泥石流，預警比預報更靠譜

驥伏櫪

2020年入汛以來，我國南方多地遭遇暴雨天氣，引發多起崩塌、滑坡、泥石流等地質災害。其中，較為典型的是6月17日發生在四川省甘孜州丹巴縣半扇門鎮梅龍溝的泥石流災害，阻斷小金川河形成了100萬立方米的堰塞湖，并發生潰壩漫流，致使當地房屋、交通、電力、通信等設施遭受不同程度毀壞，2萬余人被迫疏散安置。

我國是世界上泥石流災害最為嚴重的國家之一，像這樣的泥石流災害每年都會發生。根據《全國地質災害通報》發布的數據，2017年我國共發生泥石流災害387起，2018年發生339起，2019年發生599起。每到暴雨季節，泥石流災害都使我國廣大地區特別是西南山區面臨嚴峻考驗，平均每年都會因此造成數百人傷亡和數十億元的經濟損失。

如何才能減少泥石流的危害以及由此造成的損失，及時疏散受威脅人群呢？

其中的關鍵是準確發布泥石流預警信息。

泥石流預警的理論基礎

地質學家根據長期的研究發現，泥石流的發生具有十分明顯的時空規律。從時間上看，它具有明顯的季節性特點，與大氣降水的關系最為密切，主要集中暴發于每年的汛期，在我國主要出現在6～9月，特別是7、8兩個月。從空間上看，我國的泥石流災害通常發生在西南山區，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律，是因為泥石流災害的形成需要具備三個基本條件：首先是大量的水源，暴雨、冰雪融水、江湖或水庫堤壩潰決等，都有可能成為災難的誘發因素；其次是需要大量的松散物質，地表草皮遭到破壞、亂砍濫伐、礦山開采時隨意堆積礦渣等行為，都可能為泥石流的發生提供物質來源；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的物質以一定的動能，促使它們發生流動。

這三個基本條件共同誘發泥石流災害的形成，其中，地形和地質條件決定了泥石流的發生地點及規模，降雨條件決定了泥石流發生的時間。通過研究上述因素，使得人們對泥石流災害的預警預報成為可能。但在實踐中，研究人員發現，預警比預報更具可操作性。

所謂預報，是對尚未發生的災害事先做出預測，預報泥石流災害需要回答何時、何地會發生何種規模的泥石流。目前，我國對地質災害的預報主要是區域性預報，根據災害發生的可能性分為四個風險等級，分別以紅色、橙色、黃色以及藍色表示。不過，這種預報屬于定性描述，預報的區域范圍較大，精確度有限。

相比之下，預警則具有更強的針對性，它是在災害已經發生但尚未造成破壞之前發出警報，利用短暫的時間差及時疏散人群。這意味著，只要事先確定了泥石流隱患最有可能出現的空間位置，我們就只需要回答何時采取措施避險這一個問題。

從我國的具體情況看，泥石流分布區域廣、數量多、形成原因復雜，與其把大量的人力、物力和財力投入到災后的治理中，不如用預見性的眼光提前做好預警工作，在“防治結合、以防為主”的原則指導下，對泥石流進行預警將成為防災減災的有效途徑之一。

臨界雨量預警

強降雨是誘發泥石流災害的最重要因素，但究竟下多大的雨才會造成泥石流災害，因地而異。簡單來說，在泥石流預警系統中，降雨量只是其中的一個輸入因子，輸出值則是泥石流的發生概率，但這兩者之間并非是簡單的線性關系。學者們通常的做法是，根據引發泥石流災害的歷史降雨數據，統計分析之后確定一個閾值，即臨界雨量預警，并以此為依據建立預警模型，當降雨量達到或接近閾值時就及時發出預警信號。

世界上很多國家都建立了泥石流災害臨界雨量預警模型，比如，美國國家氣象局和美國地質勘探局在1986—1995年建立了泥石流監測系統，不僅監測降水情況，而且關注泥石流溝流域內的土壤含水量、孔隙水壓力等其他因素，他們運用該模型在舊金山灣區進行試驗并取得了成功。但這些模型僅適用于當地某些地域，適用范圍非常窄。

除了使用范圍狹窄以外，臨界雨量預警法面臨的最大難題是閾值的設置—閾值設置得太高，有可能出現災害漏報的情況；閾值設置得太低，有可能出現假預警信號。目前，很多從事泥石流災害預警研究的學者正致力于解決這一問題，努力構建更具針對性的預警模型。

此外，局部地區的天氣變化也會對預警結果的準確性造成比較大的影響。通常情況下，人們會將用于測量雨量的雨量監測儀安裝在泥石流溝的物源區或溝頭，但在長達數千米甚至數十千米的泥石流溝中，數量有限的雨量監測儀不一定能準確反映整個區域的降水情況。比如，2010年8月7日發生在甘肅舟曲的特大泥石流災害，就跟局部地區天氣異常有密切關系。長期監測結果表明，當地多年平均月降雨量不超過100毫米，但在當時，舟曲局部地區在短短兩小時內的降水量就接近100毫米，這原本屬于氣象預報難題，卻給泥石流災害預警帶來了不小的困擾。

次聲波預警

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、冰川運動等自然現象以及核爆炸、火炮發射、車船行駛等人類活動都會發出次聲波，大象、鯨魚、老虎等動物也能發出一定頻率的次聲波。由于次聲波的波長很長，可以繞開大型障礙物發生衍射，而且在傳播過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，超出這個范圍就不易察覺了，而某些動物可以聽到的聲音頻率范圍非常廣。2004年12月26日，印度洋發生大地震并引發海嘯，奇怪的是，在海嘯達到亞洲海岸的前幾個小時，很多動物就已經逃離了這一地區。有科學家認為，正是因為它們提前感受到了次聲波才逃之夭夭。

人們根據次聲波的特點，發明了多種靈敏的次聲監測儀，可以用來監測風暴、地震以及核爆炸等，其應用領域十分廣泛。

那么，該怎么使用次聲監測儀來監測泥石流的發生呢？

泥石流在流動過程中，由于巖石破裂、相互碰撞以及流動物質與溝道之間的撞擊和摩擦，會產生具有特定頻率、振幅、波形的次聲波，使用專業的次聲監測儀來捕獲到這些次聲信號，就可以提前知曉泥石流已經暴發，從而達到預警的目的。

中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所學者章書成等人經研究發現，泥石流發出的次聲波的卓越頻率（隨機振動過程中出現概率最多的頻率）為5～15赫茲，其在空氣中的傳播速度約為344米每秒，遠大于泥石流5～15米每秒的運動速度，這意味著報警器能夠在泥石流到達之前首先接收到次聲信號，從而為人們防災避險爭取到數分鐘乃至數十分鐘的寶貴時間。

根據這樣的基本原理，人們開發了國內首臺泥石流次聲警報器，并在云南、四川、西藏以及國外多地的實際應用中獲得成功。其中，在云南東川蔣家溝監測了5次泥石流，其警報提前量都超過半個小時。不要小看這半個小時，它可以挽救很多人的生命與財產安全。

盡管利用泥石流次聲波監測實現對泥石流災害的預警是可行的，不過，由于次聲波的來源十分復雜，為避免發出錯報，如何正確區分警報信號和環境噪聲干擾顯得至關重要。我國學者鐘敦倫等人認為，相對穩定持續時長超過30秒的泥石流次聲和地聲信息， 應作為泥石流形成性警報的臨界指標，這也意味著泥石流在此時已經形成，應立即發出警告。

群測群防的作用

除了上述方法之外，人們還可以通過監測泥石流溝中的土壤含水量、泥水位等因素，或者通過視頻監控觀察泥石流的運動狀況，來獲知泥石流的發生與發展情況。對于由高原冰川誘發的泥石流，氣溫也是監測和預警的重要指標之一。

需要說明的是，對泥石流災害進行預警是一項十分復雜的工作，僅僅依靠單一的監測方法難以取得理想效果，所以，在實際工作中，人們通常需要在同一條泥石流溝內同時安裝雨量監測儀、次聲監測儀、泥位監測儀、土壤含水量監測儀、視頻監測儀等多種儀器，以實現對泥石流全方位、多因素的監測，從而提高預警的準確度。此外，在每年汛期，還需要專業的地質隊員在泥石流易發區進行巡查，以便及時發現潛在的災害征兆。

由于受目前調查精度和研究水平的制約，加之極端氣候的影響造成的災害的動態變化，使得一部分可能存在泥石流隱患的地區尚未被人們發現，也沒有被納入監測預警網絡之中，“技防”存在不足之處。并且，由于專業的地質人員數量有限，“人防”也難以做到全天候巡查，所以還需要“群防”的支持。我國學者李傲雯等人對陜西省2003—2018年成功預報的553起地質災害進行統計后發現，通過專業監測預警體系自動發出警報信號的案例僅占2%左右，有70%左右的案例是由群測群防員最早發出預警信息的，這充分突顯了群測群防的重要性。

除了采用更先進的預報預警避免泥石流造成的巨大危害之外，居住在山谷里的村民，也需要對泥石流災害有基本的認識。通常情況下，暴雨或連續降雨數日之后，如果出現洪水突然增大，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感，即是泥石流暴發的前兆。2017年7月5日晚，云南省貢山獨龍族怒族自治縣普拉底鄉臘咱村遭遇了強降雨。一位細心的村民發現，原本流水的臘咱河竟然在暴雨之夜突然斷流，這種奇怪的現象引起了他的注意。他懷疑這很可能是泥石流災害發生的前兆，于是迅速將情況報告給有關部門，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，大量洪水攜帶著泥沙沖進河道，堵塞橋涵并沖出橋面，造成道路中斷、幾十間房屋受損。由于發現及時，該村莊50戶181名村民被安全轉移，成功躲過一劫。事后分析不難發現，臘咱河突然斷流，是由于強降雨引發的山體滑坡堵塞了河道，并在上游形成了堰塞湖，而后，堰塞湖潰決導致泥石流災害發生。如果村民缺乏這些基本常識，那么后果不堪設想。

我國《地質災害防治條例》明確規定：“國家鼓勵單位和個人提供地質災害前兆信息。”只有充分發揮村民的群測群防作用，建設一種“人人都是監測員”的防災預警網絡，才能有效彌補專業地質調查和監測預警工作的不足，構建起適合我國國情的全方位、全天候、立體化的“技防+人防+群防”的防災減災體系。

泥石流預警的幾種方法

泥石流預警方法目前主要有泥位法、地聲法、視頻監測和次聲法等幾種，它們各有特點。

泥位法能同時對泥石流的發生和規模進行預警，但布設斷面的選擇會直接影響泥位法的有效性、實用性和長期性。地聲法通過捕捉地層傳播而來的泥石流與溝道作用所產生的振動波判識并發出警報，對傳感器的埋設要求很高。視頻監測的最大優點是能實時掌握災害發展的圖像信息。與泥位法、地聲法相同，視頻監測通過將設備安裝在流通區以上來獲得足夠的預警提前量，設備極易因災情而受損。次聲法是通過捕捉空氣傳播而來的泥石流次聲波實現預警，屬于非接觸式，由于次聲波速度約為344米每秒，遠大于泥石流的運動速度，因此能獲得足夠長的預警提前量，同時次聲波穿透能力強，儀器可置于室內，設備不易受損，是目前國內外泥石流預警中采取的主要方式之一。

（根據資料整理）