泥石流災(zāi)害預(yù)警研究

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：嚴(yán)婷（1999—），女，江蘇南京人，研究方向為自然地理學(xué)。

摘 要：泥石流是一種極具破壞性的自然災(zāi)害，常常在山區(qū)突然暴發(fā)，來勢洶洶，裹挾著大量的泥土、石塊和水流，具有極高的沖擊力和破壞力。四川省阿壩縣為我國的山區(qū)地帶，泥石流災(zāi)害尤為常見，嚴(yán)重威脅著當(dāng)?shù)鼐用竦纳踩拓敭a(chǎn)安全?；诖耍钊胙芯苛四嗍鞯男纬稍蚝蜋C(jī)制，結(jié)合數(shù)字高程模型，分析了泥石流災(zāi)害的空間分布和特征，提出了短臨預(yù)警發(fā)布、降水預(yù)警、預(yù)警信息發(fā)布3個關(guān)鍵研究方向，以期更好地預(yù)測和防控四川省阿壩縣的泥石流災(zāi)害，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁└佑行У臑?zāi)害預(yù)警和應(yīng)對措施，保障其生命安全。

關(guān)鍵詞：阿壩縣；泥石流；災(zāi)害；預(yù)警

中圖分類號：P642.23 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）04–0-03

泥石流災(zāi)害對于廣大人民群眾具有嚴(yán)重的危害，泥石流災(zāi)害會沖入城市，嚴(yán)重時會造成重大災(zāi)難。泥石流災(zāi)害還可能直接吞沒公路、鐵路等，甚至?xí)v毀地基、橋梁等重要設(shè)施，嚴(yán)重致使交通運(yùn)輸中斷，泥石流災(zāi)害還會引起公共汽車、火車等車毀人亡，嚴(yán)重危害人民生產(chǎn)生活安全[1]。

泥石流災(zāi)害的發(fā)生具有突然性，往往呈現(xiàn)短暫、破壞性大的特點。四川省阿壩縣泥石流災(zāi)害頻發(fā)，以淤積、填埋、沖毀、堵塞等方式對當(dāng)?shù)鼐用竦陌踩斐闪藰O大的危害。因此，當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門需要加強(qiáng)對于泥石流形成的機(jī)理、災(zāi)害信息監(jiān)測技術(shù)的研究，促進(jìn)四川省阿壩縣泥石流災(zāi)害預(yù)警工作的開展[2]。同時，相關(guān)部門應(yīng)在泥石流災(zāi)害預(yù)警研究中及時抓住有效信息，并揭示其形成的規(guī)律、運(yùn)動的規(guī)律等，對四川省阿壩縣的泥石流災(zāi)害的發(fā)生進(jìn)行有效的預(yù)報、預(yù)測、預(yù)警。

1 研究背景

我國人口眾多、土地資源有限，丘陵和山地的面積在國土總面積中的占比較高，加上復(fù)雜的地質(zhì)條件等因素，導(dǎo)致我國頻繁發(fā)生嚴(yán)重的山體災(zāi)害、泥石流災(zāi)害等事件。為了使四川省阿壩縣的群眾可以及時獲取泥石流災(zāi)害的預(yù)警信息，對可能發(fā)生的泥石流災(zāi)害防患于未然，以四川省阿壩縣為例進(jìn)行研討。

1.1 國內(nèi)泥石流災(zāi)害研究現(xiàn)狀

我國是一個“山區(qū)大國”，我國西南部的部分山區(qū)，地勢地形極其峻峭，地質(zhì)構(gòu)造極其復(fù)雜，地震活動帶也較多。同時，新中國成立以來，我國進(jìn)行了大范圍的區(qū)域建設(shè)，通過工農(nóng)業(yè)對地表、下墊面進(jìn)行了改造，破壞了地質(zhì)，導(dǎo)致地表、下墊面出現(xiàn)了大量固液體混合物質(zhì)，造成了泥石流災(zāi)害的頻發(fā)。此外，大量降水極其迅速的流速也為泥石流等災(zāi)害的發(fā)生提供了助力，對人民群眾的生命安全和財產(chǎn)造成了重大危害[3]。

我國研究人員對某些地方的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行了實地考察和數(shù)據(jù)調(diào)研，發(fā)表了一系列的預(yù)警方法，極大地減輕了部分自然災(zāi)害。然而，地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生具有較強(qiáng)的不確定性，且發(fā)生規(guī)模往往是巨大的，人為的干預(yù)并不能杜絕地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。其中，我國泥石流災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)多、分布廣，泥石流溝數(shù)量較為龐大，泥石流災(zāi)害也較為嚴(yán)重。泥石流以其快速發(fā)展、影響深遠(yuǎn)的特點成為學(xué)術(shù)界和工程界研究的熱點[4]。

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，我國很多地區(qū)將GIS技術(shù)應(yīng)用于泥石流預(yù)測。GIS技術(shù)經(jīng)過使用非線性科學(xué)方法和現(xiàn)代數(shù)值模仿技術(shù)，可對監(jiān)測信息通過實時剖析和處置，動態(tài)生成泥石流預(yù)測后果，為泥石流監(jiān)測預(yù)告提供更精密的結(jié)果。此外，近年來，我國許多學(xué)者將GIS技術(shù)與地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)警鉆研相結(jié)合，取得了很大的進(jìn)步。

1.2 國外泥石流災(zāi)害研究現(xiàn)狀

縱觀國外的研究則可以發(fā)現(xiàn)，幾乎世界上所有的山區(qū)都可能發(fā)生泥石流，特別是新近隆起的山區(qū)[5-6]。以日本、奧地利等國家為例，其通過泥石流災(zāi)害的誘發(fā)因素、構(gòu)成機(jī)理的進(jìn)行深入淺出、系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究，揭示了泥石流災(zāi)害的形成的機(jī)制構(gòu)造和流體運(yùn)行，并使用地質(zhì)學(xué)、氣候?qū)W等理論知識作為現(xiàn)實依據(jù)，對于曾經(jīng)發(fā)生過的泥石流災(zāi)害的數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)密精確的統(tǒng)計分析，構(gòu)成了一套泥石流災(zāi)害的預(yù)警模擬公式、預(yù)警模型，最終形成了精確的預(yù)測結(jié)果，完成了針對特定區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測預(yù)警[7-8]。

2 研究區(qū)概況——以四川省阿壩縣為例

2.1 地質(zhì)地貌概況

阿壩縣從屬于四川省阿壩藏族羌族自治州，由西北向東南延伸。西北部南博依澤山平均海拔4 900多m，最高峰5 154 m，終年積雪。阿壩州的土地形態(tài)可分為3種：我國東北部的丘陵高原和高原、我國中西部的盆地和高原山地、我國南方的高中山和林區(qū)，即從高山到高山的過渡。

2.2 氣候與水文概況

阿壩縣境屬高原寒溫帶半濕潤季風(fēng)氣候，春秋相連，雨季分明。氣溫自東南向西北，并隨海拔由低到高而相應(yīng)降低。西北部的丘狀高原冬季嚴(yán)寒漫長，夏季涼寒濕潤，年平均氣溫為0.8～4.3 ℃，日照充足，晝夜溫差大，全年無絕對無霜期，相對無霜期33 d。山原地帶夏季溫涼，冬春寒冷，干濕季明顯，年平均氣溫5.6～8.9 ℃。阿壩縣降水量全年分布不均，降水多

集中在6—9月，占全年的89.6%。阿壩縣（101°18′～

102°35′E，32°18′～33°37′N）地處青藏高原東南邊緣，位于川西高原北隅長江、黃河支流分水嶺河源地帶。高原全縣分為長江水系和黃河水系，有瑪爾曲河、阿克爾河、嘉曲河及其支流、峽谷和大大小小的水系。

2.3 土壤概況

泥石流災(zāi)害的發(fā)育及形成與土壤因子也密不可

分[9-10]。根據(jù)全國擬定的土壤分類原則體系，四川省阿壩縣的土壤類型可以劃分為暗棕壤土類、灰化土類、亞高山草甸土類、褐色土類、高山草甸土類、高山寒漠土類、風(fēng)沙土類等。四川省阿壩縣地區(qū)的土質(zhì)疏松，同時由于人類活動、降水等因素使土壤表面的承載量過多，極其容易發(fā)生泥石流、山體滑坡、地震等自然災(zāi)害。阿壩州境內(nèi)的山體并不堅硬，多處石頭與土壤呈松散型結(jié)合，植被也較為稀疏，因而輕微地震或強(qiáng)降雨極均可能造成山體滑坡。

2.4 人文概況

自新中國成立以后，由于人類不合理的經(jīng)濟(jì)、農(nóng)牧業(yè)及其他活動，如破壞森林和草原植被、海洋石油污染等，改變了四川省阿壩縣等地下墊面的性質(zhì)，導(dǎo)致自然環(huán)境被破壞，加速了泥石流的形成和活動。其中，采樵放牧、坡地開荒致使植被破壞，造成土壤流失，溝床物源增加。壘階筑壩，開礦筑路、棄倒渣土堵塞了溝道，為泥石流的形成提供了大量的物質(zhì)來源[11]。

3 阿壩縣泥石流災(zāi)害的成因及機(jī)制研究

3.1 形成原因

泥石流災(zāi)害是用砂石飽和稀釋軟土后，暴雨洪水形成的溪流，其表面積、體積和流量都很大?；率且粋€小面積的稀釋土壤山[12]。典型的泥石流由厚厚的泥漿和漂浮的、富含泥漿和黏土的粗糙固體碎屑形成。泥石流是山區(qū)經(jīng)常發(fā)生的一種地質(zhì)災(zāi)害，分布于世界各地，受到了全世界廣泛的關(guān)注和研究[13-14]。阿壩縣泥石流災(zāi)害的主要原因是暴雨攜帶大量泥沙和石塊，以及其他特殊洪水造成的嚴(yán)重滑坡，會導(dǎo)致交通設(shè)施乃至村鎮(zhèn)被毀，嚴(yán)重威脅群眾的生命安全，給其人身財產(chǎn)安全造成巨大損失。

3.2 形成機(jī)制

水是發(fā)生泥石流災(zāi)害的重要條件，也是泥石流災(zāi)害得以發(fā)生的傳播介質(zhì)，引發(fā)泥石流的水的來源有大型暴雨、冰雪融水補(bǔ)給等。我國泥石流災(zāi)害的主要水源有臺風(fēng)雨、鋒面雨、氣旋雨水等因素。成云致雨的降水是泥石流災(zāi)害構(gòu)成的最致命、最活躍的因素。在適宜的地形條件下，大量水體滲入，聚集在坡面或者地面或者溝谷內(nèi)，降低了其穩(wěn)定性。內(nèi)部或者表面蓄滿水分的固體的物質(zhì)通過運(yùn)用自身的重力的作用，進(jìn)行不停地向下運(yùn)動，構(gòu)成了一系列碎屑的流體，這種碎屑的流體能攜帶巨大的巖石，是一種災(zāi)難性的地質(zhì)現(xiàn)象[15]。

3.3 研究模型

針對四川省阿壩縣的地質(zhì)地貌類型，采用GIS方法進(jìn)行數(shù)字高程模擬（DEM），繪制阿壩縣基本地貌類型，再根據(jù)衛(wèi)星影像輔助檢測，保證數(shù)字高程模擬（DEM）的基本準(zhǔn)確。根據(jù)相關(guān)氣象數(shù)據(jù)，針對以往災(zāi)害日期的氣候數(shù)據(jù)與歷史災(zāi)害情況進(jìn)行匹配，從而將相關(guān)數(shù)據(jù)代入數(shù)字高程模擬（DEN）中，作為相關(guān)參數(shù)進(jìn)行模擬。

4 四川省阿壩縣泥石流災(zāi)害的預(yù)警研究

4.1 短臨預(yù)警發(fā)布

短期預(yù)警主要是以天氣狀況的惡化情況作為理論依據(jù)，對旅游者和居民群眾進(jìn)行警醒和預(yù)告。短臨預(yù)警是通過實時監(jiān)測四川省阿壩縣在短時間內(nèi)造成泥石流的可能性而實現(xiàn)的，可以為泥石流來臨前的工作提供依據(jù)[16]。工作人員可通過降水量、土壤含水量、紅外攝像監(jiān)控儀等監(jiān)控設(shè)備對該地區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)測，當(dāng)其低于臨界值或者超過閾值的時候，即為災(zāi)害預(yù)警目標(biāo)，此時應(yīng)立即啟動短期臨時預(yù)警。發(fā)布預(yù)警信息后，工作人員應(yīng)繼續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并考慮適時解除預(yù)警。通過短期臨時預(yù)警和災(zāi)害預(yù)警，相關(guān)部門可以為阿壩州群眾提供預(yù)警信息，從而逐漸提高當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門從氣象預(yù)警到強(qiáng)制疏散的水平，以便當(dāng)?shù)鼐用窈陀慰桶踩茈U。

4.2 降水預(yù)警

在泥石流災(zāi)害的諸多誘發(fā)因素中，成云致雨造成的降水對于泥石流災(zāi)害構(gòu)成的影響最為嚴(yán)峻。對于四川省阿壩縣的泥石流災(zāi)情預(yù)警研究，需要建立在泥石流形成條件以及機(jī)理上，相關(guān)部門應(yīng)切實提高對于暴雨、持續(xù)性降雨量的預(yù)警，從而提高當(dāng)?shù)啬嗍鳛?zāi)害預(yù)警水平。在天氣預(yù)報中，相關(guān)部門要充分利用天氣雷達(dá)和衛(wèi)星云圖資料，并結(jié)合不同尺度的天氣形勢和預(yù)報模式進(jìn)行預(yù)警。在四川省阿壩縣發(fā)生暴雨預(yù)報時，相關(guān)部門還要注重高精度的數(shù)值分析，不斷研究泥石流災(zāi)害發(fā)生原因，開發(fā)泥石流災(zāi)害預(yù)警模型，為阿壩縣泥石流災(zāi)害預(yù)警提供更為精確的結(jié)果[17]。

4.3 預(yù)警信息發(fā)布

泥石流災(zāi)害預(yù)警信息的發(fā)布可以劃分為2種：一是內(nèi)部預(yù)警發(fā)布，二是公眾預(yù)警發(fā)布。

內(nèi)部預(yù)警公布是通過分析泥石流災(zāi)害的可能性而進(jìn)行的預(yù)警，預(yù)警部門會按照預(yù)先規(guī)定的發(fā)生級別和發(fā)生規(guī)律系統(tǒng)性發(fā)布內(nèi)部災(zāi)害信息，將災(zāi)害點的實時地理位置信息通過手機(jī)短信、電視播報、電子郵件等傳播方式，最大限度地告知于每位處于泥石流災(zāi)害區(qū)的相關(guān)部門，讓其提前做好災(zāi)害來臨時的防御工作，并做出多種緊急應(yīng)對方案，從而切實保護(hù)人民群眾的生命、財產(chǎn)安全。

在內(nèi)部預(yù)警的實踐中，研究人員可以創(chuàng)建一個帶有2個單向消息的平臺。其中，短信平臺連接到移動通信網(wǎng)，通過移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)送短信。這一方法的優(yōu)點是可以滿足大量短消息的需要，缺點速度較為緩慢。研究人員還可以通過全球移動通信系統(tǒng)無線模塊（GSM）控制短消息的發(fā)送和接收，可以無線連接到短信服務(wù)器，很容易就能將消息發(fā)送到用戶的移動終端上，還可以獲取短信的早期預(yù)警。GSM模式使用方便，可以清楚地了解到接收用戶是否接到了短信以及是否查看了信息[18]。

內(nèi)部預(yù)警信息發(fā)布后，所有工作人員都應(yīng)該恪盡職守。相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)對成功發(fā)送的手機(jī)信息、電子郵件、電視播報等進(jìn)行系統(tǒng)的查看和管理，對于未能及時查收的人群進(jìn)行二次內(nèi)部預(yù)警信息發(fā)布。如果實際位置允許，工作人員還應(yīng)查看人員的實際地理位置，派遣周圍人民大眾或相關(guān)部門人員進(jìn)行預(yù)警信息通知或安排其離開泥石流災(zāi)情的范圍，維護(hù)人民大眾的安全。

今后四川省阿壩縣泥石流災(zāi)害預(yù)警的研討重點包括：（1）相關(guān)部門以及相關(guān)研究人員進(jìn)一步加強(qiáng)對于泥石流災(zāi)害形成、運(yùn)動機(jī)制、成災(zāi)規(guī)律等研究；（2）相關(guān)部門以及相關(guān)科研人員進(jìn)一步增強(qiáng)泥石流災(zāi)害的信息監(jiān)測、數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯?，特別是泥石流災(zāi)害的自動觀察觀測系統(tǒng)的研究[19]；（3）相關(guān)部門以及相關(guān)研究人員進(jìn)一步加強(qiáng)泥石流災(zāi)害的預(yù)測、預(yù)報、預(yù)警模型的研究，構(gòu)建區(qū)域性的泥石流災(zāi)害環(huán)境監(jiān)測預(yù)警的警報系統(tǒng)。（4）對于四川省阿壩縣的人員通信信息、郵箱，相關(guān)部門以及相關(guān)研究人員等可以通過內(nèi)部系統(tǒng)預(yù)警的方式進(jìn)行信息傳遞，用以保障泥石流災(zāi)害來臨時的消息推送[20]。

5 結(jié)束語

泥石流的形成是泥石流所處于的流域內(nèi)的不穩(wěn)定地質(zhì)環(huán)境，向穩(wěn)定的地質(zhì)環(huán)境發(fā)生發(fā)展的一個特殊的過程，涉及降雨過程中泥石流流域內(nèi)的物質(zhì)能量的釋放、固體物質(zhì)的搬運(yùn)和水量運(yùn)輸移動的特殊的物理過程。在此過程中，大自然會出現(xiàn)一定的征兆、現(xiàn)象或者成災(zāi)的信息，相關(guān)部門應(yīng)在泥石流災(zāi)害預(yù)警研究中及時抓住這些有效的信息，并揭示其形成的規(guī)律、運(yùn)動的規(guī)律等，從而進(jìn)行有效的預(yù)報、預(yù)測、預(yù)警，避免泥石流災(zāi)害的發(fā)生。分析了四川省阿壩縣的泥石流災(zāi)害的構(gòu)成等各方面特點，引用國內(nèi)外研究人員對于泥石流災(zāi)害預(yù)警技術(shù)的理論成果和現(xiàn)實依據(jù)，以期促進(jìn)四川省阿壩縣泥石流預(yù)警水平的提高。

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