泥石流，預(yù)警比預(yù)報(bào)更靠譜

驥伏櫪

2020年入汛以來(lái)，我國(guó)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(wàn)立方米的堰塞湖，并發(fā)生潰壩漫流，致使當(dāng)?shù)胤课荨⒔煌?、電力、通信等設(shè)施遭受不同程度毀壞，2萬(wàn)余人被迫疏散安置。

我國(guó)是世界上泥石流災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一，像這樣的泥石流災(zāi)害每年都會(huì)發(fā)生。根據(jù)《全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害通報(bào)》發(fā)布的數(shù)據(jù)，2017年我國(guó)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(guó)廣大地區(qū)特別是西南山區(qū)面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)，平均每年都會(huì)因此造成數(shù)百人傷亡和數(shù)十億元的經(jīng)濟(jì)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(shí)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(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn)，泥石流的發(fā)生具有十分明顯的時(shí)空規(guī)律。從時(shí)間上看，它具有明顯的季節(jié)性特點(diǎn)，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(guó)主要出現(xiàn)在6～9月，特別是7、8兩個(gè)月。從空間上看，我國(guó)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?yàn)槟嗍鳛?zāi)害的形成需要具備三個(gè)基本條件：首先是大量的水源，暴雨、冰雪融水、江湖或水庫(kù)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(shí)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(lái)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(dòng)能，促使它們發(fā)生流動(dòng)。

這三個(gè)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(diǎn)及規(guī)模，降雨條件決定了泥石流發(fā)生的時(shí)間。通過(guò)研究上述因素，使得人們對(duì)泥石流災(zāi)害的預(yù)警預(yù)報(bào)成為可能。但在實(shí)踐中，研究人員發(fā)現(xiàn)，預(yù)警比預(yù)報(bào)更具可操作性。

所謂預(yù)報(bào)，是對(duì)尚未發(fā)生的災(zāi)害事先做出預(yù)測(cè)，預(yù)報(bào)泥石流災(zāi)害需要回答何時(shí)、何地會(huì)發(fā)生何種規(guī)模的泥石流。目前，我國(guó)對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)報(bào)主要是區(qū)域性預(yù)報(bào)，根據(jù)災(zāi)害發(fā)生的可能性分為四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，分別以紅色、橙色、黃色以及藍(lán)色表示。不過(guò)，這種預(yù)報(bào)屬于定性描述，預(yù)報(bào)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(qiáng)的針對(duì)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(bào)，利用短暫的時(shí)間差及時(shí)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(shí)采取措施避險(xiǎn)這一個(gè)問題。

從我國(guó)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(cái)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(duì)泥石流進(jìn)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(qiáng)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(huì)造成泥石流災(zāi)害，因地而異。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在泥石流預(yù)警系統(tǒng)中，降雨量只是其中的一個(gè)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(jiǎn)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(jì)分析之后確定一個(gè)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(dá)到或接近閾值時(shí)就及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

世界上很多國(guó)家都建立了泥石流災(zāi)害臨界雨量預(yù)警模型，比如，美國(guó)國(guó)家氣象局和美國(guó)地質(zhì)勘探局在1986—1995年建立了泥石流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不僅監(jiān)測(cè)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(yùn)用該模型在舊金山灣區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)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(bào)的情況；閾值設(shè)置得太低，有可能出現(xiàn)假預(yù)警信號(hào)。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(duì)性的預(yù)警模型。

此外，局部地區(qū)的天氣變化也會(huì)對(duì)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(huì)將用于測(cè)量雨量的雨量監(jiān)測(cè)儀安裝在泥石流溝的物源區(qū)或溝頭，但在長(zhǎng)達(dá)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(cè)儀不一定能準(zhǔn)確反映整個(gè)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)囟嗄昶骄陆涤炅坎怀^(guò)100毫米，但在當(dāng)時(shí)，舟曲局部地區(qū)在短短兩小時(shí)內(nèi)的降水量就接近100毫米，這原本屬于氣象預(yù)報(bào)難題，卻給泥石流災(zāi)害預(yù)警帶來(lái)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(yùn)動(dòng)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(dòng)都會(huì)發(fā)出次聲波，大象、鯨魚、老虎等動(dòng)物也能發(fā)出一定頻率的次聲波。由于次聲波的波長(zhǎng)很長(zhǎng)，可以繞開大型障礙物發(fā)生衍射，而且在傳播過(guò)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(yuǎn)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(gè)范圍就不易察覺了，而某些動(dòng)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(dá)到亞洲海岸的前幾個(gè)小時(shí)，很多動(dòng)物就已經(jīng)逃離了這一地區(qū)。有科學(xué)家認(rèn)為，正是因?yàn)樗鼈兲崆案惺艿搅舜温暡ú盘又藏病?/p>

人們根據(jù)次聲波的特點(diǎn)，發(fā)明了多種靈敏的次聲監(jiān)測(cè)儀，可以用來(lái)監(jiān)測(cè)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(cè)儀來(lái)監(jiān)測(cè)泥石流的發(fā)生呢？

泥石流在流動(dòng)過(guò)程中，由于巖石破裂、相互碰撞以及流動(dòng)物質(zhì)與溝道之間的撞擊和摩擦，會(huì)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(cè)儀來(lái)捕獲到這些次聲信號(hào)，就可以提前知曉泥石流已經(jīng)暴發(fā)，從而達(dá)到預(yù)警的目的。

中國(guó)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(jī)振動(dòng)過(guò)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(yuǎn)大于泥石流5～15米每秒的運(yùn)動(dòng)速度，這意味著報(bào)警器能夠在泥石流到達(dá)之前首先接收到次聲信號(hào)，從而為人們防災(zāi)避險(xiǎn)爭(zhēng)取到數(shù)分鐘乃至數(shù)十分鐘的寶貴時(shí)間。

根據(jù)這樣的基本原理，人們開發(fā)了國(guó)內(nèi)首臺(tái)泥石流次聲警報(bào)器，并在云南、四川、西藏以及國(guó)外多地的實(shí)際應(yīng)用中獲得成功。其中，在云南東川蔣家溝監(jiān)測(cè)了5次泥石流，其警報(bào)提前量都超過(guò)半個(gè)小時(shí)。不要小看這半個(gè)小時(shí)，它可以挽救很多人的生命與財(cái)產(chǎn)安全。

盡管利用泥石流次聲波監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流災(zāi)害的預(yù)警是可行的，不過(guò)，由于次聲波的來(lái)源十分復(fù)雜，為避免發(fā)出錯(cuò)報(bào)，如何正確區(qū)分警報(bào)信號(hào)和環(huán)境噪聲干擾顯得至關(guān)重要。我國(guó)學(xué)者鐘敦倫等人認(rèn)為，相對(duì)穩(wěn)定持續(xù)時(shí)長(zhǎng)超過(guò)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(bào)的臨界指標(biāo)，這也意味著泥石流在此時(shí)已經(jīng)形成，應(yīng)立即發(fā)出警告。

群測(cè)群防的作用

除了上述方法之外，人們還可以通過(guò)監(jiān)測(cè)泥石流溝中的土壤含水量、泥水位等因素，或者通過(guò)視頻監(jiān)控觀察泥石流的運(yùn)動(dòng)狀況，來(lái)獲知泥石流的發(fā)生與發(fā)展情況。對(duì)于由高原冰川誘發(fā)的泥石流，氣溫也是監(jiān)測(cè)和預(yù)警的重要指標(biāo)之一。

需要說(shuō)明的是，對(duì)泥石流災(zāi)害進(jìn)行預(yù)警是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，僅僅依靠單一的監(jiān)測(cè)方法難以取得理想效果，所以，在實(shí)際工作中，人們通常需要在同一條泥石流溝內(nèi)同時(shí)安裝雨量監(jiān)測(cè)儀、次聲監(jiān)測(cè)儀、泥位監(jiān)測(cè)儀、土壤含水量監(jiān)測(cè)儀、視頻監(jiān)測(cè)儀等多種儀器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)泥石流全方位、多因素的監(jiān)測(cè)，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(duì)員在泥石流易發(fā)區(qū)進(jìn)行巡查，以便及時(shí)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(dòng)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(cè)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(guó)學(xué)者李傲雯等人對(duì)陜西省2003—2018年成功預(yù)報(bào)的553起地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，通過(guò)專業(yè)監(jiān)測(cè)預(yù)警體系自動(dòng)發(fā)出警報(bào)信號(hào)的案例僅占2%左右，有70%左右的案例是由群測(cè)群防員最早發(fā)出預(yù)警信息的，這充分突顯了群測(cè)群防的重要性。

除了采用更先進(jìn)的預(yù)報(bào)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(duì)泥石流災(zāi)害有基本的認(rèn)識(shí)。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(dòng)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(dú)龍族怒族自治縣普拉底鄉(xiāng)臘咱村遭遇了強(qiáng)降雨。一位細(xì)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(bào)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(jìn)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(shí)，該村莊50戶181名村民被安全轉(zhuǎn)移，成功躲過(guò)一劫。事后分析不難發(fā)現(xiàn)，臘咱河突然斷流，是由于強(qiáng)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(shí)，那么后果不堪設(shè)想。

我國(guó)《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》明確規(guī)定：“國(guó)家鼓勵(lì)單位和個(gè)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(cè)群防作用，建設(shè)一種“人人都是監(jiān)測(cè)員”的防災(zāi)預(yù)警網(wǎng)絡(luò)，才能有效彌補(bǔ)專業(yè)地質(zhì)調(diào)查和監(jiān)測(cè)預(yù)警工作的不足，構(gòu)建起適合我國(guó)國(guó)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(cè)和次聲法等幾種，它們各有特點(diǎn)。

泥位法能同時(shí)對(duì)泥石流的發(fā)生和規(guī)模進(jìn)行預(yù)警，但布設(shè)斷面的選擇會(huì)直接影響泥位法的有效性、實(shí)用性和長(zhǎng)期性。地聲法通過(guò)捕捉地層傳播而來(lái)的泥石流與溝道作用所產(chǎn)生的振動(dòng)波判識(shí)并發(fā)出警報(bào)，對(duì)傳感器的埋設(shè)要求很高。視頻監(jiān)測(cè)的最大優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)時(shí)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(cè)通過(guò)將設(shè)備安裝在流通區(qū)以上來(lái)獲得足夠的預(yù)警提前量，設(shè)備極易因?yàn)?zāi)情而受損。次聲法是通過(guò)捕捉空氣傳播而來(lái)的泥石流次聲波實(shí)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(yuǎn)大于泥石流的運(yùn)動(dòng)速度，因此能獲得足夠長(zhǎng)的預(yù)警提前量，同時(shí)次聲波穿透能力強(qiáng)，儀器可置于室內(nèi)，設(shè)備不易受損，是目前國(guó)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）