北京市房山区霞云岭“7·20”坡面泥石流特点及形成因素浅析

2021-12-11王海芝胡福根任凯珍

城市地质 2021年4期

王海芝，胡福根，于淼, 任凯珍

（北京市地质研究所，北京 100120）

坡面泥石流是在很短的时间内，由滑坡体的位能快速转化为动能的一次性滑动—流动堆积，是坡面土体和水流相互作用的结果。虽然坡面泥石流的规模较小，但是由于其分布广，速度快，突发性强，冲击力大，所以是危害十分严重的突发地质灾害。李树德等（1988）根据其受力运动方式将其划分为滑坡型泥石流和崩塌型泥石流，统称为坡面泥石流。我国多位学者研究了坡面泥石流发育的地貌、地质条件、激发因素，取得了相应的研究成果，推动了坡面泥石流的理论认识。曾凡伟等（2005）从地貌的角度分析了地貌因素与坡面泥石流形成的关系；刘成等（2006）从坡度的角度对坡面泥石流的坡面因素进行了研究与分析，认为坡面泥石流的发生与坡度存在密不可分的联系；有学者从主要激发因素方面，分析了强降雨对坡面泥石流形成的影响（王士革，1999；周伟等，2013；余斌等，2016）；还有学者利用调查与试验手段，从多个角度对坡面泥石流的发生与演化进行了研究与探索（胡明鉴等，2003；冯自立等，2005）。研究普遍认为坡面泥石流的产生是由于前期降雨及当日强降雨共同作用下，降低了坡面土体的抗剪强度，土体局部出现剪切破坏，雨水入渗使裂隙饱水，土体孔隙水压力升高形成超孔隙水压力，斜坡岩土体启动下滑。在滑动过程中，滑动土体碰撞、剥离解体，下泄造浆形成泥石流。上述研究多集中于坡面泥石流区域共性特点及发生机理方面，而对于特定区域坡面泥石流发育的环境及其激发条件综合分析的研究较少，而这恰恰是区域坡面泥石流防灾减灾的重要依据，是今后坡面泥石流研究工作的重点。

坡面泥石流是近年北京市发生数量较多的突发地质灾害，据不完全统计，2004年到2020年的17年间，共发生坡面泥石流11起（北京市地质研究所，2004—2020），占已发生泥石流灾害总数的31.43%。已发生的坡面泥石流造成2人死亡，数百万的经济损失，严重影响了人民的生产生活。对于北京的沟谷型泥石流，诸多学者进行了多方面研究，并且都取得了令人满意的成果（贾三满等，2016；申健等，2018；王海芝，2019，2020），而对于坡面泥石流的研究较少。由于坡面泥石流在发生之前，具有较强的隐蔽性，所以，虽然其规模较小，但是造成的危害却不容忽视，为防灾减灾带来一定的困难。因此对坡面泥石流的特点及形成机理进行研究，对提高防灾减灾效率具有重要的现实意义。本文采用统计、现场调查及典型案例分析的方法，对房山区霞云岭乡坡面泥石流的特点、发生条件进行了分析研究，以期对今后坡面泥石流的防灾减灾工作提供技术支撑。

1 霞云岭坡面泥石流及其特点

据不完全统计，近17年来，北京市共发生坡面泥石流11起，造成2人死亡，经济损失数百万元。其中7起坡面泥石流发生在北京市房山区霞云岭乡（表1、图1），占发生泥石流数量的63.64%。

图1 房山区霞云岭乡白草畔景区公路泥石流灾害位置示意图Fig. 1 Location of highway debris flow disaster in baicaopan scenic area, Xiayunling Township, Fangshan District

表1 北京市房山区霞云岭乡坡面泥石流基本信息统计表Tab. 1 Statistical table of basic information of slope debris flow in Beijing in Xiayunling Township, Fangshan

坡面泥石流发生地的地形陡峻，松散物厚度大。从发生坡面泥石流的地形看，坡度均大于25°，松散堆积物厚度多大于1 m，这与国内其他地区发生坡面泥石流的坡度及松散堆积物特点具有一致性。

坡面泥石流发生位置具有较高的隐蔽性。由于发生坡面泥石流区域松散物厚度较大，利于植被生长，因此植被发育极其茂盛，且多为灌木和乔木，植被覆盖率均在80%以上。高植被覆盖率导致很难在前期调查时发现形变的迹象，只有在泥石流爆发之后才能确认灾害的位置。

坡面泥石流具有明显的群发性。霞云岭乡坡面泥石流，有6起坡面泥石流是发生于两场降雨激发的群发性坡面泥石流，占发生坡面泥石流数量的54.54%。群发性高的主要原因是同一个地区地形地貌及松散堆积物的特点基本相同，在强降雨的作用下，一旦达到了激发条件，极易同时暴发。坡面泥石流群发性的特点，在一定程度上增加了该类突发地质灾害防灾减灾工作的难度。

坡面泥石流的日激发雨量均为大暴雨或以上级别。其中人工堆积坡面泥石流及1次自然堆积坡面泥石流日降雨量为大暴雨量级，其他坡面泥石流激发日雨量均达到了特大暴雨级别。从小时降雨量统计数据分析得出，激发坡面泥石流的小时雨强均大于30 mm·h-1。

2 “7·20”坡面泥石流

“7·20”降雨是北京市1963年以来降雨量最大的场次降雨过程，全市平均降雨超过200 mm，降雨总量超过2012年的“7·21”暴雨的降雨总量。本次降雨并未激发典型的沟谷泥石流，但是却激发了典型的坡面泥石流，说明“7·20”降雨满足坡面泥石流的激发条件，但是尚未达到沟谷型泥石流的激发条件。

2.1 地质环境条件

2016年7月20日房山区霞云岭乡白草畔景区公路西侧山体发生3起小型坡面泥石流灾害，距离较近（图1）。3起坡面泥石流均位于四马台村大石根沟西侧坡面上，整体坡面较陡，坡度35°～ 45°，相对高差500 m，植被覆盖率90%，坡体表层以碎石土为主，局部基岩出露，岩性以奥陶系马家沟组灰岩为主。由上述可以看出，白草畔景区公路具备了发生坡面泥石流的地质条件及地貌条件。在充分降雨的激发条件下，发生了坡面泥石流。

2.2 坡面泥石流特征

No1坡面泥石流位于景区公路西侧边坡，坡度40°。该处坡面泥石流顺坡长约150 m，宽约28 m，冲刷深度约1.2 m，冲出方量约5000 m3，冲出土石方堆积在坡面及沟道内。堆积物成分主要为碎石土，碎石含量30%，一般块径0.1～0.3 m。坡脚修建浆砌石挡墙，挡墙高1.5 m，厚0.5 m，该坡面泥石流造成坡脚挡墙垮塌长度约25 m。

No2坡面泥石流位于景区公路西侧边坡，坡度38°，该处坡面泥石流顺坡长约100 m，宽约20 m，冲刷深度约1.5 m，冲出方量约3000 m3，冲出土石方堆积在坡面及沟道内。堆积物成分主要为碎石土，碎石含量30%，一般块径0.1～0.3 m。坡脚修建浆砌石挡墙，挡墙高1.5 m，厚0.5 m，该坡面泥石流造成坡脚挡墙垮塌长度约18 m。

No3坡面泥石流位于景区公路西侧边坡，坡度25°，该处坡面泥石流顺坡长约150 m，宽约10 m，冲刷深度约1 m，冲出方量约1500 m3，冲出土石方堆积在坡面及沟道内。堆积物成分主要为碎石土，碎石含量80%，最大块径2 m，一般块径0.2～0.4 m。坡脚修建浆砌石挡墙，挡墙高1.5 m，厚0.5 m，该坡面泥石流造成坡脚挡墙垮塌长度约8 m。

2.3 坡面泥石流的激发因素

根据杨为民（2007）的研究，坡面泥石流的形成演化是按照降水入渗饱和阶段→局部剪切破坏阶段→滑动面扩展贯通阶段→坡体启动下滑阶段→滑体解体造浆阶段→坡面流体堆积阶段的过程推进的，这与白草畔坡面泥石流的形成过程基本是吻合的。百草畔坡面泥石流正是在具备了地质及地貌条件的前提下，在特大暴雨激发下形成了坡面泥石流。

2016年7月19日凌晨至21日，黄淮气旋北上驱动其北侧的稳定偏东水汽向西山移动，在地形的作用下，水汽抬升产生连续降雨。这次降雨总体具有持续时间长、范围广、总量大、雨强高等特点（图2）。

图2 2016年7月20日北京市降雨量分布图Fig. 2 Rainfall distribution map of Beijing on July 20, 2016

“7·20” 整个降雨过程达55 h，主要降雨出现在19日白天和20日凌晨至夜间2个时段。其中 20日8时—24时是本场降雨的主要时段，最大小时雨强达到了40 mm（图3），全市平均降雨量212.6 mm，暴雨中心的总降雨量超过400 mm。本场降雨虽然持续时间长，但是雨势比较平稳，这是本场降雨总雨量大却没有激发群发性的沟谷型泥石流的主要原因。