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幸运28:解读山地科技先行者的“特色密码”

解读山地科技先行者的“特色密码”

  作为科技国家队,中科院曾取得无数耀眼的成绩。当历史巨轮即将驶入“十三五”之际,中科院也迎来了全新的机遇与挑战。

  “面向国际科技前沿,面向国家战略需求,面向国民经济主战场”,“三个面向”的提出,既“顶天”,又“立地”,意味着中科院对于全院未来的发展有着清醒的认识。

  而“四类机构”中的特色研究所,无疑将要更多地承担“面向国民经济主战场”的责任。作为唯一以山地冠名的国立研究机构,中科院水利部成都山地所(以下简称山地所)自成立以来,一直坚持与国家需求相结合,在山地灾害、山地环境与山区发展研究领域不断发力,成就斐然。

  7月上旬,《中国科学报》记者来到山地所,走访了山地防灾减灾科研一线,试图解读特色研究所的“特色密码”。

  一条路与一群人

  尽管汶川地震已过去7周年,但强震区岷江两岸地震留下的痕迹依然随处可见。

  在离映秀镇约3公里处,浩荡的岷江突然往右侧急拐了一个近90度的大弯,经龙口归导加速惊涛拍岸之后向左侧咆哮奔出……

  “别以为幸运28这是自然形成的弯道。地震之前,这里是笔直的一段。”山地所研究员王全才介绍,当时高达460米的山体大规模崩塌,将岷江完全堵住。一时之间,100多米宽的河道荡然无存,形成巨大的堰塞湖,足足花了三个月才将其打通。

  即便在5年后的今天,大量崩塌的山体依然堆积在岷江左岸。大量的危岩体以不同形式分布在陡坡之上,间或可见百吨巨石。

  “映秀到汶川段,可以说老虎嘴是处置难度最大的工程。在抢险结束后由我负责开始进行治理工程设计。”王全才说,在认识该崩塌体本底条件的基础上,分析其形成、发育特性及未来发展趋势,运用避实就虚、柔性防护的思路,随势从简、分批分期进行治理,初期工程不仅保证安全运营,更要注重工程与环境的协调,达到“治若无治”的目的 。

  王全才采取了十种工程防治和安全措施,进行综合治理,即柔性框架石笼、骨架护坡、石堤与格宾护脚工程、固坡桩组合工程、桩顶墙、拦石墙、被动网、锚固结构、安全备用平台、安全警示体系与位移变形监测系统。

  自治理工程结束以来,老虎嘴再未发生大规模滑坡。

  同样是在都汶公路上,山地所研究员何思明做的则是另外一项工作——为桃关1号隧道出口架上“天网”。

  该隧道口位于“5·12”地震极重灾区,泥石流、高陡坡的滚石、崩塌等次生灾害极其严重。隧道口上方的岩体由块石、碎石构成,边仰坡条件极差。地震暴发时,该隧道口被掉落的滚石完全堵住。

  “经过考察,我们发现隧道口的滚石最大冲击能力高达1200kJ,为了确保行车安全,必须对隧道口进行滚石灾害防治。”何思明介绍,经过多次试验,他们在隧道出口两侧架设了半椭圆形的特殊棚洞。

  该棚洞由H型钢拱圈、支撑钢管、双层柔性防护网及支座构成,长30米,高6.75米。一旦有滚石掉落,就会顺着防护网掉落公路两侧,而不会危及隧道口交通。这个技术,在国内公路工程领域也属于创新设计。

  在都汶公路连山村大桥附近,山地所研究员陈宁生做的则是另外一项工作——如何防止大桥旁边的小流域暴发泥石流将大桥冲断。

  “2013年7月9日,该流域产生的泥石流有3万多立方,有2万立方的泥石流涌入高速路,导致下行方向一跨桥面板及护栏被推入岷江,左右线全部封断。”陈宁生指着陡峭的山坡向记者介绍,“接到任务后,我们首先要查出它为何能有这么大泥石流暴发量。”

  经过深入的现场勘查,陈宁生发现尽管面积小,但因山坡上方没有遮挡,加之地势陡峭,所以产生的泥石流体量大。他们在陡坡上方设置了拦阻坝,在靠近高速路处设置开孔尺寸2米的格栅坝,“拦大放小”,再在下方设置穿过高速公路导向岷江的疏导洞,确保了高速路的安全。

  “去年都江堰地区发生了大规模的泥石流,我们的这个设计方案,成功经受住了考验。”陈宁生说。

  在213国道这条成都至汶川的生命之路上,山地所的科研人员用自己的智慧,为灾后重建和物资运输架起了保护网。

  一个领域和一个所

  中科院院士、山地所副所长崔鹏长期从事泥石流、滑坡等山地灾害研究,他也是我国首位山地灾害领域的院士。

  “从大的领域来说,山地所的‘特色’是服务生态文明建设。我们率先进入‘特色研究所’序列,也说明科学院对我们在这一领域所作贡献的肯定。”崔鹏表示,这让全所员工倍感欣慰。

  山区公路的防灾减灾一直是山地所的研究重点。该所科研人员在山地公路防灾设计、土木工程等方面的认知不断深入,形成了先进的理论并通过示范性工程加以推广。近年来,山地所与多家单位合作,其技术在全国山区公路中日益广泛应用。

  “什么是特色研究所?就要实现贯通式研究,从上游的山区公路防灾理论研究,到中游的治理方法,再到下游的示范工程,都能形成完整的体系。”崔鹏说。

  在地震的灾后处理方面,山地所也形成了自己的特色。

  汶川地震之后,崔鹏带队前往灾区救援。当时,大部分科研人员都注重于山体滑坡等研究,崔鹏等人率先提出,堰塞湖的问题十分重要,需要高度重视。

  “当时我们考察唐家山堰塞湖之后,马上向有关部门提交报告。得到温家宝总理的高度重视,救灾指挥部要求我们中断其他工作,马上对灾区所有的堰塞湖作进一步研究。”崔鹏说,要处理堰塞湖问题,必须对所有的堰塞湖进行定量分析,制定危险程度的评估标准,分析出不同堰塞湖的决堤风险和处理顺序。而堰塞湖的风险评估调查,之前并没有前例可参照。但崔鹏和同事从多年的研究经验出发,结合遥感数据,在很短的时间内,制定出世界上第一个堰塞湖应急评估指标与方法。

  “当时,我们从200多个堰塞湖中,选出了4个有重大危险的湖,17个危险性较大的湖,这给决策层提供了重要的依据。”崔鹏说。

  此后,崔鹏等人又依据在山地灾害领域长期的积累,率先提出震后泥石流将是灾后重建的最主要威胁,须重视监测预警问题。在处理震后灾后问题的过程中,山地所研发了一系列针对特大规模灾害工程的方法,并取得了很多专利,目前正在通过一些示范性工程逐步推广。

  一个目标一个布局

  在山地所科技与合作处处长吴艳宏看来,特色研究所建设目标非常明确,就是使研究所“在国内同类研究机构中居于骨干引领地位,进入国际一流的山地科学研究机构”。经过全所上下的深入讨论,并进行多次专家咨询,形成了山地所特色研究所建设的重大科技任务布局。

  今年以来,围绕川藏铁路的选线和站点选址,山地所和中铁二院开展了联合野外调查,并建立了定期会商制度,及时交流双方信息并动态调整工作内容。

  地震带的防灾减灾工作,也是山地所的科研重点。“未来,我们致力于做好中国的地震带潜在山地灾害研究,在震前预判与风险防范、震时应急救灾和震后重建等方面发挥山地所在减灾科技领域的支撑作用。”吴艳宏说。

  山区城镇安全也是山地所关心的领域。吴艳宏指出,我国山区居住着大量居民,总数超过6亿,约占全国人口的45%。要想加快城镇化进程,决不可能忽视山地的城镇安全、国土空间配置和资源环境承载力问题。

  山地所的另一个重大科技布局是把长江上游以及青藏高原的生态安全屏障建设作为重点,长江上游以及青藏高幸运28原生态安全屏障建设不仅是该地区生态文明建设的重要内容,而且事关下游地区生态环境安全,关系到长江经济带的健康、安全建设和发展。

  如今,中科院“率先行动”计划已经启动一年多,对于未来特色研究所的发展之路,吴艳宏满怀信心。“当然,特色研究所并不是只搞应用,不讲基础研究。任何技术突破和产业化,都离不开基础理论的支撑。强调发挥基础研究的推动作用,一直是中科院的特色。这一点,我们不能忘。特色所任何时候都不能忽视基础研究。”吴艳宏最后表示。

  (原载于《中国科学报》 2015-07-22 第1版 要闻)