寻龙诀:泥石流相关研究中的若干问题
作者单位/中国地质调查局成都地质调查中心
Online: 2017-04-20
作者简介 About authors
铁永波,博士,副研究员,中国地质科学院硕士研究生导师,主要从事环境地质方面的科研工作。
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文图/铁永波.
中国从20世纪下半叶才开始对泥石流问题有所关注。经过几代人的努力,如今已在泥石流理论研究及防灾减灾应用方面取得了被世界各国学者公认的成绩,尤其是在汶川震区泥石流防治研究中所总结的经验与技术,对全球泥石流防灾减灾都起到了很好的引领与示范作用,这是我国地质灾害防治史上的一次飞跃。科学研究的结果在不断更新历史,历史又在指导科学研究。回顾我国泥石流研究的足迹,回望泥石流研究者们的艰辛历程,可让后来人从历史中汲取经验,为他们指明方向。
泥石流与“龙”的渊源
龙是中国人的祥瑞神物。作为山区最为常见的地质灾害之一,泥石流也曾被山区人们给赋予了“走龙”“出蛟”等具有神秘色彩的称谓,泥石流便与“龙”联系在了一起。在山区,经常会看到泥石流发生后在沟口形成的扇状堆积地貌,其形态很像是一把扇子,又似一个平面上的小喇叭,为了能形象地比喻这类泥石流形成的堆积地貌,将其称为“泥石流堆积扇”,似乎又有龙的形状。

20世纪50年代以前,泥石流因其巨大的破坏力和发生的不可预知性,成为人们眼中无所不能的“龙”,与它有关的一切都是神秘的,有人甚至以为它可以预示某种吉凶。如《易经》中就用“见龙在田”“飞龙在天”等爻辞来预测人的时运。可见,那时的龙具有典型的神化色彩。
从地质历史看,泥石流是地表演化过程中的一种必然地质现象,在地表侵蚀的时期就有发生。只是那时人烟稀少,人口多聚集在平原地区,泥石流很少对人类活动造成破坏,因而对泥石流的关注并不多。虽然神话故事没有太严谨的科学性,但它一样能给人们传递一种很质朴和直观的世界观、价值观及人生观,可以让泥石流运动时的一些基本特征得到直观的描述。
在古代的传记及文学作品中也有对泥石流的神化描述,如《北梦琐言》中描述:“雷雨冥晦,狂风拔树, 云中物旋转入溪中……”;《阅微草堂笔记,滦阳消夏录五》中描述:“龙乘风雨去,蹂躏禾稼二亩许……”;《普庵传》里描述:“……忽然天下小雨,顷刻间黑云渐兴。此时只见一条长数里的巨龙出现……”从这些描述中可以看出,虽然带有神话色彩,但人们对泥石流发生时的天气现象却描述得很贴切,即龙的出现都伴随着雷雨,还会破坏庄稼等,龙也就成了早期泥石流在古人眼中最直观的印象。
初涉龙潭,科学与神话的较量
19世纪以来,战争给中国经济及社会发展造成了极大的破坏。新中国成立后,全面的经济发展带动了各种基础设施的建设。尤其是在修建成昆铁路、川藏公路、宝成铁路及东川铁路的过程中,为避免遭遇泥石流灾害,交通部专门成立了由多个学科专业学者组成的队伍对铁路和公路沿线泥石流开展考察,并以此拉开了我国对泥石流防治的序幕。随后,以西藏冰川泥石流和东川城镇泥石流为两个典型代表开展的观测研究对泥石流的基本特征有了较为清晰的认识。1964年,施雅风先生在《科学通报》上发表的《西藏古乡地区的冰川泥石流》成为我国第一篇在学术刊物上正式发表的对泥石流研究的论文,开始揭开泥石流的神秘面纱。
20世纪70年代后期,在矿产资源开发及城镇建设过程中遇到的泥石流问题再次受到关注,并开始从铁路和公路泥石流向矿山、城镇及人口密集区的泥石流领域拓展。
20世纪70年代是我国对泥石流进行治理的重要阶段,尤其是东川泥石流的成功防治经验证明了泥石流并不是无所不能的“神龙”,在很大程度上减弱了人们对泥石流的神秘感和恐惧感,也证实了只要经过科学的论证,是能够有效避免灾害的。
春回大地,举步维艰的与龙共舞
20世纪80年代是我国泥石流研究史上的第一个高峰期。
1980年4月,在中国科学院的组织下,在成都召开了“第一届全国泥石流学术会议”,共有来自70 多个单位的学者参加会议,这次会议成为我国泥石流研究新阶段的一个重要里程碑。
1982年在云南省东川市召开的《全国泥石流防治经验交流会》对在成昆铁路、宝成铁路、兰青铁路、陇海铁路、青藏公路建设及运营过程中遇到的泥石流问题进行了讨论,为我国泥石流研究经验的积累奠定了重要基础。此后,关于我国泥石流研究的专著、科研论文、研究报告及科普出版物的发行把泥石流在山区建设中的重要性推到了前所未有的高度,并引起了世界各国学者的关注。这一时期对泥石流的研究开始注重定量研究的方法手段,尤其是以“泥石流天然博物馆”著称的蒋家沟泥石流观测站在定量研究阶段发挥了重要的作用,并总结出沿用至今的“云南东川蒋家沟公式”“西藏古乡沟公式”“甘肃武都火烧沟公式”“铁二院公式”等经典泥石流动力学参数计算公式。
在观测结果或试验数据面前,定量研究还在很大程度上解决了很多存在争论的问题,对泥石流的认知水平也得到了极大的提升。在各种定量研究的数据面前,普通大众对泥石流的神化意识逐渐淡薄,并接受了泥石流是一种地质现象的客观事实,泥石流的“龙纱”终被揭开。
前赴后继,为国家发展保驾护航
水土流失加剧使得地质灾害频繁发生,尤其是20世纪90年代后期,泥石流发生的频次显著增加,所造成的危害也极大。以云南省东川市为例,自西汉以来就开采和冶炼铜矿的漫长历史使得这里的生态环境急剧恶化,加之小江断裂带活动导致的岩体破碎,使得东川成了这一时期地质灾害与人类活动关系不可调和的典型代表,泥石流对城镇发展及经济建设造成阻碍。
随着中国城镇化进程的加快,以京九铁路为代表的大型基础设施建设也在很大程度上带动了山区各种基础设施及水利水电工程的建设。但山区城镇建设与工程活动及泥石流的矛盾日益凸显,对已有和未来可能会发生的泥石流风险开展评估,成为这一时期政府部门在新城镇选址及工程建设过程中亟待解决的问题。
在这样的大背景下,以城镇、工程建设区及人类居住地为中心的泥石流调查评价大范围铺开。以威胁公路、铁路及人类居住地的单体泥石流为对象而开展的泥石流成因、特征、危害及防治为一体的综合研究成为这一时期泥石流研究的一个特色,以成昆铁路为代表的大型工程区泥石流防治,极大地推动了泥石流动力学研究及防治工程设计规范化的进程。
社会发展的减灾需求和国家的重视让泥石流研究进一步深入,在老一辈泥石流专家们所奠定的基础上,新兴的第二代泥石流研究学者们在继承中创新和突破,对泥石流学科的发展起到了至关重要的传承作用,并涌现出了一大批引领学科发展的人才。至此,我国学者对泥石流系统性和综合性的研究体系已基本成形,并在国际上产生了一定的影响。
众志成城,保一方平安
进入21世纪,泥石流依然肆虐着在它影响范围内的人和建筑,并造成重大灾害,各级政府采取多种措施进行防治,研究者们也不断展开相关问题的探究。2003年10月,国务院颁布并实施了《地质灾害防治条例》,要求全面提高我国地质灾害防治水平。在全国建立了地质灾害评价体系、监测预警体系和综合防治体系,以防治地质灾害,维护人民生命和财产安全,促进国家经济建设和社会发展。
随后,在国家拨款和地方国土资源部门的组织实施下,全面开展了对威胁到城镇及居民区泥石流的工程治理、监测预警及群测群防网络建设,并在泥石流系统化和多样化防治体系方面有了较大的进展。
鉴于泥石流形成过程较为复杂的客观事实,研究者们在尝试找到某些普适性的泥石流评价方法时还是遇到了许多难以解决的问题,并尝试从地质学、地貌学、气候学、水文学、土力学及生态学等多学科的角度对泥石流进行综合研究。若用一个关键词描述这一时期的研究特色,那就是“系统性”。从这一时期学者们发表的泥石流研究论文的内容中可以发现,模糊评判、灰色预测、拓扑预测、人工神经网络预测等各种数学方法在泥石流评价中都得到了应用,并应用了高精度卫星航拍、无人机、地质钻探、物探、三维模拟等先进的技术手段与方法,实现了从天上到地面再到地下的一体化调查模式,在泥石流调查、数值模拟、动态监测预警、遥感解译、综合预测评价等方面都有了实质性的进展。尤其是遥感(RS)与地理信息系统(GIS)的广泛应用对这一时期的泥石流调查研究起到了极大的推动作用。
对于泥石流这一地质现象的认知过程而言,并不是一开始就有科学理论指导的,而是经历了几代泥石流研究人的艰苦努力才让其从被神化的“龙”回归科学的自然现象。在没有如今这般便利交通的条件下,老一辈泥石流研究者们用他们艰苦的工作和辛勤的汗水向后人展示了什么是榜样的力量,更是把他们对客观世界的认知水平一次次凝炼、一层层升华,为后人奠定了坚实的基础,并让他们站到了更高的平台。回顾我国泥石流研究这段时间短暂却心历漫长的过程是对老一辈泥石流研究者们的致敬,更是对后继者的鞭策与指引。
对于在新历史时期的泥石流研究者而言,除了继承老一辈人的优良传统,继续为国家建设和百姓生命财产安全保驾护航外,还需要共同思考为大众化的泥石流科普做点什么,因为提高全民对泥石流的认知与防范能力才是减灾之根本。
最后,献上藏头诗一首,以此献给那些甘冒生死为我国泥石流防灾减灾作出贡献的人们!
寻龙吟
向晚的风刮过河畔
泥泞的路在脚下蜿蜒
石墙的残垣刻着曾经的慌乱
流经岁月总随雨季递传
同生死赛跑在山涧
行列陡崖如虎穴龙潭
致暮野,夕阳无限
敬余晖,黄昏犹暖