北京突發地質災害防控對策

賈三滿，翟淑花，姜 媛

（1．北京市地質勘察技術院，北京 100120；2．北京市地質研究所，北京 100120；3．北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

北京突發地質災害防控對策

賈三滿1，翟淑花2，姜 媛3

（1．北京市地質勘察技術院，北京 100120；2．北京市地質研究所，北京 100120；3．北京市地質礦產勘查開發局，北京 100195）

北京是突發地質災害較為發育的首都城市之一，地質災害給人民生命財產帶來一定的損失。本文分析了北京市地質災害分布規律，系統總結了北京地區分布面廣、危害性大的泥石流、崩塌、滑坡等突發地質災害的基本特征。總體上看，北京地區地質災害隱患類型全，規模小，險情差異大。2003年以來，突發地質災害次數有較大增加，主要類型為崩塌和地面塌陷。在此基礎上，提出北京市突發地質災害防治思路，即北京地區防治應以調查為基礎，監測預警為先導，以搬遷避讓為主，工程防治為輔，并從調查評價、監測預警、工程治理等方面，提出了北京地質災害的防治建議，為地質災害防治規劃提供了參考。

地質災害；分布規律；發育特征；防治措施

0 前言

北京地區具有極為特殊而優越的地質條件，它保存記錄了從太古界以來30多億年間地球發展演化的歷史事實，向人們展示出從太古界至顯生界各個地質歷史發展階段所形成的豐富多彩的地質現象，形成了豐富的礦產資源，也為各種地質災害發育提供了基礎地質條件，使北京成為世界僅有的地質災害發育的國際大城市。據統計，自1949年以來，北京地區各類突發地質災害已造成600多人死亡，直接經濟損失數億元（劉連剛，2015）。

北京市各級政府及相關主管部門歷來十分重視地質防治工作，投入了大量資金實施險村險戶搬遷和工程治理，開展了地質災害氣象預警。由于地質條件復雜，人類活動加劇等原因，近年來，突發性地質災害隱患點和威脅人口及地質災害發生次數仍在不斷增加。截至2015年底，全市已記錄編目的崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷等突發地質災害隱患點由2012年1525處增加至4706處，威脅人口由24450人增加到57948人；2003年到2015年13年間，北京共發生突發地質災害170點次，其中2013年到2015年3年間發生89點次，占50%以上，北京市突發地質災害防治工作形勢仍然嚴峻，有必要根據北京地區突發地質災害現狀及發育特征，對地質災害防治工作進行梳理。

1 突發地質災害特點

地質災害成災條件包括自然條件和人類活動條件，發育特征也受這兩方面控制。總體上，地層巖性及地質構造發育程度是突發地質災害發生發展的基礎條件，控制其發生的地點、類型、規模等；大氣降水是重要的誘發因素，對發生時間、規模、危害程度有重大影響；人類工程活動誘發、加劇突發地質災害的危險（北京地質災害，2008）。不同災種又有其不同的特征規律。

1.1 地質災害隱患總體特征

2015年，突發地質災害隱患4706個，災種包含崩塌、滑坡、泥石流、不穩定邊坡、采空塌陷，其中崩塌2412處，占51.2%；滑坡34處，占0.7%；泥石流879處，占18.7%；不穩定斜坡1293處，占27.5%；地面塌陷88處，占1.9%（圖1），具有災種齊全的特點。

在災害規模方面，小型隱患數量為4292個，占總數的91.2%。從地質災害險情分析，險情多為小型，全市險情等級為“特大”的有5個，涉及房山區和門頭溝區，“大”的有7個，分布在房山區和平谷區；“中”的有92個，“小”的有4510個（任凱珍等，2015）。

1.2 突發地質災害次數有較大增加

自2003年到2015年，北京市共發生突發性地質災害170點次，主要類型為崩塌和地面塌陷（北京市國土資源局，2014），由圖2可以看出，自2012年以來，地質災害發生次數有較大增加，災種以崩塌為主，占總量的70%，崩塌集中分布在中低山區的道路沿線，其次為居民點附近；規模以小型為主，占90%以上，無大型規模。

圖1 北京市地質災害隱患點個數及威脅人口Fig.1 The number of geological hazard points and the threaten population in Beijing

圖2 北京市2003-2015年度地質災害發生情況統計圖Fig2. Statistical figure of occurrence of geological disasters in 2003-2015

崩塌集中分布在中低山區的道路沿線，其次為居民點附近；泥石流多集中分布在北山和西山的末級和二級溝谷或溝谷上游峽谷段的中、小溝谷內，溝床比降一般在100‰～500‰；地面塌陷主要分布房山北部與門頭溝南部的采煤塌陷區；北京市天然的典型滑坡相對較少，但在暴雨條件下，常發生小型的坡面滑移。

突發地質災害多發生在雨季，2014—2015年北京市共發生突發性地質災害41次，34次發生在6—8月，占全年的83%。北京山區暴雨多發生在7—8月，通過對1949年以后發生的10余次泥石流統計分析，除1次外，其余均在上述時段內。

1.3 主要災種的基本特征

雖然北京地區突發地質災害災種較多，但不同災種的發育條件和成災規律具有較大的差異性，現以北京地區分布面廣、危害性大的泥石流、崩（滑）塌兩種災害為例，分析北京地區突發地質災害的基本特征。

（1）泥石流

周期性與低頻性。以潮白河、永定河、溫榆河等境內一級河流為例，統計其泥石流頻率（表1），其活動間歇期雖然差別較大，但作為北京市兩大河系的潮白河與永定河，泥石流約7～12年左右出現一次，表現出北京地區泥石流的周期性和低頻性特點。由于低頻泥石流溝數十年甚至上百年沒有暴發泥石流，有些泥石流溝流域植被和生態環境在如此長的時間內得以恢復，老 (古)泥石流堆積扇上都被高大的樹木所覆蓋，因此低頻泥石流具有很強的隱蔽性，在加上山區人們對低頻泥石流缺乏警惕性，其潛在危害性很大。

表1 1867-2006年各河系泥石流活動間歇期統計表Tab.1 The statistics of debris flow interval in 1867-2006

暴發突然、災害迅猛。常在極短時間內造成災害，特別是小支溝泥石流這種特點更為顯著。如1991年6月10日馮家峪口門村北，溝長僅600m長的柳條峪溝突發泥石流，時間不過幾分鐘，將口門村未能跑出屋的5人致死。

面積廣，損失嚴重。近代泥石流是以中—小規模群發性為特征。一次泥石流，作為單溝規模較小，但因涉及支溝溝谷多，少者十余條，多者達數十條，所以災害面大，造成的總損失嚴重。例如，1969年和1976年的一次暴雨，形成了數十條泥石流溝，危害面積很大，造成了百人以上死亡。1991年，也由于發生多條溝谷泥石流，不僅直接造成18人死亡，而且因產生巨大洪流，危害中下游地區眾多目標，造成的損失總計達2.6億元。

群發性突出。粗略統計，1949年以后發生群發性泥石流災害八次，涉及溝谷200余條。從單溝泥石流規模來看，其物質活動量以1～5萬m3為最多，超過10萬m3的大規模泥石流較少。但由于一次暴發的數量多（表2），所以造成巨大災害。

表2 北京近代群發性泥石流統計表Tab.2 Statistics of mass debris flow in modern times of Beijing

（2）崩（滑）塌

崩（滑）塌是北京山區最常見、發生頻率最高的突發地質災害。歷史上已經發生的崩（滑）塌災害不僅破壞了地質環境和生態環境，同時還造成人員傷亡和財產損失。據調查統計，新中國成立后，因崩（滑）塌災害直接造成35人死亡，700多間房屋被毀，大量的農田、樹木被毀，而且泥石流80%的物質來源于崩（滑）塌堆積物。

崩塌主要是人工開挖邊坡引起的，多數分布在居民房前屋后、公路沿線，危害極大。崩塌主要集中發育于堅硬、性脆、構造節理發育的砂巖、花崗巖、石英巖、碳酸鹽巖等巖類中，具有點多、規模小，多發生在汛期等特點。

通過對2014年、2015年兩年發生的37次崩塌災害分析，規模全部為小型，其中巖質崩塌32次，巖層順向坡坡度一般逆向坡一般大于，土質崩塌5次，80%以上發生在6—9月的汛期。

北京山區以滑移式、傾倒式和錯落式崩塌最為常見，特別是滑移式崩塌，山區的坡體松散土體或順坡向巖體在暴雨等外力作用下，發生滑移，發生較大規模的崩塌，危害較大。例如2016年7月房山區河北鎮G108國道復線9km+720～770m發生滑移式，崩塌總方量約5000m3，造成G108國道約50m長路面、護欄、水管的損毀及道路堵塞。

2016年8月5日，房山區霞云嶺鄉莊戶臺村臺兒港溝口西北側發生滑移式崩塌災害，崩塌體體積近萬方，掩埋房屋共計7間，損壞房屋10間。

2 突發地質災害防控方法

由于各種災害形成機理、特征和災害的表現形式不同，其防治對策也不盡相同（周新民等，2005）。總體上，北京地區防治應以調查為基礎，監測預警為先導，以搬遷避讓為主，工程防治為輔。最有效的方法就是搬遷避讓，由于受到經濟條件的限制，目前尚無法將居民點和大量的基礎設施遷出危險區，因此，監測預警預報和有效的工程治理是減災的重要手段（高成虎，2013；朱世界等，2004；密士文等，2014）。

2.1加強地質災害勘查與評價

北京市在2013年開展了地質災害隱患點全市突發地質災害詳查（1：5萬），基本查明了山區地質災害隱患的情況，繪制了突發地質災害易發分區圖和危險性分區圖，但主要是針對有威脅對象的地質災害點調查，而對沒有威脅對象的地質災害，特別是原有已經搬遷的重要地質災害點沒有開展相關的調查工作。應開展對全市突發地質災害體的地質災害調查，在此基礎上，對有威脅對象的隱患點開展高精度調查測繪，泥石流溝調查精度不小于1：1萬，根據其地質條件、地形地貌條件、降雨條件、物源類型等劃分泥石流溝危險性等級，為預警預報、工程防治提供依據。崩塌、滑坡調查精度不小于1：5000，除調查滑坡體、危巖體位置、形態、規模、體征外，對其周邊的地質構造、地層巖性、地形地貌、巖(土)體結構類型、斜坡組構類型等也應詳細調查，正確區分崩塌、滑坡災害，合理解釋崩塌機理，避免只重表層鼓脹式、拉裂式、錯斷式崩塌，而忽視受軟硬相間的巖層控制，有傾向臨空面的結構面的滑移式崩塌（胥良等，2010；黃顯彬等，2007）。

2.2 強化地質災害監測預警

地質災害是可區劃的，也是可預警的，雖然此類地質災害具有突然暴發性，但其發生特點仍顯示存在某種內在的規律性，多數地點仍有數小時至數分鐘的避險轉移時間（劉傳正，2001）。

（1）泥石流

泥石流監測應分級進行，分級標準見表3。不同監測級別的泥石流，監測方案也不相同。

表3 地質災害監測等級劃分Tab.3 Grade classification of geological disaster monitoring

一級監測泥石流溝，應布置由遙測雨量計和自動氣象站，監測流域范圍內的降水及其他氣象要素；應布置泥石流次生和地生報警器，監測泥石流形成；應布置泥位計和測速儀組成至少2個監測斷面，監測泥石流的泥位和流速；應布置2～3個土壤含水率監測儀，監測物源含水量變化；應布置1～2套視頻監測系統，觀察泥石流發展變化。

二級監測泥石流溝，應布置由遙測雨量計監測流域范圍內的降水量；應布置泥石流次生和地生報警器，監測泥石流形成；應布置泥位計和測速儀組成監測斷面，監測泥石流的泥位和流速；宜布置1～2個土壤含水率監測儀，監測物源含水量變化；宜布置視頻監測系統，觀察泥石流發展變化。

三級監測泥石流溝，應布置由遙測雨量計監測流域范圍內的降水量；應布置泥石流次生報警器，監測泥石流形成；應布置泥位計，監測泥石流的泥位，宜布置流速，監測流速變化。

所有泥石流隱患溝經營納入群策群防監測系統，采用巡查和簡易監測儀器對泥石流爆發前兆、降水量、次生、泥水位進行簡易監測。泥石流監測的原始數據，需通過計算機或人工整理分析，使之成為泥石流預警所需數據。

泥石流成因復雜，影響因素眾多。根據北京地區泥石流發育特點，提出如下預警思路：

①并重開展泥石流中長期預警和短臨預警

開展大范圍高精度的泥石流專項調查，查明泥石流地質環境條件、堆積特征、誘發因素、危害或成災情況，評價其易發性和危險性（表4），既是中短期預警的基礎，也可作為長期預警的保障。此外，應根據地域特征和泥石流危害程度，綜合實施區域、小流域及單溝的聯動預警。

表4 泥石流預警手段Tab.4 Warning method of debris flow

②基于基礎地質條件預測變化規律

泥石流調查中，常會遇到泥石流溝降雨量達到或超過雨量閾值，沒有發生泥石流，但在后期雨量沒有達到雨量預警閾值而爆發了泥石流，感覺雨量預警閾值不準，實際上是由于泥石流溝發育都有周期，周期主要受物源堆積速率控制，所以泥石流雨量閾值應隨著變化物源的不斷增加逐漸降低，是受時間控制的變化值，是時間的函數，不應該是恒值。

③采用多種模型與專業監測相互驗證

基于流域氣象、水文、歷史泥石流災害等資料的詳細、深入分析研究，采用歷史災害的調查統計、模型計算和野外實驗等方法構建以臨界雨量、警戒泥位、危險土壤含水率、次聲閾值等泥石流預警模型與指標體系，并將預報結果與實際情況對比，不斷修正模型，提高模型的準確性（圖3）。

圖3 泥石流預警模型架構Fig3. Framework of debris flow warning model

（2）崩塌滑坡

崩塌、滑坡監測目的是了解和掌握崩滑體的演變過程，為崩塌的分析評價、預警預報服務。崩塌監測分為變形監測、相關因素監測、宏觀前兆監測。目前崩塌監測主要對地表變形進行監測，方法有水準、GPS、三維激光掃描和裂縫計等。

由于崩塌成因繁多，類型復雜。不同類型的崩塌有不同的變形破壞機制和變形破壞方式。不同類型的崩塌監測的效果不同。滑移式崩塌和鼓脹式崩塌，滑移面主要受剪切力或下部軟巖受垂直擠壓，起始變形到破壞有一定的時間，有一定的預警時間，且滑移面明顯，適宜監測，監測項目可選擇變形監測、氣象監測，宏觀前兆監測，監測方法有水準經緯測量；gps測量；三維激光掃描；裂縫計、位移計觀測；雨量監測等多種方法。傾倒式、拉裂式、錯斷式主要是傾倒、拉裂、錯斷變形，時間短，隨機性、偶然性強，不易找到準確的監測點。監測效果一般不理想，一般選擇簡易的方法對宏觀前兆監測。

在危巖崩塌監測及安全警報方面，任幼蓉等通過現場監測危巖體后部主控結構面露頭的寬度變化較好的預測了南川甄子巖崩塌事件。趙先濤等采用三維應力采集器采集危巖體結構面尖端的壓應力和剪應力，放大采集的應力信號，并計算出穩定系數的值，系統自動按一定標準劃定危巖體的穩定狀態，向危巖所在區域活動者發出警報。

北京地區滑坡發育少，在此重點針對巖體結構、塊體密度和強度、邊坡高度坡度等方面探討崩塌監測預警指標（表5）。

表5 不同類型滑坡預警級別及相應閾值Tab.5 Landslides warning level and corresponding threshold of different types

軟弱巖層和巖體內的結構面，尤其是軟弱結構面的存在，是發生崩塌的重要因素，當剪應力超過結構面的抗剪強度，巖體會沿著結構面發生蠕滑變形，發生較大變形，超過準許變形值時，發生滑移式崩塌。

邊坡變形與破壞，決定于坡體中應力分布和強度與巖土體強度這一對矛盾。應力監測是崩塌最有效的方法手段。當應力達到巖體的屈服強度或軟弱結構面剪應力超過抗剪強度時，將發生變形破壞，在脆性巖石或較脆性巖石中發生的傾倒式、拉裂式、錯斷式崩塌尤為重要。

2.3 有序實施工程治理

治理工程是一項多種工程措施綜合作用的系統工程，包括勘察設計、施工、監測等多項工作。查清災害體特征和防治工程區的工程地質條件，選擇合理的治理方案，是治理工程成敗和發揮效率的關鍵。下面從勘察和設計方案選擇兩方面討論。

（1）治理工程勘察

治理項目的勘察主要有兩項任務，一是通過調查、遙感、山地工程等方法查清地質災害規模、物質組成、結構特性和空間分布特征，地下水類型及其富水程度，采用多種地質模型檢算地質災害體的現狀穩定性，預測未來的發展趨勢；二是通過工程地質測繪、鉆探、山地工程，必要時開展原位測試和水文地質試驗，采集巖、土和水樣，查明可能布設的治理工程軸線、場地和重點部位的工程地質條件，提供地質災害體治理工程設計、施工提供詳細的工程地質與水文地質資料和巖土體的物理力學性質指標參數，對治理工程措施、結構形式、埋置深度及工程施工等提出建議。

崩塌勘查應查明危巖體、崩塌堆積體基本特征，評價其穩定狀態及其發展趨勢，預測崩塌危巖的規模及危害的范圍；滑坡勘查應查明滑坡區的地質環境，以及滑坡的性質、成因、變形機制、邊界及范圍、規模和水文地質條件等，分析評價其變形階段、穩定狀況及發展趨勢；泥石流勘察應查明包括形成區、流通區和堆積區全流域區域環境地質條件，泥石流的類型、規模、發育階段、活動規律、危害程度等基本特征，提出泥石流活動特征參數；采空塌陷應查明采空區塌陷的成因、范圍及相關地質背景，評價采空區場地的穩定性及及危害程度；

不穩定斜坡是指具有蠕滑、潰屈、傾倒或側向拉裂等變形特征或趨勢的斜坡，可能演變為崩塌、滑坡，在轉化為坡面泥石流災害，勘察應滿足上述三種災害的勘察要求，勘探范圍包括坡面區域和坡面外圍一定區域，特別是可能轉化為坡面泥石流的不穩定斜坡，勘察范圍應擴大的整個溝域。

（2）治理方案選擇

工程治理方案應充分利用勘查報告等資料，綜合分析災害體特征和危害性，考慮當地社會、經濟條件，與和開發相結合，滿足市政規劃、環境保護、土地管理情況下，確定治理的總體設計方案。

崩塌治理的主要工程措施有：清除、攔擋、圍護、支撐及嵌補、錨固及注漿、掛網噴射混凝土和排水等，崩塌治理工程設計應根據崩塌類型、規模、范圍和危害對象等因素，選取有效的治理措施。近年來，SNS柔性防護技術在崩塌災害治理工程中得到了很好的應用，收到了良好的治理效果。實踐證明，SNS柔性防護技術是一項很好的防邊坡坍塌、落石的技術手段。具有易施工、工期短、投資小、見效快的特點。但由于錨桿錨固的長度有限，對受深部結構面控制的滑移式崩塌和拉裂式、傾倒式崩塌應充分論證其治理效果（表6）。

表6 不同類型崩塌特征及防治措施Tab.6 Characteristics and prevention measures of different types of landslides

泥石流工程防治主要以疏導、攔渣為主。在形成區以抑制物源產生，阻滯泥沙輸移。在流通區和泥石流通過地段以疏導為主，保證流路通暢。泥石流災害防治工程迄今還是一門不嚴謹、不完善、不成熟的科學技術。因此，泥石流災害防治工程設計受諸多不確定因素的影響，必然存在著相當大的風險性，北京地區防治工程等級大多為二、三級，降雨強度按30～50年設計。工程治理不能根本消除泥石流災害隱患，治理后的隱患點仍需開展監測工作。

滑坡治理的主要工程措施有：抗滑樁、抗滑擋墻、預應力錨索（桿）、格構、削方減載、截排水溝、注漿加固等，滑坡治理工程設計應根據滑坡成因類型、規模、影響范圍內的地質環境條件要素，綜合治理。

采空區工程治理方法可分為注漿法、干（漿）砌支撐法、開挖回填法、巷道加固法、強夯法、跨越法、穿越法等。工程治理方案應根據采空區位置、地質條件、開采方式、變形階段，根據及治理目的、工程特點等綜合確定。

3 幾點認識

（1）近年來北京地質災害隱患點不斷增加，主要原因是政府越來越重視地質災害防治工作，群眾的防災減災意識不斷增加，原有的地質災害隱患點被發現，屬于還“歷史欠賬”，同時村民在房前屋后的無序開挖占地，形成高陡邊坡，引發崩塌、滑坡等災害，也是一個重要原因。應開展針對居民區的高精度地質災害調查工作，同時加強管理，執行“因工程建設等人為活動引發的地質災害的治理費用，按照誰引發、誰治理的原則由責任單位承擔”防治要求，控制無序開挖占引發的地質災害隱患。

（2）地質災害監測預警是防災的有效方法。專業監測和群策群防簡易監測相結合，對危害大的災害隱患點進行專業監測，建立“點、面”結合的綜合監測體系。預警預報模型應充分考慮地質環境特點，建立基于地質條件、地貌條件、降雨條件隨時間、周期變化的預警模型，逐步實現空間上精細預警、時間上分期預警、強度上動力預警的目標。

（3）治理項目應根據地質災害規模、危險性和威脅對象，按輕重緩急的原則確立，對危險性大、危害性強的隱患點優先治理。治理方案結合北京的地域特殊性，遵循“剝蝕、搬運、沉積”自然規律，根據災害體特點，優先選擇根治的治理方案，提高防治效果。

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Prevention and Controlling Idea on Emergent Geological Disasters of Beijing

JIA Sanman1, ZHAI Shuhua1, JIANG Yuan2
(1. Beijing Institute of Geo-exploration Technology, Beijing; 2. Beijing Institute of Geology, Beijing; 3. Beijing Geological Prospecting and Developing Bureau, Beijing, 100195)

Beijing is one of the capital cities with frequent geological disasters, which brought some loss for people’s lives and properties. Based on the distribution analysis of geological disaster, the development features of debris flow, collapse, land side, surface subsidence due to mining, ground subsidence as well as ground fissure are systematic generalized, furthermore, the prevention and controlling zoning of geological disaster such as survey and evaluation, monitoring and prediction, engineering construction are established, which can offer some references for geological disaster prevention plan.

Geological disaster; Distribution feature; Development characteristic; Prevention and controlling measure

A

1007-1903（2017）04-0016-08

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.003

賈三滿（1961- ），男，教高，主要從事地質災害、工程地質研究等工作。E-mail：jiasanman_2005@126.com