11.1 一般规定

表2 泥石流按组成物质分类表

    泥石流作用强度是泥石流对建筑物可能带来破坏程度的一般综合指标。泥石流作用强度是根据目前我国受泥石流危害的城镇的基本情况制定的，由于我国没有处于特别严重的泥石流沟区域，因此只分为严重、中等、轻微三类。
    泥石流防治工程设计中应该突出重点，即重点防范和治理严重的泥石流沟，对严重的、危害大的泥石流沟采用较高的标准，对轻微的泥石流沟采用较低的标准。泥石流设计标准应按本规范表11.1.1选定。
11.1.3 泥石流是地质、地貌、水文和气象等条件综合作用的产物，是一种自然灾变过程；人类不合理的生产活动，又加剧了泥石流的发展。流域内有充分的固体物质储备，丰沛的水源和陡峭的地形是我们识别流域是否有泥石流的重要依据。对于山区小流域有深厚宽大的堆积扇，其流域形态为金鱼形状，纵剖面的石块、泥粒的混杂沉积，并有反粒径沉积（即上层石块粒径大于下层）趋势等，均提供了以往年代发生泥石流的证据。
    泥石流流域勘查的重点是判定泥石流规模级别，确定计算泥石流相关参数，为减灾工程提供设计依据。对流域内泥石流历史事件的调查，要比洪水调查相对容易，因为泥石流痕迹可以保留相当长的时间，而且常常可以在泥石流流通段找到泥石流流经弯道时的痕迹并量测相应的要素来计算泥石流流速、流量。通过调查访问等方法来确定该事件的发生年代，并根据现在流域内各种泥石流形成条件（特别是固体物质补给）的变化及其发展趋势，评价该历史事件重演的可能性。这些都是今后规划和防治工程设计的重要依据。
11.1.4 本条基本沿用原《城市防洪工程设计规范》CJJ50—92第8.1.5条的规定。由于泥石流形成的条件比较复杂，影响因素较多，流量计算很困难。目前，采用暴雨洪水流量配方法计算，用形态调查法相补充是比较常用的方法。配方法是假定沟谷里发生的清水水流，在流动过程中不断地加入泥沙，使全部水流都变为一定重度的泥石流。这种方法适用于泥沙来源主要集中在流域的中下部，泥沙供应充分的情况。
    1 配方法：配方法是泥石流流量计算常用方法之一。知道了形成泥石流的水流流量和泥石流的容重，就可以推求泥石流的流量：设一单位体积的水，加入相应体积的泥沙后，则该泥石流的容重按下列公式计算：

Q_c=（1+φ）Q_b　　　　　（6）

    式中：
    γ_c——泥石流容重（kN/m³）；
    γ_h——固体颗粒容重（kN/m³）；
    γ_b——水的容重（kN/m³）；
    φ——泥石流流量增加系数；
    Q_b——泥石流沟一定频率的水流流量（m³/s）；
    Q_c——同频率的泥石流流量（m³/s）。
    用式（6）计算的泥石流流量与实测资料对比，一般都略为偏小。有人认为，主要是由于泥沙本身含有水而没有计入，如果计入，则：

    式中：
    φ′——考虑泥沙含水量的流量增加系数；
    P——泥沙颗粒含水量（以小数计）。
    当γ_h采用27kN/m³，P=0.05及P=0.13时，φ及φ′值如表3。

表3 不同泥石流容重的φ及φ′值

    当泥沙含量较大时，计算值相差很大，这是由于这时的土体含水量已接近泥石流体的含水量，泥石流形成不是由水流条件而是由动力条件决定的。因此Q_c=（1+φ′）Q_b公式不适合于泥沙含水量较大时高容重的泥石流计算。这时常采用经验公式计算：

Q_c=（1+φ）Q_b·D　　　　　（8）

    式中：
    D——因泥石流波状或堵塞等的流量增大系数，一般取1.5～3.0。
    根据云南省东川地区经验：

则Q_c=［5.8（1+φ）Q_b］0.83　　　　　　（10）

    泥石流配方法虽是最常用的方法，但仍需与当地的观测或形态调查资料对照，综合评判后选择使用。
    2 形态调查法：泥石流形态调查与一般河流形态调查方法相同，但应特别注意沟道的冲淤变化，及有无堵塞、变道等影响泥位的情况。在调查了泥石流水位及进行断面测量后，泥石流调查流量可按公式（11）计算：

Q_c=ω_cV_c　　　　　（11）

    式中：
    Q_c——调查频率的泥石流流量（m³/s），在设计时应换算为设计频率流量；
    ω_c——形态断面的有效过流面积（m²）；
    V_c——泥石流形态断面的平均流速（m/s），一般按曼宁公式计算，即V_c=m_cR^1/3I^1/2，R为水力半径（m），I为泥石流流动坡度（小数计），m_c值可参考表4确定。

表4 泥石流沟糙率系数m_c值

    对于已发生过的泥石流的流量计算，除了从辨认历史痕迹得到最大流速和相应断面以外，也可以通过泥石流流经的类似卡口堰流动时，按堰流公式算得。如按宽顶堰公式：

    式中：
    Q_d——泥石流流量（m³/s）；
    μ——堰流系数，取0.72；
    H——堰上泥石流水深（m）；
    B——堰宽（m）；
    M——过堰泥石流系数，取0.9。
11.1.5 泥石流防治规划应从整体环境和个别流域或不同类型泥石流特点出发，从流域上游、中游，出山口直至入主河（湖、海），分段分区设立减灾工程，对泥石流形成的物源、水源和地形条件进行控制或改变，以达到抑制泥石流发生，减小泥石流规模的目的。综合防治体系包括工程措施（含生物工程）和非工程措施——预警预报体系。
    对于威胁城镇居民点密集的泥石流沟必须采取综合防治体系，才能达到减灾和减少人员伤亡的目的。城镇泥石流综合防治体系应体现以拦蓄为主的原则，对于某些防护要求简单的情况，也可以采用单一的防护措施，为了保障居民点而设立单侧防护堤，甚至为保护某单个民宅，而采用半圆形堡垒式的防护墙等。
    综合防治体系及其总体布局都纳入泥石流防治规划中。
11.1.6 泥石流和一般水流不同之处，在于有大量的泥沙，这些泥沙在运动过程中不断地改变着沟道，而且这种变化随着时间的推移在不断累积。对一般水流沟道，只要保证洪峰时的瞬间能够通过，这个沟道就是安全的。而泥石流由于其淤积作用，仅考虑瞬间通过就不行了。这次泥石流通过了，下次泥石流就不一定能通过，今年通过了，明年不一定能通过。因此在防泥石流的洪道设计中，必须了解可能发生泥石流总量、通过沟道的淤积、流出沟道后的情况，有多少被大河带走，有多少沉积下来，沉积成什么形状，对泥石流流动又有什么影响。不仅要考虑一次泥石流，还要考虑使用年限中的影响。
    1 泥石流量可由多种方法确定：
    1）调查法：可调查冲积扇多年来的发展速度来确定堆积量，调查流域内的固体物质流失量来计算年侵蚀量。泥石流主要由大沟下切引起的，也可按下切速度来计算侵蚀量，也可按几次典型泥石流调查来推算泥石流量。
    2）计算法：用雨季总径流量折算，用一次降雨径流折算，或用一次典型泥石流过程折算。也可用侵蚀模数法或地区性经验公式。年冲出泥石流总量与堆积总量之间有一定的差别，这是由于很多泥沙被大河带走了，作为一般估计，可按下式计算。

V_s=ηV　　　　　　　（13）

    式中：
    V_s——年平均泥沙淤积量（m³）；
    V——年平均泥沙冲出量（m³）；
    η——被大河携带泥沙系数，按表5确定。

表5 大河携带系数η

    泥石流在沟口淤积形成冲积扇，其淤积量是十分可观的，据甘肃省武都县两条流域面积近2km²的泥石流沟观测，年平均冲出泥石流量分别为5万m³和7万m³，8年后，沟口分别淤高了11m和13m。根据白龙江流域的调查，沟口的淤积高度可按经验公式计算。
    当W_p＜100万m³时：

    当Wp＞100万m³时：

    式中：
    h_T——N年中沟口淤积高度（m）；
    W_p——设计淤积量（m³），为设计年限N与年平均泥沙淤积量V_s的乘积；
    N——为设计年限（年）。泥石流的沿途淤积可用水动力平衡法（稀性泥石流）和极限平衡法（黏性泥石流）计算。
    2 泥石流流速计算可根据不同地区的自然特点采用不同的计算公式。主要的经验公式包括：
    1）用已有泥石流事件弯道处的参数值计算平均流速：

    式中：
    V——泥石流平均流速（m/s）；
    ΔH——弯道超高值（m）；
    B——沟槽泥面宽度（m）；
    R——弯道曲率半径（m）；
    g——重力加速度（m/s²）。
    2）王继康公式，用于黏性泥石流。

V=K_cR^2/3i^1/5　　　　（17）

    式中：
    i——泥石流表面坡度，也可用沟底坡度表示（％）；
    R——水力半径，当宽深比大于5时，可用平均水深H表示（m）；
    K_c——黏性泥石流系数，见表6。

表6 黏性泥石流系数表

    3）云南东川公式：

V=28.5H^0.33i^1/2　　　　（18）

    式中：
    H——泥深（m）。
    4）西北地区黏性泥石流公式：

V=45.5H^1/4i^1/5　　　　　　（19）

    5）甘肃武都黏性泥石流公式：

V=65KH^1/4i^4/5　　　　　　（20）

    式中：
    K——断面系数，取0.70。
11.1.7 泥石流工程治理的方法各个国家都大同小异，应在不同的自然和经济条件下选用不同的类型组合。防治工程主要可分为预防工程、拦截工程和排导工程。预防工程又可分为：治水，即减少上游水源，例如用截水沟将水流引向其他流域，利用小的塘坝进行蓄水，上游有条件时修建水库是十分有效的方法；治泥，即采用平整坡地、沟头防护、防止沟壁等滑坍及沟底下切以及治理滑坡及坍塌等措施；水土隔离，即将水流从泥沙补给区引开，使水流与泥沙不相接触，避免泥石流发生。预防措施是减轻或避免泥石流发生的措施。在泥石流发生后，则采用拦挡或停淤的方法减少泥沙进入城市，在市区则需要修建排导沟引导泥石流流过。根据我国防治泥石流的经验，要根据当地的条件，综合治理，并结合生物措施和管理等行政措施，才能有效地防治泥石流的危害。
11.1.8 任何工程措施对于大自然而言都不可能是万无一失的，所以相应的非工程措施即预警预报系统对于保障生命安全显得更为重要。
    泥石流预警预报是利用相应的设备和方法对将发生或已发生的泥石流提前发出撤离和疏散命令，减少人员伤亡。目前国内外较成功的警报方法有接触法和非接触法。其中接触式为断线法，即在沟床内设置一根金属线，当金属线被泥石流冲断时，其断线信号传至下游，实现报警。也可以用冲击传感器得到泥石流冲击力信号来实现报警。非接触法有地声法、超声波法，即用地声传感器来监测泥石流发生和运动后通过地壳传播的地声信号，用超声泥位计监测沟床内泥石流的水深来实现报警。泥石流次声警报器是接收泥石流发生和运动的声发射过程中的次声部分，这种低频率的信号以空气为介质传播，声速为344m/s，远大于泥石流运动的速度，有足够的提前量，而且全部装置（含传感器）都置于远离泥石流源地的室内，有较好的应用前景。