国际上防御山洪泥石流灾害的主要理念是水沙分离和消能
现代水利周刊：目前，世界上一些发达国家防御山洪泥石流灾害的理念有哪些变化？
王兆印：近些年由于洪水发生的频次及灾害严重程度的增加，国际上对山洪尤其是泥石流的认识已经有了明显的转变。目前，国际上防御泥石流灾害的新理念是水沙分离和消能。
这个理念转变的主要原因有两个：一是受人类活动的影响，二是受全球气候变化以及极端事件频发的影响。应该说，世界人口增加导致过去人们避免居住地区的人口密度加大，为村镇和矿山在某些山洪泥石流灾害风险度高的区域中的发展增加了成灾的可能性。此外，更重要的是城市和工业区经济价值的密集化，使得突发性强、危害性大的山洪泥石流灾害越来越令人担忧。最后，由人类活动引起的许多地方的环境变化也明显导致了灾害风险的进一步加剧。
现代水利周刊：随着山洪泥石流防御理念的转变，与之相对应的措施有哪些改变？
王兆印：从宏观上来讲，防御山洪泥石流灾害，首先要增强山洪泥石流风险意识。这就要求，首先要对易发生山洪泥石流区域进行安全评价，看这个区域是否合适住人或者从事其他经济、农业活动。同时，辅助相应的工程和非工程措施进行防御。
世界上防御泥石流的方法主要是建立谷坊坝群、水石分离格栅和消能网，还有导流槽、拦木栅和渡槽
现代水利周刊：目前，发达国家在防御山洪泥石流灾害中采取了哪些工程措施？
王兆印：目前，世界上防御山洪泥石流的工程措施主要是建立谷坊坝群、水石分离格栅和消能网，还有导流槽、拦木栅和渡槽。欧洲一些国家如瑞士、德国、奥地利，还有美国及日本在这几个方面做得都比较好。
一是建设谷坊坝群或堰群。暴雨引发泥石流是因为大量泥沙、石块等固体碎屑物质加入了水流运动，形成了高密度、高速度的灾害性泥石流。因此，控制流域泥沙侵蚀、降低水流携带泥沙能力是控制泥石流灾害的根本措施。一方面，需要植树造林，防止水土流失；另一方面，在泥石流沟壑里建设拦挡物，主要是建设谷坊坝群或堰群。
在山势陡峭的沟谷里建设谷坊坝群可以扩大侵蚀基准面，拦挡大卵石和巨石，减少泥石流的发生及泥石流的危害。在流域面积较大的山区河流里建设堰群可以兼顾生态功能。举个例子，在欧洲一些地方，山区河流枯水期水很少，鱼类和其他生物难以生存。在河流上建设一系列高度3～5米的堰，蓄水后可以保持一定的水生栖息地，堰堰相连形成一个较大的适合多种水生生物的栖息地。谷坊坝群和堰群会滞缓洪水的聚合时间，削减山洪的洪峰流量，延长洪水的流动时间，同时扩大侵蚀的基准面，减少侵蚀量，降低水流流速，也降低了发生泥石流的可能性。
二是用水石分离格栅和消能网。瑞士和日本在一些泥石流沟上建筑钢铁材料制成的水石分离格栅和具有弹性的消能网。水石分离格栅就像一个水平放置的可以过滤的箅子，上游端固定在沟床上，下游端悬空。泥石流通过的时候，水沙通过格栅流下，而较大的石块停留在格栅上，这样就大大减少了泥石流的能量和灾害，甚至将泥石流降低为含沙水流。消能网是具有很强弹性的拦挡在泥石流沟上的钢丝网，泥石流通过时大石块被拦挡，水沙可以通过网流到下游。泥石流头部大量石块的巨大动能作用到网上，钢丝网通过弹性震荡把能量消化。这两种工程措施可以有效地起到水沙分离和消能的作用，从而减少泥石流可能造成的灾害。因为这两种防御工程的造价比较高，在我国目前还没有应用。
另外，防御泥石流的工程措施还包括排导槽、渡槽和拦木栅。排导槽是用于疏导泥石流的人工渠道。当发生泥石流的时候，让其通过排导槽绕过居民区和工矿企业排入河流或泥石流排放场。在我国排导槽和渡槽大量应用。一般在排导槽中，每隔十米左右再加上一个“肋”，这样泥石流经过一系列“肋”的时候受到阻滞，可以起到增加阻力消减能量的作用。渡槽是跨越公路和铁路的空中排导槽，泥石流出山谷后经过渡槽从空中跨越铁路公路排入河流。这种措施多用于公路和铁路经过的山洪泥石流多发区。德国的阿尔卑斯山区许多河谷经过大片森林，山洪常常携带许多大漂木，对桥梁等建筑造成危害。拦木栅由几十个直径七八十厘米竖直固定在河床上的钢管组成。这些钢管按照菱形排列，可以拦挡随着山洪或者泥石流下来的树木。
我国可能发生泥石流的沟谷有上万条，大部分都进行了治理，谷坊坝群是主要的治理方法。由于许多河流沟谷还在不断地演变，花费巨资建造比较固定的治理工程如水石分离格栅和消能网还缺少条件。但是在一些防御标准比较高、保护对象比较重要的地方，如九寨沟风景区等，可以考虑建设上述防御工程。
同发达国家相比，我们的不足主要体现在安全评估、管理及保险等方面
现代水利周刊：同发达国家相比，在防御山洪泥石流灾害上我国存在哪些不足？
王兆印：同发达国家相比，我们的不足主要体现在对山洪泥石流易发区的安全评估上。如欧美和日本一些国家的政府会对这些区域的安全进行评估，然后根据评估结果，划定这些地方是适合人居住，还是从事农业生产或者是工业加工等等。另外，我们同发达国家相比欠缺的还有管理和保险方面。
现代水利周刊：泥石流防治的非工程措施有哪些？
王兆印：这里我先要重点强调一下山洪泥石流的预警预报。山洪泥石流预警预报系统全世界都在做，但是效果都不是很好。进入21世纪，似乎全世界都进入了一个气候紊乱期。长期干旱的地方发生比较大的暴雨，而水多的地方也可能会出现干旱。百年一遇甚至千年一遇的洪水事件不断发生，而且发生的地区非常不规律。这使得山洪泥石流的预报很困难。由于山洪泥石流发生过程时间都很短，预警也很难发挥作用。
泥石流主要分两类：一类是两相泥石流。石块为固相，水和泥沙悬浮液为液相。两相之间以及石块和石块之间有明显的相对运动。这些相对运动导致石块和石块不断碰撞，石块变得圆滑同时消耗大量的能量。所以，这种泥石流速度比较慢，有的甚至跟人步行差不多。上游发现泥石流发出预警，人可以逃离危险区。例如，去年澜沧江边的功果村发生两相泥石流，大量石块随暴雨径流冲下，石块的碰撞发出巨大的声响和火花，人们听到声音及时逃离，虽然数百间房屋被毁但无一人伤亡。
另一类是一相泥石流。黏土泥沙含量较高，石块较少，固体碎屑和液相之间没有相对运动，内部不消能，运动速度非常快。国外曾经报道过这类型的泥石流流速达到每秒40米以上，国内在云南小江的蒋家沟测到的泥石流最快流速为每秒27米。遇到这样的泥石流，即使发出预警，也不起什么作用，人根本没有时间逃离。例如，2010年发生在甘肃舟曲的泥石流就是一相泥石流。
非工程措施的另外一个重要方面是调整山洪泥石流易发区的居民区布局。我国西南山区山高坡陡，往往泥石流冲积扇上都是村镇，这是由于泥石流冲积扇坡度缓，土地肥沃又近水源的缘故。一般山洪发生时冲积扇还是很安全的，但是大型泥石流发生时在冲积扇上迅速淤积，可以完全改变河流和居民区的相对高差，导致村镇处于高度危险中。通过调整居民区布局可以减少这种危险。一般说来，泥石流沟出口冲积扇两侧“门”背后的位置安全度较高。
用人工阶梯—深潭系统消能来控制泥石流是一个全新的方法，取得了非常好的效果
现代水利周刊：同发达国家相比，我们在山洪泥石流治理中有哪些值得称道的地方？
王兆印：近年来随着我国加大山洪泥石流治理力度，一定程度上减轻了山洪泥石流造成的危害。例如，北京房山区今年7月21日发生百年一遇的大暴雨，降雨量超过300毫米，基本上没有发生泥石流。这主要归功于退耕还林和减少放牧烧柴的作用。云南小江有107条泥石流沟，经过治理，现在绝大部分不再发生泥石流了。
2009年，在四川震区文家沟采用人工阶梯—深潭系统消能来控制泥石流是一个全新的方法，取得了非常好的效果。人工阶梯—深潭系统是仿照自然的消能减灾结构。在自然条件下，高坡降山区河流的大石块在洪水作用下重新排列，形成能够在洪水中屹立不动的一系列阶梯状组合结构。每一个阶梯都由巨石堆叠而成。这种河床结构大大增加水流阻力，消耗水流动能，降低水流流速，从而起到保护河床、稳定河道和减少泥石流灾害的作用。
人工阶梯—深潭系统消减泥石流能量的原理类似于水库大坝下游的消能系统，可以看作是阶梯消能和水跃消能的综合。据研究人工阶梯—深潭系统能够消减80%的水流动能。此外，这种系统不仅能控制河床下切，治理泥石流，还有恢复生态、保护自然、创造景观的功能。
我们一定要同国外保持高层和学术上的交流
现代水利周刊：国外先进的理念和工程措施，我们是否可以直接拿来为我所用？还需要注意哪些问题？
王兆印：防御山洪泥石流灾害，国外的经验、理念、技术、措施、机制等都值得我们学习。但是，有些东西也并不一定适合我们。因此，这就需要我们去审视，结合本地的实际去对应地引进国外的东西。建议政府可以采纳国外山洪泥石流灾害防御中一些先进的教育方式方法，让人们了解规避山洪泥石流灾害的知识。
我们还应该加强与国外的交流，尤其是高层领导和相关学术的交流非常重要，这样可以让我们对山洪泥石流灾害防御领域前景有一个比较科学的预判。20世纪90年代，欧洲许多河流的河床演变都是由冲刷引起的，但当时国内的一些专家却对此重视不够，没想到不到十年时间，我国的河流泥沙情况也由泥沙淤积为主转变成冲刷为主。
现代水利周刊：您认为，未来国际上关于山洪泥石流研究的趋势会是什么？需要着重研究的问题将会有哪些？
王兆印：在过去相当长的时期内，国际国内学术界都曾以泥石流的运动机理和模拟作为重点，这是研究初期为了解泥石流这种复杂运动的内在机制的必然过程。我认为从现在到未来一段相当长的时间，泥石流的研究将以泥石流的防治方法和泥石流的形成条件为中心。此外，泥石流的研究将与流域综合管理结合。水资源管理、泥沙概算、崩塌滑坡泥石流灾害的防治、河流生态的修复——包括以植被为根本的陆生生态和以鱼类、无脊椎动物为中心的水生生态，以及流域内人文社会经济发展将作为一个整体来研究和管理。
来源：中国水利报 2012年8月16日
