基于自然的解决方案在黄土高原重大工程灾变防控中的理论与实践*

许 强 陈婉琳 蒲川豪 袁 爽 刘佳良

(地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学)，成都 610059，中国)

0 引 言

我国黄土高原面积64×104km2，是中华民族发源地，共和国的摇篮，“一带一路”倡议的核心区和西部开发的关键区，同时也是生态环境的极度脆弱区(刘世梁等，2007)，水土流失异常严重，地质灾害频发，对当地人民生命财产安全构成严重威胁，对生产生活造成极大困扰。近年来，为了缓解黄土地区人口快速增长与土地资源紧缺之间的矛盾(张虹波等，2007)，进一步促进黄土地区的社会经济发展，高速公路、铁路(王家鼎等，2021)、油气管线工程以及平山造城、治沟造地、固沟保塬等一系列重大工程项目在黄土地区开工建设，尤其是从2013年以后，国家为了城镇发展和振兴乡村，针对不同的发展需求，采取了不同的工程措施。以兰州作为典型代表的平山造城工程，因位于黄河侵蚀冲刷形成的大型沟谷中，“两山夹一沟”的地貌特征不仅使城市建设用地异常紧张，同时两侧山体和黄土斜坡经常失稳破坏引发地质灾害，城市安全也难以得到保障，为此兰州不得不通过“平山造城”的方式重新选址另建兰州新区；以延安市顾屯流域为典型代表的治沟造地工程，用“山上退耕还林，保生态，山下治沟造地，保民生”的沟道治理思想，在增加农用耕地的同时，也保障了当地的生态环境(贺春雄，2013)；以庆阳市为典型代表的固沟保塬工程，提出了“塬面径流调控、沟头加固防护、坡面植被恢复、沟道水沙集蓄”的四道防线治理保护模式，治理并抢救性地保护了33条沟道，1101.8km2塬面面积(段省清，2017)。重大工程的建设一方面加快了城市和乡村的发展速度，带给人类舒适便利的居所与享受，另一方面却回馈给人类环境污染、生态恶化、资源浪费、灾害频发等问题(李素清，2004；姚玉璧等，2005；许强等，2020a，2020b)。例如山西地处黄土高原东侧，作为一个重要的资源型省级行政区，挖山填沟、平山造地等工程措施会在资源开采过程中实施，人类工程活动后会形成大量的高切边坡、高填方体等潜在的地质灾害隐患点，加之该区域地形相对高差较大，地质构造相较复杂，多年来的煤矿和铝土矿开采，诱发了较多的地质灾害。据不完全统计，至2020年底山西省地质灾害隐患点共计10340处，全省全境均为地质灾害易发区，地质灾害高易发区占全省面积的42%(山西省自然资源厅，2021)。当然，除了人类工程扰动会引发地质灾害，由于地处黄土丘陵和山盆相间地貌区，自然侵蚀也会给人类带来严重的损害，2019年3月在山西临汾乡宁县卫生院由于受到沟道侵蚀的作用，北侧发生的滑坡致10人死亡、10人失联，由此可见，在部分区域，固沟保塬工程不仅仅可以保护塬面，还能保护沟道附近居民的正常生活。因此，工程的实施常具备双面性，如何协调好人类工程活动与生态环境的关系，既使黄土地区社会经济保持高速、高质量发展，又不至于因此破坏生态环境和产生工程灾变，是一个值得深入研究和实践探索的重大课题。传统的理念和技术已不能满足相关需求，亟需寻找能让人类与自然和谐共生共处的创新性解决方案，从而实现人-地协调和可持续发展。

基于自然的解决方案(NBS)自2002提出并经由世界银行、世界自然保护联盟、欧盟委员会等组织机构的积极推动后，已成为联合国应对气候变化、粮食安全、生态和谐发展等方面全球性重大问题的主要工作计划，并逐渐成为约束人类活动，保护自然生态环境应遵循的理念和基本行为准则。为此，本文以NBS为基本理念和指导思想，探讨黄土高原在实施平山造城、治沟造地、固沟保塬等重大工程建设时，应如何充分遵循、适应、利用、保护和改造自然，以实现人类与自然之间的和谐共处，既实现社会经济的高质量发展，又达到保护自然的目的。

1 基于自然的解决方案的基本思想

基于自然的解决方案(Nature-Based Solutions，简称NBS)最早于2002年由Jackson等用于描述农业活动中，人类采用“以虫治草”的方式来替代机器除草，借助自然力量来解决生产问题的方法。随后，NBS得到世界银行(The World Bank)(Mackinnon，2008)、世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature，简称IUCN)(IUCN，2009，2012，2016，2020a，2020b)、欧盟委员会(European Union，简称EU)(European，2015a，2015b)等组织和机构的大力推广，该理念已被联合国作为应对气候变化、粮食安全、生态和谐发展等的主要工作计划，并被人们广泛接受和用于解决现实问题。目前针对NBS较为权威的定义来自IUCN和欧盟。IUCN提出NBS是通过保护、修复和管理自然或人工生态系统，从而有效地、适应性地应对社会面临的问题和挑战，并造福人类和维护生物多样性。欧盟提出NBS是受到自然启发和支持的解决方案，是一种既符合自然规律，又能有效促进经济和社会可持续发展的绿色方案和方法。由此可见，NBS强调和突出自然的理念和思想，与我国“道法自然，天人合一”、“以自然之道，养万物之身”、“共建人和自然和谐共生”等思想有着异曲同工之处。

为了实现黄土地区人与自然的和谐共生共处，构建人地协调机制，本文提出NBS是黄土地区重大工程建设全寿命周期中都应始终坚持的基本原则和理念，具体包括：

(1)选址规划阶段：突出“顺”，即在工程选址和项目规划时，应充分利用和顺应自然本身所具有资源和地质环境条件，通过因地制宜，因势利导实现工程建设对自然的最小扰动和破坏，并主动规避灾害的发生，实现科学“避灾”。

(2)设计施工阶段：突出“控”，在设计施工建设阶段应充分考虑自然的资源环境承载力、韧性和自我恢复能力，合理控制工程建设的规模和进度，做到万事有度，最大限度减少工程建设对自然环境的影响和扰动，达到保护自然的目的。在条件许可的情况下还应充分发挥人的主观能动性，采取科学的工程措施适度改造自然以主动提升自然环境的韧性，达到“减灾”和“控灾”的目的。

(3)运营阶段：突出“调”，在工程运营阶段，应充分利用自然的自我恢(修)复能力，让工程建设与自然环境相互适应，若有必要也可通过适度的人工修复加快生态恢复进度，并通过构建天-空-地一体化的多源协同观测系统，实时全面掌握自然环境和工程建设的动态变化，一旦发现生态环境恶化和灾变前兆，及时调控应对，做到安全工程、绿色工程，实现人地协调和可持续发展。

2 选址规划阶段充分利用和顺应自然

2.1 因地制宜，选取适宜地貌单元实施重大工程

黄土是一种多孔隙、弱胶结的第四纪沉积物，抗侵蚀能力差。根据黄土台塬受地表水流侵蚀的程度，可按其地质条件和演化阶段的不同，依次将其划分为6类：台塬、残塬、残塬长墚沟壑、墚状丘陵沟壑、墚峁状丘陵沟壑、峁状丘陵沟壑。为了尽量减少土石方量和对地质环境的扰动和破坏，在工程选址阶段应针对不同工程的特点和场地要求，选取适宜的地貌类型区作为工程建设场址(表1)。

表1 黄土地区典型地貌类型区及其适宜的重大工程类型Table 1 Typical landform type areas and suitable major engineering types in the loess area

(1)“平山造城”工程宜选在黄土地貌演化初期的台塬、残塬，以及侵蚀沟谷还较浅的墚状丘陵沟壑区域。该工程主要是为了破解黄土地区大型城市发展场地受限问题，采用削山填沟方式造就大片平地进行城市建设。以延安为例(图1)，该区地处黄河中游，老城区沿河谷地带呈“Y”字形展布。2012年老城区人口密度为1.47万人·km-2接近北京和上海，人均建设用地仅为72m2，远低于国家标准水平，城市发展严重受限，因此当地政府采用“中疏外扩，上山建城”的城市发展战略，也不得不另找地方建设延安新城(蒲川豪等，2020)。工程建设的目的是为了解决城市用地问题，但通过“平山造城”新增的土地面积往往较大，为了尽可能减少“平山”和填筑的土石方量及其对环境的影响，所以要尽可能选取地势相对平坦、宽阔的地貌类型区作为“平山造城”场址。

(2)“治沟造地”工程宜选在残塬长墚沟壑和墚状丘陵沟壑地区。该工程是为了实现社会经济发展与生态保护的双赢，提出“山上退耕还林保生态，山下治沟造地保民生”，将山上的坡耕地转换成林地，将山下的沟道整平为耕地，实现保障生态环境的同时，为当地农民提供更多的耕地。工程通过在黄土沟谷中修建梯级拦挡坝，使相关流域水土流失的泥沙停积于坝后形成较为平坦的土地，以此来缓解黄土地区农业用地紧张的问题。拦挡坝一般就地取材由黄土夯筑而成，具有拦截泥沙新生成土地的功能，所以在当地称其为淤地坝。为了尽可能多地获取土地，治沟造地工程一般修建于横断面宽缓、呈“U”型，纵向长度较大但纵向坡度较小的沟谷(图2)。

(3)“固沟保塬”工程宜选在黄土地貌演化的最初级阶段，即台塬和残塬地区。该工程是为了防止黄土台塬四周沟谷因不断侵蚀，尤其是溯源侵蚀而使台塬面积不断减小而采取的工程措施，主要措施有海绵城市建设、蓄水池、护坡、植树造林、拦挡坝等。海绵城市和蓄水池通过利用植被过滤和管道截排水作用，充分将水资源回收再利用，减缓塬面上的侵蚀；坡面护坡和植树造林通过减缓地表径流对坡面的冲刷侵蚀作用来降低坡面侵蚀速率；利用拦挡坝降低沟底径流的流速、阻拦泥沙来控制沟谷的侵蚀速率(图3)。各项工程最终目的是通过减缓水土流失的速度来实现对塬面的保护，构筑塬面的生态安全屏障。

2.2 构建海绵系统，将雨水、污水等废水变为水资源

黄土具有显著的水敏性，一方面水是黄土灾变的“元凶”，黄土地区的滑坡、崩塌、泥石流、湿陷、水土流失等绝大多数是由降雨、灌溉和生活用水的不合理排放引起；另一方面黄土地区大多为西北干旱地区，其蒸发量远大于降水量，水在黄土地区是稀缺资源。但在降雨尤其是强降雨过程中往往仅有少部分雨水入渗到黄土内部，其余大部分雨水转化为地表径流在坡面和沟谷流动，形成对黄土的侵蚀和冲刷，成为重要的致灾因素。随着城镇化、城市化进程的不断推进，人口分布越来越集中，生活用水和污水的排放也越来越集中，排放量不断增大，不仅致灾还会造成严重的环境污染。

北京大学俞孔坚教授在《大脚革命》演讲中用大量的案例阐述如何通过充分利用自然、回归自然，通过建设城市海绵系统和湿地公园，来自然收集雨水和城市生活污水，并通过海绵系统的净化、过滤形成湿地，既起到防治旱灾、洪涝灾害、土壤侵蚀和崩滑灾害的作用，又美化和保护了生态环境，达到一举多得的目的。

甘肃省庆阳市位于黄土高原陇东地区的董志塬上，是黄土高原最大的一片塬面，号称天下黄土第一塬。近年随着城镇化建设的不断推进，人口越聚越多，因雨水和生活污水的集中排放，对塬边沟谷造成严重侵蚀，并引发严重的地质灾害、水土流失、水土污染等问题。为了减缓水土流失尤其是沟谷的溯源侵蚀，近年来一方面实施了固沟保塬工程，对大型沟谷源头进行填筑和工程加固；另一措施就是在塬面修建集水池，将雨水、污水作为资源进行蓄积，并通过建设湿地将雨水和污水净化再利用。2016年4月，庆阳入围全国第二批海绵城市建设试点，到2020年实现了试点区域内90.6%的雨水不外排，径流污染削减率达62.32%，雨水利用率达34.35%，有效地缓解了水资源流失和致灾与水资源短缺之间的矛盾。通过构建海绵系统和湿地公园，将废水转化为水资源的理念和做法值得在整个黄土地区推广应用。

2.3 遵循规律，科学合理利用土地资源

2012年4月开始的延安平山造城工程，通过将33座山头削平并回填至十几道深沟中，计划建造一座占地面积约78.5km2的新城区。如此超大规模的挖方和填方工程使得工后沉降尤其是差异沉降变形问题显著。基于时序InSAR对2016～2019年覆盖延安新区的Sentinel-1A雷达影像数据的分析表明，工程挖填方区地表呈长期持续的变形特征，其中沉降变形随时间逐渐衰减。原山脊部位的挖方区主要以卸荷回弹造成的隆升变形为主，原沟谷部位的填方区主要以黄土压实造成的沉降变形为主，且填方区地表形变量和稳定时间都要远大于挖方区(图4a～图4c)(蒲川豪等，2020b)。大量的工程案例表明，高填方体工后沉降变形趋于稳定的过程往往需要数年的时间，为了加快工程建设进度，延安新区城市建设时充分遵循沉降的时空变化规律，提出“先建挖方区，绿化填方区”的原则，待填方区地表变形稳定后再统一规划利用。第1期建筑物主要布置在地表相对稳定且变形量相对较小的挖方区(图4d)待填方区沉降变形趋于稳定后再修建新的建筑物。

3 设计施工阶段充分保护和适度改造自然

在重大工程的方案设计和具体实施阶段，首先要树立和贯彻保护自然生态环境，最大限度减少对自然的扰动的理念，但工程建设又不得不实施一些挖填方工程并布置工程结构，对原生自然环境进行一定的改造。在方案设计时应尽可能因地制宜，充分遵从和利用自然环境条件，最大限度地减少和限制对自然环境改造的强度和尺度(规模)。换句话说就是工程建设应把握好一个“度”，这个度就是自然环境的“韧性”和资源环境承载力。要保证受工程建设影响和扰动后的自然环境能够在自然或人工干预条件下可恢复，更应避免“灾变”的发生。为了防止黄土地区重大工程建设灾变的发生，尽可能使工程灾变消失在“萌芽”状态，本文提出在NBS理念指导下，通过“三控”(控水、控变形、控侵蚀)减灾措施，实现“三防”(防沉、防滑移、防侵蚀)减灾目标。

3.1 控水：采取综合控水措施防止重大工程灾变

平山造城工程因其填方高度达到数十米，平面范围达数十平方公里，其主要灾变为深层滑移变形和沉降变形；治沟造地工程的主要灾变形式为坝体溃决和因绕坝渗漏导致的土壤盐渍化；而固沟保塬工程的主要灾变形式为土壤侵蚀和滑移变形。但致使这几类大型工程灾变的“元凶”和罪魁祸首主要是“水”，所以在黄土地区控水是防止工程灾变的关键措施。不同类型灾变有不同的内在机理和表现形式，应采用针对性的控水措施。但水在黄土内部的渗流和地表的流动是导致黄土地区重大工程产生沉降、滑移、侵蚀等主要灾变形式的关键因素，因此，控水的主要目的和措施就是尽可能防止地表水入渗到黄土体内部和减少地表径流量或地表径流对土壤的侵蚀能力。

现场调查结果表明，在治沟造地工程中，淤地坝前所造土地往往会因为地下水埋深太浅和蒸发作用强烈而造成土地的盐渍化，致使相关土地难以利用。通过物探测试表明，造成坝前水位埋深浅并盐渍化的主要原因为：淤地坝坝基因夯实不够密实其渗透性较好，坝体前后的水头差致使绕坝渗漏的发生。为此，在建坝时应进一步碾压夯实，通过增加坝基密实度来降低其渗透性。同时也可通过在坝基的黄土中添加一定的生石灰以降低其渗透性，以此来阻止绕坝渗漏的发生(图6b)。

3.2 控变形：采取科学的工程措施控制大规模失稳破坏的发生

在平山造城、治沟造地、固沟保塬3类工程中，容易产生变形或对变形比较敏感的是平山造城工程。平山造城工程因规模巨大的填方工程很容易产生沉降和滑移(即滑坡)两类变形。InSAR监测结果表明，延安和兰州新区平山造城、削山填沟建造机场过程中填方区都出现了显著的沉降变形，但工程完成后地面沉降区面积在不断减小，沉降变形量随时间也逐渐趋缓，沉降变形总体上处于可控范围。在工程实践中常会通过碾压夯实等工程措施压实土体，减少沉降量和缩短沉降趋稳时间。不同区域、部位之间的差异沉降往往会造成建构筑物开裂、倾斜、管网断裂失效等问题，因此，在工程建设中应采用工程措施防止差异沉降超过一定的限度和要求。

在高填方工程中最大的灾变隐患是发生大规模滑移变形(赵建军等，2019)，尤其是滑坡，如吕梁机场高填方因强夯振动和雨水下渗的联合作用导致填方沿着原坡面滑移。近年发生的不少惨痛案例(如2015年深圳光明新区渣土受纳场滑坡、2019年巴西布鲁马迪纽市尾矿库溃坝事故等)表明，黄土、砂土、碎屑等松散饱水的颗粒介质，具备一定条件可因静态液化而发生大规模整体坍塌性失稳破坏，即溃散性失稳(Diffuse failure)。此类失稳破坏突发性强、破坏性大、前兆特征不明显等特点，防范难度极大。在延安、兰州平山造城之初，业内人士很担心黄土地区的高填方体会发生大规模变形和失稳破坏。但通过大量的试验研究结果表明，溃散性失稳需要满足一定的条件，即：(1)合适的级配：有利于超孔隙水压力形成的级配，一般需要大量的粗颗粒(粉土、砂土、碎屑等)作为材料的主体骨架，并需要一定量的细颗粒(如黏粒)分布于粗颗粒间对水流运动起到一定的阻挡作用，便于在颗粒内部快速形成超高孔隙水压力。但若黏粒含量超过一定比例又不利于静态液化的产生。试验结果表明，黄土尤其是粉质黄土的级配较容易发生溃散性失稳破坏。(2)松散：试验结果表明，孔隙度大于0.5的颗粒材料较容易发生溃散性失稳，材料密实度越高越不容易发生溃散性失稳。而平山造城工程的密实度一般均超过90%，因此不利于溃散性失稳破坏的产生。(3)必要的水位：现场调查测试和室内试验表明，只有当黄土台塬地下水位达到一定高度后，才会发生因静态液化而产生的溃散性失稳破坏。例如，甘肃黑方台其物质组成为粉质黄土，当某区段地下水位上升到黄土厚度的0.4倍左右时，就开始出现溃散性滑坡。因此，只要采取科学的控水措施，将高填方体内的地下水位控制在一定高度，便可消除大规模溃散性失稳的发生条件。

由上可知，尽管黄土具备发生溃散性失稳破坏的物质组成条件，但只要在平山造城工程实施过程中，通过工程技术手段提高填方体的压实度，并将地下水位控制在一定深度范围内，便可避免大规模溃散性失稳破坏的发生。

3.3 控侵蚀：多措并举，实施流域综合整治

黄土为风积土，又处于半成岩状态，胶结程度差，压实度低，很容易遭受流水、风和重力等作用的侵蚀。黄土台塬的侵蚀一般包括内部侵蚀、坡面侵蚀和沟谷侵蚀几类。内部侵蚀是当地表水流沿裂隙、管道和孔隙等入渗黄土内部的过程中，沿途携带黄土颗粒和可溶盐分而导致的侵蚀，往往在黄土体内形成孔洞、管道和裂隙面，并使其规模不断增大。坡面侵蚀主要是流水作用坡面形成小的沟道，以及因地表水或地下水作用产生滑坡崩塌等灾害。沟道侵蚀主要以侧蚀和底蚀两种方式使沟道不断变宽、加深，以及通过溯源侵蚀使沟道不断向后延伸变长。内部侵蚀的主要后果是在黄土体内部产生管道、空洞甚至导致地面塌陷，但因总体上黄土的渗透性相对较差，其内部侵蚀一般不严重，对黄土地区人民生产生活不会产生显著的影响。但坡面和沟道侵蚀不仅会致灾，而且会使黄土台塬面积不断缩小，严重影响当地人民的生产生活甚至安全，需重点防控。

甘肃陇东地区庆阳市的董志塬面积2840km2，是世界上面积和厚度最大的黄土台塬，被称为“陇东粮仓”。但近年来董志塬周围沟谷不断发展，水土流失严重，台塬面积逐渐萎缩，台塬宽度已从唐代的32.0km减少到目前的17.5km，现在塬面面积仅剩960km2，土地年平均减少约690亩，一些沟谷甚至延伸到台塬内部，严重威胁粮食生产和城市安全。为了减缓沟道侵蚀和崩塌滑坡灾害，2016年庆阳市政府开始实施以沟头回填加固，防止溯源侵蚀为主的固沟保塬工程。但工程实施后观测结果表明，单一工程措施带来的保塬效果并不理想，不仅回填边坡本身遭受侵蚀，沟谷的底蚀和侧蚀仍在持续发生。

为了有效控制流域性的土壤侵蚀，提出了如图7所示的“蓄固拦排停”多措并举的流域综合防侵蚀策略。

“蓄”即塬面蓄水，构建海绵体系，典型的措施有蓄水池、海绵城市系统等。这些措施既减少了水对坡面的冲刷量，也将水资源留存在塬面上，供人们使用。同时，海绵城市表现出优秀的渗水、抗压、耐磨、防滑以及环保美观多彩、舒适易维护和吸音减噪等特点，成了“会呼吸”的城镇景观路面，也有效缓解了城市热岛效应，在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的弹性，下雨时吸水、蓄水、渗水、净水，需要时将蓄存的水释放并加以利用。海绵城市是推动绿色建筑建设，低碳城市发展，智慧城市形成的创新表现，是新时代特色背景下现代绿色新技术与社会、环境、人文等多种因素下的有机结合。

“固”即沟头固坡，防止溯源侵蚀，典型的措施有道路护坡、梯田等。针对于黄土台塬高原区和黄土残塬沟壑区的主要地貌类型为黄土塬，区域内大沟谷深切割裂，多呈“V”型谷，沟头固坡能够有效减少坡面的侵蚀量，比如火巷沟的防侵蚀斜坡和防滑坡斜坡比没有防护措施的斜坡分别减少了72.0%和56.4%的侵蚀量。针对于黄土残塬长墚区和黄土墚峁丘陵沟壑区的主要地貌类型为黄土墚峁和黄土沟壑，塬面较破碎，多条沟谷侵蚀塬面，溯塬侵蚀和重力侵蚀活跃，多呈“U”型谷，梯田能够有效减少坡面的侵蚀量，美化当地环境，增加农民收入，使昔日的“三跑田”(三跑即：跑土、跑肥、跑水)变成“三保田”(三保即：保土、保肥、保水)，按照“梯田+科技+节水+产业”的综合开发模式，以整山整川整流域为单元，发展特色高效产业，不断提升梯田综合效益。

“拦”即中游拦挡，避免底冲侧蚀，典型的措施有拦挡坝、谷坊坝等。拦挡坝、谷坊坝工程都旨在降低流体速度，消弱运动能量，同时还可拦蓄泥沙，使沟底坡度平缓，河床固定，保护沟道。据资料，中小型淤地坝每公顷坝地淤积泥沙4.5～6.0万吨。与20世纪50年代相比，20世纪70年代黄河泥沙减少了42亿吨，20世纪80年代共减少98亿吨，淤地坝及其坝系工程的减沙效益占总拦蓄量60%～70%。淤地坝工程建成后形成平坦的人造平原，土壤湿润肥沃，抗旱能力强，作物产量高，比坡地增产3～10倍。枯水年每公顷产粮2.2～3.7t，平水年每公顷产粮3.8～5.2t，丰水年每公顷产粮5.3～6.7t。

“排”即下游排导，减少沟道冲刷，典型的措施有排导槽、导流防护堤等。排导槽和导流防护堤起到合理排导、保持径流畅通、固留液走的作用。合理排导泥沙，导向堆积场所，不与人类生产生活产生矛盾，不堵塞河流。排导槽是利用已有的自然沟道或由人工开挖及填筑形成有一定过流能力和平面形状的开敞式槽型过流建筑物，具有结构简单、施工及维护方便、造价低廉、效果明显等优点。“排”和“停”是衔接起来的，“排”把泥沙“停”在适当的位置，再妥善处置。

“停”即沟口停淤，控制进河造地，典型的措施有停淤场、排导造地等。停淤场的主要作用是将固体堆积于适当位置，不排向江河主体，不堵塞河流，部分地区还可将排导堆积的泥沙用于治沟造地造田。停淤场根据流体运动堆积特点，利用天然有利地形，将流体引入选定的宽阔滩地或跨流域低地，使其自然减速后淤积；或者修建拦蓄工程，迫使其停淤的工程设施。同时，针对于黄土残塬长墚沟壑区的主要地貌类型为黄土沟谷和黄土墚，沟谷溯塬侵蚀强烈，重力侵蚀活跃，多呈“U”型谷，沟底宽阔，人们可以利用停淤后的泥沙造地造田，实现“增良田、保生态、惠民生”的土地合理开发利用与生态建设为一体的沟道治理新模式。

当然并不是任何流域和沟谷都适宜同时采取上述多种措施，需要根据实际情况选用和搭配组合。“蓄固拦排停”多措并举的流域综合整治措施是通过控水、控变形等手段来达到目的，但要实现人与地和谐共处还需添加调的部分，比如都江堰水利工程，不是把水全堵住，有些地方堵，有些地方顺，把调和控相结合。人地协调在顺应自然的前提下，有些地方是调还是控，调到它不再变形，根据现状怎么去调就不会向病害去演化，把调的思想加到人地协调的概念里，是当今科学研究的一大重点，也是难点。

4 运营阶段通过调控恢复自然防止灾变

在工程运营阶段，主要通过自然恢复和人工修复方式，使受工程影响区尽可能恢复到原始自然状态或工程与自然和谐相处的状态。

大自然具有很强的自我修复和恢复能力，即自组织能力。只要工程活动的强度和规模不超过其承载力，经历一段时间后相关地区的生态环境一般都会自我恢复，即现常说的韧性和恢复力(Resilience)。当然，也可通过人工干预使其快速恢复，做到安全工程、绿色工程，从而实现人-地协调和可持续发展。

4.1 构建天-空-地一体化多源协同观测体系，实施动态监测评价

近年来，现代遥感和测绘技术发展迅速，可通过卫星平台、航空平台以及地面观测平台，从不同层次、不同角度，运用不同的观测技术和手段，实现天-空-地一体化的多源协同观测，实时掌握工程建设、生态地质环境、地表变形等动态变化和发展演化，不仅可以实时观测和评估工程建设本身是否完全按照设计要求实施，是否存在违规、违章建设情况；而且还可以实时观测和评估对工程建设对生态地质环境的扰动和影响。更为重要的是，利用天-空-地多源立体观测技术，还可实现对地表缓慢变形和宏观变形迹象的实时动态监测和变化检测，以此来提前识别和发现灾变隐患，评估灾变风险，并在成灾前提前预警(亓星等，2020)，确保工程建设和人员安全。图8显示了基于天-空-地一体化的工程灾变过程监测预警防控体系基本思路与框架。

4.2 构建自然和人工联合的调控机制，尽快恢复自然

在工程建设中，一方面要充分利用自然本身的自我组织和调整、自我修复和恢复的特性和能力，为了加快恢复自然的进度和强度，也可适度地人工干预和调控。例如，遥感监测结果表明(图9)，延安新区在大规模平山造城工程实施期间，其植被覆盖率(NDVI值)急剧下降(图中2013年)，表明工程建设对生态环境确实造成了一定的影响。但随着时间的推移，通过自然恢复和适度的人工修复(植树种草绿化)，从2013～2020年其NDVI值有了显著的提高，并逐渐恢复到工程实施前的状态。再比如，针对土壤侵蚀问题，研究发现城镇化和路网建设会改变地表水运移路径和方式，加剧侵蚀的发展，因此在运营期还需通过地表蓄、排、截水系统，构建城市海绵系统减少水土流失，人为防控侵蚀。

5 结 论

黄土地区生态脆弱，为加快黄土地区社会经济发展，近年来重大工程建设纷纷上马，对相关区域生态地质环境造成一定影响，并可能引发严重的地质灾害。为了最大限度地减少重大工程建设对自然环境带来的影响和扰动，主动防控工程灾变的发生，本文提出黄土地区的重大工程建设全过程应秉持基于自然的解决方案。通过本文研究，得到以下主要几点认识：

(1)基于自然的解决方案(即NBS)核心思想是通过保护、修复和管理自然或人工生态系统，有效和适应性地应对社会面临的问题和挑战。NBS是受到自然启发和支持的解决方案，是一种既符合自然规律，又能有效促进经济和社会可持续发展的绿色方案和方法，应将NBS理念贯穿于黄土地区重大工程从规划选址到设计、施工、运营的全过程、全寿命周期。

(2)在选址规划阶段充分利用和顺应自然。本文重点关注的重大工程主要包括平山造城、治沟造地、固沟保塬。在黄土高原的不同地区其地貌演化阶段不同，表现出截然不同的地貌特征。在重大工程规划选址时应秉持充分利用自然和顺应自然，因地制宜的原则，选取适宜的地貌单元实施不同类型的重大工程建设。在黄土地区尤其是人口聚集的城镇，应尽快构建海绵系统，将雨水、污水等废水变为水资源加以利用，即可解决水荒问题，更可防灾和减少水土流失。

(3)在设计施工阶段充分保护和适度改造自然。重大工程建设基于自然环境的“韧性”和资源环境承载力，把握好“度”，尽可能控制对自然环境改造的强度和规模，最大限度减少工程建设对自然环境的影响，更应防止灾变的发生。具体可通过“三控”(控水、控变形、控侵蚀)的减灾措施，实现“三防”(防沉、防滑移、防侵蚀)的减灾目标。

(4)在工程运营阶段应通过自然和人工调控措施尽快恢复到原自然状态。通过构建天-空-地一体化多源协同观测体系，对相关区域实施长期动态监测，掌握工程建设进程及其对生态环境的影响，实时监测地表形变，提前主动发现灾变隐患和及时预警，确保工程和人员安全。同时应通过自然恢复和适度人工修复方式，使相关区域的自然环境尽快恢复到原自然状态，从而实现人-地和谐共处。