驥伏櫪

2020年入汛以來，我國南方多地遭遇暴雨天氣，引發(fā)多起崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。其中，較為典型的是6月17日發(fā)生在四川省甘孜州丹巴縣半扇門鎮(zhèn)梅龍溝的泥石流災(zāi)害，阻斷小金川河形成了100萬立方米的堰塞湖，并發(fā)生潰壩漫流，致使當(dāng)?shù)胤课?、交通、電力、通信等設(shè)施遭受不同程度毀壞，2萬余人被迫疏散安置。

我國是世界上泥石流災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，像這樣的泥石流災(zāi)害每年都會發(fā)生。根據(jù)《全國地質(zhì)災(zāi)害通報》發(fā)布的數(shù)據(jù)，2017年我國共發(fā)生泥石流災(zāi)害387起，2018年發(fā)生339起，2019年發(fā)生599起。每到暴雨季節(jié)，泥石流災(zāi)害都使我國廣大地區(qū)特別是西南山區(qū)面臨嚴(yán)峻考驗，平均每年都會因此造成數(shù)百人傷亡和數(shù)十億元的經(jīng)濟損失。

如何才能減少泥石流的危害以及由此造成的損失，及時疏散受威脅人群呢？

其中的關(guān)鍵是準(zhǔn)確發(fā)布泥石流預(yù)警信息。

泥石流預(yù)警的理論基礎(chǔ)

地質(zhì)學(xué)家根據(jù)長期的研究發(fā)現(xiàn)，泥石流的發(fā)生具有十分明顯的時空規(guī)律。從時間上看，它具有明顯的季節(jié)性特點，與大氣降水的關(guān)系最為密切，主要集中暴發(fā)于每年的汛期，在我國主要出現(xiàn)在6～9月，特別是7、8兩個月。從空間上看，我國的泥石流災(zāi)害通常發(fā)生在西南山區(qū)，以四川、甘肅、云南等位于青藏高原邊緣地帶的省份為主。

之所以形成這樣的規(guī)律，是因為泥石流災(zāi)害的形成需要具備三個基本條件：首先是大量的水源，暴雨、冰雪融水、江湖或水庫堤壩潰決等，都有可能成為災(zāi)難的誘發(fā)因素；其次是需要大量的松散物質(zhì)，地表草皮遭到破壞、亂砍濫伐、礦山開采時隨意堆積礦渣等行為，都可能為泥石流的發(fā)生提供物質(zhì)來源；最后，還需要特殊的地形條件，即山谷必須具有一定的坡度，才能給予固液混合態(tài)的物質(zhì)以一定的動能，促使它們發(fā)生流動。

這三個基本條件共同誘發(fā)泥石流災(zāi)害的形成，其中，地形和地質(zhì)條件決定了泥石流的發(fā)生地點及規(guī)模，降雨條件決定了泥石流發(fā)生的時間。通過研究上述因素，使得人們對泥石流災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報成為可能。但在實踐中，研究人員發(fā)現(xiàn)，預(yù)警比預(yù)報更具可操作性。

所謂預(yù)報，是對尚未發(fā)生的災(zāi)害事先做出預(yù)測，預(yù)報泥石流災(zāi)害需要回答何時、何地會發(fā)生何種規(guī)模的泥石流。目前，我國對地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報主要是區(qū)域性預(yù)報，根據(jù)災(zāi)害發(fā)生的可能性分為四個風(fēng)險等級，分別以紅色、橙色、黃色以及藍色表示。不過，這種預(yù)報屬于定性描述，預(yù)報的區(qū)域范圍較大，精確度有限。

相比之下，預(yù)警則具有更強的針對性，它是在災(zāi)害已經(jīng)發(fā)生但尚未造成破壞之前發(fā)出警報，利用短暫的時間差及時疏散人群。這意味著，只要事先確定了泥石流隱患最有可能出現(xiàn)的空間位置，我們就只需要回答何時采取措施避險這一個問題。

從我國的具體情況看，泥石流分布區(qū)域廣、數(shù)量多、形成原因復(fù)雜，與其把大量的人力、物力和財力投入到災(zāi)后的治理中，不如用預(yù)見性的眼光提前做好預(yù)警工作，在“防治結(jié)合、以防為主”的原則指導(dǎo)下，對泥石流進行預(yù)警將成為防災(zāi)減災(zāi)的有效途徑之一。

臨界雨量預(yù)警

強降雨是誘發(fā)泥石流災(zāi)害的最重要因素，但究竟下多大的雨才會造成泥石流災(zāi)害，因地而異。簡單來說，在泥石流預(yù)警系統(tǒng)中，降雨量只是其中的一個輸入因子，輸出值則是泥石流的發(fā)生概率，但這兩者之間并非是簡單的線性關(guān)系。學(xué)者們通常的做法是，根據(jù)引發(fā)泥石流災(zāi)害的歷史降雨數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析之后確定一個閾值，即臨界雨量預(yù)警，并以此為依據(jù)建立預(yù)警模型，當(dāng)降雨量達到或接近閾值時就及時發(fā)出預(yù)警信號。

世界上很多國家都建立了泥石流災(zāi)害臨界雨量預(yù)警模型，比如，美國國家氣象局和美國地質(zhì)勘探局在1986—1995年建立了泥石流監(jiān)測系統(tǒng)，不僅監(jiān)測降水情況，而且關(guān)注泥石流溝流域內(nèi)的土壤含水量、孔隙水壓力等其他因素，他們運用該模型在舊金山灣區(qū)進行試驗并取得了成功。但這些模型僅適用于當(dāng)?shù)啬承┑赜?，適用范圍非常窄。

除了使用范圍狹窄以外，臨界雨量預(yù)警法面臨的最大難題是閾值的設(shè)置—閾值設(shè)置得太高，有可能出現(xiàn)災(zāi)害漏報的情況；閾值設(shè)置得太低，有可能出現(xiàn)假預(yù)警信號。目前，很多從事泥石流災(zāi)害預(yù)警研究的學(xué)者正致力于解決這一問題，努力構(gòu)建更具針對性的預(yù)警模型。

此外，局部地區(qū)的天氣變化也會對預(yù)警結(jié)果的準(zhǔn)確性造成比較大的影響。通常情況下，人們會將用于測量雨量的雨量監(jiān)測儀安裝在泥石流溝的物源區(qū)或溝頭，但在長達數(shù)千米甚至數(shù)十千米的泥石流溝中，數(shù)量有限的雨量監(jiān)測儀不一定能準(zhǔn)確反映整個區(qū)域的降水情況。比如，2010年8月7日發(fā)生在甘肅舟曲的特大泥石流災(zāi)害，就跟局部地區(qū)天氣異常有密切關(guān)系。長期監(jiān)測結(jié)果表明，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄陆涤炅坎怀^100毫米，但在當(dāng)時，舟曲局部地區(qū)在短短兩小時內(nèi)的降水量就接近100毫米，這原本屬于氣象預(yù)報難題，卻給泥石流災(zāi)害預(yù)警帶來了不小的困擾。

次聲波預(yù)警

次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，在自然界中廣泛存在，地震、火山、海嘯、極光、雷擊、閃電、流星、雪崩、龍卷風(fēng)、冰川運動等自然現(xiàn)象以及核爆炸、火炮發(fā)射、車船行駛等人類活動都會發(fā)出次聲波，大象、鯨魚、老虎等動物也能發(fā)出一定頻率的次聲波。由于次聲波的波長很長，可以繞開大型障礙物發(fā)生衍射，而且在傳播過程中不易被水和大氣吸收，能量耗散少，所以可以傳播到很遠的地方。但是，人類所能聽到的聲音頻率范圍是20～20000赫茲，超出這個范圍就不易察覺了，而某些動物可以聽到的聲音頻率范圍非常廣。2004年12月26日，印度洋發(fā)生大地震并引發(fā)海嘯，奇怪的是，在海嘯達到亞洲海岸的前幾個小時，很多動物就已經(jīng)逃離了這一地區(qū)。有科學(xué)家認為，正是因為它們提前感受到了次聲波才逃之夭夭。

人們根據(jù)次聲波的特點，發(fā)明了多種靈敏的次聲監(jiān)測儀，可以用來監(jiān)測風(fēng)暴、地震以及核爆炸等，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。

那么，該怎么使用次聲監(jiān)測儀來監(jiān)測泥石流的發(fā)生呢？

泥石流在流動過程中，由于巖石破裂、相互碰撞以及流動物質(zhì)與溝道之間的撞擊和摩擦，會產(chǎn)生具有特定頻率、振幅、波形的次聲波，使用專業(yè)的次聲監(jiān)測儀來捕獲到這些次聲信號，就可以提前知曉泥石流已經(jīng)暴發(fā)，從而達到預(yù)警的目的。

中國科學(xué)院水利部成都山地災(zāi)害與環(huán)境研究所學(xué)者章書成等人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，泥石流發(fā)出的次聲波的卓越頻率（隨機振動過程中出現(xiàn)概率最多的頻率）為5～15赫茲，其在空氣中的傳播速度約為344米每秒，遠大于泥石流5～15米每秒的運動速度，這意味著報警器能夠在泥石流到達之前首先接收到次聲信號，從而為人們防災(zāi)避險爭取到數(shù)分鐘乃至數(shù)十分鐘的寶貴時間。

根據(jù)這樣的基本原理，人們開發(fā)了國內(nèi)首臺泥石流次聲警報器，并在云南、四川、西藏以及國外多地的實際應(yīng)用中獲得成功。其中，在云南東川蔣家溝監(jiān)測了5次泥石流，其警報提前量都超過半個小時。不要小看這半個小時，它可以挽救很多人的生命與財產(chǎn)安全。

盡管利用泥石流次聲波監(jiān)測實現(xiàn)對泥石流災(zāi)害的預(yù)警是可行的，不過，由于次聲波的來源十分復(fù)雜，為避免發(fā)出錯報，如何正確區(qū)分警報信號和環(huán)境噪聲干擾顯得至關(guān)重要。我國學(xué)者鐘敦倫等人認為，相對穩(wěn)定持續(xù)時長超過30秒的泥石流次聲和地聲信息， 應(yīng)作為泥石流形成性警報的臨界指標(biāo)，這也意味著泥石流在此時已經(jīng)形成，應(yīng)立即發(fā)出警告。

群測群防的作用

除了上述方法之外，人們還可以通過監(jiān)測泥石流溝中的土壤含水量、泥水位等因素，或者通過視頻監(jiān)控觀察泥石流的運動狀況，來獲知泥石流的發(fā)生與發(fā)展情況。對于由高原冰川誘發(fā)的泥石流，氣溫也是監(jiān)測和預(yù)警的重要指標(biāo)之一。

需要說明的是，對泥石流災(zāi)害進行預(yù)警是一項十分復(fù)雜的工作，僅僅依靠單一的監(jiān)測方法難以取得理想效果，所以，在實際工作中，人們通常需要在同一條泥石流溝內(nèi)同時安裝雨量監(jiān)測儀、次聲監(jiān)測儀、泥位監(jiān)測儀、土壤含水量監(jiān)測儀、視頻監(jiān)測儀等多種儀器，以實現(xiàn)對泥石流全方位、多因素的監(jiān)測，從而提高預(yù)警的準(zhǔn)確度。此外，在每年汛期，還需要專業(yè)的地質(zhì)隊員在泥石流易發(fā)區(qū)進行巡查，以便及時發(fā)現(xiàn)潛在的災(zāi)害征兆。

由于受目前調(diào)查精度和研究水平的制約，加之極端氣候的影響造成的災(zāi)害的動態(tài)變化，使得一部分可能存在泥石流隱患的地區(qū)尚未被人們發(fā)現(xiàn)，也沒有被納入監(jiān)測預(yù)警網(wǎng)絡(luò)之中，“技防”存在不足之處。并且，由于專業(yè)的地質(zhì)人員數(shù)量有限，“人防”也難以做到全天候巡查，所以還需要“群防”的支持。我國學(xué)者李傲雯等人對陜西省2003—2018年成功預(yù)報的553起地質(zhì)災(zāi)害進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)，通過專業(yè)監(jiān)測預(yù)警體系自動發(fā)出警報信號的案例僅占2%左右，有70%左右的案例是由群測群防員最早發(fā)出預(yù)警信息的，這充分突顯了群測群防的重要性。

除了采用更先進的預(yù)報預(yù)警避免泥石流造成的巨大危害之外，居住在山谷里的村民，也需要對泥石流災(zāi)害有基本的認識。通常情況下，暴雨或連續(xù)降雨數(shù)日之后，如果出現(xiàn)洪水突然增大，水體變渾，或者河道突然斷流，溝谷深處有巨大的轟鳴聲或震動感，即是泥石流暴發(fā)的前兆。2017年7月5日晚，云南省貢山獨龍族怒族自治縣普拉底鄉(xiāng)臘咱村遭遇了強降雨。一位細心的村民發(fā)現(xiàn)，原本流水的臘咱河竟然在暴雨之夜突然斷流，這種奇怪的現(xiàn)象引起了他的注意。他懷疑這很可能是泥石流災(zāi)害發(fā)生的前兆，于是迅速將情況報告給有關(guān)部門，并由政府緊急疏散河道兩邊的村民。果不其然，河道斷流大約50分鐘后，大量洪水?dāng)y帶著泥沙沖進河道，堵塞橋涵并沖出橋面，造成道路中斷、幾十間房屋受損。由于發(fā)現(xiàn)及時，該村莊50戶181名村民被安全轉(zhuǎn)移，成功躲過一劫。事后分析不難發(fā)現(xiàn)，臘咱河突然斷流，是由于強降雨引發(fā)的山體滑坡堵塞了河道，并在上游形成了堰塞湖，而后，堰塞湖潰決導(dǎo)致泥石流災(zāi)害發(fā)生。如果村民缺乏這些基本常識，那么后果不堪設(shè)想。

我國《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》明確規(guī)定：“國家鼓勵單位和個人提供地質(zhì)災(zāi)害前兆信息?！敝挥谐浞职l(fā)揮村民的群測群防作用，建設(shè)一種“人人都是監(jiān)測員”的防災(zāi)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，才能有效彌補專業(yè)地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測預(yù)警工作的不足，構(gòu)建起適合我國國情的全方位、全天候、立體化的“技防+人防+群防”的防災(zāi)減災(zāi)體系。

泥石流預(yù)警的幾種方法

泥石流預(yù)警方法目前主要有泥位法、地聲法、視頻監(jiān)測和次聲法等幾種，它們各有特點。

泥位法能同時對泥石流的發(fā)生和規(guī)模進行預(yù)警，但布設(shè)斷面的選擇會直接影響泥位法的有效性、實用性和長期性。地聲法通過捕捉地層傳播而來的泥石流與溝道作用所產(chǎn)生的振動波判識并發(fā)出警報，對傳感器的埋設(shè)要求很高。視頻監(jiān)測的最大優(yōu)點是能實時掌握災(zāi)害發(fā)展的圖像信息。與泥位法、地聲法相同，視頻監(jiān)測通過將設(shè)備安裝在流通區(qū)以上來獲得足夠的預(yù)警提前量，設(shè)備極易因災(zāi)情而受損。次聲法是通過捕捉空氣傳播而來的泥石流次聲波實現(xiàn)預(yù)警，屬于非接觸式，由于次聲波速度約為344米每秒，遠大于泥石流的運動速度，因此能獲得足夠長的預(yù)警提前量，同時次聲波穿透能力強，儀器可置于室內(nèi)，設(shè)備不易受損，是目前國內(nèi)外泥石流預(yù)警中采取的主要方式之一。

（根據(jù)資料整理）