面对如此多的泥石流灾害，把居民搬走行不行？这里告诉大家，我们搬不走

在中国有1300多个乡镇，

170多个县城，

90%的水电工程，

50%的交通干线

都受到泥石流灾害的威胁。

泥石流的致灾因素

大家对泥石流可能并不陌生。所谓泥石流就是包含泥沙、石块的特殊洪流。

它特殊的一面体现在它的发生可以导致很大的灾害，下图展示了泥石流灾害的过程。

▲ 2010年绵竹市文家沟泥石流

下图则向我们展示了泥石流的汹涌澎湃。这个泥石流跑得到底有多快？经观测，大概可以达到每秒10米，相当于世界百米冠军的水平。

▲2009年泸定县燕子沟泥石流冲毁桥梁

泥石流还有一个重要特点，它带有很大的颗粒。

这是我测量过单向直径最大的颗粒，是2013年7月13号汶川七盘沟泥石流带下来的。此颗粒直径达到15米，重达2100吨。假设用10吨的卡车将其拉走，要用210辆卡车才能拉完。

由于携带巨型颗粒，速度又很快，可以说泥石流给人类带来了毁灭性灾难。

泥石流在国内外的致灾实例

这是1999年12月26号委内瑞拉北部发生的群发性泥石流。

同时有14条泥石流沟爆发，把加勒比海南岸的城镇、村庄冲得一塌糊涂，死亡人数超过2万人，是20多年来最大的一次泥石流灾害。

在中国也有很多泥石流灾害，2010年8月8号甘肃舟曲发生了特大泥石流灾害，共计导致1765人死亡。

▲2010年8月8日，甘肃舟曲三眼浴沟泥石流灾害

很多工程区也有泥石流灾害，这是1981年7月9号成昆铁路沿线利子依达沟发生的特大泥石流，泥石流把桥墩冲毁，致使从成都到昆明的火车有三个车厢翻入大渡河，死亡人数是360人。

▲ 1981年7月9日，成昆铁路四川甘洛的利子依达沟特大泥石流灾害

据统计，从1999年到2019年，中国因泥石流死亡的人数达到4742人，平均每年死亡人数达到226人。泥石流时间分布不均匀，泥石流最多的一年是2010年，死亡人数达到2073人。

▲ 1999-2019年，中国因泥石流死亡人数示意图

泥石流分布不仅在时间上不均匀，在空间上也不均匀。这是1999—2019年，在中国造成人员伤亡的泥石流灾害分布图。从图上可以看出，黄颜色的地方是横断山区，橘红色的地方是华西雨屏地区，这两个地区的泥石流灾害尤其严重。大家知道，汶川离华西雨屏地区很近，受汶川地震影响，华西雨屏地区的灾害特别严重。

▲ 1999-2019年，我国发生人员死亡的泥石流灾害分布

今天讲课地所处的广州，其北部山区，也有一些台风暴雨引发的泥石流灾害，甚至在北京也有泥石流灾害。

如何从科学上认识与治理泥石流？

面对如此多的泥石流灾害，人们会问，我们能否把它治住？如果不治，把居民搬走行不行？

在这里需告诉大家的是，我们搬不走，因为我国总共有3.35万处泥石流灾害隐患点。

眼前这幅照片是汶川阳光小区，它是地震后，重新修建在一个古老泥石流堆积扇上的小区。像这样的小区还有很多，我们能搬走吗？没办法，所以与灾共舞的局面将长期存在

▲ 汶川阳光小区

据统计，在中国有1300多个乡镇，170多个县城，90%的水电工程，50%的交通干线都受到泥石流灾害的威胁。

金沙江梯级水电工程就是一个典型遭受泥石流危害极其严重的水电工程厂区，白鹤滩、乌东德等水电站都面临着泥石流灾害的威胁。

▲ 金沙江中下游梯级水电工程泥石流灾害图

面对泥石流灾害，我们该怎么办？老一辈科学家想到了通过上游稳坡，中游拦挡，下游排导的方法来治理泥石流灾害。

▲ 常见的工程治理措施：稳、拦、排

这两幅照片，左边是拦挡的照片，右边是排导的照片，它们反映了我国老一辈科学家努力下所取得的巨大成效，但也存在着一些问题。

▲ 左：四川冕宁盐井沟泥石流拦挡工程 右：九寨沟县关庙沟泥石流排导工程

这是羊八井317线的泥石流沟，从这个图片看，泥石流经过后，其裹挟的石块并没能排走，这是不尽人意的地方。

▲ 羊八井317线工程排导槽淤积

再来看舟曲三眼峪沟，此处原有11个坝。但在灾害发生时，这11个坝全部溃决，没有起到拦住泥石流的作用。这些灾害的后果，提醒着人们还有很多工作需要探究。

▲ 舟曲三眼浴沟已建的11个坝被泥石流冲毁

需要探究的第一个科学问题是，能不能在源区控制泥石流，把泥石流扼杀在摇篮里？

在讲科学问题前，向大家先介绍两个基本概念，第一个叫应力，第二个叫应变。应力就是给材料施加的一个力，应变就是材料的变形。

从这个照片可以看出，掰的力越大，土里的变形就越大，最后导致破裂。

我们有一个小组专门来研究土体、岩体的应力、应变过程，以建立复杂的方程。进而可以用这个方程，计算土体何时破裂，并产生泥石流。不仅通过理论计算，还能通过实验来确定泥石流是怎么发生的。

从这个图可以看出，蓝颜色的线是土体含水量增加的过程，而红颜色的线是土体孔隙水压力增加的过程。从该实验可以看出，泥石流发生时，土体的孔隙水压力迅速增长，这表明土体在收缩，收缩产生的孔隙压力跑不出来，所以土体失稳，就会形成泥石流。

▲ 土体破坏启动过程示意图

根据这个实验和理论计算，可得出在降水或径流作用下，松散的土体发生剪切而后出现收缩，收缩后能量集中，即形成泥石流。

▲ 水土分离或压实，可以控制坡面泥石流起动

假如防治方案中能把水土隔开，就不会发生泥石流；假如把松散土再挤密一些，也不易发生泥石流。也就是说，水土分离或者压实，可以控制坡面泥石流起动。

但应如何应用到实际工作呢？

这 是 蒲虹公路的照片。 蒲虹公路是汶川地震以后的生命线工程，由上海援建都江堰时所修，全长共计23公里，图上的白点，为15个弃土场。

2009年7月的一场暴雨，使这些弃土场全部形成泥石流灾害，将拦挡坝冲毁。当地施工建设人员非常着急，就找到了我们。

▲ 2009年7月局地暴雨，李家山坡面泥石流使坝体开裂

结合原有认识和理论计算，我们认为，针对该土体，只要把水隔开，泥石流就能防治住。所以我们在表面修建了排水沟，在里面修建了大开孔的拦挡坝，就这样防治住了泥石流灾害。

▲ 水土分离式-坡面泥石流防治技术示意图

施工完 成后 ，2010年 发生 了50年一遇的特大暴雨，也没有出现泥石流灾害，说明这一震后生命线工程得到了保障。

▲ 李家山治理中后对比图

第二个科学问题，防治泥石流有拦挡工程，也有排导工程，到底是排好一点？还是拦好一点？

众所周知，地球上有很多断层，特别是在高海拔山区。这是阿尔卑斯山亚平宁山系的一个构造图。在亚平宁山系中部，能看到山体逐渐升高。 从理论计算来讲，随着山体升高，应力、重力会增加，变形也会增加，所以泥石流灾害就更多。

▲ 阿尔卑斯山亚平宁山系构造图

中国治理泥石流的经验

在中国也有这种现象。此图是易贡扎木弄沟灾害的现场照片。

中间这条沟就是易贡扎木弄沟，在2000年4月9号发生了大滑坡，而后滑坡转化成泥石流，堵塞了易贡藏布。

到6月10号，堰塞湖溃决，产生了流量为12.4万立方米每秒的洪水，冲到雅鲁藏布江，而后冲到喜马拉雅南坡的印度，印度有9个邦（相当于中国的9个省）受灾，死亡人数达到130人，沿途20多座桥梁全部被冲毁。

我们怎么去考察这个灾害点呢？我们就修建了一个在我国西南山区以前很常见的重要交通工具——溜索。乘坐溜索去考察。

坐溜索有两个难点：第一，不能恐高；第二，坐溜索到河中间时，不能紧张，一紧张，就骑虎难下了。当时有两个同志不敢坐，就没有过去，我和其他同志过去了。这也说明地质灾害的调查也需要一定的勇气和力量。

通过调查，我们选择了两个地方打钻，在堆积扇上深达80多米的地方，取了样品来测年代。我们发现，这个地方的年代大概是4.1万年，在80米的剖面上，有5层大规模的泥石流堆积体，表明这4.1万年来，发生了5次大规模的泥石流灾害。

▲ 贡滑坡泥石流堆积区钻孔图

为什么这个地方会经常发生泥石流？大家看到，这个地方的构造隆升速率最快，达到了14.8毫米/年，说明构造隆升可能与灾害是息息相关的。因为构造运动是一个长时间尺度的过程，因此要把泥石流全部拦在沟里头，是非常困难的。所以我们应该以排为主，拦大排小，这才是泥石流治理的方略。

▲ 帕隆藏布（波密）至易贡藏布（塔鲁 村）隆升速率图

我们前几年又调查了云南省巧家县的海子沟。

这个沟在1899年发生过一次滑坡，滑坡堵塞后，形成一个堰塞湖。经研究发现，其中有25%是泥石流堆积物，75%是洪积物。

▲ 1899年，云南巧家海子沟堰塞湖山洪泥石流淤积

也就是说，假设在沟里修一个坝，很可能拦挡时，泥石流还没来，结果洪水携带的泥沙先将坝淤满了。等泥石流来后，坝不起作用了。所以更进一步说明，我们应该以排为主，拦大排小。

这个理念在实际中有哪些应用呢？就是我国第二大水电工程，白鹤滩水电工程建设的一个基地。图上横向的这一杠，就是该基地的坝址。这个坝址正好建在一个泥石流沟口，这个沟叫大寨沟。

▲ 白鹤滩水电站大寨沟

那么是排还是拦呢？根据我们的研究结果，我们还是觉得应该以排为主，拦大排小。

经过研究，我们发现沟里有很多的泥浆体，浆体是历史上形成的泥石流堆积物，所以它是一条泥石流沟。

调访中老百姓也证实，这条沟的确于1999年7月15号遭遇过泥石流。

▲ 村中走访调研

经过对沟床上堆积物的调查，发现此处沟床上有很多大颗粒，是粘性泥石流堆积物，有的石块宽度可达到3米，用隧洞排导是很困难的，极易把隧洞堵住。

在石棉的大洪沟，也有过这么一个用隧洞排导的方案，但此方案修建后，80年代出现了一个险情：泥石流颗粒将洞口堵住，致使泥石流排不下去。当地领导就组织群众拿着炸药去炸。

▲石棉大洪沟排导隧洞

于是我们就用排导渠，即明渠，把泥石流排到金沙江，实现对这个地方灾害的防控。

第三个科学问题，如何实现可持续的泥石流减灾？其实，无论排导还是拦挡，工程都是有寿命的，一般寿命可能就20—50年。如何能做到可持续防治呢？很快我们就想到了生态工程。

这是西昌邛海的一个海底地形图。从地形图可以看出，1952—2010年，它的地形等高线越来越少，从14米变到10.9米，也就是说其深度越来越浅，其面积从31个平方公里变到了27.4个平方公里，体积也在缩小，是什么原因导致的呢？

▲ 西昌邛海海底地形图

通过遥感和现场调查发现，从1950—2010年，这个流域里的人口不断增加，从2.52万人增加到4.92万人，而植被覆盖率却在降低，减少了16.92%。

▲ 西昌邛海遥感图

正是因为生态的脆弱和弱化，导致1998年7月6号发生了一场特大规模的泥石流，泥石流搬运了54万方泥沙进入卭海。

从我们的研究来看，红色线代表区域人口的增长，黑色线代表卭海泥沙淤积量的增加，两者是正相关的。由此可以得出一个结论，生态退化可能会加重泥石流灾害。因此泥石流灾害的防治要与岩土工程和生物工程相结合，即岩土工程管近期，生态工程管远期。

我们也把这个知识应用到天山天池泥石流灾害的防治。1971—2003年，天山天池频繁发生泥石流灾害，沙进水退，使得这个海子越来越小。

▲ 天山天池景区

研究发现，发生泥石流的主要原因是上游的过度放牧，上游的牧草将近超载150%。按如上的理念，近50年内用岩土工程控制，远期就需使用生态工程进行恢复。

于是我们修了一个拦砂坝，中间开大孔，用来排泥沙。同时让上游1.5万牧民搬迁。这个工程取得了很大的成功。

▲ 天山天池景区

当治住上游生态后，我们进一步考察发现，这个地方的生态非常脆弱。受山洪泥石流影响，河谷里的森林毁坏严重。

此图是2010年12月我考察四工河时拍摄的照片。很多森林由于洪水、泥石流的侵蚀，植被的根慢慢萎缩，风一吹林子就倒了，所以河谷的森林毁坏了60%，在这张触目惊心的照片里，我看到了森林在流泪。

▲ 天山天池景区

于是我们向中央写了咨询报告，启动对天山北坡谷地森林的保护，最终获批项目经费为14.3个亿。

我们认为，谷地森林退化是由于坡降太大和泥石流侵蚀引起的，所以我们建了很多低坝，用以防治洪水和泥石流的侵蚀。

▲ 堤坝建造示意图

图中的这个坝，中间开了很多的孔让泥沙排出去。这个坝修好后，2010年泥石流来了，泥石流携带的木头插进了泄洪洞的孔里，说明成功防治住了

▲天池景区泥石流拦砂坝

可以说这个坝不仅是个丰碑，也记录了很多防灾减灾的故事。

防治泥石流灾害时，有个难题，就是怎么把材料从他处运到现场？

后来发现冬天的天池冰结得很厚，所以我们通过冰层，把水泥、混凝土、砂从外面运到现场，才完成了这个工程。

我们的技术特别适合于第三世界发展中国家，也特别适合于“一带一路”的发展中国家。如今我们的技术不仅在我国有74处工程示范，也广泛应用于西亚、中亚、南亚的“一带一路”区域。

因泥石流防治工作取得的成绩，我们《泥石流灾害预判与综合防控关键技术》的项目入选2019年度中国生态环境领域十大科技进展。

泥石流灾害的防治任重而道远，希望我们大家一起与自然和谐共处，降低灾害风险。

来源：格致论道讲坛

编辑：Amy

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