泥石流災害預警研究

收稿日期：2023-12-10

作者簡介：嚴婷（1999—），女，江蘇南京人，研究方向為自然地理學。

摘 要：泥石流是一種極具破壞性的自然災害，常常在山區突然暴發，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地帶，泥石流災害尤為常見，嚴重威脅著當地居民的生命安全和財產安全。基于此，深入研究了泥石流的形成原因和機制，結合數字高程模型，分析了泥石流災害的空間分布和特征，提出了短臨預警發布、降水預警、預警信息發布3個關鍵研究方向，以期更好地預測和防控四川省阿壩縣的泥石流災害，為當地居民提供更加有效的災害預警和應對措施，保障其生命安全。

關鍵詞：阿壩縣；泥石流；災害；預警

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

泥石流災害對于廣大人民群眾具有嚴重的危害，泥石流災害會沖入城市，嚴重時會造成重大災難。泥石流災害還可能直接吞沒公路、鐵路等，甚至會搗毀地基、橋梁等重要設施，嚴重致使交通運輸中斷，泥石流災害還會引起公共汽車、火車等車毀人亡，嚴重危害人民生產生活安全[1]。

泥石流災害的發生具有突然性，往往呈現短暫、破壞性大的特點。四川省阿壩縣泥石流災害頻發，以淤積、填埋、沖毀、堵塞等方式對當地居民的安全造成了極大的危害。因此，當地相關部門需要加強對于泥石流形成的機理、災害信息監測技術的研究，促進四川省阿壩縣泥石流災害預警工作的開展[2]。同時，相關部門應在泥石流災害預警研究中及時抓住有效信息，并揭示其形成的規律、運動的規律等，對四川省阿壩縣的泥石流災害的發生進行有效的預報、預測、預警。

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，加上復雜的地質條件等因素，導致我國頻繁發生嚴重的山體災害、泥石流災害等事件。為了使四川省阿壩縣的群眾可以及時獲取泥石流災害的預警信息，對可能發生的泥石流災害防患于未然，以四川省阿壩縣為例進行研討。

1.1 國內泥石流災害研究現狀

我國是一個“山區大國”，我國西南部的部分山區，地勢地形極其峻峭，地質構造極其復雜，地震活動帶也較多。同時，新中國成立以來，我國進行了大范圍的區域建設，通過工農業對地表、下墊面進行了改造，破壞了地質，導致地表、下墊面出現了大量固液體混合物質，造成了泥石流災害的頻發。此外，大量降水極其迅速的流速也為泥石流等災害的發生提供了助力，對人民群眾的生命安全和財產造成了重大危害[3]。

我國研究人員對某些地方的地質災害進行了實地考察和數據調研，發表了一系列的預警方法，極大地減輕了部分自然災害。然而，地質災害的發生具有較強的不確定性，且發生規模往往是巨大的，人為的干預并不能杜絕地質災害的發生。其中，我國泥石流災害的發生次數多、分布廣，泥石流溝數量較為龐大，泥石流災害也較為嚴重。泥石流以其快速發展、影響深遠的特點成為學術界和工程界研究的熱點[4]。

隨著GIS技術的發展，我國很多地區將GIS技術應用于泥石流預測。GIS技術經過使用非線性科學方法和現代數值模仿技術，可對監測信息通過實時剖析和處置，動態生成泥石流預測后果，為泥石流監測預告提供更精密的結果。此外，近年來，我國許多學者將GIS技術與地質災害預測預警鉆研相結合，取得了很大的進步。

1.2 國外泥石流災害研究現狀

縱觀國外的研究則可以發現，幾乎世界上所有的山區都可能發生泥石流，特別是新近隆起的山區[5-6]。以日本、奧地利等國家為例，其通過泥石流災害的誘發因素、構成機理的進行深入淺出、系統、嚴謹的科學研究，揭示了泥石流災害的形成的機制構造和流體運行，并使用地質學、氣候學等理論知識作為現實依據，對于曾經發生過的泥石流災害的數據進行了嚴密精確的統計分析，構成了一套泥石流災害的預警模擬公式、預警模型，最終形成了精確的預測結果，完成了針對特定區域的地質災害預測預警[7-8]。

2 研究區概況——以四川省阿壩縣為例

2.1 地質地貌概況

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，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降低。西北部的丘狀高原冬季嚴寒漫長，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

泥石流災害的發育及形成與土壤因子也密不可

分[9-10]。根據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、風沙土類等。四川省阿壩縣地區的土質疏松，同時由于人類活動、降水等因素使土壤表面的承載量過多，極其容易發生泥石流、山體滑坡、地震等自然災害。阿壩州境內的山體并不堅硬，多處石頭與土壤呈松散型結合，植被也較為稀疏，因而輕微地震或強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濟、農牧業及其他活動，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，導致自然環境被破壞，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來源[11]。

3 阿壩縣泥石流災害的成因及機制研究

3.1 形成原因

泥石流災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。滑坡是一個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。泥石流是山區經常發生的一種地質災害，分布于世界各地，受到了全世界廣泛的關注和研究[13-14]。阿壩縣泥石流災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重滑坡，會導致交通設施乃至村鎮被毀，嚴重威脅群眾的生命安全，給其人身財產安全造成巨大損失。

3.2 形成機制

水是發生泥石流災害的重要條件，也是泥石流災害得以發生的傳播介質，引發泥石流的水的來源有大型暴雨、冰雪融水補給等。我國泥石流災害的主要水源有臺風雨、鋒面雨、氣旋雨水等因素。成云致雨的降水是泥石流災害構成的最致命、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，降低了其穩定性。內部或者表面蓄滿水分的固體的物質通過運用自身的重力的作用，進行不停地向下運動，構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，是一種災難性的地質現象[15]。

3.3 研究模型

針對四川省阿壩縣的地質地貌類型，采用GIS方法進行數字高程模擬（DEM），繪制阿壩縣基本地貌類型，再根據衛星影像輔助檢測，保證數字高程模擬（DEM）的基本準確。根據相關氣象數據，針對以往災害日期的氣候數據與歷史災害情況進行匹配，從而將相關數據代入數字高程模擬（DEN）中，作為相關參數進行模擬。

4 四川省阿壩縣泥石流災害的預警研究

4.1 短臨預警發布

短期預警主要是以天氣狀況的惡化情況作為理論依據，對旅游者和居民群眾進行警醒和預告。短臨預警是通過實時監測四川省阿壩縣在短時間內造成泥石流的可能性而實現的，可以為泥石流來臨前的工作提供依據[16]。工作人員可通過降水量、土壤含水量、紅外攝像監控儀等監控設備對該地區進行實時監測，當其低于臨界值或者超過閾值的時候，即為災害預警目標，此時應立即啟動短期臨時預警。發布預警信息后，工作人員應繼續監測數據，并考慮適時解除預警。通過短期臨時預警和災害預警，相關部門可以為阿壩州群眾提供預警信息，從而逐漸提高當地有關部門從氣象預警到強制疏散的水平，以便當地居民和游客安全避險。

4.2 降水預警

在泥石流災害的諸多誘發因素中，成云致雨造成的降水對于泥石流災害構成的影響最為嚴峻。對于四川省阿壩縣的泥石流災情預警研究，需要建立在泥石流形成條件以及機理上，相關部門應切實提高對于暴雨、持續性降雨量的預警，從而提高當地泥石流災害預警水平。在天氣預報中，相關部門要充分利用天氣雷達和衛星云圖資料，并結合不同尺度的天氣形勢和預報模式進行預警。在四川省阿壩縣發生暴雨預報時，相關部門還要注重高精度的數值分析，不斷研究泥石流災害發生原因，開發泥石流災害預警模型，為阿壩縣泥石流災害預警提供更為精確的結果[17]。

4.3 預警信息發布

泥石流災害預警信息的發布可以劃分為2種：一是內部預警發布，二是公眾預警發布。

內部預警公布是通過分析泥石流災害的可能性而進行的預警，預警部門會按照預先規定的發生級別和發生規律系統性發布內部災害信息，將災害點的實時地理位置信息通過手機短信、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害區的相關部門，讓其提前做好災害來臨時的防御工作，并做出多種緊急應對方案，從而切實保護人民群眾的生命、財產安全。

在內部預警的實踐中，研究人員可以創建一個帶有2個單向消息的平臺。其中，短信平臺連接到移動通信網，通過移動網絡發送短信。這一方法的優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無線模塊（GSM）控制短消息的發送和接收，可以無線連接到短信服務器，很容易就能將消息發送到用戶的移動終端上，還可以獲取短信的早期預警。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]。

內部預警信息發布后，所有工作人員都應該恪盡職守。相關技術人員應對成功發送的手機信息、電子郵件、電視播報等進行系統的查看和管理，對于未能及時查收的人群進行二次內部預警信息發布。如果實際位置允許，工作人員還應查看人員的實際地理位置，派遣周圍人民大眾或相關部門人員進行預警信息通知或安排其離開泥石流災情的范圍，維護人民大眾的安全。

今后四川省阿壩縣泥石流災害預警的研討重點包括：（1）相關部門以及相關研究人員進一步加強對于泥石流災害形成、運動機制、成災規律等研究；（2）相關部門以及相關科研人員進一步增強泥石流災害的信息監測、數據傳輸的研究，特別是泥石流災害的自動觀察觀測系統的研究[19]；（3）相關部門以及相關研究人員進一步加強泥石流災害的預測、預報、預警模型的研究，構建區域性的泥石流災害環境監測預警的警報系統。（4）對于四川省阿壩縣的人員通信信息、郵箱，相關部門以及相關研究人員等可以通過內部系統預警的方式進行信息傳遞，用以保障泥石流災害來臨時的消息推送[20]。

5 結束語

泥石流的形成是泥石流所處于的流域內的不穩定地質環境，向穩定的地質環境發生發展的一個特殊的過程，涉及降雨過程中泥石流流域內的物質能量的釋放、固體物質的搬運和水量運輸移動的特殊的物理過程。在此過程中，大自然會出現一定的征兆、現象或者成災的信息，相關部門應在泥石流災害預警研究中及時抓住這些有效的信息，并揭示其形成的規律、運動的規律等，從而進行有效的預報、預測、預警，避免泥石流災害的發生。分析了四川省阿壩縣的泥石流災害的構成等各方面特點，引用國內外研究人員對于泥石流災害預警技術的理論成果和現實依據，以期促進四川省阿壩縣泥石流預警水平的提高。

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