北京市房山区三合庄村泥石流活动特征分析

赵冬冬，刘 鸿



北京市房山区三合庄村泥石流活动特征分析

赵冬冬，刘 鸿

（北京市地质调查研究院，北京 102206）

2012年7月21日，北京地区发生了61年以来的最大降雨，特大强降雨引发房山区三合庄村泥石流地质灾害。为了最大限度的减少房山区三合庄村泥石流所带来的损失，本文选取该泥石流作为研究对象，采用了遥感解译和灾害地质实地调查等方法，确定了三合庄泥石流基本特征，从地形、物源和水源三方面研究了三合庄泥石流的成因，依据泥石流相关的防治工程勘查设计规范，采用雨洪法计算出三合庄村泥石流的活动特征，使用综合评分法判断了三合庄泥石流的易发性。

泥石流；遥感解译；综合评分法

0　引言

泥石流作为对北京地区造成人员伤亡最大的突发性地质灾害（北京市地质矿产勘查开发局，2008），常常具有暴发突然、来势凶猛、迅速之特点，可造成重大人员伤亡和严重财产损失的后果（魏永明，1993），北京山区存在崩塌、滑坡、泥石流和采空塌陷等突发性地质灾害，其中，房山区三合庄村泥石流不仅在历史上爆发泥石流造成人们生命财产损失，在2012年北京“7·21”暴雨后再次爆发，对沟口堆积区地带和沟道下游居民生命财产安全构成威胁，威胁沟口住户，涉及到34户、105人、60间房屋，为对该区域泥石流进行科学整治，急需对三合庄泥石流基本特征、成因和活动特征开展研究。

1　研究区概况

1.1自然地理概况

采用遥感解译的方法确定了研究区的地形条件：三合庄村位于房山区西南部，地貌外营力主要表现为流水的侵蚀和堆积作用，海拔高度在180～740m，地貌类型属中低山山地（ Panizza M，1996）。区内东南高，西北低，最高点为东南部山顶740m，最低点为西北部村民的居住区180m，沟谷面积0.92km2，主沟长1690m，流域相对高差560m，沟谷纵坡降331‰。地貌上主要表现为陡峻的斜坡地貌，沟岸两侧植被覆盖率约85%。

1.2水文地质条件

年平均降雨量为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，多年平均蒸发量为1500mm。地下水主要依靠大气降水补给，大部分降水沿沟谷自然排泄（吴正华，2001），少量沿裂隙渗入地下，研究区水文地质条件简单。

1.3工程地质条件

根据探坑剖面揭露，研究区地层可分为第四纪坡积地层和蓟县纪白云岩地层。第四纪坡积物：为残坡积的土夹碎石，含大量植物根系，厚度在0.05～1.5m之间，该地层层厚较薄，物理力学性质相对差，残坡积层稳定性差，不可作为一般建筑物的天然地基持力层。蓟县纪白云岩地层：白色，岩体较完整，节理裂隙发育弱，风化程度较弱。可作为工程建筑持力层，地基承载力约300kPa。研究区内岩体按岩性成分、岩体结构及其坚硬程度等，划分为两个工程地质岩组（表1）。

表1　工程地质岩组特征一览表Tab.1 Engineering geological petrofabric feature list

2　泥石流调查与分析

2.1泥石流类型

资料调查显示，三合庄泥石流沟1963年曾发生过泥石流灾害，冲毁房屋数十间、耕地数十亩，其物源主要为沟域内中上游沟道内的残坡积物（康志成等，2004），主要以碎石泥土为主，块石少，固体物质较少，属于稀性泥石流（王维早等，2011）。三合庄村物源总量较小，发生泥石流的诱因主要是暴雨强度下诱发，1963年曾发生，距2012年已有49年，属于低频泥石流。泥石流主沟发育于山区至平原区的山前过渡地带，物质来源主要为沟域内松散固体物质，属沟谷型泥石流（中国科学院兰州冰川冻土研究所等，2004）。三合庄村泥石流一次活动堆积量为0.57×104m3，小于1×104m3，泥石流洪峰流量为15.81m3/s，属小型泥石流。现场调查发现，三合庄村泥石流沟沟道流通区堆积了大量的砾石、块石，砾石块石粒径0.5～50cm，堆积区堆积物粒径较小，以碎石泥土为主，多呈棱角状，磨圆度、分选性差，少量砂及粉粘土充填，2012年北京“7·21”特大暴雨引发了三合庄泥石流灾害，因此，泥石流为泥石型暴雨泥石流。综上所述，三合庄村泥石流属于暴雨类-沟谷型-稀性-低频-小型-泥石型泥石流（铁永波等，2010）。

2.2泥石流成因

（1）地形条件

研究区位于房山区西南部，地貌外营力主要表现为流水的侵蚀和堆积作用，地貌类型属山地地貌和平原地貌。沟谷面积0.92km2，主沟长1690m，流域相对高差560m，沟谷纵坡降331‰。由于该区地形陡峻，沟道纵坡降比越大，泥石流的流速和冲刷能力随之增强（张成双等，2013），对降雨的滞水作用较小，降雨易汇集于沟谷，为泥石流的发生提供了有利的地形条件（IUGS et al.，1997）。

（2）物源条件

泥石流物源的主要研究内容为：堆积物的颗粒级配、岩性组成、结构与构造特征、堆积位置、排列顺序等（杨麒麟等，2010）。研究区内原来地表为第四系全新统碎石土坡积物，7月21日暴雨造成这些松散坡积物和风化崩塌碎石冲下沟道，淤积方量约3000m3。淤积的大量的块石主要是上游白云岩风化强烈，节理裂隙发育，导致岩石表面易崩解，形成块石，碎屑，滚下沟底堆积，一般粒径介于0.5～20cm，最大可见0.5m的石块，碎石呈棱角状，磨圆度差。沟道内堆积物厚度随地势降低逐渐增加，粒径逐渐变小，该泥石流还处于发展期，没有形成大规模的灾害（Shouyun Liang，2007）。沟道中上游形成区和流通区地表为第四系坡积物，松散层厚度介于0.05～0.5m，松散堆积层储量约11.56万m3，可参与量为0.92万m3。

（3）水源条件

2012年7月21日特大暴雨是北京61年来降雨量最大的一次，房山区三合庄地区降雨量为北京市最大地区之一，从21日10时至22日6时，三合庄村降雨量达到300mm，最大1小时雨强为60mm，暴雨为三合庄泥石流提供了必要的水源条件（Tobin G A et al.，1997）。

2.3泥石流活动特征

（1）泥石流易发程度

泥石流易发程度是指泥石流发生的可能性，使用综合评分法对三合庄泥石流沟谷的地形、地质及降水等环境因素进行评分。根据综合评分结果按表2对易发程度进行评价，泥石流易发程度越高，发生泥石流的可能性越大。三合庄村泥石流数量化综合评判计算，结果表明三合庄泥石流数量化综合评分为93分，为易发。

（2）泥石流活动强度

全国不同地区年平均降雨分区可能发生泥石流的24h、1h、10min的界限值（表2）。据北京市水文手册，不同频率下房山区张坊镇地区降雨，均大于北京地区的界限降雨量。暴雨强度指标：

R=k（h24/h24（d）+h1/h1（d）+h1/6/h1/6（d））式中：根据规范现阶段可暂时假定，无前期降雨时k无=1，有前期降雨时k有=1.1～1.2；h24为24小时最大降雨量（mm）；h1为1小时最大降雨量（mm）；h1/6为10min最大降雨量（mm）。表2为三合庄村泥石流沟在不同频率下暴雨强度指标的计算结果。

表2　不同频率下的小时雨强值计算表Tab.2 Hour rainfall intensity values under different frequency calculation table

根据规范统计综合分析结果：

R＜3.1 安全雨情；

R≥3.1 可能发生泥石流的雨情；

R=3.1～4.2 发生几率＜0.2；

R=4.2～10 发生几率0.2～0.8；

R＞10 发生几率＞0.8。

因此，通过暴雨强度R值的计算可判定：三合庄村泥石流沟激发泥石流形成的暴雨强度＞16.74。该泥石流受暴雨影响因素较大，在暴雨强度下泥石流活动强度属很强（表3）。

（3）泥石流潜在危害

据调查，北京“7·21”特大暴雨引发该泥石流灾害，冲毁居民挡墙，道路淤积，60间民房中有两间民房位于沟道的沟口处，受到泥石流的威胁最严重，根据表4，三合庄村泥石流灾害危害性等级为小型。调查表明，该泥石流灾害威胁34户、106人、房屋60间，遭受泥石流灾害而造成的损失将达上千万元，三合庄村潜在危险性等级为中型，见表5。

表3　泥石流活动强度判别表Tab.3 Debris flow activity intensity evaluation table

表4　泥石流灾害危害性等级划分Tab.4 Debris flow disasters harm hierarchies

表5　泥石流潜在危险性分级表Tab.5 Debris flow risk classification table

3　结论

三合庄村泥石流属于暴雨类-沟谷型-稀性-低频-小型-泥石型泥石流。泥石流在地形、物源条件和水源条件方面有利于泥石流的发展与发生。该泥石流属易发型，且在暴雨条件下活动强度很强。三合庄村泥石流危险等级为中型，急需工程治理。

［1］北京市地质矿产勘查开发局. 北京地质灾害［M］.北京：中国大地出版社，2008：22.

［2］魏永明. 1991年北京北部山区泥石流成因及防灾对策［J］. 山地研究，1993，11（3）：187～192.

［3］Panizza M . Environmental Geomorphology ［M］.Amsterdam：Elsevier，1996：1～268.

［4］吴正华. 北京泥石流灾害及其降水触发条件. 水土保持研究［J］. 2001，8（1）：67～72.

［5康志成，李焯芬，马蔼乃，等. 中国泥石流研究［M］.北京：科学出版社，2004.

［6］王维早，杨涛，徐强，等. 河北省元氏县佃户营泥石流灾害形成机理及预报方法研究［J］. 地球与环境，2011，39（1）：63.

［7］中国科学院兰州冰川冻土研究所，甘肃省交通科学研究所.甘肃泥石流［M］. 北京：人民交通出版社，2004.

［8］铁永波，唐川，余斌，等. 西藏某电站厂房区泥石流成因及其对工程影响评价［J］. 地质灾害与环境保护，2010，21（80）：9～20.

［9］张成双，成余粮，姚鑫，等. 四川汶川地震—滑坡—泥石流灾害链形成演化过程［J］. 地质通报，2013，32（12）：1904～1905.

［10］IUGS，Working Group on Landslide，Committee on Risk Assessment. Quantitative Risk assessment for Slope and Landslides - the State of the Art ［C］. Cruden D M，Fell R Land slide Risk assessment. Rotterdam：A.A. Balkema Publishers.1997，3～12.

［11］杨麒麟，高甲荣，胡封兵，等.北京大西沟北沟泥石流堆积物特征［J］. 中国地质灾害与防治学报，2010，21（1）：40～41.

［12］Shouyun Liang. Landslide hazard assessment based on GIS and AHP ［J］. Journal of Natural Disasters. 2007，11 （7）：442～445.

［13］Tobin G A，Montz B E. Natural Hazards：Explanation and Integration ［M］. New York：The Guilford Press，1997，1～388.

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

赵冬冬（1983- ），硕士，工程师，主要从事水工环地质。