為一次泥石流沖出固體物質(zhì)總量,

m3;Q為一次泥石流過程總量，m3;

Yc為泥石流重

度,t/m3；Yw為水的重度,t/m3；YH為泥石流固體物

質(zhì)的重度,t/m3。經(jīng)計算，研究區(qū)一次泥石流固體沖出物總量為

1

358

m3。3.

6泥石流整體沖壓力泥石流整體沖擊力按(泥石流災(zāi)害防治工程勘

查規(guī)范》［17］附錄I提供的計算公式進(jìn)行計算：P

二

A(Yg)Vasina (6)式中:P為泥石流沖壓力,kN/m2;入為建筑物形

狀系數(shù)，圓形建筑物A

=

1.0,矩形建筑物A

=

1.33,

方形建筑物A

=

1.47；

y<,為泥石流重度，t/m3；

v”為

泥石流平均流速,m/s；a為建筑物受力面與泥石流

沖壓力方向的夾角，(°)。計算過程主要選擇擬布設(shè)攔擋工程部位斷面

a-a'進(jìn)行計算。建筑物形狀系數(shù)按矩形建筑取A

=

1.

33,泥石流整體沖壓力為10.

37

kN/m2。3.

7泥石流爬高和最大沖起高度爬高是在泥石流遇反坡時由于慣性作用將沿直

線前進(jìn)的現(xiàn)象;沖起是泥石流遇阻撞擊時,動能轉(zhuǎn)化

為勢能，使泥漿飛濺起來的現(xiàn)象［21］o調(diào)查過程中無

法得到以往發(fā)生過泥石流爬高和最大沖起高度的痕

跡，因此通過計算得出數(shù)據(jù)。泥石流爬高和最大沖起高度按照(泥石流災(zāi)害

防治工程勘查規(guī)范》［17］附錄I提供的計算公式進(jìn)行

計算:Aff

=

v：/2g△H”

=

bv2/2g

—

0.

8(v2/g) (7)式中：Aff為泥石流最大沖起高度,m;AH。為泥

石流爬高，m;vc為泥石流平均流速,m/s;g為重力

加速度,m/s;b為泥石流迎面坡度的函數(shù)。選擇擬設(shè)攔擋工程的斷面a-a'進(jìn)行計算，泥石

流斷面平均流速2.

14

m/s,泥石流最大沖起高度

0.

2

m,泥石流爬高0.

4

m。

?68?環(huán)境生態(tài)學(xué)第3期3.8泥石流彎道超高按照《泥石流災(zāi)害防治工程設(shè)計規(guī)范》[22]4.1-4

式進(jìn)行計算：Ah

=

2彳

B/gR

(8)式中：Ah為泥石流彎道超高,m;”。為泥石流平

均流速,m/s;R為主流中心曲率半徑,m;g為重力加

速度,m

/s;B為泥面寬度,m。本次研究主要選擇擬防護(hù)堤位置a-a，進(jìn)行計

算。主流中心曲率半徑132

m,泥面寬度15.2

m,泥

石流彎道超高0.

11

m。4治理措施總體治理措施以排為主，采用“防護(hù)堤+攔砂

壩”模式。針對研究區(qū)內(nèi)泥石流特點(diǎn)，先清理溝道

內(nèi)堆積物,將大型塊石及碎石土清運(yùn)出溝道。為攔

擋溝內(nèi)物源，根據(jù)地形情況設(shè)置1座攔砂壩。為防

止溝道水流沖刷,在攔砂壩上下游修建4道防護(hù)堤。

在防護(hù)堤與原道路交叉部位頂部架設(shè)蓋板涵,以保

證溝內(nèi)農(nóng)用車通行。4.1防治工程方案攔砂壩采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，迎水坡坡比1

:

0.6,背水坡坡比1

：0.

1,主體混凝土等級為C30,鋼

筋保護(hù)層厚度取50

mm,壩體主筋為HRB400級鋼

筋,箍筋為HPB300級鋼筋;混凝土粗骨料粒徑不大

于60

mm；攔砂壩基底開挖線按1：1進(jìn)行開挖，基礎(chǔ)

余土外運(yùn)至八道河棄渣場，運(yùn)距約15

km。設(shè)計穩(wěn)

攔物源量為2

164

m3,正常使用和經(jīng)攔擋后泥石流

剩余物質(zhì)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。防護(hù)堤共設(shè)置4道，總長285.7

m。均采用

M10砌筑砂漿砌筑，防護(hù)堤墻高1.5

m，頂寬0.8

m,

底寬1.

1

m,基礎(chǔ)埋深均為1.5

m,面坡坡率1

：0.

1,

背坡坡率1：0,底坡坡率1：0;沿墻長每隔20

m設(shè)一

道伸縮縫，縫寬20

mm,縫中填瀝青麻筋防水材料,

沿內(nèi)、外、頂三方填塞，深度不小于150

mm。防護(hù)堤

塊石砌筑時墻頂抹面、墻面勾縫(凸縫)。迎水一側(cè)

設(shè)置散水護(hù)腳，采用C20混凝土砌筑，護(hù)腳寬

0.5

m,厚0.3

m;墻下采用C15砼墊層，尺寸為

0.

15

mX

1.

1

m。蓋板涵兩側(cè)壩基斷面為梯形，基礎(chǔ)埋深1.5

m,

高1.5

m,頂寬0.8

m。壩頂部采用0.

3

m厚鋼筋混

凝土預(yù)制蓋板,蓋板長4.

6

m,寬4.

0

m,厚0.

3

m,

僅限村內(nèi)小型農(nóng)用車通行。4.2防治效果分析通過對泥石流治理，在有效保護(hù)危險區(qū)人們生

命財安全的同時，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)建設(shè)創(chuàng)造健康有利的

條件，對當(dāng)?shù)厣鐣€(wěn)定與發(fā)展和人民群眾安居樂業(yè)

均起到積極作用，由此帶來的社會效益將是非常顯

著的。泥石流防治工程本身是針對地質(zhì)災(zāi)害采取的工

程防治措施,工程治理將結(jié)合泥石流的危害現(xiàn)狀、溝

域內(nèi)工程建設(shè)規(guī)劃等進(jìn)行，通過泥石流防治工程的

實(shí)施，可為規(guī)劃的建設(shè)工程實(shí)施創(chuàng)良好條件，因此,

其減災(zāi)效益也將非常顯著。5結(jié)論根據(jù)調(diào)查,確定了對雁棲鎮(zhèn)泥石流形成的各個

因素，如:地質(zhì)環(huán)境條件、活動史、物源特征、易發(fā)程

度等。且通過參照規(guī)范，計算分析了泥石流的運(yùn)動

和動力學(xué)參數(shù)特征。在此基礎(chǔ)上，提出總體治理措

施以排為主,采用“防護(hù)堤+攔砂壩”防治工程方案。致謝：本研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲得了懷柔區(qū)雁棲鎮(zhèn)

北灣村北林大石門溝泥石流、陽坡崩塌、北灣崩塌地

質(zhì)災(zāi)害治理項目組的幫助，在此一并致謝。參考文獻(xiàn)[1]

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3-9.(下轉(zhuǎn)第77頁)

2021

年鄭小燕:水質(zhì)保障工程項目質(zhì)量管理常見問題分析?77?PDCA循環(huán)過程且不斷改進(jìn),使項目質(zhì)量達(dá)到更高

的水平。

水質(zhì)保障工程受外界環(huán)境因素影響較大，

在項目實(shí)施中需側(cè)重對環(huán)境的控制，及時結(jié)合治理

的水平才會有質(zhì)的提高，水質(zhì)保障工程建設(shè)才能更

加快速地發(fā)展。水體內(nèi)外環(huán)境變化,對影響工程質(zhì)量的環(huán)境因素采

取有效的應(yīng)急措施并加以控制，以減少對水環(huán)境生

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工管理水平的提高才會有基礎(chǔ)性的保障。項目管理作為水質(zhì)保障工程項目建設(shè)的一項主

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的質(zhì)量控制,加強(qiáng)施工單位質(zhì)量保證體系，加強(qiáng)政府

部門質(zhì)量監(jiān)督力度，從源頭抓起，重視過程控制,把

握質(zhì)量，重視項目后評估。只有如此,項目施工管理

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