北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价

doi:10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.086

现代地质 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (04): 1013-1022.DOI: 10.19657/j.geoscience.1000-8527.2022.086

北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价

聂琼¹(), 聂治豹², 陈剑³(), 丁士君², 吴赛儿³, 李多³, 葛润泽³, 陈瑞琛³

1.国家电网有限公司,北京 100031
2.中国电力科学研究院有限公司,北京 100192
3.中国地质大学(北京)工程技术学院,北京 100083

收稿日期:2022-10-01 修回日期:2022-11-07 出版日期:2023-08-10 发布日期:2023-09-02
通讯作者: 陈剑,男,教授,1975年出生,地质工程专业,主要从事地质灾害与工程地质等方面的教学与科研工作。Email:jianchen@cugb.edu.cn。
作者简介:陈剑,男,教授,1975年出生,地质工程专业,主要从事地质灾害与工程地质等方面的教学与科研工作。Email:jianchen@cugb.edu.cn。
聂琼,男,高级工程师,1983年出生,输电工程专业,主要从事工程技术管理、地质灾害等方面的研究。Email: 11378933@qq.com。
基金资助:
国家自然科学基金面上项目(41571012);中国电力科学研究院有限公司委托项目(33012022021)

Development Characteristics and Risk Assessment of the Damogou Debris Flow in Mentougou District, Beijing

NIE Qiong¹(), NIE Zhibao², CHEN Jian³(), DING Shijun², WU Saier³, LI Duo³, GE Runze³, CHEN Ruichen³

1. China State Grid Corporation, Beijing 100031, China
2. China Electric Power Research Institute Ltd., Beijing 100192, China
3. School of Engineering and Technology, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083, China

Received:2022-10-01 Revised:2022-11-07 Online:2023-08-10 Published:2023-09-02

摘要/Abstract

摘要：

泥石流是北京西部、北部山区雨季最常见的地质灾害类型之一。北京市门头沟区清水镇达摩沟历史上曾发育多期泥石流灾害,目前仍存在大量人工堆积物和崩塌堆积等泥石流潜在物源,存在明显的泥石流隐患。本文查明了北京门头沟区达摩沟泥石流物源类型、储量与分布情况,并针对10年一遇、20年一遇、50年一遇和100年一遇4种极端降雨频率工况,基于二维动力模型(FLO-2D)分析了达摩沟泥石流的运动学特征,模拟了泥石流隐患影响范围并进行危险性分区评价。调查结果表明,泥石流潜在物源以人工弃渣煤矸石为主,沟道堆积物与崩滑堆积物为辅,物源静储量共计约为44.7×10⁴ m³,泥石流流态性质整体呈现稀性特点。综合4种降雨情况模拟结果,可判断达摩沟泥石流高危险区主要分布在沟口堆积区及主、支沟汇流处,占流域面积比例为13.1%~20.0%,中危险区与低危险区所占比例分别为29.9%~31.2%和48.8%~57.0%。建议在达摩沟流通区设置上游拦截、下游排导的防治措施,并在暴雨季节加强形成区的雨量监测预警。

关键词: 泥石流, 达摩沟, 二维动力模型, 数值模拟, 危险性评价, 北京门头沟区

Abstract:

Debris flow is one of the most common types of geological disasters in western and northern Beijing mountainous areas during stormy seasons. In the history of Damogou Gully (Qingshui town, Mentougou district, Beijing), there were many periods of debris flow disasters. At present, there are still many artificial deposits and collapse accumulations that constitute a potential debris flow source, and there are serious debris flow hidden dangers. This study identifies the types of debris flow sources, their storage and distribution, simulates the debris flow impact range under the frequency of once every 10, 20, 50 and 100 year rainfall, and evaluates their respective risk. The results show that the potential debris flow source is mainly man-made waste slag and coal gangue, with the residual reserve of ~447,000 m³. The high-risk debris flow area accounts for 13.1%-20.0%, mainly distributed in the gully mouth accumulation area and the confluence of main and branch gullies. The proportion of medium-risk area is 29.9%-31.2%, and the proportion of low-risk area is 48.8%-57.0%. It is advisable to set up prevention and control measures of upstream interception and downstream drainage in the circulation area of Damogou gully, and strengthen the rainfall monitoring and warning in the formation area in the heavy rainfall seasons.

Key words: debris flow, Damogou Gully, FLO-2D, numerical simulation, risk assessment, Mentougou district, Beijing

中图分类号:

P642.23

聂琼, 聂治豹, 陈剑, 丁士君, 吴赛儿, 李多, 葛润泽, 陈瑞琛. 北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价[J]. 现代地质, 2023, 37(04): 1013-1022.

NIE Qiong, NIE Zhibao, CHEN Jian, DING Shijun, WU Saier, LI Duo, GE Runze, CHEN Ruichen. Development Characteristics and Risk Assessment of the Damogou Debris Flow in Mentougou District, Beijing[J]. Geoscience, 2023, 37(04): 1013-1022.

图/表 14

图1 北京达摩沟流域地理位置

Fig.1 Geographical location map of the Damogou Gully drainage area in Beijing

图2 数据格式处理流程图

Fig.2 Data format processing flowchart

表1 曼宁系数n取值范围参考信息

Table 1 Reference information on the Manning coefficient (n) range

地表条件	n值	地表条件	n值
极为茂密草地	0.17~0.80	耕地	0.008~0.012
茂密草地	0.17~0.48	无农作物的休耕地	0.008~0.012
灌木或牧草地	0.30~0.40	传统耕地	0.06~0.22
一般草地	0.20~0.40	已修整农地	0.06~0.16
覆盖较差的粗糙地	0.20~0.30	梯田	0.30~0.50
矮草原	0.10~0.20	无耕作且无上期农作物	0.04~0.10
稀疏植被地	0.05~0.13	无耕作、上期农作物存有	(20%~40%) 0.07~0.17
无植被覆盖	0.09~0.34	无耕作、上期农作物存有	(60%~100%) 0.07~0.47
20%植被覆盖	0.05~0.25

表2 层流阻滞系数取值范围参考信息

Table 2 Reference information on the range of laminar flow arrest coefficient

地面条件	K值范围	地面条件	K值范围
混凝土/沥青	24~108	稀疏植被	1000~4000
裸露砂土	30~120	矮草原	3000~10000
级配土	90~400	早熟禾属植物草地	7000~50000
被侵蚀的黏性土	100~500

表3 物源总储量与动储量转换关系

Table 3 Relationship between total source reserve and dynamic reserve

总物源储量V(万m³)	动储量W(万m³)
V<50	W=0.15V
50<V<100	W=0.3V
100<V<200	W=0.37V
V>200	W=0.4V

图3 达摩沟集水点位置图

Fig.3 Location map of Damogou Gully water collection spots

表4 达摩沟各等级降雨频率下集水点流量

Table 4 Water collection spot flow chart under each grade of rainfall frequency in Damogou Gully

降雨频率(%)	汇水面积(km²)	径流系数	降雨强度 (mm/h)	清水流量 (m³/s)	泥石流峰值流量(m³/s)
10	1.566	0.35	49	17.68	41.30
5	1.566	0.35	58	22.39	51.72
2	1.566	0.35	68	27.68	63.93
1	1.566	0.35	80	34.37	79.40

图4 达摩沟泥石流隐患点不同降雨频率下泥石流流速分布图

Fig.4 Debris flow velocity distribution maps of different rainfall frequencies at hidden debris flow spots in Damogou Gully

表5 模拟计算结果统计

Table 5 Statistics of simulation results

降雨频率 /%	最大堆积深度(m)	影响范围 (m²)	堆积方量 (m³)	平均堆积深度(m)
10	10.82	113500	289080.225	2.546962
5	14.21	116225	315447.450	2.714110
2	16.25	119375	347857.725	2.913991
1	17.20	124825	386111.300	3.093221

图5 达摩沟泥石流隐患点不同降雨频率下泥石流流深分布图

Fig.5 Distribution maps of debris flow depth under different rainfall frequencies of debris flow potential spots in Damogou Gully

表6 泥石流危险性判定依据

Table 6 Basis for debris flow risk determination

危险分级	最大泥深(m)	逻辑关系	最大泥深×最大流速(m²/s)
高	$H ≥ 4.0$	OR	$V H ≥ 8.0$
中	$1.5 ≤ H ≤ 4$	AND	$3 ≤ V H ≤ 8.0$
低	$0 < H < 1.5$	AND	$V H < 3$

表6 泥石流危险性判定依据

Table 6 Basis for debris flow risk determination

危险分级	最大泥深(m)	逻辑关系	最大泥深×最大流速(m²/s)
高	$H ≥ 4.0$	OR	$V H ≥ 8.0$
中	$1.5 ≤ H ≤ 4$	AND	$3 ≤ V H ≤ 8.0$
低	$0 < H < 1.5$	AND	$V H < 3$

表7 各危险性分区特点

Table 7 Characteristics of each hazard zone

危险性分区	特点
高危险区	泥石流破坏性极强,可以破坏建筑,建筑内外均存在危险
中危险区	房屋建筑受到一定程度破坏,但室内属于安全区,室外属于危险区
低危险区	泥石流强度较低,对人和物都不会造成较大损害

表8 危险性分区结果

Table 8 Risk zoning result

降雨频率(%)	危险性分区	面积(m²)	比例(%)
10	低危险区	64725	57.03
	中危险区	33900	29.87
	高危险区	14875	13.11
5	低危险区	63000	54.21
	中危险区	35550	30.59
	高危险区	17675	15.21
2	低危险区	60950	51.06
	中危险区	37150	31.12
	高危险区	21275	17.82
1	低危险区	60900	48.79
	中危险区	39000	31.24
	高危险区	24925	19.97

图6 达摩沟泥石流隐患点不同降雨强度下危险性区划图

Fig.6 Debris flow risk zoning map of hidden danger spots under different rainfall intensities in Damogou Gully

参考文献 21

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北京市门头沟区达摩沟泥石流发育特征与危险性评价

Development Characteristics and Risk Assessment of the Damogou Debris Flow in Mentougou District, Beijing

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