消能馴服泥石流

　　2010年8月12日晚，暴雨挾持著松動的山石、泥土傾瀉而下，四川省綿竹市清平鄉(xiāng)文家溝的攔擋壩很快就被泥石流沖垮，只剩下一個有裂痕的壩體。文家溝泥石流治理工程剛剛于當年7月28日完工，其中包括20個攔壩和2條排洪溝，卻在頃刻之間毀于一旦。泥石流的威力不可謂不大。我國2011年發(fā)生的多起泥石流災害以及發(fā)生于2010年的甘肅舟曲和綿竹清平鄉(xiāng)特大泥石流災害，都暴露出我們在泥石流災害防治上的缺陷。
　　
　　高發(fā)的泥石流災害
　　
　　作為一種嚴重的地質災害，人們一直在與泥石流進行斗爭。工程治理泥石流是泥石流防治中的一項重要措施。到目前為止，世界上治理泥石流的方法主要有建立攔擋壩、排導槽和渡槽，治理的理念則是攔擋。攔擋壩主要是將泥石流攔擋在溝谷里；排導槽能使泥石流繞過城鎮(zhèn)最終被排導入江；渡槽主要是保護鐵路、公路。這些防護措施對防治一般泥石流是有效的，但對特大型泥石流來說，防治效果不佳。
　　從近年來的氣候變化看，全球進入一個氣候紊亂期。極端氣候和特大暴雨事件增多。我國山區(qū)發(fā)生特大泥石流災害的概率大大增加，特別是干旱河谷和地震崩塌滑坡區(qū)發(fā)生特大泥石流災害的概率較高。干旱河谷是發(fā)育在我國云貴高原、黃土高原、青藏高原的一種特殊的地貌單元，其特點是高原上深切出寬闊的河谷，它比周圍高原明顯干旱。干旱河谷植被覆蓋度低，由于長期干旱和風化，流域內積累了大量的土石碎屑，遭遇突發(fā)暴雨時容易發(fā)生滑坡和特大泥石流。干旱河谷附近氣溫高河谷寬，又有江河灌溉之利，有許多城鎮(zhèn)和村莊。一旦發(fā)生泥石流就會造成較大災害，如甘南舟曲縣特大泥石流災害即是一例。2008年的汶川地震則造成了四川西部山區(qū)大量松散物質的堆積，孕育了特大泥石流暴發(fā)和群發(fā)的條件。盡管震區(qū)崩塌、滑坡的松散物質比較粗大，不會長距離運動；但是非常容易堵塞江河形成堰塞湖和造成局部河道改變流向，從而造成較大山洪災害。
　　既然特大泥石流災害難以攔擋，面對這些災害我們是不是束手無策呢了？或許以消能為理念的人工階梯－深潭系統(tǒng)，可以給泥石流治理帶來一線曙光。
　　
　　階梯-深潭結構什么樣
　　
　　了解人工階梯-深潭系統(tǒng)之前，讓我們先來認識一下階梯－深潭系統(tǒng)。
　　階梯－深潭系統(tǒng)是山區(qū)河流中一種河床結構現象，河床由一段陡坡和一段緩坡加上深潭相間連接而成，呈一系列階梯狀。在自然條件下，高坡降山區(qū)河流的大石塊在洪水作用下重新排列，形成能夠在洪水中屹立不動的一系列階梯狀組合結構。每一個階梯都由巨石堆迭而成。這種河床結構能夠大大增加水流的阻力，極大消耗水流的動能，從而使得水流流速降低，最終起到保護河床沉積物、穩(wěn)定河道的作用。
　　大江大河里也有階梯-深潭結構，大多發(fā)育在因大型滑坡和崩塌形成并穩(wěn)定后的堰塞壩上，例如金沙江虎跳峽和雅魯藏布大峽谷。階梯-深潭系統(tǒng)在生態(tài)學上具有特殊意義。該系統(tǒng)的發(fā)育一方面受到水流、泥沙、流域植被的影響，另一方面又反過來改變水流狀態(tài)、泥沙分布、河床底質、河邊植被發(fā)育，改變生物的棲息地和水生生物的生態(tài)條件。階梯-深潭系統(tǒng)會增大河床抗沖刷力，穩(wěn)定河床和岸坡，在一定的溫度和降水條件下，這個系統(tǒng)的兩岸可以發(fā)育出良好的植被。
　　由于細顆粒泥沙在深潭河段的緩流區(qū)沉積下來形成卵石、沙和淤泥層，階梯和主流河段河床則由較大的卵石和石塊構成，這樣的河流具有適宜多種生物生活棲息的條件。階梯段水流中存在強紊流，使水體內部溫度和氧氣分布均勻，深潭段水深流緩，形成遮蔽條件。階梯-深潭創(chuàng)造了不同底質、不同流速、不同深淺的水生物棲息地和產卵地，不僅較大的兩棲動物和水生物可以在此生存，幼小的生物也能找到躲避捕食動物和急流的地方。這種多樣性的棲息地有利于保持較高的生物多樣性，防止單個物種密度偏高。水流通過階梯時會卷吸進大量空氣氣泡，使水中溶解氧含量增加，提高了水流降解污染物的能力。
　　階梯－深潭系統(tǒng)的山區(qū)河流具有健康的生態(tài)環(huán)境，并且有較高的天然生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。近年來，這種系統(tǒng)已被德國、意大利、美國、韓國、加拿大等國家應用于山區(qū)河流的生態(tài)修復，并在大坡度河床的穩(wěn)定性維護和生態(tài)改善上取得了一定成效。
　　
　　人工消能是關鍵
　　
　　階梯－深潭結構消能減災的機理，在于消減水流動能、控制河流下切、穩(wěn)定岸坡和減少侵蝕。
　　以我國西南地區(qū)為例，青藏高原的隆起導致河流的坡降增加，因而其周邊的河流都在下切。下切的河流增加了兩岸的坡度，形成深切的V形河谷。岸坡陡峭到了一定的程度之后，在地震、暴雨激發(fā)下容易發(fā)生崩塌和滑坡。崩塌和滑坡會將大量坡積物和碎石帶進江河和山溪溝谷，一旦發(fā)生洪水，很容易形成泥石流。如果崩塌、滑坡或者長期風化形成的松散碎屑量很大，而且水流能量足以攜帶大量固體物質，就會形成特大泥石流。
　　因此，要解決山洪所造成的地質災害，關鍵因素之一是要消能。
　　階梯-深潭結構就能做到這一點。通過這種結構消能，可以完全控制河流下切，減少滑坡勢能。
　　穩(wěn)定的天然峽谷所具有的抗山洪沖刷能力主要來自于自然形成的“階梯-深潭”消能結構。如虎跳峽已經發(fā)育出良好的階梯-深