【中国科学报】泥石流灾害预判与综合防控关键技术项目团队 成果应用让泥石流灾害可预测

  自然资源部的最新消息显示,全国现有地质灾害隐患点28.8万余处,潜在威胁1600万人,受调查手段和精度限制,尚有大量地质灾害隐患没有发现。

  20年前,在中国科学院成都山地灾害与环境研究所(以下简称成都山地所),有一支团队一直“与灾共舞”,围绕泥石流灾害预判与综合防控关键技术难题展开攻关,先后建立了74处灾害防治示范点,产生经济效益103亿元,直接保护人口7.4万。

  “泥石流灾害预测、预警等减灾问题是世界性难题。但我们的研究证明,泥石流是可预测的。”近日,团队负责人、成都山地所研究员陈宁生在接受《中国科学报》采访时说,“我们已经连续8年向国家提交咨询报告15份,服务防灾减灾思想库的建设。团队成果还走出国门,为‘一带一路’沿线国家的减灾贡献中国方案。”

 从理论到技术应用

  当前,我国大约有8万余处泥石流灾害隐患点,其中严重的有8500处,90%以上水电基地、170座县级以上城市和1300座乡镇、交通干线500余万公里受泥石流危害或威胁,每年经济损失约20亿元。陈宁生表示,“与泥石流共舞”的局面将长期存在。

  面对泥石流灾害,我国有关部门开展了大量的防控工作。陈宁生以汶川地震灾区为例介绍道,近年来,自然资源部、水利部、交通运输部等部门平均每年治理72例,但每年新增240例,治理速度赶不上新增速度,经过泥石流灾害防控任重而道远。

  经过多年的研究陈宁生团队发现,关于泥石流的防灾减灾工作存在3个关键问题:泥石流灾害为何大量分布于干旱地震带、泥石流预测预警的可靠性不好、泥石流调控的效能还需要提高。

  在28个重要项目的支撑下,陈宁生团队展开了关于泥石流灾害预判与综合防控关键技术的研究,从2000年形成机理认识开始,到2008年团队转入防控技术研发,再到2018年进入推广应用阶段。

  陈宁生团队首先创立了泥石流物源控制理论。“不仅降水可以引发泥石流,干旱与地震也容易导致泥石流。”该团队的研究不仅解释了泥石流在干旱地震带中集中分布的成因,还奠定了泥石流动态预测的理论基础。

  基于物源主导泥石流形成的原理,团队研究发现泥石流沟山洪输沙量可达75%,按20年寿命设计的拦砂坝数年就被泥沙淤满,据此团队创立了“以排为主、拦大排小”的沟道泥石流调控技术。

  此外,陈宁生团队还建立了分级多指标的泥石流预测、判识与预警系统,“从理论到技术应用,我们连续8年针对四川省及我国重点区泥石流灾害危险进行了成功预测,显著提高了预警可靠度,降低了‘空跑率’”。

  预测预警挽回损失

  据陈宁生回忆:“2010~2012年,汶川地震灾区攀西地区连续3年干旱,我们团队根据之前的研究理论预测,这一地区的河谷干旱后泥石流灾害风险极大。”

  该预测成果在得到专家认可后提交四川省,获得省长批示。国土水利部门根据陈宁生团队的预测结果,通知区内群测群防人员和群众。2012年6月28日暴雨后,矮子沟流域573人成功避险,但让陈宁生遗憾的是,“沟口晏子酒家民工临时营地因信息无法传达发生灾害”。

  此后,陈宁生团队又将研究成果应用于大型水利水电工程的监测预警,针对白鹤滩灾害风险大的问题,团队应用分级多指标预测预警技术体系,5次险情、5次成功预警,保障了300多名施工人员安全。

  他举例道:“2013年7月8日,矮子沟最大1小时雨量为22.5毫米,我们仅启动一级预警,无需撤离,避免空跑;2015年7月15日,大寨沟最大1小时雨量为53.8毫米,高于三级红色预警阈值,我们启动三级预警后,60人在泥石流到达之前20分钟撤离。”

  除了发出提前预警,该研究团队还在灾害防治方面提出建设方案,减轻灾害损失。

  邛海是西昌的母亲湖,但邛海流域泥石流频发,淤积严重。资料显示,1952年湖面面积31平方公里,到2010年湖面面积缩小到25平方公里。陈宁生团队对邛海开展实体调查,确定邛海寿命为572年。团队依据物源控制理论确定泥石流规模等特征,采用流域综合治理,结合拦排措施调控泥石流,保护了西昌的母亲湖。

  2010年8月14日汶川映秀镇红椿沟发生泥石流灾害,致17人死亡,灾害规模特大、防治难度极高,危及映秀的安全,城镇的搬迁与重建成为争论的焦点。陈宁生团队临危受命,将“拦大排小”的工程调控技术应用于映秀城镇与道路泥石流灾害综合防控,工程经受了2013年群发性泥石流的考验。

 贡献中国减灾方案

  2016年7月5日,尼泊尔Bhotekos-

  hi樟藏布沟暴发泥石流灾害,冲毁尼泊尔境内Bhotekoshi水电站和中尼公路,造成约7000万美元的经济损失。在成灾机理不明的情况下,英国保险公司不予赔付。

  受尼泊尔水利电力部门委托,陈宁生带领团队对西藏自治区聂拉木县和尼泊尔境内进行了详细勘查,并与智利拉弗朗特拉大学教授Marcelo合作完成多种工况下冰湖溃决灾害危险性评估工作。

  团队发现,此次灾害由贡巴通沙错冰湖溃决引发,泥石流容重为1.58 吨/立方米,属于稀性泥石流,泥石流峰值流量达到4000多立方米/秒,在电站厂房位置的流量为1518.67 立方米/秒,属特大型泥石流。

  通过现场的调查分析,团队认为,此次灾害发生的主要原因由三部分组成,一是之前樟藏布沟区域曾发生连续降雨长达两个月的前期降水,造成沟道上游冰湖蓄水量上升; 二是2015年4月25日地震后,强降水作用引发泥石流进入贡巴通沙错冰湖,产生涌浪,导致冰湖溃决;三是震后樟藏布沟道及两侧产生大量松散堆积物,溃决洪水转化为泥石流。

  陈宁生告诉《中国科学报》:“我们的技术不仅查明了灾害原因,还为尼泊尔Bhotekoshi电站提供新的防控方案,帮助其最终获得保险公司全额赔款7500万美元。”

  这也让陈宁生团队的研究成果成功走出国门,为“一带一路”沿线国家减灾贡献中国方案,支撑我国西部科研机构与企业在“一带一路”地质灾害防治中获得更多项目。

  “灾害预测本身难度较大,我们的预测资料主要来自气象部门,希望气象预测资料能够及时更新,也希望得到更多地方的主动支持。”陈宁生说,“当前,我们的项目大部分与政府合作,未来希望寻求与相关企业的合作。”

  (原载于《中国科学报》 2020-02-21 第3版 转移转化)

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