北京延庆地区南湾道豁子沟泥石流发育特征

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2021.024

摘要/Abstract

摘要：

以北京市延庆地区南湾道豁子泥石流沟为研究对象,通过野外泥石流沟精细调查及历史资料统计,详细了解该泥石流发育特征和形成条件,针对流域内松散堆积物补给条件进行重点分析;综合研究该泥石流的动力学特征,进行泥石流危险区预测评价,提出相应的防治措施建议。研究结果表明:该泥石流沟内松散堆积物动储量为18.47×10⁴ m³,分为冲洪积、残坡积、人工堆积和崩滑塌等4种补给来源,其中冲洪积和残坡积所占比重最大;泥石流发展阶段处于衰退期;经动力学分析,洪峰流量值在10年一遇的降雨条件下为52.53 m³/s,20年一遇的降雨条件下为59.25 m³/s,50年一遇的降雨条件下为68.13 m³/s,100年一遇的降雨条件下为74.85 m³/s,对应的一次固体冲出总量分别为0.77×10⁴ m³、0.87×10⁴ m³、1.00×10⁴ m³和1.10×10⁴ m³;属于中型泥石流,最大危险区面积为0.238 3 km²。通过评价分析,该泥石流沟仍存在爆发中型泥石流的可能性,将对下游南湾村以及千沙公路行车和行人的生命财产安全造成威胁。研究成果可为延庆地区该类泥石流单沟预警模型研究和灾害防治提供科学依据。

关键词: 延庆地区, 南湾道豁子, 泥石流, 发育特征, 危险区预测

Abstract:

In this study, we investigated the Huozigou debris flow at Nanwandao(Yanqing district, Beijing). Through careful investigation and historical data statistics, the development characteristics and formation conditions of the debris flow are unraveled. Dynamic characteristics of the debris flow are studied comprehensively, and the risk area of debris flow are predicted and evaluated, and the corresponding prevention and control measures are proposed. The results show that the dynamic reserve of loose deposits in the debris-flow gully is 18.47×10⁴ m³, which contains four kinds of supply sources, including alluvial diluvial, residual deposit, artificial deposit, and landslide. The debris-flow development stage is in the decline phase. According to the dynamic analysis, the peak flow value is 52.53 m³/s for once-in-a-decade rainfall, 59.25 m³/s for once-in-a-decade rainfall, 68.13 m³/s for once-in-a-50-year rainfall, and 74.85 m³/s for once-in-a-century rainfall, with the total volume of one solid outfall being 0.77×10⁴ m³, 0.87×10⁴ m³, 1.00×10⁴ m³, and 1.10×10⁴ m³, respectively. It is a medium-sized debris flow, and the maximum danger area is 0.238,3 km². According to the evaluation and analysis, it is still possible to have medium debris flow in this gully, which poses a traffic safety threat to Nanwan village and Qiansha highway downstream. Our results provide a scientific basis for studying the mono-channel early-warning model of debris flow at Yanqing and the related disaster prevention and control.

Key words: Yanqing district, Nanwandao gap, debris flow, development characteristic, hazard prediction

中图分类号:

P642.2

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图/表 11

图1 研究区地理位置及地形地貌概况 (a)延庆地区地貌渲染特征;(b)南湾道豁子沟遥感影像特征

Fig.1 Geographical location and topography of the study area

表1 南湾道豁子沟泥石流沟基本特征

Table 1 Basic characteristics of Huozigou debris flow,Nanwandao

区域	面积/km²	主沟长/km	主沟沟底宽/m	平均纵坡降/‰	相对高差/m	松散物储量/10⁴m³	沟谷形态
全流域	5.84	5.64	3~100	95.39	538	18.47	V型谷
形成区	5.42	1.27	3~16	248.41	342		V型谷
流通区	0.32	4.22	15~30	98.44	154		V型谷
堆积区	0.10	0.15	40~100	14.32	42		U型谷

图2 南湾道豁子沟地貌渲染(a)和主支沟分布图(b)

Fig.2 Geomorphic map of Huozigou in Nanwandao (a) and distribution map of main and branch gully(b)

表2 南湾道豁子沟主支沟信息统计

Table 2 Data statistics of main and branch gully of Huozigou, Nanwandao

相对位置	流动方向/(°)	长度/m	纵坡降/‰
主沟	23	5 640.760	95.39
支沟	325	1 340.130	200.43
支沟	81	1 067.570	213.84
支沟	101	705.790	256.54
支沟	344	841.798	314.73
支沟	354	1 258.430	269.72

图3 研究区1981—2017年降雨量柱状图

Fig.3 Histogram of rainfall in the study area from 1981 to 2017

图4 南湾道豁子沟松散堆积物分布图 (a)冲洪积;(b)残坡积;(c)崩滑塌;(d)人工堆积

Fig.4 Distribution map of loose deposits in Huozigou, Nanwandao

图5 南湾道豁子沟松散堆积物 (a)砂岩风化层;(b)冲洪积;(c)道路施工堆积;(d)沟道下游块石堆积;(e)支沟内残坡积;(f)崩塌巨石

Fig.5 Loose deposits in Nanwandao Huozigou

表3 南湾道豁子沟松散堆积物动储量统计

Table 3 Static reserve statistics of loose deposits in Huozigou, Nanwandao

物源类型	分布位置	平均厚度/m	动储量/10⁴m³
冲洪积	主沟沟道	0.69	6.75
残坡积	支沟坡面	0.56	8.34
人工堆积	支沟沟道	0.68	3.32
崩滑塌	主沟坡面	0.55	0.06
总计	流域	0.59	18.47

表4 南湾道豁子沟泥石流流速计算结果

Table 4 Calculation result statistics of debris flow velocity in Huozigou, Nanwandao

频率	沟谷纵坡降/‰	河床外阻力系数	降雨水力半径R_c/m	降雨泥石流断面平均流速/(m/s)
10年一遇	0.095	4.0	0.15	0.58
20年一遇	0.095	4.0	0.3	0.92
50年一遇	0.095	4.0	0.6	1.46
100年一遇	0.095	4.0	1.2	2.30

表5 南湾道豁子沟一次泥石流冲出固体物质总量计算统计

Table 5 Statistics for calculating the total amount of solids ejected from a debris flow in Huozigou,Nanwandao

设计频率	t/min	q/(L·(s·hm²)^-1)	$ψ$	F/hm²	Q_p/(m³/s)	D_c	Q_c/(m³/s)	Q/10⁴m³	Q_H/10⁴m³
10年一遇	60	108.78	0.3	584	19.06	2.0	52.53	2.14	0.77
20年一遇	60	122.70	0.3	584	21.50	2.0	59.25	2.41	0.87
50年一遇	60	141.11	0.3	584	24.72	2.0	68.13	2.77	1.00
100年一遇	60	155.04	0.3	584	27.16	2.0	74.85	3.04	1.10

表5 南湾道豁子沟一次泥石流冲出固体物质总量计算统计

Table 5 Statistics for calculating the total amount of solids ejected from a debris flow in Huozigou,Nanwandao

设计频率	t/min	q/(L·(s·hm²)^-1)	$ψ$	F/hm²	Q_p/(m³/s)	D_c	Q_c/(m³/s)	Q/10⁴m³	Q_H/10⁴m³
10年一遇	60	108.78	0.3	584	19.06	2.0	52.53	2.14	0.77
20年一遇	60	122.70	0.3	584	21.50	2.0	59.25	2.41	0.87
50年一遇	60	141.11	0.3	584	24.72	2.0	68.13	2.77	1.00
100年一遇	60	155.04	0.3	584	27.16	2.0	74.85	3.04	1.10

图6 南湾道豁子沟最大危险区预测示意图

Fig.6 Schematic diagram of the predicted maximum risk area in Huozigou,Nanwandao

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