天津城建大学学报第２ｏ卷第４期２０１４年１０月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ Ｃｈｅｎ￣ｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ￣Ｖｏ１．２０ Ｎｏ．４ Ｏｃｔ．２０１４ 承德围场县西山庙台沟泥石流危险性分析 郑江波，李雪峰 （天津城建大学地质与测绘学院，天津３００３８４） 摘要：庙台沟位于河北省承德市围场县县城西山，曾发生山洪泥石流灾害．为了掌握庙台沟泥石 流的运动变化规律，更有效地减小泥石流的危害，通过对庙台沟的地形地貌、物源、水源的勘察 分析，计算得出了泥石流的容重、流量、流速、冲击力等参数；针对其形成条件和基于数量化理 论，对该泥石流的危险性进行了分析及评估，进而为相关工程的评价及防治提供参考． 关键词：泥石流；危险陛分析；泥石流流量；流速；冲击力 中图分类号：Ｐ６４２．２３ 文献标志码：Ａ 文章编号：２０９５．７１９Ｘ（２０１４）０４．０２５７．０５ 庙台沟泥石流是威胁围场满族蒙古族自治县县 流域内有丰富的松散物质的补给；③有强大的径流动 力（如暴雨、水库坝体溃决、急剧的融雪等），短时间 可形成大量水流． 城的一条主要泥石流沟，曾经对其进行过一些灾害治 理工作，主要包括地质灾害调查、群测群防、监测预 警、年度防灾预案及应急勘查治理等防治工作Ｉ】Ｊ．但 由于围场县属于国家级少数民族贫困县，治理资金有 限，当时泥石流防治工程的设计标准为２０年一遇， 以上游拦挡工程为主，下游排导工程仅修建至城区 边，未形成系统的排导工程，不能形成完整的防灾减 灾体系． １自然条件概况 庙台沟泥石流沟谷属滦河水系的伊逊河的次级 支沟谷，沟谷径流方向为由西向东，流经县城后汇入 匡 沟谷边界线团 星量羹 Ｅ刍地貌分区界线 图１庙台沟分布示意 伊逊河．沟谷主沟道上下游平均比降３２０％ｏ～４５％ｏ， 汛期常发生山洪泥石流，干旱季节干枯断流． １．１地形地貌条件 庙台沟沟谷山体坡度较大（见表１），一般＞２５ｏ， 山坡面积占沟总面积的６０％～８０％，陡峻的山坡一方 县城西部地势西部高、东部低，县城区北高南 低．庙台沟沟道走向为北东、东西向（见图１）．区内 山峰海拔高度均在１ ０００ ｍ以上，群峰相连形成的西 山分水岭构成一道巨大的天然屏障，使得两侧有冷气 流在此相遇，常常形成中心式暴雨． 面为松散固体物质向沟内聚集提供了条件，另一方面 也为沟源形成坍滑体导致沟床物质活动预备了必要 条件［２Ｊ． 庙台沟主沟长２．０３ ｋｍ，总流域面积２．１０ ｋｍ ， 分水岭最高高程Ｉ ３０５ ｍ，沟口汇入伊逊河处高程 ８５５ ｍ，相对高差４５０ ｍ，沟道纵坡降４５％ｏ～３２０％。， 泥石流的形成与地形、地质、水文、气象、植被、 地震、人类活动等因素有关，可概括为缺一不可的３ 个基本条件：①有陡峻的地形和较大的沟床纵坡；② 收稿日期：２０１４。０５—２９；修订日期：２０１４．０７．１０ 平均纵坡降１６６％ｏ．沟道上游沟岸山坡坡度＞２５。， 中游沟岸山坡坡度２３。一３２。，下游沟岸山坡坡度一 基金项目：河北省国土资源厅特大地质灾害治理项目（ＺＣＺＣ一２０１３—１５８） 作者简介：郑江波（１ ９８８一），男，河北保定人，天津城建大学硕士生． ・２５８・ 天津城建大学学报２０１４年第２０卷第４期 般为１５。．沟谷宽度不一，最宽处有４０ｍ，最窄处 仅６ ＩＴＩ．沟内山坡阴坡植被以油松、落叶松为主，覆 盖面积６５％～９０％；山坡阳坡植被覆盖率较低，局部 生长灌草，并伴山杏、山杨等，覆盖面积２０％ ４５％， 岩石风化严重，较破碎，多有崩塌堆积体；沟底以种 植沙棘为主，部分沟段沟底零散有槐树等高大乔木， 覆盖面积５０％左右．主沟及各支沟多为“Ｖ”字型沟谷， 沟口出口处有大量居民建筑［３］． 表１庙台沟地貌特征一览表 沟谷名称 庙台沟 流域面积／ 沟口以上汇水面积／ 主沟长度／ ．沟床平均纵比降／‰ 山坡坡度／ｌ 相对高差／ ｋｍ ２．１０ ｋｍ １．５ ｋｍ 【上游ｌ中游ｌ下游ｌ平均值ｌ （。） ２．Ｏ３ ３２０ Ｉ １３３ Ｉ ４５ ｌ １６６ Ｉ １５～３５ ｎｌ ４５０ 根据庙台沟主沟长度、流域面积以及形态特征， 各主支沟阴坡、半阴坡及植被覆盖率较低的阳坡 查《铁路工程地质手册》【４Ｊ可知，庙台沟泥石流流域 形态特征为沟谷型． 沟谷型泥石流主要分布在暴雨中心附近的沟谷 地形上，与山坡型泥石流暴发数量相比要少一些，暴 发的规模也相对大一些． １．２物源条件 勘查区出露及下伏基岩主要为燕山期中粗粒花 坡面上大面积被残坡积、坡洪积碎石土覆盖，厚度２～ ３ １ＴＩ，每年雨季遇大雨或大暴雨，形成坡面流冲刷坡 面松散固体物质，随着坡面流向沟内的汇集，同时也 携带大量泥砂堆积在沟内．另外，庙台沟的流通区沟 深壁陡、沟道弯曲，每年在山洪的侧向侵蚀下，凹岸 凸岸都有沟岸坍塌现象，塌落的松散体或被洪水带走 或沉积在沟内．由于沟坡破坏速度的加快，加速了储 量的积累ｐＪ． 岗岩，岩石本身坚硬程度较高，但表部强风化带深度 内，风化强烈，裂隙较发育，岩石多被走向ＮＥ８０。、 ＮＮＥ３。、ＮＷ３３５。三组裂隙切割成不规则的块体， 使岩石整体强度降低，破坏了岩石的稳定性，在各种 可见，庙台沟流域内有丰富的松散物质，为泥石 流的暴发提供了有利条件． １．３水源条件 勘查区地处温带季风气候暴雨集中区，区内山峰 外营力作用下花岗岩块体沿斜坡崩塌、滚落现象经常 发生．另外，表部岩石在冰劈、根劈作用下，生成大 量碎屑物，不断受到流水的侵蚀，向沟床输送大量松 散固体物质（见图２）． 海拔高度均在ｌ ０００ ｍ以上，群峰相连形成的西山分 水岭构成一道巨大的天然屏障，使得两侧有冷气流在 此相遇，常常形成中心式暴雨．根据围场气象站４９ 年降水资料统计，西山多年平均降水量４４３．３ ｍｍ， 汛期降水量占全年降水量的７６％，７、８两个月的降水 量可达到全年降水量的７０％左右．另外，西山出现暴 雨的频率较高，且强度较大（见表２）．４９年中有１８ 个年份的日最大降水量在５０～１００ｍｍ，属暴雨；有 １个年份的日最大降水量超过１００ ｍｍ，属大暴雨； 合计４９年中有１９个年份的最大日降水量属暴雨、大 暴雨，占３８．７％． 由此可见，降雨量四季分布不均匀，汛期以暴雨 图２庙台沟崩塌物源 降水为主，为沟道汇流创造了良好条件． 表２围场县气象站最大一日降雨量情况统计表 项目 １００往 ５Ｏ年 ２０年 ｌ０年 ５年 ２正 最大一日设计雨量／ｍｍ 超过该设计雨量次数 ｌ２６．１９ ｌ１２．８６ ９５．２５ １ ８１．９２ ２ ６８．５９ ５ ５０．９７ １２ 注：表格中数据不包含超过上一级标准的次数 天津城建大学学报郑江波等：承德围场县西山庙台沟泥石流危 ・２５９・ ２泥石流勘查工作布置 本次泥石流勘查工作是在以往勘查工作的基础 上布置，采取地形测量、工程地质测绘、钻探、浅井、 槽探、现场试验及室内试验等手段开展工作．本次勘 察布设钻孔９个，孔深８ １０ ｍ／孔，设计总进尺８０ ｍ； 布设浅井２０眼，设计井深３～８ ｍ，设计浅井工作量 为８４ ｍ；布设探槽５９个，设计槽深３—５ ｍ，总工作 量５１９ ｍ。．取岩、土试样分析测试，获取岩土体的物 理力学性质参数，为后续地质灾害治理方案选择和治 理工程设计提供地质资料． 经调查估算，勘查区内易发生移动的松散岩土体 的总体积约９．８７６万ｍ ． ３泥石流主要参数 ３．１泥石流容重计算 泥石流的整体搬运和堆积特征使泥石流的沉积 样保存完好，能反映泥石流的整体级配，可以通过沉 积样的颗粒组成（由现场取样如图３以及颗分实验获 得）计算泥石流的容重［６】，公式如下 ＝ｅｏ？ ＋７＂０ 式中：尸０．５为小于０．０５ ｍｍ的细颗粒的百分含量； 为大于２ ｍｍ的粗颗粒的百分含量；Ｙｖ为黏性泥石流 的最小容重，为２．００ ｔ／ｍ ；７＂０为泥石流的最小容重， 为１．５０ｔ／ｍ ． 图３现场取样照片 颗分曲线是通过筛分实验对泥石流的形成区、流 通区、沉积区分别进行取样筛分，汇总归纳后绘制而 成的（见图４）．取三条颗分曲线的平均值可得 Ｐｏ５＝１１％，Ｐ２＝６０％ 代人式（１）可得： ＝２．０５ ｔ／ｍ ． 摹 蠡 ＩⅢ 蜓 刊 ÷ 颗粒直径／ｍｍ 图４泥石流颗分曲线 可见，庙台沟泥石流属于黏Ｉ生泥石流．一般认为 黏性泥石流呈层流状态，固、液两相物质呈整体等速 运动，流体黏稠，浮托力大，能使巨大的漂石悬移或 滚动．此种泥石流一旦发生，来势迅猛，冲击破坏力 大，能使大型桥梁、房屋、护岸建筑等在短时间内遭 受破坏． ３．２泥石流流量估计 泥石流流量的计算是一个复杂问题，目前尚无成 熟的理论计算公式．现借用我国云南省东Ｊｌ Ｊ的经验公 式Ｌ７ｊ估算承德围场西山的泥石流流量，即 Ｑｏ＝Ｑｂ（１＋ ）‘Ｄ“ （２） ： （３） 一 式中：Ｑ。为泥石流洪峰流量，１３１＿ ／ｓ；Ｑｂ为流域设计 暴雨洪峰流量，ｍ ／ｓ； 为泥石流修正参数； 为泥 石流容重，ｔ／ｍ ； 为泥沙比重，ｍ ／ｓ；Ｄ 为泥石流 堵塞系数． 根据已知资料查阅得Ｑｂ＝ｌ７．０８ ｍ ／ｓ，泥石流容 重 ＝２．０５ ｔ／ｍ ，泥沙比重 ＝２．６８ ｔ／ｍ。，计算出修 正参数 为１．６７．堵塞系数见表３． 表３堵塞系数Ｄ 值 堵塞程度１ 严重 ｌ 较严重 １ 一般 微弱 Ｄ ｌ２．６～３．ｏ Ｉ ２．ｏ～２．５ Ｉ １．５～１．９ １．０～１．４ 依据庙台沟堵塞情况调查结果，按表３经验数字 选定堵塞系数Ｄ ＝２．０． 将上述数值代人式（２），计算得庙台沟Ｑ 为 ９１．２１ ｉｒｌ ／ｓ．根据庙台沟内易发生移动的松散岩土体 的总体积和泥石流流量，采用李德基标准，由表４Ｅ ・２６０・ 可知，庙台沟泥石流按规模分类属于中型泥石流 表４泥石流规模分类 类型名称 李德基标准 峰值流量／ｍ３－ｓ 一次泥石流总量／ｍ 特大型泥石流 ２ ０００ ＞１×１００ 大型泥石流 ３ｏｏ～２ ０００ １×１０５～１ ｘ１０ 中型泥石流 ５０～３００ １ ｘ１０４～Ｉ×１０ 小型泥石流 ＜５０ ＜ｌ×ｌＯ ３．３泥石流流速计算 为了便于计算，把每一阵泥石流近似概化为稳定 均匀流 ，这样就可以用下式表达 ＝ｃ４ｅａ （４） 式中： ｐ为泥石流平均流速，ｍ／ｓ；Ｒ为泥石流的水 力半径，ｍ，近似等于泥深日；Ｉ为泥石流的沟床纵比 降；Ｃ为谢才系数，又 ｃ： 尺ｒ （５） 式中： 。为泥石流糙率系数， 见表５．当】，＝１／６时 Ｖ￣１，２ ＝ｐ（６） ，２ 表５ ４ｍ泥深以内各糙率／Ｉｔ 数值 Ｈｉｍ ０．１～０＿３ ０＿３～０．５ Ｏ．５～２．０ ２．Ｏ～４．Ｏ ｌ／ｎ。 ７０ ４０ ３０ １８ 门ｃ ０．０１４ ０．０２５ ０．０３４ ０．０５６ 当Ｈ＝１．５时，取 。＝０．０３４， １／ｎ。＝３０；，取 ｌ６．６％．经计算可得 ＝１６ ｍ／ｓ． ３．４泥石流冲击力计算 泥石流冲击力的计算方法很多，多半是根据现有 的理式，以改变其中某些参数来计算泥石流的冲 击力．本文采用计算流体动压力作为泥石流的冲击 力，即 尸＝ＫＹｃ 式中：Ｐ为单位面积上的流体压力，Ｐａ；７ｃ为泥石流 容重，ｋｇ／ｍ ，取２ ０５０ ｋｇ／ｍ ；Ｋ为泥石流不均匀系 数，取３．８； 为泥石流流速． 经计算可得Ｐ＝２×１０ ｋＰａ． 通过调查了解，云南东川蒋家沟泥石流导流堤上 设立的钢筋混凝土直立式跌水井，在１９６８／０８／ｌ０ 被泥石流冲击力破坏，当时计算得泥石流冲击力为 天津城建大学学报２０１４年第２０卷第４期 ３．８７×１０ ｋＰａ；之后，云南东川达德沟在１９８１／０６／３０ 暴发灾害性泥石流，破坏了铁路桥，经计算，此次泥 石流的冲击力为１．０３×１０ ｋＰａ．由上述两次泥石流冲 击力的比较可知，庙台沟泥石流的冲击力介于二者之 问．因此，庙台沟泥石流对县城区居民的生命财产存 在较大的潜在威胁，应及早采取相应防治措施． ４泥石流严重程度判别 近年来，铁道部科学研究院西南分院根据国内近 千条泥石流沟的实地调查和统计，提出了泥石流沟严 重程度的数量化评判方法ｆ４Ｊ．该方法主要从地貌因 素、河沟因素、地质因素等决定泥石流沟严重程度的 诸因素中选择Ｉ５项基本因素，按数量化理论要求进 行评分，然后按所得总分（Ⅳ）判定其严重程度．现采 用此方法对庙台沟泥石流的严重程度进行判定，见表 ６．通过参照文献［４］所规定的泥石流沟严重程度判别 因素数量化标准，计算得庙台沟泥石流沟判别因素数 量化指标Ⅳ＝６５．由表６可知，庙台沟泥石流的严重 程度属于中等严重的泥石流． 表６泥石流沟按判别因素数量化指标的分类 泥石流按严重 判别因素 泥石流按严重 判别因素 程度的分类 数量化指标Ⅳ 程度的分类 数量化指标Ⅳ 严重的 Ⅳ＞８７ 轻微的 ６３＞Ⅳ＞３３ 中等严重的 ８７＞Ⅳ＞６３ 非泥石流沟 Ｊｖ＜３３ ５结论与建议 （１）庙台沟松散堆积体发育，部分沟岸边坡在溯 源侵蚀下切作用下稳定性较差，沟床内堆积有大量崩 滑积、泥石流积、坡洪积及冲洪积松散堆积物，泥石 流物源动储量丰富，沟床纵比降上游３２０％ｏ、中游 １ ３３％ｏ、下游４５％。，一次泥石流过程总量及一次泥石 流冲出固体物质总量较大，泥石流易发程度为易发． （２）庙台沟泥石流属于黏性泥石流，泥石流洪峰 流量为９１．２１ ｍ ／ｓ．采用李德基标准，庙台沟泥石流 按规模分类属于中型泥石流． （３）与云南东ＪｔＩ蒋家沟泥石流及云南东川达德沟 泥石流相比，庙台沟泥石流的冲击力为２×１０ ｋＰａ， 介于二者冲击力之间．借鉴二者造成的破坏能力，可 以看出庙台沟泥石流破坏能力强．
