泥石流灾害及工程防治对策研究

泥石流灾害及工程防治对策研究

苏杰 徐波 刘策

中煤地质集团有限公司   北京市/100040

摘要：泥石流作为一种地质灾害现象，在全球山区范围内广泛发生。当前，泥石流灾害在强降雨及气候的影响下，形成机制愈加复杂，预警及防治工作十分困难，是人民的生命和财产安全的潜在风险，严重制约了国家重大基础设施的建设和后期的安全运行，也极大地影响了社会的可持续发展，是现阶段亟待突破的科学难题。因此，对泥石流灾害防治工作的研究显得尤为重要。本文通过分析延庆区珍珠泉乡桃条沟村地质灾害类型为泥石流，关于泥石流的成因及治理对策的研究已有不少工作，山区的泥石流灾害综合治理工程和改善山区生态环境的对策正在逐步完善，主要从泥石流灾害及工程防治技术上的进展，探讨未来研究要关注的问题。

关键词：泥石流灾害；工程；防治对策

引言

泥石流是由于陡坡地区的土石松动，加上大雨、山洪等因素的作用，使得大量的泥沙、石块等混合物迅速流动而形成的地质灾害。泥石流通常发生在山区或丘陵地带，其特点是流速快、冲击力强以及破坏力大。泥石流的形成往往与山区地质条件、降雨情况等有关，而且容易造成严重的人员伤亡和财产损失。由于我国地质条件复杂，地震频繁，山地面积较大，加之人口众多，泥石流灾害频发，是世界上受灾最为严重的国家之一。根据统计数据显示，每年我国平均发生泥石流灾害约3000多次，泥石流灾害造成的死亡和失踪人数平均在1000人以上，直接经济损失数十亿元。因此，泥石流灾害进行预防和治理对于减少和避免泥石流带来的生命和财产损失具有重要的意义。

1概述

1.1泥石流灾害史及灾情

根据《北京市延庆区突发地质灾害详细调查报告》、现场踏勘和调查访问，勘查区历史上未发生过泥石流灾害，但是，人类工程活动频繁，村民在中下游沟域两侧开垦耕地，修筑房屋，部分沟谷堵塞、占用，暴雨季节洪水难以顺畅排泄，加之现状沟底和沟域两侧有一定的松散堆积物，有暴发泥石流的可能性。

1.2泥石流危险区范围及险情

根据前述沟域内泥石流灾害历史调查及现场勘查情况，桃条沟泥石流危险区范围包括所有可能发生泥石流活动的沟道区域及泥石流、洪水能够直接到达的区域。据此，桃条沟泥石流主要威胁中下游住户、耕地等区域，危险区面积0.13km2。

1.3泥石流堵溃下游河道的可能性分析

由于勘查区森林植被发育，物源较少，沟谷纵横比降较小，主沟流速、流量、输沙能力小，且向西流经河道比较宽阔，桃条沟泥石流堵断下游河道的可能性较小。

2泥石流的成因机制和引发因素

2.1泥石流的成因机制

桃条沟泥石流为稀性泥石流，暴雨洪水诱发，规模为中型。

由于勘查区四面环山，上游地形较陡，主沟、树枝状支沟纵坡较大，为水源的汇集提供了有利的地形条件；中游沟域两侧及沟床内存在一定的松散堆积物，为泥石流的发生提供了物源，而暴雨则是泥石流形成的主要引发因素。在暴雨作用下，水流大量汇集于沟道，汇流过程中将坡面松散泥沙及坡面的各类松散堆积物源携带进入沟道并顺沟而下，通过沟道揭底冲刷卷动沟道内的松散堆积物源，并将两侧沟岸松散固体物质带走，向下游运动，从而暴发泥石流。

2.2泥石流的引发因素

（1）充足的水源条件：区内清水汇流区降水量丰富，主要集中于7、8月份，多雷阵雨、短历时暴雨，降水多以地表径流的形式排泄，动能较大，为泥石流活动提供了充足的水源条件。集中的降水产生洪水强烈冲蚀地表及侵蚀沟谷，将沟岸坡上的固体物源冲携至主沟，增加沟内松散物源储量。该因素为诱发泥石流的主要因素。

（2）丰富的物源补给：中游沟域两侧及沟床内存在一定的松散堆积物，为泥石流的发生提供了物源。在暴雨作用下，水流大量汇集于沟道，汇流过程中将坡面松散泥沙及坡面的各类松散堆积物源携带进入沟道并顺沟而下，将两侧沟岸松散固体物质带走，参与泥石流活动。该因素为泥石流暴发提供了物源条件。

（3）适宜的地形条件：区内支沟发育，沟谷形态多呈“U”型，有利于降水短时间汇集形成洪峰，为物源启动及流通提供充分条件。

（4）人类工程活动：山区耕地稀少，主要集中在中下游沟域两侧开垦耕地，修筑房屋，形成松散堆积物源；同时，村民在生产生活中，占用、堵塞部分沟道，造成泄洪通道狭窄，暴雨季节水流无法顺畅排泄，加剧产生泥石流地质灾害的可能性。

3泥石流基本特点

3.1地形及沟道条件

桃条沟上游为V型谷地貌，具有岸坡陡峻，深度较大的特点。沟域内山高坡陡，平均坡度在30-40°以上，有利于降雨的汇集。根据不同地段坡度、植被情况、斜坡结构特征等的差异，降雨的径流系数0.55，为泥石流水源的汇流集中提供了基础。特别是上游沟段通常沟谷较为狭窄，纵坡较陡，水流动态变化较大，具陡涨陡落的山溪沟谷特征。下游段宽度较大，虽沟谷纵坡较小，但在暴雨条件下，也为松散固体物质的搬运和参与泥石流活动提供了有利的地形条件。

桃条沟泥石流物源主要分布于流域中上游地区，上游汇水启动中游固体物质，形成泥石流后向下游运动，至中下游公路涵洞处受阻停积。按照上述特点，将流域划分为清水区、物源区和流通区三个部分。

清水区：主要分布于上游，多地形陡峻，覆盖层薄，森林植被茂密，生态环境良好，物源分布较少，在泥石流形成中主要起汇水形成地表径流的作用。

物源区（堆积区）：主要分布于流域上游两岸地区及中下游沟道内，其松散覆盖层分布广泛，主要物源为崩滑堆积物源、沟道堆积物源及坡面侵蚀物源。由于沟道纵坡减小和沟道宽度增大，成为泥石流停积的主要区域。

流通区：水库以下的沟段，由于由于水库调蓄作用增大，成为泥石流向下游流通的主要区域。

桃条沟为暴雨沟谷型泥石流沟，其地处深切割构造侵蚀中低山地貌区，流域内地形陡峻，临空条件发育，为降雨汇水形成地表径流、松散固体物源的形成和启动聚集以及泥石流灾害的发育提供了有利的地形条件。

桃条沟主沟从上游向下游根据物源的分布、沟道纵坡的变化以及泥石流活动的形成和冲淤特征将其分为三段：上游段为沟道起始点以上区域，此段长约1.5km，纵坡降181-240‰，沟道宽度10-36m，物源较多，两岸陡峻，但植被茂密；中游段为上游段以下至中下游公路涵洞处，此段长约635m，纵坡降72‰，沟道宽约1.7-2.9m，沟道内物源丰富，因人类工程活动植被较少；下游段为公路涵洞处至沟口，此段长约1445m，纵坡降49‰，沟道宽约2.5-35m，沟道内泥石流堆积物丰富，因人类居住和工程活动植被较少。

桃条沟泥石流分为清水区、物源区（堆积区）和流通区。清水区主要分布于主沟和支沟上段，物源区位于主沟中游和支沟下游段，主沟下游为流通区。

3.2形成区（清水区）地形地貌条件

形成区（清水区）分布于主沟和支沟上游段，主要地貌特征地形陡峻，斜坡坡度多30°～40°以上，沟谷纵坡大，多在300‰以上，且森林植被发育，植被覆盖率85%以上，以乔灌木为主，而松散堆积层覆盖较薄，主要为基岩斜坡，岩体较坚硬、抗风化能力强，不良地质现象较少，分布零星，大多不会参与泥石流活动。

3.3形成区（物源区）地形地貌条件

泥石流的形成区（物源区）主要为主沟中下游以及支沟下游段，面积约0.21km2，占总面积的6.82%。该区内沟道一般呈窄“U”形，主沟沟床宽度1.7~29m，沟道中纵坡降为72‰，支沟沟床宽度，沟道中纵坡降为135-375‰。该区域出露岩体为侏罗系安山岩，褐红色、粗粒结构，块状构造，由斜长石及钾长石及暗色矿物等组成。岩体较完整，抗风化能力较强，山体多呈浑圆形。沟道内松散堆积物主要为坡洪积、泥石流堆积碎石土；沟道多被村民开垦为耕地，种植板栗核桃树。上世纪50年代以来，当地村民在沟道内用干砌石坝阶（地埂）进行闸沟垫地，这种干砌石坝阶修建标准低，既无基础，又缺乏整体性。在中小降雨条件下有利于水土的保持，但在暴雨等强降雨时，不仅不能及时拦截、疏导、分散坡面崩滑物，还成了人为补给泥石流的固体物质来源，形成揭底冲刷型泥石流，并增加泥石流的破坏力。物源区为桃条沟泥石流的形成提供丰富的松散堆积物源。

3.4流通堆积区地形地貌条件

流通堆积区位于主沟下游段，面积约0.02km2，约占总面积的0.65%。该沟段沟床纵坡降49‰，沟道较宽缓，一般宽约2.5-35m，沟道内主要为砾石，一般粒径为10cm-25cmm，含量约60-70%。沟道宽阔，有利于泥石流物质的淤积，冲淤特征主要以淤积为主。

4泥石流灾害的工程防治对策研究

4.1强化工程防治

在岩土工程地质灾害防治期间，可以采用工程防治方式，工程防治是最为基本且有效的防治措施。在工程防治过程中，工作人员要提前对施工环境特点、气候情况进行分析，在此基础上，制定针对性更强的施工方案，比如针对泥石流问题，可以通过建设拦挡坝等方式进行防治。针对大型地质灾害，技术人员要做好当地地质情况勘测工作，确保能够对当地地质情况有全面认识，这样可以对地质灾害基础信息有正确认识，制定科学的防治措施，从而为后续地质灾害防治工作的落实提供保障。

4.2强化生物防治

在岩土工程地质灾害防治期间，生物防治属于一种较为环保的防治方式，如果从长远发展角度进行分析，生物防治方式具备更多优势，符合社会发展趋势。生物防治可以采用不同方式，比如退耕还林还草、扩大绿色植被面积等，此类方式不仅能够达到更好防治效果，而且能够创造更多的经济效益。需要注意的一点是，生物防治起效时间相对漫长。为确保生物防治技术能够发挥出自身优势，工作人员要提前了解当地地质情况，实现对生物防治的科学合理规划。在采取生物防治方式期间，因为防治方式起效时间长，政府部门要制定科学合理的措施，实现生物防治措施的贯彻落实。要对放牧、森林砍伐进行有效控制，从根本上减少地质灾害出现。

4.3采取有效避让措施

避让措施在岩土工程地质灾害防治期间发挥着重要作用，避让的本质是在地质灾害发生前做好应急准备工作以及避让准备工作，尽量避免与地质灾害出现正面冲突，从而减少地质灾害造成的损失。从当前地质灾害防治过程中，避让主要采取两种方式，一种是雨天避让方式，另一种是搬迁避让方式。具体分析如下。1)在雨天避让时，需要工作人员重点关注天气变化，对于特定地质灾害，可以采用必要的转移避让，缩小地质灾害影响范围，尽量减少损失。雨天避让时，要采用更加安全的转移方式，遵循就近原则完成转移工作。2)搬迁避让也是避让中的一种有效方式，避让措施针对的往往是较大规模的岩土工程，搬迁避让期间需要花费更多人力资源、物力资源与财力资源。因此，要加大投入力度，在此基础上，加强对周围环境的保护。在部分大型岩土工程建设期间，可以采用政府出资方式，针对灾害频发区域进行全面治理，这样能够实现对各类安全隐患的有效控制。

4.4创建地质灾害预警体系

在地质灾害防治过程中，要将创建完善的地质灾害预警体系作为一项重点工作。在地质灾害预警体系创建过程中，要将地质部门、社会力量发挥出来，对于地质灾害发生概率较高的区域，尤其要做好灾害宣传工作以及灾害预防工作。在地质灾害预警体系创建过程中，工作人员要对以往工程项目地质灾害发生情况进行分析，总结以往工作经验，并将具体内容融入到预警体系中，在最大限度上保证地质灾害预警体系完善性。对以往地质灾害预警体系中的有效内容进行合理利用，这对于提升地质灾害预警体系的可操作性而言具有重要意义。在地质灾害预警体系中，要明确相关工作人员需要完成的具体工作，保证各项工作都能够有专门的工作人员负责，防止工作不到位、工作混乱情况出现。如果在其中某一环节中出现问题，也可以及时联系负责人，实现对问题的科学处理。在未来的社会发展中，地质灾害防治要对预警系统监测范围进行扩大与完善，尽量实现全覆盖。可以发挥GPS、GIS技术优势实现准确定位，这样能够减少地质灾害的发生。在地质灾害发生之前会有一定的预兆，通过地质灾害预警体系，能够实现对现场环境情况、地质情况的监督，并收集相关数据信息，工作人员通过数据信息分析，可以明确工程现场是否存在异常情况，实现对地质灾害信息的科学预测，针对异常情况给出针对性的解决措施，比如组织人员撤离现场，这样能够帮助人们躲避险情。

结束语

在泥石流爆发前，针对岩土体的地质等各方面的条件，采取及时有效的预防措施，防止泥石流的发生，比如通过植树造林等生物措施的方式来防止岩土体的水土流失现象，从而在根源上截断泥石流发生的可能。总的来说，泥石流的防治工作要结合实际情况来开展，只有紧紧运用好泥石流工程防治中的总体原则“稳、拦、排”,才能使得泥石流防治工作取得最好的成效。

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