消能驯服泥石流

　　2010年8月12日晚，暴雨挟持着松动的山石、泥土倾泻而下，四川省绵竹市清平乡文家沟的拦挡坝很快就被泥石流冲垮，只剩下一个有裂痕的坝体。文家沟泥石流治理工程刚刚于当年7月28日完工，其中包括20个拦坝和2条排洪沟，却在顷刻之间毁于一旦。泥石流的威力不可谓不大。我国2011年发生的多起泥石流灾害以及发生于2010年的甘肃舟曲和绵竹清平乡特大泥石流灾害，都暴露出我们在泥石流灾害防治上的缺陷。
　　
　　高发的泥石流灾害
　　
　　作为一种严重的地质灾害，人们一直在与泥石流进行斗争。工程治理泥石流是泥石流防治中的一项重要措施。到目前为止，世界上治理泥石流的方法主要有建立拦挡坝、排导槽和渡槽，治理的理念则是拦挡。拦挡坝主要是将泥石流拦挡在沟谷里；排导槽能使泥石流绕过城镇最终被排导入江；渡槽主要是保护铁路、公路。这些防护措施对防治一般泥石流是有效的，但对特大型泥石流来说，防治效果不佳。
　　从近年来的气候变化看，全球进入一个气候紊乱期。极端气候和特大暴雨事件增多。我国山区发生特大泥石流灾害的概率大大增加，特别是干旱河谷和地震崩塌滑坡区发生特大泥石流灾害的概率较高。干旱河谷是发育在我国云贵高原、黄土高原、青藏高原的一种特殊的地貌单元，其特点是高原上深切出宽阔的河谷，它比周围高原明显干旱。干旱河谷植被覆盖度低，由于长期干旱和风化，流域内积累了大量的土石碎屑，遭遇突发暴雨时容易发生滑坡和特大泥石流。干旱河谷附近气温高河谷宽，又有江河灌溉之利，有许多城镇和村庄。一旦发生泥石流就会造成较大灾害，如甘南舟曲县特大泥石流灾害即是一例。2008年的汶川地震则造成了四川西部山区大量松散物质的堆积，孕育了特大泥石流暴发和群发的条件。尽管震区崩塌、滑坡的松散物质比较粗大，不会长距离运动；但是非常容易堵塞江河形成堰塞湖和造成局部河道改变流向，从而造成较大山洪灾害。
　　既然特大泥石流灾害难以拦挡，面对这些灾害我们是不是束手无策呢了？或许以消能为理念的人工阶梯－深潭系统，可以给泥石流治理带来一线曙光。
　　
　　阶梯-深潭结构什么样
　　
　　了解人工阶梯-深潭系统之前，让我们先来认识一下阶梯－深潭系统。
　　阶梯－深潭系统是山区河流中一种河床结构现象，河床由一段陡坡和一段缓坡加上深潭相间连接而成，呈一系列阶梯状。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迭而成。这种河床结构能够大大增加水流的阻力，极大消耗水流的动能，从而使得水流流速降低，最终起到保护河床沉积物、稳定河道的作用。
　　大江大河里也有阶梯-深潭结构，大多发育在因大型滑坡和崩塌形成并稳定后的堰塞坝上，例如金沙江虎跳峡和雅鲁藏布大峡谷。阶梯-深潭系统在生态学上具有特殊意义。该系统的发育一方面受到水流、泥沙、流域植被的影响，另一方面又反过来改变水流状态、泥沙分布、河床底质、河边植被发育，改变生物的栖息地和水生生物的生态条件。阶梯-深潭系统会增大河床抗冲刷力，稳定河床和岸坡，在一定的温度和降水条件下，这个系统的两岸可以发育出良好的植被。
　　由于细颗粒泥沙在深潭河段的缓流区沉积下来形成卵石、沙和淤泥层，阶梯和主流河段河床则由较大的卵石和石块构成，这样的河流具有适宜多种生物生活栖息的条件。阶梯段水流中存在强紊流，使水体内部温度和氧气分布均匀，深潭段水深流缓，形成遮蔽条件。阶梯-深潭创造了不同底质、不同流速、不同深浅的水生物栖息地和产卵地，不仅较大的两栖动物和水生物可以在此生存，幼小的生物也能找到躲避捕食动物和急流的地方。这种多样性的栖息地有利于保持较高的生物多样性，防止单个物种密度偏高。水流通过阶梯时会卷吸进大量空气气泡，使水中溶解氧含量增加，提高了水流降解污染物的能力。
　　阶梯－深潭系统的山区河流具有健康的生态环境，并且有较高的天然生态环境的稳定性。近年来，这种系统已被德国、意大利、美国、韩国、加拿大等国家应用于山区河流的生态修复，并在大坡度河床的稳定性维护和生态改善上取得了一定成效。
　　
　　人工消能是关键
　　
　　阶梯－深潭结构消能减灾的机理，在于消减水流动能、控制河流下切、稳定岸坡和减少侵蚀。
　　以我国西南地区为例，青藏高原的隆起导致河流的坡降增加，因而其周边的河流都在下切。下切的河流增加了两岸的坡度，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、暴雨激发下容易发生崩塌和滑坡。崩塌和滑坡会将大量坡积物和碎石带进江河和山溪沟谷，一旦发生洪水，很容易形成泥石流。如果崩塌、滑坡或者长期风化形成的松散碎屑量很大，而且水流能量足以携带大量固体物质，就会形成特大泥石流。
　　因此，要解决山洪所造成的地质灾害，关键因素之一是要消能。
　　阶梯-深潭结构就能做到这一点。通过这种结构消能，可以完全控制河流下切，减少滑坡势能。
　　稳定的天然峡谷所具有的抗山洪冲刷能力主要来自于自然形成的“阶梯-深潭”消能结构。如虎跳峡已经发育出良好的阶梯-深