北京雁栖镇泥石流灾害特征及治理措施

2024年3月6日发(作者：山药蛋)

第

3

卷第

3

期2021

年

3

月环境生态学Environmental

EcologyVol.

3

No.

3Mar.

2021生态灾害！北京雁栖镇泥石流灾害特征及治理措施王吉1*，颜冬娜2（1.北京市地质矿产勘查开发总公司，北京100050；2.中岩联合（北京）工程技术研究院有限责任公司，北京100089）摘要:为了探索研究北京地区泥石流灾害预测预报与防治工程所需的泥石流灾害动力学技术参数，以北京雁栖镇泥石流为典

型研究区，通过资料收集和野外调查，对泥石流运动和动力学参数进行分析计算，获取了主要特征参数,为泥石流防治工程设

计提供了定量数据，且提出了“防护堤+拦砂坝”防治工程方案。结果表明:在技术可靠性、经济合理性、环境协调性等方面，防

治工程方案是可行的。研究成果可为本地区泥石流遥感动态监测、定量风险评估和防灾减灾管理提供依据与参考。

关键词：泥石流;治理措施;拦砂坝;防护堤中图分类号:P642.23

文献标识码：A

文章编号：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泥石流是山区一种饱含固体颗粒物质的多相混

合流体,颗粒组成具有宽级配的特征,粒径变化范围

1研究区概况北京雁栖镇泥石流研究区位于北京市怀柔区西

北部山区，归属于雁栖镇北湾村,交通较为便利，通

为10-6

m-10

m［1］，危险性主要取决于水动力条件、

物源条件和地形条件3个方面，暴雨是其主要激发

因素［2,3］。过范崎路可直接到达，研究区距离怀柔城区约

国内外众多学者均对泥石流开展了大量的研究

工作。国内学者的研究成果偏重于其形成机理⑷、

45

km,距离北京城区108

km。研究区内泥石流为暴雨沟谷型、低频稀性水石

运动过程［5,6］和危险性评价［7-9］等方面。国外学者

型泥石流,流域面积0.

89

km2,共发育1条主沟及4

条支沟，威胁到北林村7户14位居民的生命财产安

主要针对泥石流的动力学参数研究，比如泥石流颗

粒组成［10］、颗粒内作用力［11］、泥沙流出率［12］、流体

冲压力［13，14］、峰值流量［15］、冲击高度和爬高参数［16］

全，潜在经济损失约3

000万元。主沟沟道整体沟

向255°,沟源顶部海拔1

196

m。主沟长1

465

m,高

等。这些研究成果对指导开展泥石流危险性评价和

防治发挥了重要作用。本文以北京市怀柔区雁栖镇泥石流为研究对

象,研究了泥石流发育基本特征、运动特征和动力学

差约200

m,沟道纵坡降137%。。主沟中上游北侧可

见基岩裸露,露出基岩岩性为长城系白云质灰岩，南收稿日期：2021-01-04作者简介:王吉（1989-）,男，河北廊坊人，本科，中级工程师，

参数等。研究成果为北京地区开展同类型泥石流的

主要研究方向为地质灾害评价与防治、矿山生态环境修复，E-

mail：wangji555196@

。

防治提供参数依据和参考。

・66・环境生态学第3期侧为人工砌坡的碎石道路，整条沟道内有块石堆积。

游沟域，各支沟上游及两侧边坡植被覆盖率达

75%〜90%。两侧边坡坡度一般为20°-40°,沟源岸

坡稍陡，局部陡直。各支沟中、下游沟道区域内松散

4条支沟沟道长389

- 659

m不等，沟道呈“V”或

“U”字型,相对高差均在100

m以上，平均纵坡率

197%。〜362%°不等,沟道两侧植被发育好，长有松树

及杨树，植被覆盖率在75%以上。堆积物主要为洪积+泥石流堆积碎块石土，厚度一

般在3-10m,最大厚度近13

m。流通区冲淤特征：主要为主沟段高程为850-

2泥石流基本特征2.1泥石流活动史1

000

m的沟道区域，该沟段沟床纵坡降137%,沟

道较为狭窄,为主沟泥石流的流通沟道。研究区内泥石流为低频稀性泥石流。据访问当

地居民，1972年爆发的泥石流较为严重，造成了部

堆积区冲淤特征：沟床呈宽缓的U形,纵坡降

130%，沟底宽10-15

m,这种条件决定该沟段冲淤

分房屋冲毁,起因为局部强降暴雨所诱发，此次主沟

发生的泥石流性质为稀性水石流,规模为小型。2.2泥石流防治现状1972年泥石流爆发后,当地政府在沟口居民点

北侧修建了防护堤,至今,防护堤顶面未被淹没。

特征仍以淤为主的特点，但在大规模暴雨洪水作用

下,其冲刷作用将加剧。2・3・3

泥石流易发程度依据《泥石流灾害防治工程勘查规范》［17］，综合

判定泥石流易发程度属轻度易发。调查访问及查询

相关资料［18］发现，研究区在20世纪90年代仅发生

过1次泥石流，暴雨季节均为洪水，从泥石流的发生

2.3泥石流的物源特征2.

3.1

沟道堆积物源固体颗粒粒径变化范围较小,主要集中在粗粒

组的砾砂和粗砂，含量可达65%。经调查，主沟沟

口堆积物基本无分选,杂乱堆积，漂（块）石、卵（碎）

时间间隔分析,泥石流发生的频率为20-50

a

一次,

属于低频率泥石流。石占约15%-30%,粗砂、中砂占约35%-60%,土石

比约2：8，主沟沟口堆积物碎块石粒径一般0.5

m。

3泥石流运动和动力学参数计算研究区内泥石流发生频率按50

a

一遇暴雨强

2.

3.

2

主沟各区段冲淤特征度计算,泥石流运动和动力学参数计算选择暴雨频

率为2%。降雨量按1972年泥石流爆发时附近枣树

5219.

bl37,6.

55形成区冲淤特征:包括4条支沟沟域及主沟上

374655

biyb.80

3/3b16

519?.80

〜

3力065219,61]1

—

2

[OH

卜一『|

4

|

'

卜1—拦砂坝；2—防护提;3—泥石流沟域边界;4—剖面线及编号；5—沟谷谷底线

图1泥石流动力学参数计算剖面布置图Fig・1

Section

layout

of

debris

flow

dynamic

parameters

calculation

2021

年王吉等:北京雁栖镇泥石流灾害特征及治理措施・67・林雨量站测定的83

mm/h作为计算依据。动力学

参数计算剖面分布如图1所示。3.1泥石流流体重度依据《泥石流灾害防治工程勘查规范》［17］附录

H填写泥石流调查表并按附录G进行易发程度评

价为易发，按表G.

2确定主沟的泥石流重度为1.

676

t/m3，泥沙修正系数(1+°)为1.

714。3.

2泥石流流量按中国公路科学研究所提出的经验公式［19］，分

别计算暴雨洪峰流量和泥石流峰值流量。(1)

暴雨洪峰流量计算当汇水面积F<3

km2时计算公式为：Qe

=

WFS

(1)式中:Qp为暴雨洪峰流量,m3/s;0为暴雨径流

系数，取值0.

4；F为汇水面积,km2；s为单位历时的

暴雨平均强度,mm/h。据此，求得断面a-a，部位暴

雨洪峰流量值为7.93

m3/s。(2)

泥石流峰值流量计算:Qc

=

(1

+

e)

QpD”

(2)式中：Qc为泥石流断面峰值流量,m3/s

；e为泥

沙修正系数，采用查表法得到的结果；Qp为暴雨洪

峰流量,m3/s;Dc为堵塞系数,按勘查规范表1.1查

表确定(取值1)。求得断面a-a'部位泥石流峰值流

量为

13.

59

m3/s。3.3流速计算研究区内泥石流汇水面积大，沟道堆积物颗粒

粗大,黏性土含量少,泥石流过后沟口少有固体物质

堆积,泥石流为稀性泥石流或高含砂水流，故其流速

采用西南地区(铁二院)［20］稀性泥石流计算公式："“

=(1/

Yh9

+

1

)(1/”)I'f

(3)式中：vc为泥石流流速,m/s;Yh为泥石流固体

物质重度,t/m3;9为泥石流泥沙修正系数;n为泥石

流沟床糙率系数;仏为平均泥深,m;I。为泥位纵坡

率,以沟道纵坡率代替。研究区泥石流平均流速为2.

14

m/s。3.4

—次泥石流过流总量一次泥石流过流总量按照《泥石流灾害防治工

程勘查规范》［17］附录I提供的计算公式进行计算：Q

=

kTQ”

(4)式中:Q为一次泥石流过程总量,m3;%为系数,

当汇水面积

F<5

km2,取

0.

202；F

=

5-10

km2,取

0.

113；T为泥石流历时，s；

Qc为泥石流最大流量，

m/

s。经访问，1972年爆发的泥石流历时约为“

10多

分钟”，综合取值，泥石流的过流时间为20分钟

(1

200

s)。最大峰值流量Qc为16.92

m3/s,经计

算,

一次泥石流过流总量为

3

295

m3。3.5

—次泥石流固体冲出物总量依据《泥石流灾害防治工程勘查规范》［17］附录

I

提供的计算公式进行计算:Qh

=

Q(Yc

-

Yw)/(Yh

-

Yw) (5)式中：Qh为一次泥石流冲出固体物质总量,

m3;Q为一次泥石流过程总量，m3;

Yc为泥石流重

度,t/m3；Yw为水的重度,t/m3；YH为泥石流固体物

质的重度,t/m3。经计算，研究区一次泥石流固体冲出物总量为

1

358

m3。3.

6泥石流整体冲压力泥石流整体冲击力按(泥石流灾害防治工程勘

查规范》［17］附录I提供的计算公式进行计算：P

二

A(Yg)Vasina (6)式中:P为泥石流冲压力,kN/m2;入为建筑物形

状系数，圆形建筑物A

=

1.0,矩形建筑物A

=

1.33,

方形建筑物A

=

1.47；

y<,为泥石流重度，t/m3；

v”为

泥石流平均流速,m/s；a为建筑物受力面与泥石流

冲压力方向的夹角，(°)。计算过程主要选择拟布设拦挡工程部位断面

a-a'进行计算。建筑物形状系数按矩形建筑取A

=

1.

33,泥石流整体冲压力为10.

37

kN/m2。3.

7泥石流爬高和最大冲起高度爬高是在泥石流遇反坡时由于惯性作用将沿直

线前进的现象;冲起是泥石流遇阻撞击时,动能转化

为势能，使泥浆飞溅起来的现象［21］o调查过程中无

法得到以往发生过泥石流爬高和最大冲起高度的痕

迹，因此通过计算得出数据。泥石流爬高和最大冲起高度按照(泥石流灾害

防治工程勘查规范》［17］附录I提供的计算公式进行

计算:Aff

=

v：/2g△H”

=

bv2/2g

—

0.

8(v2/g) (7)式中：Aff为泥石流最大冲起高度,m;AH。为泥

石流爬高，m;vc为泥石流平均流速,m/s;g为重力

加速度,m/s;b为泥石流迎面坡度的函数。选择拟设拦挡工程的断面a-a'进行计算，泥石

流断面平均流速2.

14

m/s,泥石流最大冲起高度

0.

2

m,泥石流爬高0.

4

m。

・68・环境生态学第3期3.8泥石流弯道超高按照《泥石流灾害防治工程设计规范》[22]4.1-4

式进行计算：Ah

=

2彳

B/gR

(8)式中：Ah为泥石流弯道超高,m;”。为泥石流平

均流速,m/s;R为主流中心曲率半径,m;g为重力加

速度,m

/s;B为泥面宽度,m。本次研究主要选择拟防护堤位置a-a，进行计

算。主流中心曲率半径132

m,泥面宽度15.2

m,泥

石流弯道超高0.

11

m。4治理措施总体治理措施以排为主，采用“防护堤+拦砂

坝”模式。针对研究区内泥石流特点，先清理沟道

内堆积物,将大型块石及碎石土清运出沟道。为拦

挡沟内物源，根据地形情况设置1座拦砂坝。为防

止沟道水流冲刷,在拦砂坝上下游修建4道防护堤。

在防护堤与原道路交叉部位顶部架设盖板涵,以保

证沟内农用车通行。4.1防治工程方案拦砂坝采用钢筋混凝土结构，迎水坡坡比1

:

0.6,背水坡坡比1

：0.

1,主体混凝土等级为C30,钢

筋保护层厚度取50

mm,坝体主筋为HRB400级钢

筋,箍筋为HPB300级钢筋;混凝土粗骨料粒径不大

于60

mm；拦砂坝基底开挖线按1：1进行开挖，基础

余土外运至八道河弃渣场，运距约15

km。设计稳

拦物源量为2

164

m3,正常使用和经拦挡后泥石流

剩余物质顺利下泻，同时通过泥石流物质回淤压脚

起到稳固沟床和减轻沟岸崩滑的作用。防护堤共设置4道，总长285.7

m。均采用

M10砌筑砂浆砌筑，防护堤墙高1.5

m，顶宽0.8

m,

底宽1.

1

m,基础埋深均为1.5

m,面坡坡率1

：0.

1,

背坡坡率1：0,底坡坡率1：0;沿墙长每隔20

m设一

道伸缩缝，缝宽20

mm,缝中填沥青麻筋防水材料,

沿内、外、顶三方填塞，深度不小于150

mm。防护堤

块石砌筑时墙顶抹面、墙面勾缝(凸缝)。迎水一侧

设置散水护脚，采用C20混凝土砌筑，护脚宽

0.5

m,厚0.3

m;墙下采用C15砼垫层，尺寸为

0.

15

mX

1.

1

m。盖板涵两侧坝基断面为梯形，基础埋深1.5

m,

高1.5

m,顶宽0.8

m。坝顶部采用0.

3

m厚钢筋混

凝土预制盖板,盖板长4.

6

m,宽4.

0

m,厚0.

3

m,

仅限村内小型农用车通行。4.2防治效果分析通过对泥石流治理，在有效保护危险区人们生

命财安全的同时，为当地经济建设创造健康有利的

条件，对当地社会稳定与发展和人民群众安居乐业

均起到积极作用，由此带来的社会效益将是非常显

著的。泥石流防治工程本身是针对地质灾害采取的工

程防治措施,工程治理将结合泥石流的危害现状、沟

域内工程建设规划等进行，通过泥石流防治工程的

实施，可为规划的建设工程实施创良好条件，因此,

其减灾效益也将非常显著。5结论根据调查,确定了对雁栖镇泥石流形成的各个

因素，如:地质环境条件、活动史、物源特征、易发程

度等。且通过参照规范，计算分析了泥石流的运动

和动力学参数特征。在此基础上，提出总体治理措

施以排为主,采用“防护堤+拦砂坝”防治工程方案。致谢：本研究的基础数据获得了怀柔区雁栖镇

北湾村北林大石门沟泥石流、阳坡崩塌、北湾崩塌地

质灾害治理项目组的帮助，在此一并致谢。参考文献[1]

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2021

年郑小燕:水质保障工程项目质量管理常见问题分析・77・PDCA循环过程且不断改进,使项目质量达到更高

的水平。

水质保障工程受外界环境因素影响较大，

在项目实施中需侧重对环境的控制，及时结合治理

的水平才会有质的提高，水质保障工程建设才能更

加快速地发展。水体内外环境变化,对影响工程质量的环境因素采

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