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北京市门头沟泥石流

发布时间:2021-01-06 12:33:33

1、北京市达摩沟泥石流灾害防治方案设计与防治效益分析

于秀治1 韦京莲2

(1北京市国土资源局,北京,100006;2北京市地质研究所,北京,100011)

摘要 本文以北京市门头沟区达摩沟小流域泥石流灾害防治工程设计为例,首先阐述了该流域泥石流灾害基本情况,主要包括自然环境背景、历史上泥石流灾情、再次暴发泥石流的各种有利条件—陡坡地形、丰富固体碎屑物和高降雨环境。并对再次暴发泥石流造成的危害进行了评估。然后,综合分析该流域各种自然条件、泥石流流体性质与参数以及综合防治目标,设计制定了泥石流灾害的工程防治规划、生物防治规划和综合防治方案,进行了防治经费概算与投保估算,投保估算比为1∶8,比值较为合理。最后,对实施该治理设计方案的减灾效益、经济效益、生态效益和社会效益进行了综合分析。

关键词 泥石流灾害 防治工程 效益分析

1 达摩沟泥石流灾害概况

1.1 自然环境背景

达摩沟位于门头沟区清水河南岸,距北京市区约80km。流域面积16km2。呈上部较宽下部出口窄的葫芦形状(图1),地势南高北低。沟内有三个行政村,人口约1100人。分布有42座小煤窑。

图1 达摩沟流域图

该流域属中低山剥蚀地貌区,流域最大高差达1075.8m。次一级支沟流域的相对高差多在500~750m。各支沟平均纵比降较大,一般在160‰~230‰。

该流域处于燕山台褶带门头沟迭陷褶百花山—庙安岭向斜的北翼。出露地层仅为侏罗系(J)砂岩、粉砂岩和砾岩,第四系漂砾石、块石、砂。主、支沟现大部分受到人为改造,或辟为耕地或被开矿筑路的弃石及煤矸石等人工堆积物充填。

该小流域年平均降水量为528.8mm,汛期降水量占全年降水量的84.8%,7、8两个月的降水量可占到全年降水量的60%左右,有时可达70%以上。且降水十分集中的特点。平均每年一次暴雨,4~5年出现一次100~200mm的特大暴雨。

1.2 泥石流灾害与危害

达摩沟是一条古泥石流发育的沟谷。1950年8月4日晨6∶30~7∶30之间,该小流域的后港和王家港支沟暴发泥石流,致使38人死亡,80余间房被毁,大量耕地、果树被冲。该次泥石流是以沟源滑塌触发沟床物质活动而形成。经测定,泥石容重为1.97g/cm3。

1.2.1 具备泥石流发生的各项条件

首先,该流域具有充足的固体碎屑物。经调查估算,流域各主要支沟的沟坡动储量在2~8万m3,沟坡固体碎屑总量为671.71万m3。随着采煤业的发展,沟坡破坏速度加快,其大量的固体碎屑物成为泥石流的重要物质来源。

第二,具有较陡的地形条件。该流域山体坡度一般>35°,为沟源形成坍滑体导致沟床物质活动预备了必要的地形坡度条件。各主要支沟的沟床平均纵比降均大于150‰,均具备泥石流形成和运动的底床条件。

第三,具备激发泥石流暴雨形成背景。达摩沟年降水量为550~600mm,总体上处于较高雨区。位于本流域上游的洪水峪站雨量明显高于流域之外的清水站(表1)。流域内暴雨—大暴雨几率较高。平均3年就会出现两次日降雨>50mm的暴雨。2/3的降雨年份会出现暴雨—大暴雨的日雨量,大暴雨的机率较高。历史上曾出现日雨量为190.1mm,1小时雨强为56.5mm的强降雨。总之,达摩沟流域处于高雨强环境下。

表1 三个雨站三个多雨年年降水量统计表

最后,沟内人类活动频繁。据粗略估算,流域沟坡的煤矸石量约20万t左右,弃渣量达21.45万m3(表2)。这些松散堆积对泥石流的形成起到推波助澜的作用。可见泥石流发生的物源、水源与地形条件均已具备。

表2 达摩沟主要支沟煤矸石、弃石统计表

1.2.2 泥石流危害程度评估

经调查统计,本流域直接遭受泥石流严重危害的人口61人,房屋151间,约有400余亩土地、上千棵林木和20余间工房处于泥石流直接危害之下(表3)。30多km的沥青路段可能受到直接破坏。此外,泥石流还会冲毁其他电力矿山设备,由此将带来较大的经济损失。

表3 达摩沟山洪泥石流直接危害估算表

说明:本估算为直接损失,未包含间接损失和其他工矿、电力设施、固定资产等内容。

2 泥石流综合防治工程

2.1 防治原则

(1)综合规划、突出重点,工程措施、生物措施和行政管理措施紧密结合;

(2)以防为主,防治结合;

(3)在工程治理中采用拦、排、护、导相结合;

(4)防灾治灾与发展经济相结合;

(5)分清主次,因害设防,因地制宜的原则;

2.2 工程防治方案

根据本流域泥石流工程地质、水文地质、构造地质、地形地貌等地质环境条件,确定工程治理采用拦、排、护、导等工程。不同频率降雨的泥石流设计流量是治理工程设计方案的基本参数。为保证参数的可靠,采用3种水文法计算出不同暴雨频率下工程断面的清水洪峰流量,然后综合考虑泥石流体性质和堵塞状况,确定采用铁道部第一设计院、中国科学院地理研究所和铁道科学院西南研究所3个单位建议的“小流域暴雨洪峰流量计算公式”计算不同频率下的泥石流流量(表4)。

表4 “三单位”泥石流流量计算表 单位:m3/s

续表

注:P——不同频率降雨。固体物比重取2.70t/m3。

根据泥石流设计参数,并考虑工程实施的可行性和治理的有效性,工程方案有16个工程项目,其中拦沙坝8座,谷坊1座,格栅坝1座,护村导流堤240m,挡土墙2道,原有工程整治和沟道疏导等(表5,图2)。预计工程总造价900万元左右。

图2 达摩沟泥石流工程防治规划示意图

表5 达摩沟各支沟工程治理规划方案及功用

2.3 泥石流生物防治规划

生物防治是泥石流流域大面积治理的主要和根本手段之一。通过实施封山育林,保护和营造森林、灌丛和草木植被等措施,削减地表径流和松散固体物质积累速度,进而防止和控制泥石流活动。与此同时,改善生态环境。治理规划遵循生态效益与经济效益兼顾原则;以树为主,乔灌草相结合原则;与本流域农业、林业现状与区划协调一致,封山育林为主,人工造林与封山育林相结合原则;先易后难,先急后缓,先重点后一般原则。本流域生物治理规划防护林1042公顷,用材林362公顷,经济林42.4公顷(表6)。预计费用预算总计330万元左右。

表6 生物治理规划一览表

2.4 综合防治方案

本综合防治方案是在防治效益、投资金额和投保比例3个方面进行充分比较后设计的。投保比例中保护区价值并未考虑该沟因煤炭生产逐年增长后所带来的可增价值,因而现价值估算还属偏低,投保比要比实际偏小(表7)。

表7 达摩沟泥石流综合防治方案说明表

3 综合防治规划方案预期效益分析

3.1 减灾效益

通过工程、生物综合防治工程的实施,可保护沟内现有三个自然村庄约1000人免遭设计标准内的泥石流直接危害,极大地降低洪水危害。减少对现有矿井、原煤及部分矿山设备的破坏,减轻山洪泥石流造成的经济损失。经计算,采取工程措施治理后,沟床纵比降减缓,拦蓄、稳固沟床碎屑物约20万m3(表8)。

表8 达摩沟主要工程拦沙控制效益及底床变化表

3.2 经济效益

本流域是清水乡的主要经济支柱,该乡34.3%的经济收入来自这16km3的沟谷。但不能不考虑到该沟煤炭资源量若干年后被挖尽,人们将再次面临贫困的威胁。因而,现在实施泥石流综合治理除对现有矿山、居民、交通、电力设施提供强有力的保护外,实施的生物措施可使当地农民在煤源采尽之后仍可靠山吃山,靠山养山,这也是山区经济发展的出路之一。

如果生物治理达到规划的培育目标,则该流域林地可由目前的771.6公顷增加到1035.4公顷,即林木覆盖度从48.2%增加到64.7%。粗略估算,天然成林的林木材积量达8.28万~9.94万m3;人工造林的林木材积量为7.14万~10.52万m3;苹果、核桃、杏扁果品产量为71.6万~97.1万斤。林木材积价值达17262万~23061万元,三项果品收入每年为116.8万~156.8万元。除此而外,该流域大片山场有大量的荆条资源,按本流域有6000亩灌木林地、每亩可打荆条200斤计算,其收入为12.0万元。可见,生物治理措施可为该流域带来巨大经济收入,而这些经济效益恰是在十几年之后煤炭资源接近枯竭之时明显体现出来。与该流域相邻、自然地理及其它条件基本相同的田寺沟,从1984~1988年实施水土流失综合治理,仅生物措施一项所获经济收入较治理前提高了42.13%,如果达摩沟小流域实施生物治理也可达到这一标准,基本能实现填补煤源枯竭后的经济收入空缺。可以说,实施泥石流综合治理对改善该沟人们生存环境和质量,发展山区经济,提高生活水平有着极为深远的意义与影响,是山区人民致富的出路之一。

3.3 生态效益

通过泥石流综合治理,将在流域内建立起综合防护体系,植被覆盖率显著提高,生态环境得到明显改善,生态系统趋向良性循环。林草植被的恢复为野生动物栖息、繁衍提供了食物和场所,大量微生物利用植被落叶繁育发展,分解有机质,加速林草的生长。森林系统重建后,将发挥涵养水源,保水固土,静化空气等巨大的生态效益。与本流域相邻且条件相当的田寺东沟综合治理试验表明,经过5年封山育林,林木覆盖度由最初的40%增加到60%,其缓洪效果明显:①下垫面能抵御5年一遇降雨不出流,并能消减10年一遇洪水的99%;②10年一遇降雨出流为清水;③在封山治理和工程治理的共同作用下可抵御50年一遇洪水不产生灾害;④与未治理沟谷相比其多承受降雨50%以上,平均产流次数低30倍。由此可见,本流域通过封山育林,林木覆盖由48%提高到65%,其缓洪效益基本可达到上述结果。

综合治理可遏制土壤侵蚀,调节小流域气候,使山坡郁郁葱葱,沟谷清水汇流,沟内农、牧、林业得到巨大发展,具有良好的生态环境。

3.4 社会效益

北京作为全国的首都,减灾防灾工作在全国有着极大影响。通过对达摩沟流域的泥石流综合防治工作,可基本控制泥石流及高含沙水流对流域内居民的危害,使其安居乐业,积极参加振兴山区的经济建设,早日走向富裕之路,这无疑是对社会的一大贡献。这一举措必定能在北京山区起到在治理和降伏泥石流之时发展经济的试点作用,这对防灾减灾工作也起到很好的推动作用。

2、门头沟发生泥石流具体情况?

6月18日下午,北京市陆续开始降雨,门头沟斋堂地区降雨量达到6至10毫米,上zd游来水与本地区短时强降水共同作用,引发局地山洪泥石流。当地镇、村迅速采取措施,组织避险安置,尚未接到人员伤亡报告。截至6月19日凌晨5时,公安机关陆续接到报案,有11人失踪,目前已找到5人。门头沟区委、区政府正全力组织有关部门搜救。

事故发生后,市回委市政府高度重视,对全市范围内的山洪泥石流易发区进行全面排查, 夏季已进入汛期,降水集中,易发生山洪、滑坡、泥石流等自然灾害。要是赴山区游玩遇降雨天气要及时避险,注意人身安全。

面对突如其来的灾难,无论是人的生命、健康还是财产,在灾害事故面前往往不堪一击。每年在6-9月份由于经常降雨正式泥石流出现的频繁时期泥石流灾害的特点是规模大、危害答严重;活动频繁、危及面广;且重复成灾。

3、下图为北京市泥石流危害区与多年平均降水量分布图。读图回答下列问题。 小题1:甲、乙两地多年平均降水量


小题1:C
小题2:B

4、北京门头沟山洪已致11人失联?

据报道,6月18日下午,北京市陆续开始降雨,门头沟斋堂地区降雨量达到6至百10毫米,上游来水与本地区短时强降水共同作用,引发局地山洪泥石流,截止目前山洪已导致11人失联,目前已经找到5人。

报道称事故发生后,北京市委市政府高度重视立度即作出批示,要求全力以赴组织搜救,把损失降到最低,妥善安置受灾群众、对全市范围内的山洪泥石流易发区进行全面排查,采取切实有力措施防止类似灾害给人版民生命财产造成损失。

据悉山洪发生后当地镇、村迅速采取措施,组织避险安置,尚未接到人员伤亡报告。截至6月19日凌晨5时,公安机关陆续接到报案,有11人失踪,目前已权找到5人,相关部门正在全力搜救。

市防汛指挥部提醒目前已进入汛期,降水集中,易发生山洪、滑坡、泥石流等自然灾害,如果赴山区游玩遇降雨天气要及时避险,注意人身安全。

5、北京门头沟山洪人员伤亡情况如何?

2017年6月18日下午,北京百市陆续开始降雨,门头沟斋堂地区降雨量达到6至10毫米,上游来水与本地区短时强降水共同作用,引发局地山洪泥石流。据@北京发布 通报,度截至6月19日18时,已有6人获救,5人遇难,仍有1人失联;遇难者身份已初步确认。

据悉,6月18日下午2时许,怀来县孙庄子乡麻黄峪村一带突降局地特大暴雨,据洪水调查,降雨历时约1.5小时,最大小时雨强约100毫米,致使石羊沟暴发山洪,最大洪峰流量约190立方米每秒。

事故发生后,北京市委市问政府高度重视,北京市委书记蔡奇作出批示,北京市委副书记、代市长陈吉宁,副市长卢彦受蔡奇委托,赶到现场,指挥搜救和善后救援答工作。要求全力搜救失联者,妥善安置受灾群众,尽快恢复正常生产生活秩序,做回好遇难者家属善后工作。加强受灾村环境清理和灾后防疫,加快道路恢复,加强与周边市县协同监测,做好暴雨洪水预警。

据了解,市、区组织了300余名救援力量参加救援救灾,怀来警方出动警力参加搜救,百灵、蓝天、蓝豹、浩天、绿舟等社会应急救援组织也参与救援。

逝者安息!希望今后有技术能够及早的预测此类事情的发生,避免造答成人员伤亡和损失损失。

6、门头沟经历过的自然灾害

这本书应该能帮到你!

图书门头沟水旱灾害简百介: 《门头沟水旱灾害》为《北京水旱灾害系列丛书》之一本书以灾害为主题,广泛收集了大量史料和新中国成立以来的有关资料,科学、全面地分析了门头沟水旱灾害的成因、特点、发生规律及发展趋势,并在认真总结防灾、减灾历史经验的基础上,根据21世纪门头沟度区发展的要求,提出防治水旱灾害的对策和措施。
本书可供与防洪、抗旱、治污有关的水利、农业、城建、环保、计划、财政等政府部门工作人员及大中专学生阅读。...

图书目录
 内  序
前言
第一篇总论
第一章门头沟水旱灾害特征
第二章水旱灾害的成因及容影响
第三章抗御水旱灾害的历史与成就

第二篇洪水灾害
第四章门头沟洪水灾害
第五章门城镇洪涝灾害
第六章泥石流灾害
第七章 冰雹灾害
第八章洪灾的成因及影响
第九章防洪减灾措施

第三篇干旱灾害
第十章城镇干旱缺水
第十一章山区农村干旱
第十二章干旱的成因及影响
第十三章抗旱减灾成就及缺水形势预测

第四篇水污染灾害
第十四章

7、北京是泥石流多发地区吗

房山、密云、怀柔、门头沟4个区县处于北京的强降雨带上,降水量最为zd丰富。同时,又具有山前地带的泥石流多发地形及地质松散的地貌特征,雨季触发泥石流的可能性非常大版。
北京山区较多,降雨量大的时权候这些地区易发生泥石流。但是市中心4环以内就不会了。

8、斋堂为什么降雨那么小发生泥石流

目前已进入汛期来,降水集中,易发生山洪、滑坡、泥石流等自然灾害。
北京6月19日讯6月18日下午,北京市陆续开始自降雨,门头沟斋堂地区降雨量达到6至10毫米,上游来百水与本地区短时强降水共同作用,引发局地山洪泥石流。当地镇、村迅速采取措施,组织避险安置,尚度未接到人员伤亡报告知。截至6月19日凌晨5时,公安机关陆续接到报案,有11人失踪,目前已找到5人。门头沟区委、区政府正全力组织有道关部门搜救。

9、 北京市北山地区泥石流灾害灾情评估

一、北京北山地区泥石流灾害概况

(一)自然地理及社会经济概况

北京北山地区统称军都山,属燕山山脉。其山体大致呈NEE或NE向,由断块山组成。本次泥石流灾害评估范围是密云县西北部、怀柔县中部和延庆县东南部地区,包括17个乡,面积约1800km2。北山地区山地海拔高度一般为500~1000m,个别达1000m以上,如黑坨山(1534m)、云蒙山(1414m)、大洼尖(1286m)等。地貌类型属中低山,向东南部过渡为丘陵。区内水系有潮河、白河和怀河,均属海河水系。白河和潮河均发源于坝上草原。它们横切燕山山脉,蜿蜒而下,注入密云水库。区内潮河、白河和怀河支流发育,可将其划归于11个流域,即汤河南岸(简称汤河流域)、白马关河、白河北岸、牤牛河、潮河西岸(简称潮河流域)、菜食河、琉璃河、怀沙河、雁栖河及沙河流域。

本区属暖温带半湿润大陆性气候,年平均气温8~10℃,最高月平均气温为25.7℃,最冷为-6℃,年温差32℃。由于区域内地形高差、山脉走向及气候风向不同,造成降水时空分布不均,大部分地区多年平均降水量在550~700mm,局部地区达700~850mm。降水量多集中分布在每年的6~8月份(图12-7)。

图12-7 北京北山地区年平均降水量等值线图

等值线单位/mm

评估区交通比较方便,有沙通铁路从区域东南经过,有密云—古北口,密云—柏碴崖,怀柔—丰宁,琉璃庙—四海等主要公路。此外,各乡(镇)政府所在地都有普通公路通行,各主要村庄有简易公路或大道与乡(镇)政府所在地连接。

本区工农业生产不太发达,收入水平较低。工业主要为一些小型的乡镇企业和加工工业。农业则由于山区土薄地少,大部分耕地为沟道坝地。其质量差,且常有泥石流、洪水、干旱等自然灾害经常发生,所以产量较低。目前,相当一部分村庄的粮食还不能自给,需依靠国家供应返销粮。

(二)泥石流灾害概况

本地区泥石流活动频繁,是我国泥石流灾害最严重的地区之一。其发育历史悠久,最早的灾害记录为1867年发生在怀柔县沙河峪道河、枣树林西沟、黍子峪西沟的泥石流。此后到1991年发生严重泥石流灾害14次,平均9年1次;其中9次为较大范围的群发性泥石流,周期约14年1次。从灾害活动的时间分布看,1959年以前,泥石流平均15年一次,群发性泥石流约30年1次。1959年以后泥石流活动爆发频率增高,平均约4.5年一次,其中以1977年外最为严重,其余均为群发。从灾害活动的地区分布看,区内各流域泥石流活动频率并不相同:白马关河、琉璃河、沙河、白河南岸四个流域泥石流相对活跃,周期属中短期(二年至十几年),其它流域为中长期(十几至五十年),比区域泥石流活动频率低(表12-13)。

表12-13 各流域泥石流活动周期表

自1959年以来的几次泥石流活动,由于受暴雨中心位置和暴雨范围的控制,常成群出现,具有强烈的群发性特征。但几次泥石流爆发区并非在同一地区,而且沿北北东方向不断迁移(图12-8)。历次泥石流活动的规模以中小型为主,一次冲出物质量一般为1×104~5×104m3。

本区频繁发生的泥石流活动给人民生命财产造成了较严重损失。主要直接破坏是造成人员伤亡、冲毁房屋、冲毁农田和林地、阻断交通道路、冲毁电力通讯设施、冲毁和淤埋各种水利工程设施等;此外还有停工停产、农作物减产等间接损失。现将本区主要泥石流灾害事件和损失情况汇总于表12-14。

图12-8 北京北山地区泥石流灾害分布图

1—1959年泥石流爆发区;2—1969年泥石流爆发区;3—1972年泥石流爆发区;4—1976年泥石流爆发区;5—1989年泥石流爆发区;6—1991年泥石流爆发区

表12-14 泥石流灾害损失统计表

续表

注:据韦京莲等资料,略有修改。

二、泥石流灾害的危险性评价

(一)危险性评价的基本方法和步骤

1.首先在众多影响因素中选取与泥石流关系密切的关联因子;然后按小流域分别统计关联因子的原始资料和数据,以便确定等级划分的标准;据此将原始资料和数据进行概化预处理,使其转化成1~10的标示各因子水平的定量化数据。

2.利用灰色关联度分析的方法确定各关联因子的关联度,并依此确定出各关联因子的权重值。

3.用各关联因子的概化标度乘上其权值之积确定各小流域的历史灾害强度和潜在灾害强度;再用历史强度和潜在强度分别乘上其权值就得到各个小流域的危险性指数。

4.依据所得小流域的危险性指数对每个小流域进行泥石流危险性评价。

(二)危险性指数的计算过程

1.选取关联因子及其资料数据

根据泥石流的形成条件,本区均属于暴雨型泥石流。其形成主要与气候条件、地形地貌条件、地质构造条件以及人类经济活动和泥石流活动历史关系密切。由于本次泥石流评价是以小流域为基本单元进行的。所以,我们选取区域性规律特征比较明显,能够代表泥石流的历史形成状况和潜在形成条件的因素作为关联因子;选取泥石流活动规模、发生频次和泥石流的点密度作为代表泥石流历史状况的主要关联因子;选取大于50mm的暴雨日数和年平均降雨量两个气候条件,流域最大高差、沟谷最大高差和沟床平均纵比降等3个地形地貌条件,构造发育程度和松散固体物质储量2个地质构造条件以及植被度1个人类活动条件作为区域泥石流形成的潜在活动因子进行危险性评价。

2.关联因子调查统计及概化处理

北京北山地区11个小流域泥石流原始资料数据调查统计结果见表12-15。其中泥石流规模是按一次泥石流冲出物质量的多少来确定的;岩石风化程度、松散固体物质储量和构造发育程度是区域相比较的结果。

由于表12-15中的统计资料既有定量数据又有定性描述,难以进行量化计算,所以必须将它们进行概化预处理后才能进行灰色关联分析计算。根据本区的泥石流发育规律和特征,并参考有关研究成果,得出本区泥石流各主要关联因子的分级、概化和赋值标准(表12-16)。把所有的关联因子都分成四级,根据分级的概化标准从高级到低级将原值分别用10、6、3、1代替;考虑到植被度越高越不容易发生泥石流,即植被度与泥石流活动呈负相关关系,所以植被度的赋值由高级到低级分别用1、3、6、10代替。

3.计算关联因子的关联度和权值

泥石流的影响因素是多种多样的,其中既有已知的,也有未知和模糊不清的。因此,可以把泥石流的活动过程看成是一个灰色系统,用灰色关联分析的方法来确定各因子间的关联度。

令x(i、j)为灰色关联因子集(i代表样本个数,i=1,2,3…N;j代表各个因子,j=1,2,3…M;且N≥M),其中x(i、j)为对比序列(即主导因子),则关联度的计算步骤如下:

(1)用均值化方法把原始数据做无量纲化处理,得出均值化矩阵x1(i、j)。

地质灾害灾情评估理论与实践

式中:x1(i,j)——均值化数据;

x(i,j)——原始数据;

——原始数据第j列(j个因子)的平均值。]]

1(i,j)-x(i,j)进行求差序列计算。式中∆(i,j)为主导因子与关联因子比较后的绝对差值。

(3)计算最大绝对差值和最小绝对差值。

地质灾害灾情评估理论与实践

式中:∆max——所有差值序列中的最大绝对差值;

∆min——所有差值序列中的最小绝对差值。

表12-15 北京北山地区泥石流基础资料统计表

表12-16 关联因子的分级、概化和赋值标准

(4)计算关联系数

地质灾害灾情评估理论与实践

式中:ζ(i,j)——关联系数;

k——经验系数,一般取0.5。

(5)计算关联度

地质灾害灾情评估理论与实践

式中:R(j)——对比序列(主导因子)与其它各因子的关联度;

j——第j列因子。

按上述步骤,用计算机计算得出了主导因子与关联因子间的关联度,进而确定它们之间的关系密切程度和各因子对泥石流所做贡献的大小(即各因子的权重值)。

利用已概化的数据,分别选取泥石流的规模、频次和点密度作为主导因子,其它因子作为关联因子,分别求得主导因子和关联因子的关联度。从关联度的计算结果看,相对于三个不同主导因子的泥石流关联因子的关联度的排序基本上一致。取其平均值得到各潜在形成条件的关联度。同样方法以每个主导因子的三个关联度的平均值作为主导因子的关联度。

由于泥石流的历史条件和潜在条件对泥石流危险性贡献的大小不同,因而泥石流的历史条件(规模、频次和点密度)只能说明泥石流过去的活动程度;今后发展趋势及衰减程度,则取决于泥石流的潜在条件。因此,我们把历史灾害活动程度和潜在灾害活动条件作为评价泥石流灾害危险性的决定因素。在这两方面影响因素中的各个关联因子对泥石流危险性的贡献也不相同。利用前面所进行的关联分析,分别求得历史条件和潜在条件各关联因子的关联度之和及各关联因子的权重值(表12-17)。

另外,我们利用德尔菲法获得了历史灾害活动程度和潜在灾害活动条件对泥石流危险性的权值分别为0.42和0.58。

4.计算各流域泥石流的危险性指数

泥石流危险性指数是表示泥石流活动危险性程度的指标,危险性指数越高,泥石流活动的危险性越大。危险性指数由下式计算获得:

地质灾害灾情评估理论与实践

式中:WZ——泥石流危险性指数;

LD——泥石流的历史活动强度;

QD——泥石流的潜在活动强度;

R1——历史灾害强度的权值,R1=0.42;

R2——潜在灾害强度的权值,R2=0.58;

M=11;

x(i,j)——概化后的数据;

R(j)——各关联因子的权值;

其它符号意义同前。

按上式计算得出每个小流域泥石流的潜在强度、历史强度和危险性指数。计算结果见表12-18。

(三)泥石流灾害危险性评价

从泥石流危险性指数的计算结果看出,北京北山地区11个小流域泥石流活动的危险性程度由高到低的排列顺序为:琉璃河>沙河>白河南岸>白河北岸>白马关河>菜食河>雁栖河>怀沙河>潮河>汤河>牤牛河。

为了更直观地反映泥石流活动危险性程度的高低,依据各小流域的危险性指数进行分级区划。共划分为4级:其中高度危险(Wz>6)的有琉璃河、沙河、白河南岸和白河北岸4个小流域;重度危险(Wz,5~6)的有白马关河和菜食河2个小流域;中度危险(Wz,4~5)的有雁栖河和怀沙河2个小流域;轻度危险(Wz,<4)的有汤河、潮河和牤牛河3个小流域(表12-19、图12-9)。

表12-17 北京北山地区泥石流活动主导因子与关联因子的关联度及权值计算结果表

表12-18 北京北山地区泥石流活动关联因子概化数据及危险性评价计算结果表

表12-19 北京北山地区泥石流危险性分布简表

图12-9 北京北山地区泥石流灾害危险性分布图

1—高度,>6;2—重度,5~6;3—中度,4~5;4—轻度,<4;5—泥石流小流域代号

三、泥石流灾害易损性评价

(一)易损性评价的基本方法和步骤

1.以小流域为单元,调查统计社会经济状况、固定资产和土地使用类型;并将所有的社会资产(包括工农副业总产值、固定资产和土地价值三部分)折合成1992年的价值,从而得到各个小流域的社会资产总值和单位面积的资产密度。

2.用各个小流域的单位平均资产和人口密度分别除以整个评价区的单位平均资产和人口密度,二者相乘之积为该流域泥石流易损性指数。

3.根据各小流域的易损性指数对评价区进行泥石流易损性评价。

(二)易损性指数的计算过程

1.调查统计北京北山地区11个小流域的社会经济状况、固定资产和各类用地面积,并核算土地和各类资产价值;然后累加,得到每个小流域的社会总资产(表12-20、12-21)。

表12-20 北京北山地区社会经济和固定资产统计结果表

注:1亩=0.066km2(下同)。

表12-21 北京北山地区用地类型及其价值统计结果表

2.易损性指数计算

易损性指数是表示灾害区承受泥石流破坏能力的指标。它与社会资产和人口密度密切相关。易损性指数越大,对泥石流活动的敏感程度越高,通常灾害所产生的破坏损失越严重。易损性指数的计算方法和步骤如下:

(1)将各小流域的社会资产除以小流域的面积,得出各小流域的单位平均资产。将各小流域的社会总资产除以整个评价区的面积,得出整个评价区的单位平均资产。

(2)将各小流域的单位平均资产和人口密度分别与整个评价区的单位平均资产和人口密度相比较(相除),然后将其值相乘,就得到每个小流域的易损性指数。即按下式计算:

Yi=(Ri/Ro)×(Zi/Zo)

式中:Yi——各个小流域的易损性指数;

Ri——各个小流域的人口密度/(人/km2);

Ro——评价区平均人口密度/(人/km2);

Zi——各个小流域的单位平均资产/(万元/km2);

Zo——评价区的单位平均资产/(万元/km2)。

按上述步骤计算所得的各个小流域易损性指数的结果见表12-22。

表12-22 北京北山地区泥石流易损性评价结果表

(三)泥石流灾害易损性评价

根据泥石流易损性指数计算结果,11个小流域易损性指数的排列顺序为:沙河>潮河>怀沙河>雁栖河>牤牛河>菜食河>白马关河>汤河>琉璃河>白河北岸>白河南岸。

根据各个小流域的易损性指数分布情况,将全评价区的易损性划分为4级:其中极重度易损性(Yi,>1.5)的有沙河和潮河2个小流域;重度易损性(Yi,1~1.5)的有怀沙河和雁栖河2个小流域;中度易损性(Yi,0.5~1)的有琉璃河、菜食河、汤河、白马关河和牤牛河5个小流域;轻度易损性(Yi,<0.5)的有白河北岸和白河南岸2个小流域(表12-23、图12-10)。

表12-23 北京北山地区泥石流易损性分级区划结果表

(四)泥石流的危害程度分析

泥石流的危害程度是指在一定的自然条件和社会经济条件下,泥石流灾害对人类生命财产的破坏能力和威胁程度。它包含了泥石流的危险性和易损性两个方面,可以用危害程度指数表示。按下式计算:

WX=Wz·Y

式中:WX——危害程度指数;

Wz——危险性指数;

Y——易损性指数。

图12-10 北京北山地区泥石流灾害易损性分布图

1—极重度,>1.5;2—重度,1~1.5;3—中度,0.5~1;4—轻度,<0.5;5—泥石流小流域代号

经计算得出北京北山地区各小流域泥石流的危害程度指数(表12-24)。由高到低的排列顺序为:沙河>潮河>怀沙河>雁栖河>琉璃河>菜食河>白马关河>白河南岸>白河北岸>牤牛河>汤河。按危害程度指数将本区的泥石流危害程度划分为4级:其中危害程度极高(WX,>10)的只有沙河流域;危害程度高(WX,5~19)的有潮河、怀沙河和雁栖河三个流域;危害程度中等(WX,3~5)的有琉璃河、菜食河、白马关河和白河南岸4个流域;危害程度较低(WX,<3)有汤河、白河北岸和牤牛河3个流域(图12-11)。

表12-24 北京北山地区泥石流危害程度指数计算结果表

图12-11 北京北山地区泥石流灾害危害强度分布图

1—极高,>10;2—高,5~10;3—中等,3~5;4—低,<3;5—泥石流小流域代号

四、泥石流灾害的破坏损失评价

(一)破坏损失评价的基本方法和步骤

1.对11个小流域的泥石流灾害破坏损失情况进行调查统计,并折合成1992年价值,得到各个小流域的损失总和。

2.将各小流域损失总和分别与社会资产、固定资产和工农业生产总值相比较,得到不同形式的泥石流的破坏损失率。将各小流域的人员死亡数与现今流域人口总数相比较,得到各个小流域的人员死亡率。

3.将破坏损失率乘以人员死亡率,得到各流域破坏损失指数。

4.依据上述各种计算结果对各个小流域进行泥石流破坏损失评价。

调查、统计、计算结果见表12-25~12-29。

(二)泥石流灾害破坏损失评价

北京北山地区各流域泥石流破坏损失由高到低的排列顺序为:白马关河>白河北岸>琉璃河>汤河>牛河>雁栖河>菜食河>白河南岸>怀沙河>潮河>沙河。根据泥石流破坏损失率计算结果看,虽然由不同方法求得的各种破坏损失率的排序不尽相同(表12-30),但其排列顺序大致相同,而且与破坏损失指数的分布情况基本一致。

表12-25 北京北山地区泥石流发生年次及破坏损失统计结果表

表12-26 北京北山地区泥石流流域破坏损失统计结果表

表12-27 北京北山地区社会经济状况和泥石流损失情况一览表

表12-28 北京北山地区泥石流破坏损失率计算结果表

表12-29 北京北山地区泥石流破坏损失指数计算结果表

表12-30 不同统计计算结果反映泥石流破坏损失程度的排序表

根据泥石流破坏损失指数Ps的计算结果,各个小流域由高到低的排列顺序为:白马关河>白河北岸>琉璃河>牤牛河>白河南岸>汤河>雁栖河>菜食河>怀沙河>潮河>沙河。可划分成4级:破坏损失程度极高(Ps,>1)的有白马关河和白河北岸2个小流域;破坏损失程度高(Ps,0.2~1)的有琉璃河、白河南岸和牤牛河3个小流域;破坏损失程度中等(Ps,0.02~0.2)的有汤河、菜食河、怀沙河和雁栖河4个小流域;破坏损失程度低(Ps,<0.2)的有潮河和沙河2个小流域(表12-31、图12-12)。

表12-31 北京北山地区泥石流破坏损失指数分级表

图12-12 北京北山地区泥石流灾害损失强度分布图

1—极高,>1;2—高,0.2~1;3—中等,0.02~0.2;4—低,<0.02;5—泥石流小流域代号

五、泥石流防治工程评价

(一)泥石流防治工程现状

北京北山地区泥石流分布广,其发生的时间、地点难以预测,加之这里自然条件恶劣,经济水平较低,人们对泥石流的潜在危险性认识不足等原因,时至今日,尚未建立起完整的泥石流防治体系,现有的一些防护工程设施,大多是为防治山洪而建造的小型水利工程。此外,本区的森林植被度平均只有23%,因而既难以抑制泥石流活动,更难以抵御泥石流破坏,致使每次发生泥石流都要造成严重损失。

(二)泥石流防治方案及其效益分析

北京市水文地质工程地质大队和北京市地质研究所于1991~1993年曾联合进行过北京北山地区泥石流灾害勘察及其防治方案的调研工作,选取北京北山地区的密云县番字牌西沟(属白马关河流域)和怀柔县柯太沟(属白河北岸流域)两条沟的泥石流进行了勘察规划工作。根据泥石流的形成条件、环境背景、形成过程、类型特点及其发育历史和发展趋势,提出了泥石流的防治方案。其基本措施如下:

工程措施:按一定的设计标准和校核标准建筑工程设施。即保证在发生设计标准内的泥石流和高含沙洪水时,工程设施正常运行,保护对象不受危害;又要保证在发生校核标准内的泥石流和高含沙洪水时,工程设施不被破坏,还能有效地减轻灾害损失。

生物措施:主要是封山育林,以涵养水分,固土固坡,调节地表径流,削弱形成泥石流的水动力条件,抑制泥石流活动。同时还发展干鲜果品经济林、用材林和薪炭林,以繁荣经济。

两方面措施落实后,将有效地防治泥石流灾害。以此为基本依据,进行这些措施的投入与产出分析,并以这两条沟为例,延伸对全评价区泥石流灾害防治工程进行评价。

1.番字牌西沟泥石流防治方案效果分析

工程设施标准按防御50年一遇的高降水量和保证率2%设计;校核标准为100年一遇的高降水量和保证率1%。番字牌西沟小流域内主沟上游(小西天)为大型泥石流沟谷,其余支沟为小型泥石流沟,防治对象为小西天沟和其它二、三级支沟。防治工程规划的要点是:自上游至下游,采取稳固、拦挡、护排相结合的工程措施,以减轻或消除泥石流和高含沙洪水对沟内村庄、耕地和公路设施的危害;同时进行生物防治,从根本上削弱泥石流活动。投资概算和预期效益:总投资361.69万元,其中工程措施投资294.25万元,生物措施投资67.44万元。在工程设施建成后,能基本控制松散固体物质的启动和运移,从而降低泥石流的爆发频率,削弱泥石流的规模,抑制泥石流危害。当小流域的森林生态得以重建之后,它既能抑制泥石流活动,又能使工程设施更充分、更长久地发挥作用;同时,由于干鲜果品经济林和农业的发展,每年可增加收入225.57~248.49万元。

2.怀柔县柯太沟泥石流防治方案效果分析

工程设施设计标准按防御20年一遇的高降水量和保证率5%设计;校核标准为50年一遇的高降水量和保证率2%。防治工程规划的要点是:自上游至下游采取拦、调、蓄、排相结合的工程措施,同时进行生物防治,以减轻或消除泥石流和高含沙洪水对东湾子村及其下游的危害。

投资概算和预期效益:总投资317.28万元,其中工程防治投资251.66万元,生物防治投资65.66万元。在工程设施建成和生态重建之后,其防灾效益和生态效益与番字牌西沟基本相同。同时又促进农业、干鲜果品、水产养殖和采矿业的发展,每年可增加收入70万元左右(用材林收入未计算在内)。

(三)泥石流防治工程评价

根据泥石流灾害发展趋势,不进行有效的防治,所造成的破坏损失将不断增大;相反,如果采取措施进行防治,则泥石流活动的破坏损失就会减小。

假定上述两条沟的泥石流防治方案均于2000年底前完成,其有效使用年限为50年,则上述两条沟谷的投入产出比值分别为:番字牌西沟为225.57×50/361.69≈31;柯太沟为70×50/317.28≈11。

我们在下列假设条件下,对北京北山地区泥石流未采取防治措施和采取防治措施后的破坏损失水平(即年平均损失)和累计损失分别进行预测。

S损=S平(1+A)αt·(1+B)βt

式中:S损——预测年份的破坏损失水平;

S平——统计的1959~1993年的年平均破坏损失水平;

A——国民经济年均增长速率;

α——随国民经济增长发生的破坏损失增长系数;

B——采取防治工程措施后年均破坏损失降低的速率;

β——防治工程措施对灾害破坏损失的影响系数;

t——预测的年份。

假定条件:北京北山地区的泥石流强度规模、发生频率保持不变;国民经济增长速率(A)为7%;在不采取防治措施,灾害程度保持现状的情况下,由于国民经济增长而形成的破坏损失增长系数(α)为50%;按防治方案实施防治工程措施,并且到2000年底全部完成投入运行后,泥石流的破坏损失率将逐渐降低,其降低速率(B)为10%;防治工程措施对泥石流灾害的有效防治程度(B)为80%。依照上述公式和假设条件以及1959~1993年统计的泥石流灾害的年平均损失,分别计算出在不采取防治措施和采取防治措施两种情况下各小流域不同年份的破坏损失水平和累计损失的预测值(表12-32和表12-33)。

表12-32 未防治情况下北京北山地区泥石流破坏损失水平和累计损失预测结果表

表12-33 防治后的北京北山地区泥石流破坏损失水平和累计损失预测结果表

从损失预测结果看,泥石流在保持已往历史强度规模和频率的情况下,若不进行有效防治,其破坏损失将持续增长,大约20年翻一番;累计损失增长速度更快,平均10年左右就翻一番。如能采取防治工程措施,泥石流的损失水平将明显降低。如果按10%的速率逐渐降低,那么到2030年的损失水平基本趋势近于0,累计损失虽然仍不断增加,但增长速度趋于缓慢(图12-13)。

图12-13 不同条件下泥石流预测损失水平和累计损失曲线图

1—未防治的累计损失曲线;2—防治后的累计损失曲线;3—未防治的损失水平曲线;4—防治后的损失水平曲线

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