北京突发地质灾害防控对策

贾三满，翟淑花，姜 媛

（1．北京市地质勘察技术院，北京 100120；2．北京市地质研究所，北京 100120；3．北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

北京突发地质灾害防控对策

贾三满1，翟淑花2，姜 媛3

（1．北京市地质勘察技术院，北京 100120；2．北京市地质研究所，北京 100120；3．北京市地质矿产勘查开发局，北京 100195）

北京是突发地质灾害较为发育的首都城市之一，地质灾害给人民生命财产带来一定的损失。本文分析了北京市地质灾害分布规律，系统总结了北京地区分布面广、危害性大的泥石流、崩塌、滑坡等突发地质灾害的基本特征。总体上看，北京地区地质灾害隐患类型全，规模小，险情差异大。2003年以来，突发地质灾害次数有较大增加，主要类型为崩塌和地面塌陷。在此基础上，提出北京市突发地质灾害防治思路，即北京地区防治应以调查为基础，监测预警为先导，以搬迁避让为主，工程防治为辅，并从调查评价、监测预警、工程治理等方面，提出了北京地质灾害的防治建议，为地质灾害防治规划提供了参考。

地质灾害；分布规律；发育特征；防治措施

0 前言

北京地区具有极为特殊而优越的地质条件，它保存记录了从太古界以来30多亿年间地球发展演化的历史事实，向人们展示出从太古界至显生界各个地质历史发展阶段所形成的丰富多彩的地质现象，形成了丰富的矿产资源，也为各种地质灾害发育提供了基础地质条件，使北京成为世界仅有的地质灾害发育的国际大城市。据统计，自1949年以来，北京地区各类突发地质灾害已造成600多人死亡，直接经济损失数亿元（刘连刚，2015）。

北京市各级政府及相关主管部门历来十分重视地质防治工作，投入了大量资金实施险村险户搬迁和工程治理，开展了地质灾害气象预警。由于地质条件复杂，人类活动加剧等原因，近年来，突发性地质灾害隐患点和威胁人口及地质灾害发生次数仍在不断增加。截至2015年底，全市已记录编目的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突发地质灾害隐患点由2012年1525处增加至4706处，威胁人口由24450人增加到57948人；2003年到2015年13年间，北京共发生突发地质灾害170点次，其中2013年到2015年3年间发生89点次，占50%以上，北京市突发地质灾害防治工作形势仍然严峻，有必要根据北京地区突发地质灾害现状及发育特征，对地质灾害防治工作进行梳理。

1 突发地质灾害特点

地质灾害成灾条件包括自然条件和人类活动条件，发育特征也受这两方面控制。总体上，地层岩性及地质构造发育程度是突发地质灾害发生发展的基础条件，控制其发生的地点、类型、规模等；大气降水是重要的诱发因素，对发生时间、规模、危害程度有重大影响；人类工程活动诱发、加剧突发地质灾害的危险（北京地质灾害，2008）。不同灾种又有其不同的特征规律。

1.1 地质灾害隐患总体特征

2015年，突发地质灾害隐患4706个，灾种包含崩塌、滑坡、泥石流、不稳定边坡、采空塌陷，其中崩塌2412处，占51.2%；滑坡34处，占0.7%；泥石流879处，占18.7%；不稳定斜坡1293处，占27.5%；地面塌陷88处，占1.9%（图1），具有灾种齐全的特点。

在灾害规模方面，小型隐患数量为4292个，占总数的91.2%。从地质灾害险情分析，险情多为小型，全市险情等级为“特大”的有5个，涉及房山区和门头沟区，“大”的有7个，分布在房山区和平谷区；“中”的有92个，“小”的有4510个（任凯珍等，2015）。

1.2 突发地质灾害次数有较大增加

自2003年到2015年，北京市共发生突发性地质灾害170点次，主要类型为崩塌和地面塌陷（北京市国土资源局，2014），由图2可以看出，自2012年以来，地质灾害发生次数有较大增加，灾种以崩塌为主，占总量的70%，崩塌集中分布在中低山区的道路沿线，其次为居民点附近；规模以小型为主，占90%以上，无大型规模。

图1 北京市地质灾害隐患点个数及威胁人口Fig.1 The number of geological hazard points and the threaten population in Beijing

图2 北京市2003-2015年度地质灾害发生情况统计图Fig2. Statistical figure of occurrence of geological disasters in 2003-2015

崩塌集中分布在中低山区的道路沿线，其次为居民点附近；泥石流多集中分布在北山和西山的末级和二级沟谷或沟谷上游峡谷段的中、小沟谷内，沟床比降一般在100‰～500‰；地面塌陷主要分布房山北部与门头沟南部的采煤塌陷区；北京市天然的典型滑坡相对较少，但在暴雨条件下，常发生小型的坡面滑移。

突发地质灾害多发生在雨季，2014—2015年北京市共发生突发性地质灾害41次，34次发生在6—8月，占全年的83%。北京山区暴雨多发生在7—8月，通过对1949年以后发生的10余次泥石流统计分析，除1次外，其余均在上述时段内。

1.3 主要灾种的基本特征

虽然北京地区突发地质灾害灾种较多，但不同灾种的发育条件和成灾规律具有较大的差异性，现以北京地区分布面广、危害性大的泥石流、崩（滑）塌两种灾害为例，分析北京地区突发地质灾害的基本特征。

（1）泥石流

周期性与低频性。以潮白河、永定河、温榆河等境内一级河流为例，统计其泥石流频率（表1），其活动间歇期虽然差别较大，但作为北京市两大河系的潮白河与永定河，泥石流约7～12年左右出现一次，表现出北京地区泥石流的周期性和低频性特点。由于低频泥石流沟数十年甚至上百年没有暴发泥石流，有些泥石流沟流域植被和生态环境在如此长的时间内得以恢复，老 (古)泥石流堆积扇上都被高大的树木所覆盖，因此低频泥石流具有很强的隐蔽性，在加上山区人们对低频泥石流缺乏警惕性，其潜在危害性很大。

表1 1867-2006年各河系泥石流活动间歇期统计表Tab.1 The statistics of debris flow interval in 1867-2006

暴发突然、灾害迅猛。常在极短时间内造成灾害，特别是小支沟泥石流这种特点更为显著。如1991年6月10日冯家峪口门村北，沟长仅600m长的柳条峪沟突发泥石流，时间不过几分钟，将口门村未能跑出屋的5人致死。

面积广，损失严重。近代泥石流是以中—小规模群发性为特征。一次泥石流，作为单沟规模较小，但因涉及支沟沟谷多，少者十余条，多者达数十条，所以灾害面大，造成的总损失严重。例如，1969年和1976年的一次暴雨，形成了数十条泥石流沟，危害面积很大，造成了百人以上死亡。1991年，也由于发生多条沟谷泥石流，不仅直接造成18人死亡，而且因产生巨大洪流，危害中下游地区众多目标，造成的损失总计达2.6亿元。

群发性突出。粗略统计，1949年以后发生群发性泥石流灾害八次，涉及沟谷200余条。从单沟泥石流规模来看，其物质活动量以1～5万m3为最多，超过10万m3的大规模泥石流较少。但由于一次暴发的数量多（表2），所以造成巨大灾害。

表2 北京近代群发性泥石流统计表Tab.2 Statistics of mass debris flow in modern times of Beijing

（2）崩（滑）塌

崩（滑）塌是北京山区最常见、发生频率最高的突发地质灾害。历史上已经发生的崩（滑）塌灾害不仅破坏了地质环境和生态环境，同时还造成人员伤亡和财产损失。据调查统计，新中国成立后，因崩（滑）塌灾害直接造成35人死亡，700多间房屋被毁，大量的农田、树木被毁，而且泥石流80%的物质来源于崩（滑）塌堆积物。

崩塌主要是人工开挖边坡引起的，多数分布在居民房前屋后、公路沿线，危害极大。崩塌主要集中发育于坚硬、性脆、构造节理发育的砂岩、花岗岩、石英岩、碳酸盐岩等岩类中，具有点多、规模小，多发生在汛期等特点。

通过对2014年、2015年两年发生的37次崩塌灾害分析，规模全部为小型，其中岩质崩塌32次，岩层顺向坡坡度一般逆向坡一般大于，土质崩塌5次，80%以上发生在6—9月的汛期。

北京山区以滑移式、倾倒式和错落式崩塌最为常见，特别是滑移式崩塌，山区的坡体松散土体或顺坡向岩体在暴雨等外力作用下，发生滑移，发生较大规模的崩塌，危害较大。例如2016年7月房山区河北镇G108国道复线9km+720～770m发生滑移式，崩塌总方量约5000m3，造成G108国道约50m长路面、护栏、水管的损毁及道路堵塞。

2016年8月5日，房山区霞云岭乡庄户台村台儿港沟口西北侧发生滑移式崩塌灾害，崩塌体体积近万方，掩埋房屋共计7间，损坏房屋10间。

2 突发地质灾害防控方法

由于各种灾害形成机理、特征和灾害的表现形式不同，其防治对策也不尽相同（周新民等，2005）。总体上，北京地区防治应以调查为基础，监测预警为先导，以搬迁避让为主，工程防治为辅。最有效的方法就是搬迁避让，由于受到经济条件的限制，目前尚无法将居民点和大量的基础设施迁出危险区，因此，监测预警预报和有效的工程治理是减灾的重要手段（高成虎，2013；朱世界等，2004；密士文等，2014）。

2.1加强地质灾害勘查与评价

北京市在2013年开展了地质灾害隐患点全市突发地质灾害详查（1：5万），基本查明了山区地质灾害隐患的情况，绘制了突发地质灾害易发分区图和危险性分区图，但主要是针对有威胁对象的地质灾害点调查，而对没有威胁对象的地质灾害，特别是原有已经搬迁的重要地质灾害点没有开展相关的调查工作。应开展对全市突发地质灾害体的地质灾害调查，在此基础上，对有威胁对象的隐患点开展高精度调查测绘，泥石流沟调查精度不小于1：1万，根据其地质条件、地形地貌条件、降雨条件、物源类型等划分泥石流沟危险性等级，为预警预报、工程防治提供依据。崩塌、滑坡调查精度不小于1：5000，除调查滑坡体、危岩体位置、形态、规模、体征外，对其周边的地质构造、地层岩性、地形地貌、岩(土)体结构类型、斜坡组构类型等也应详细调查，正确区分崩塌、滑坡灾害，合理解释崩塌机理，避免只重表层鼓胀式、拉裂式、错断式崩塌，而忽视受软硬相间的岩层控制，有倾向临空面的结构面的滑移式崩塌（胥良等，2010；黄显彬等，2007）。

2.2 强化地质灾害监测预警

地质灾害是可区划的，也是可预警的，虽然此类地质灾害具有突然暴发性，但其发生特点仍显示存在某种内在的规律性，多数地点仍有数小时至数分钟的避险转移时间（刘传正，2001）。

（1）泥石流

泥石流监测应分级进行，分级标准见表3。不同监测级别的泥石流，监测方案也不相同。

表3 地质灾害监测等级划分Tab.3 Grade classification of geological disaster monitoring

一级监测泥石流沟，应布置由遥测雨量计和自动气象站，监测流域范围内的降水及其他气象要素；应布置泥石流次生和地生报警器，监测泥石流形成；应布置泥位计和测速仪组成至少2个监测断面，监测泥石流的泥位和流速；应布置2～3个土壤含水率监测仪，监测物源含水量变化；应布置1～2套视频监测系统，观察泥石流发展变化。

二级监测泥石流沟，应布置由遥测雨量计监测流域范围内的降水量；应布置泥石流次生和地生报警器，监测泥石流形成；应布置泥位计和测速仪组成监测断面，监测泥石流的泥位和流速；宜布置1～2个土壤含水率监测仪，监测物源含水量变化；宜布置视频监测系统，观察泥石流发展变化。

三级监测泥石流沟，应布置由遥测雨量计监测流域范围内的降水量；应布置泥石流次生报警器，监测泥石流形成；应布置泥位计，监测泥石流的泥位，宜布置流速，监测流速变化。

所有泥石流隐患沟经营纳入群策群防监测系统，采用巡查和简易监测仪器对泥石流爆发前兆、降水量、次生、泥水位进行简易监测。泥石流监测的原始数据，需通过计算机或人工整理分析，使之成为泥石流预警所需数据。

泥石流成因复杂，影响因素众多。根据北京地区泥石流发育特点，提出如下预警思路：

①并重开展泥石流中长期预警和短临预警

开展大范围高精度的泥石流专项调查，查明泥石流地质环境条件、堆积特征、诱发因素、危害或成灾情况，评价其易发性和危险性（表4），既是中短期预警的基础，也可作为长期预警的保障。此外，应根据地域特征和泥石流危害程度，综合实施区域、小流域及单沟的联动预警。

表4 泥石流预警手段Tab.4 Warning method of debris flow

②基于基础地质条件预测变化规律

泥石流调查中，常会遇到泥石流沟降雨量达到或超过雨量阈值，没有发生泥石流，但在后期雨量没有达到雨量预警阈值而爆发了泥石流，感觉雨量预警阈值不准，实际上是由于泥石流沟发育都有周期，周期主要受物源堆积速率控制，所以泥石流雨量阈值应随着变化物源的不断增加逐渐降低，是受时间控制的变化值，是时间的函数，不应该是恒值。

③采用多种模型与专业监测相互验证

基于流域气象、水文、历史泥石流灾害等资料的详细、深入分析研究，采用历史灾害的调查统计、模型计算和野外实验等方法构建以临界雨量、警戒泥位、危险土壤含水率、次声阈值等泥石流预警模型与指标体系，并将预报结果与实际情况对比，不断修正模型，提高模型的准确性（图3）。

图3 泥石流预警模型架构Fig3. Framework of debris flow warning model

（2）崩塌滑坡

崩塌、滑坡监测目的是了解和掌握崩滑体的演变过程，为崩塌的分析评价、预警预报服务。崩塌监测分为变形监测、相关因素监测、宏观前兆监测。目前崩塌监测主要对地表变形进行监测，方法有水准、GPS、三维激光扫描和裂缝计等。

由于崩塌成因繁多，类型复杂。不同类型的崩塌有不同的变形破坏机制和变形破坏方式。不同类型的崩塌监测的效果不同。滑移式崩塌和鼓胀式崩塌，滑移面主要受剪切力或下部软岩受垂直挤压，起始变形到破坏有一定的时间，有一定的预警时间，且滑移面明显，适宜监测，监测项目可选择变形监测、气象监测，宏观前兆监测，监测方法有水准经纬测量；gps测量；三维激光扫描；裂缝计、位移计观测；雨量监测等多种方法。倾倒式、拉裂式、错断式主要是倾倒、拉裂、错断变形，时间短，随机性、偶然性强，不易找到准确的监测点。监测效果一般不理想，一般选择简易的方法对宏观前兆监测。

在危岩崩塌监测及安全警报方面，任幼蓉等通过现场监测危岩体后部主控结构面露头的宽度变化较好的预测了南川甄子岩崩塌事件。赵先涛等采用三维应力采集器采集危岩体结构面尖端的压应力和剪应力，放大采集的应力信号，并计算出稳定系数的值，系统自动按一定标准划定危岩体的稳定状态，向危岩所在区域活动者发出警报。

北京地区滑坡发育少，在此重点针对岩体结构、块体密度和强度、边坡高度坡度等方面探讨崩塌监测预警指标（表5）。

表5 不同类型滑坡预警级别及相应阈值Tab.5 Landslides warning level and corresponding threshold of different types

软弱岩层和岩体内的结构面，尤其是软弱结构面的存在，是发生崩塌的重要因素，当剪应力超过结构面的抗剪强度，岩体会沿着结构面发生蠕滑变形，发生较大变形，超过准许变形值时，发生滑移式崩塌。

边坡变形与破坏，决定于坡体中应力分布和强度与岩土体强度这一对矛盾。应力监测是崩塌最有效的方法手段。当应力达到岩体的屈服强度或软弱结构面剪应力超过抗剪强度时，将发生变形破坏，在脆性岩石或较脆性岩石中发生的倾倒式、拉裂式、错断式崩塌尤为重要。

2.3 有序实施工程治理

治理工程是一项多种工程措施综合作用的系统工程，包括勘察设计、施工、监测等多项工作。查清灾害体特征和防治工程区的工程地质条件，选择合理的治理方案，是治理工程成败和发挥效率的关键。下面从勘察和设计方案选择两方面讨论。

（1）治理工程勘察

治理项目的勘察主要有两项任务，一是通过调查、遥感、山地工程等方法查清地质灾害规模、物质组成、结构特性和空间分布特征，地下水类型及其富水程度，采用多种地质模型检算地质灾害体的现状稳定性，预测未来的发展趋势；二是通过工程地质测绘、钻探、山地工程，必要时开展原位测试和水文地质试验，采集岩、土和水样，查明可能布设的治理工程轴线、场地和重点部位的工程地质条件，提供地质灾害体治理工程设计、施工提供详细的工程地质与水文地质资料和岩土体的物理力学性质指标参数，对治理工程措施、结构形式、埋置深度及工程施工等提出建议。

崩塌勘查应查明危岩体、崩塌堆积体基本特征，评价其稳定状态及其发展趋势，预测崩塌危岩的规模及危害的范围；滑坡勘查应查明滑坡区的地质环境，以及滑坡的性质、成因、变形机制、边界及范围、规模和水文地质条件等，分析评价其变形阶段、稳定状况及发展趋势；泥石流勘察应查明包括形成区、流通区和堆积区全流域区域环境地质条件，泥石流的类型、规模、发育阶段、活动规律、危害程度等基本特征，提出泥石流活动特征参数；采空塌陷应查明采空区塌陷的成因、范围及相关地质背景，评价采空区场地的稳定性及及危害程度；

不稳定斜坡是指具有蠕滑、溃屈、倾倒或侧向拉裂等变形特征或趋势的斜坡，可能演变为崩塌、滑坡，在转化为坡面泥石流灾害，勘察应满足上述三种灾害的勘察要求，勘探范围包括坡面区域和坡面外围一定区域，特别是可能转化为坡面泥石流的不稳定斜坡，勘察范围应扩大的整个沟域。

（2）治理方案选择

工程治理方案应充分利用勘查报告等资料，综合分析灾害体特征和危害性，考虑当地社会、经济条件，与和开发相结合，满足市政规划、环境保护、土地管理情况下，确定治理的总体设计方案。

崩塌治理的主要工程措施有：清除、拦挡、围护、支撑及嵌补、锚固及注浆、挂网喷射混凝土和排水等，崩塌治理工程设计应根据崩塌类型、规模、范围和危害对象等因素，选取有效的治理措施。近年来，SNS柔性防护技术在崩塌灾害治理工程中得到了很好的应用，收到了良好的治理效果。实践证明，SNS柔性防护技术是一项很好的防边坡坍塌、落石的技术手段。具有易施工、工期短、投资小、见效快的特点。但由于锚杆锚固的长度有限，对受深部结构面控制的滑移式崩塌和拉裂式、倾倒式崩塌应充分论证其治理效果（表6）。

表6 不同类型崩塌特征及防治措施Tab.6 Characteristics and prevention measures of different types of landslides

泥石流工程防治主要以疏导、拦渣为主。在形成区以抑制物源产生，阻滞泥沙输移。在流通区和泥石流通过地段以疏导为主，保证流路通畅。泥石流灾害防治工程迄今还是一门不严谨、不完善、不成熟的科学技术。因此，泥石流灾害防治工程设计受诸多不确定因素的影响，必然存在着相当大的风险性，北京地区防治工程等级大多为二、三级，降雨强度按30～50年设计。工程治理不能根本消除泥石流灾害隐患，治理后的隐患点仍需开展监测工作。

滑坡治理的主要工程措施有：抗滑桩、抗滑挡墙、预应力锚索（杆）、格构、削方减载、截排水沟、注浆加固等，滑坡治理工程设计应根据滑坡成因类型、规模、影响范围内的地质环境条件要素，综合治理。

采空区工程治理方法可分为注浆法、干（浆）砌支撑法、开挖回填法、巷道加固法、强夯法、跨越法、穿越法等。工程治理方案应根据采空区位置、地质条件、开采方式、变形阶段，根据及治理目的、工程特点等综合确定。

3 几点认识

（1）近年来北京地质灾害隐患点不断增加，主要原因是政府越来越重视地质灾害防治工作，群众的防灾减灾意识不断增加，原有的地质灾害隐患点被发现，属于还“历史欠账”，同时村民在房前屋后的无序开挖占地，形成高陡边坡，引发崩塌、滑坡等灾害，也是一个重要原因。应开展针对居民区的高精度地质灾害调查工作，同时加强管理，执行“因工程建设等人为活动引发的地质灾害的治理费用，按照谁引发、谁治理的原则由责任单位承担”防治要求，控制无序开挖占引发的地质灾害隐患。

（2）地质灾害监测预警是防灾的有效方法。专业监测和群策群防简易监测相结合，对危害大的灾害隐患点进行专业监测，建立“点、面”结合的综合监测体系。预警预报模型应充分考虑地质环境特点，建立基于地质条件、地貌条件、降雨条件随时间、周期变化的预警模型，逐步实现空间上精细预警、时间上分期预警、强度上动力预警的目标。

（3）治理项目应根据地质灾害规模、危险性和威胁对象，按轻重缓急的原则确立，对危险性大、危害性强的隐患点优先治理。治理方案结合北京的地域特殊性，遵循“剥蚀、搬运、沉积”自然规律，根据灾害体特点，优先选择根治的治理方案，提高防治效果。

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Prevention and Controlling Idea on Emergent Geological Disasters of Beijing

JIA Sanman1, ZHAI Shuhua1, JIANG Yuan2
(1. Beijing Institute of Geo-exploration Technology, Beijing; 2. Beijing Institute of Geology, Beijing; 3. Beijing Geological Prospecting and Developing Bureau, Beijing, 100195)

Beijing is one of the capital cities with frequent geological disasters, which brought some loss for people’s lives and properties. Based on the distribution analysis of geological disaster, the development features of debris flow, collapse, land side, surface subsidence due to mining, ground subsidence as well as ground fissure are systematic generalized, furthermore, the prevention and controlling zoning of geological disaster such as survey and evaluation, monitoring and prediction, engineering construction are established, which can offer some references for geological disaster prevention plan.

Geological disaster; Distribution feature; Development characteristic; Prevention and controlling measure

A

1007-1903（2017）04-0016-08

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.003

贾三满（1961- ），男，教高，主要从事地质灾害、工程地质研究等工作。E-mail：jiasanman_2005@126.com