河流自然演變過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的水壩，主要是河流的下切造成的，像崩塌、滑坡、泥石流堵塞河流形成的攔河壩，這些都稱為自然壩。自然壩是河流下切的一種我反饋，其結(jié)果一定是減少進(jìn)一步下切，減少新的地質(zhì)災(zāi)害。除了地質(zhì)災(zāi)害還有其它非人工壩，像這個(gè)是兩個(gè)河貍做的一個(gè)3米高的壩，是這兩個(gè)河貍砍伐樹(shù)木做成的，主要為了養(yǎng)魚(yú)和筑巢。當(dāng)然，絕大多數(shù)自然壩是河流下切引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害形成的。

中國(guó)西南深受青藏高原抬升到影響，據(jù)測(cè)量，喜馬拉雅每年上升21毫米，往北唐古拉山昆侖山上升慢一些。由于高原抬升，雅魯藏布江、怒江、瀾滄江、金沙江、黃河上游的坡度加大，水流速度加快沖刷河床，所以就發(fā)生下切，兩岸會(huì)變陡，變得不穩(wěn)定。

這是雅魯藏布江的超V型河谷，而這個(gè)是金沙江的V型和超V型河谷。所謂超V型河谷，是指兩岸坡度大于30度的河谷。一般河流兩岸坡度都在30度以下。下切的河流谷底狹窄，兩岸坡度達(dá)到30度，斷面上呈V字形。V型河谷是下切河流的標(biāo)志地貌。如果河流加速下切，即近千年下切速度變快，就會(huì)形成超V型河谷，河谷下半段坡度超過(guò)30度。V型和超V型河谷非常不穩(wěn)定。河床下切使得河岸坡度增大，發(fā)生崩塌和滑坡的勢(shì)能增加。一般兩岸坡度達(dá)到25—30度就會(huì)滑坡，超過(guò)30度就會(huì)崩塌，像雅魯藏布江大峽谷幾乎天天在崩塌。

為什么河流下切會(huì)造成滑坡，可以用這個(gè)圖來(lái)說(shuō)明。這個(gè)就是滑坡體，黑線就是潛在的滑動(dòng)面，沒(méi)有滑坡時(shí)我們不知道滑動(dòng)面在哪里藏著。當(dāng)河床高于滑動(dòng)面時(shí)滑坡體的下部有河床提供支撐力，因此滑不下來(lái)。當(dāng)河流下切切穿了滑動(dòng)面，滑坡體就失去了支撐，暴雨或者震動(dòng)時(shí)就會(huì)發(fā)生滑坡(圖1)。

圖 1

大型滑坡體如果達(dá)到一定的方量的時(shí)候就會(huì)形成堰塞壩。這個(gè)是體積2000萬(wàn)方的唐家山滑坡體，滑坡發(fā)生后形成了一個(gè)80米高800米厚的堰塞壩。這個(gè)是綿遠(yuǎn)河蘭家?guī)r滑坡堰塞壩，滑坡體600萬(wàn)方，滑動(dòng)面就是沉積巖的巖石層面。河流從這邊往這邊流，長(zhǎng)期下切切斷了滑動(dòng)面，地震時(shí)一震就滑下來(lái)了，形成了一個(gè)70米高的堰塞壩。

正在下切的河流就像地球表面的傷口，堰塞壩就是地球自愈結(jié)的痂。這些自然壩控制河流的進(jìn)一步下切，防止新的滑坡和崩塌。因此自然壩形成后應(yīng)該盡可能保存下來(lái)。當(dāng)然，自然壩形成后會(huì)有不同程度的潰決，經(jīng)過(guò)多年洪水沖刷后才能逐漸穩(wěn)定下來(lái)。穩(wěn)定下來(lái)的堰塞壩發(fā)育由階梯-深潭系統(tǒng)組成的消能結(jié)構(gòu)。

世界上最大的自然壩是塔吉克斯坦的烏索伊滑坡壩，是1911年2月18日7.4級(jí)地震導(dǎo)致的大滑坡。20億立方米的大滑坡堰塞了穆?tīng)柤硬己樱纬闪?00m高的烏索伊滑坡壩和庫(kù)容170億立方米長(zhǎng)達(dá)60km薩雷茲湖。100多年來(lái)這個(gè)堰塞湖一直在蓄水，水深已經(jīng)達(dá)550m，目前還在以每年18.5厘米的速度上漲，估計(jì)再過(guò)280年就會(huì)蓄滿。塔吉克斯坦每個(gè)新政府上臺(tái)都要討論這個(gè)堰塞壩蓄滿怎么辦。目前世界上人工修建的大壩最高的是335米，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于600米高的自然壩。

這個(gè)是2000年發(fā)生的易貢藏布大滑坡，滑坡體積3億方，落差3000米，堰塞了易貢藏布江。這個(gè)堰塞壩高60多米，物質(zhì)組成非常細(xì)，大石塊的體積不到1%，所以很容易潰決。當(dāng)時(shí)易貢藏布的流量是378m3/s，蓄水兩個(gè)半月，然后人工炸壩排險(xiǎn)。潰決洪水沖刷后堰塞壩高度剩下1/3，堰塞壩頂都是超過(guò)半米的大石塊。

這個(gè)是1933年地震形成的岷江上的疊溪滑坡壩，一共有三個(gè)，經(jīng)過(guò)多年沖刷，潰掉了1/3，現(xiàn)在壩高還有2/3。形成三個(gè)尼克點(diǎn)。尼克點(diǎn)是河流縱剖面上坡度突然變陡的點(diǎn)或者短河段。中國(guó)河流的尼克點(diǎn)大部分是崩塌滑坡泥石流堰塞壩穩(wěn)定下來(lái)后形成的。

這個(gè)是虎跳峽堰塞壩，是一個(gè)崩塌壩,由一連串多個(gè)崩塌形成。這個(gè)崩塌壩總高度是213米，形成于數(shù)百年前。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期淤積，現(xiàn)在堰塞湖水深還很大，至少100米。這個(gè)是流量達(dá)到7000秒立米的情況，由于水深很大，表面光滑如鏡，根本看不出來(lái)流動(dòng)來(lái)。這個(gè)堰塞壩結(jié)構(gòu)非常強(qiáng)，可以大大地消減水流能量。正是由于高強(qiáng)度消能，所以在金沙江這樣的大江上堰塞壩還能保持相對(duì)的穩(wěn)定。

這個(gè)是金珠藏布江上崩塌形成的一個(gè)30米高的崩塌堰塞壩，消能結(jié)構(gòu)非常強(qiáng)，壩頂坡度達(dá)到十幾度還能保持穩(wěn)定。其實(shí)這樣的堰塞壩在金珠藏布江上還有很多。

這個(gè)是帕隆藏布江上的天魔溝泥石流堰塞壩，是2011年融雪和暴雨泥石流沖進(jìn)大江形成的。我們當(dāng)時(shí)就在帕隆藏布江上游采樣測(cè)量，這個(gè)堰塞壩一形成我們就過(guò)去了，當(dāng)時(shí)形成一個(gè)45米高、長(zhǎng)度到600米的堰塞壩，堰塞湖3公里長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)第二年第三年的大洪水，堰塞壩頂部沖下去大概6、7米的樣子，現(xiàn)在基本上能保持在37、38米，堰塞湖還有2公里多長(zhǎng)。去年去看沒(méi)有多大的新改變，基本上可以長(zhǎng)期保存了。

二、階梯-深潭系統(tǒng)消能和自然壩的減災(zāi)機(jī)理。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生主要是由于河流的能量太大。不同能量形成的運(yùn)動(dòng)就不同。輸送泥沙比輸水需要多100倍的能量，泥石流比輸沙要多20倍能量，滑坡更比泥石流需要多2-5倍的能量，而崩塌比滑坡還要高差不多10倍的能量(圖2)。

消能是水流勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為湍流能和熱能的過(guò)程。如果沒(méi)有消能結(jié)構(gòu)，山區(qū)河流的高能量會(huì)沖刷河床和河岸導(dǎo)致災(zāi)害。自然發(fā)育的高效消能結(jié)構(gòu)有階梯-深潭系統(tǒng)、肋狀結(jié)構(gòu)、火焰石結(jié)構(gòu)等。階梯-深潭系統(tǒng)是最普遍最重要的自然消能結(jié)構(gòu)。可以消減水流60-90%能量，使水流不能沖刷河床，減少災(zāi)害、同時(shí)改善生態(tài)。

圖2

這是典型的階梯-深潭結(jié)構(gòu)。階梯-深潭系統(tǒng)是大石塊排列成的階梯和深潭相連而成的一系列結(jié)構(gòu)，一般只在大坡降山區(qū)河流里發(fā)生。從這個(gè)縱剖面圖可以看出，大石塊疊加形成的階梯阻擋水流，越過(guò)階梯的水流沖刷下游形成一個(gè)深潭，深潭由沙和較小的卵石組成。階梯-深潭系統(tǒng)都是由一連串的階梯和深潭組成。

四川冷木溝是第一個(gè)大熊貓被發(fā)現(xiàn)的地方，這里上游有一個(gè)泥石流堰塞壩，大概有2公里長(zhǎng)。這個(gè)堰塞壩在洪水沖刷下形成了一個(gè)階梯-深潭系統(tǒng)。而這個(gè)是發(fā)生在云南的一個(gè)泥石流堰塞壩上的三維的階梯-深潭結(jié)構(gòu)，消能強(qiáng)度更高。

這個(gè)是怒江云南高黎貢山峽谷普拉蒂泥石流堰塞壩上的肋狀消能結(jié)構(gòu)。肋狀消能結(jié)構(gòu)比階梯-深潭和火焰石結(jié)構(gòu)消能強(qiáng)度低一些。

這個(gè)照片是所謂火焰石結(jié)構(gòu)。發(fā)生在四川康定附近的瓦斯溝，平均坡度超過(guò)4%，流量超過(guò)100 m3/s。劇烈湍急的水流攜帶泥沙磨損河床上的巨石，形成火焰狀。一般火焰石結(jié)構(gòu)看不見(jiàn)，通常淹沒(méi)在水下。康定瓦斯溝的水被引走穿過(guò)隧洞發(fā)電，所以河床上的火焰石暴露出來(lái)了。火焰石結(jié)構(gòu)消能強(qiáng)度也很大。

自然壩形成之后一般都會(huì)發(fā)育階梯-深潭消能結(jié)構(gòu)。為什么會(huì)發(fā)育這種結(jié)構(gòu)呢?因?yàn)殡A梯-深潭系統(tǒng)的消能強(qiáng)度高，可以有效消減過(guò)壩水流的能量。堰塞壩蓄積了水流能量，過(guò)壩水流集中釋放能量，這個(gè)能量太大了，只有將階梯-深潭結(jié)構(gòu)才能有效消減，保護(hù)堰塞壩不被沖毀。這個(gè)是御軍門(mén)堰塞壩剛形成的情況，2008年地震引發(fā)滑坡形成的。那個(gè)時(shí)候一地震我就過(guò)去了，在那兒看到這個(gè)情況。這個(gè)大概是過(guò)了半年之后，已經(jīng)有一個(gè)初步的階梯-深潭結(jié)構(gòu)在形成，雖然還沒(méi)有完全成型。過(guò)了10個(gè)多月之后，基本形成階梯-深潭系統(tǒng)，已經(jīng)非常像了，就是一系列的階梯間隔一系列的深潭。

階梯-深潭系統(tǒng)的消機(jī)理是通過(guò)疊水與水躍來(lái)消能。水流通過(guò)階梯的時(shí)候是一個(gè)疊水，到下游深潭段又發(fā)生水躍(圖3)，這樣可以達(dá)到消能率60%—90%，把水流的絕大部分能量都消減了，所以使得河床不再繼續(xù)沖刷和下切，由此保護(hù)堰塞壩防止下切和新的滑坡、崩塌的產(chǎn)生。

圖3

我們?cè)谝巴庾隽藢?shí)驗(yàn)，就是測(cè)量階梯-深潭系統(tǒng)的消能過(guò)程。這個(gè)照片是模擬的階梯-深潭結(jié)構(gòu)和測(cè)量設(shè)備。這是測(cè)量的結(jié)果，證明階梯-深潭消能效果非常好，水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，動(dòng)能轉(zhuǎn)化成湍流能，湍流能又變成熱能。

在野外我們還測(cè)量了不同階梯-深潭發(fā)育程度的消能強(qiáng)度。階梯-深潭結(jié)構(gòu)發(fā)育程度用Sp代表，采用這個(gè)測(cè)量排測(cè)量。從此圖可以看出，階梯-深潭結(jié)構(gòu)強(qiáng)度愈高，消減的能量愈大。這個(gè)測(cè)量結(jié)果還說(shuō)明，階梯-深潭系統(tǒng)的最大消能率可以達(dá)到95%。

這個(gè)圖說(shuō)明什么樣的堰塞壩能夠保留下來(lái)。這條曲線做了非常艱苦的測(cè)量才得到的(圖4)，為了測(cè)量上面的一個(gè)點(diǎn)，差點(diǎn)把命丟了。堰塞壩形成之后能不能穩(wěn)定，如果不穩(wěn)定就會(huì)潰決，潰決可能造成潰壩洪水災(zāi)害。我們必須做出正確的判斷，怎么做?第一要看水流能量有多大，第二看形成的結(jié)構(gòu)消能強(qiáng)度有多高。這個(gè)圖橫坐標(biāo)是水流能量，縱坐標(biāo)就是消能結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度(圖4)。如果堰塞壩實(shí)測(cè)消能結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在這條曲線之上，這樣的結(jié)構(gòu)就足以低檔水流的沖擊，堰塞壩能夠在水流沖擊下保持穩(wěn)定，這樣的堰塞壩是可以保存的。反之，如果堰塞壩的消能結(jié)構(gòu)強(qiáng)度在這條曲線之下，堰塞壩就可能經(jīng)不住水流沖刷，就會(huì)發(fā)生潰決，不能保存，應(yīng)該人工清除或者炸掉以保障下游安全。

圖4

這是流過(guò)草坡鄉(xiāng)的一條岷江支流，離汶川只有幾十公里。這個(gè)滑坡形成一個(gè)堰塞壩。一年后人們?cè)诨麦w上開(kāi)了條公路。當(dāng)時(shí)我們來(lái)測(cè)量堰塞壩上的消能結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。上邊的公路距堰塞壩頂大概6米的樣子。我和漆博士下來(lái)測(cè)了測(cè)水深流速，準(zhǔn)備測(cè)量消能結(jié)構(gòu)。我想先試試這個(gè)地方能不能測(cè)量，會(huì)不會(huì)有危險(xiǎn)，然后再讓大家下來(lái)測(cè)量。結(jié)果用腳一踹就引發(fā)了一個(gè)小滑坡，當(dāng)時(shí)這么大的石頭砸到我背上，差點(diǎn)隨滑坡滾進(jìn)河里。這是我這一生離死亡最近的一次，還好就是受了點(diǎn)傷。

自然壩形成后，堰塞壩發(fā)育的消能結(jié)構(gòu)劇烈消能，只要消能結(jié)構(gòu)足夠強(qiáng)，就可以長(zhǎng)期保存。保存下來(lái)的堰塞壩提高了侵蝕基本面，河流兩岸坡度降低，崩塌滑坡的能量減少，所以不會(huì)發(fā)生新的崩塌與滑坡。

比如說(shuō)九寨溝，九寨溝有100多個(gè)古代滑坡。這個(gè)照片顯示典型的滑坡體，座椅狀是滑坡的鑒定特征。從空中看滑坡體就像一個(gè)座椅(圖5)，后面的滑動(dòng)面就像椅子背，下面比較平的地方就是椅子面，兩邊像扶手，再往下接近河床就像椅子腿。這個(gè)滑坡大概發(fā)生于1-2萬(wàn)年前。全新世有大量的滑坡發(fā)生，基本上都保存了下來(lái)。由于保存下來(lái)的堰塞壩大大減少了水流能量，河流停止下切甚至發(fā)生淤積，因此近代就沒(méi)有新的崩塌與滑坡發(fā)生。保存的古代滑坡體消減能量，也消除了產(chǎn)生新的滑坡的條件，同時(shí)形成了美麗的景觀和良好的生態(tài)。九寨溝的生態(tài)我們測(cè)量過(guò)，屬于中國(guó)河流里邊生態(tài)最好的一類。汶川地震的時(shí)候九寨溝離震中不是很遠(yuǎn)，但是沒(méi)有發(fā)生崩塌與滑坡。

圖5

如果說(shuō)九寨溝離震中遠(yuǎn)一點(diǎn)，不能完全說(shuō)明問(wèn)題。那我們來(lái)看這個(gè)深溪溝，它就在震中，位于龍門(mén)山地震帶上。這條公路左邊是青藏高原，右邊是四川盆地。四川盆地基本上不動(dòng)，公路左邊上升了4-5米，可見(jiàn)震動(dòng)多么劇烈。在這么強(qiáng)大地震條件下，這條溝沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡。這是因?yàn)檫@個(gè)溝有古代的三個(gè)堰塞壩，基本保存了下來(lái)。雖然堰塞湖淤滿了，但對(duì)于減少崩塌滑坡更有效。所以汶川地震期間這里沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡，山坡完全保持綠色。

從這個(gè)縱剖面圖看出，三個(gè)堰塞湖基本都淤滿了，只有1號(hào)堰塞湖還有一點(diǎn)庫(kù)容。正因?yàn)檫@些堰塞壩和其消能結(jié)構(gòu)的存在，水流能量大大減少，河床不沖刷反而淤積抬升，地震時(shí)沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡，盡管它就在震中的位置。照片中電線桿子大概有5米長(zhǎng)，公路左邊比右邊高出一個(gè)電線桿，可以判斷兩邊的相對(duì)運(yùn)動(dòng)至少抬升了4-5米。在如此劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)條件下這條小河沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡，仍然滿眼都是綠色的。再看離深溪溝非常近的白沙河。深溪溝就是白沙河的支流。由于白沙河主流上沒(méi)有歷史上保留下來(lái)的堰塞壩，兩岸全是崩塌與滑坡。

再說(shuō)說(shuō)人工壩。自然壩能消能減災(zāi)，人工壩會(huì)不會(huì)?像岷江上的紫坪鋪大壩，它離震中非常近，實(shí)際上就在龍門(mén)山地震帶上。這個(gè)照片是剛發(fā)生地震后的紫坪鋪水庫(kù)上段，可以看到庫(kù)區(qū)是安全的，沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡。因?yàn)閹?kù)區(qū)淤積大大減小了崩塌滑坡勢(shì)能，所以是安全的。沿著岷江再往上走，一出了庫(kù)區(qū)，可以看到岷江兩岸到處都是崩塌，都是白色的，很少看到綠色了。這個(gè)事實(shí)說(shuō)明，人工大壩也有減災(zāi)作用，尤其對(duì)上游有明顯的減災(zāi)作用。人工大壩對(duì)下游的安全有一定的副作用。這是因?yàn)槿斯尾幌褡匀粔文菢佑泻芎玫南芙Y(jié)構(gòu)。雖然人工壩也有消能池，但是消能池比自然消能結(jié)構(gòu)還是差一些，所以人工大壩下游的自然災(zāi)害還是避免不了。

下面我們看看長(zhǎng)期保存的自然壩的上下游發(fā)生怎樣的演變。長(zhǎng)期保存的堰塞湖必然發(fā)生淤積，形成寬闊的河谷和平緩的河段，這與人工壩形成的水庫(kù)一樣。由于寬闊的堰塞湖地質(zhì)災(zāi)害少，往往發(fā)展成居民點(diǎn)。長(zhǎng)期穩(wěn)定的堰塞壩發(fā)育成尼克點(diǎn)。

這是帕隆藏布江上的堰塞湖群(圖6)。古鄉(xiāng)溝堰塞湖是古鄉(xiāng)溝泥石流堵塞帕隆藏布江形成的堰塞壩。巴哈弄吧、阿丁弄吧和地質(zhì)弄吧是三個(gè)冰川堰塞壩。在50公里江面上一共有三個(gè)冰川堰塞壩，一個(gè)泥石流堰塞壩，形成四個(gè)50-200米的尼克點(diǎn)。跟滑坡堰塞壩一樣，泥石流和冰川堰塞壩也能有效消能減災(zāi)，堰塞湖淤積變得比較寬闊。這個(gè)照片就是古鄉(xiāng)溝堰塞壩的壩頂，壩頂上游的湖面非常平緩，看起來(lái)跟靜水一樣的，這是因?yàn)樗苌畹木壒省６鴱膲雾旈_(kāi)始往下游就是非常洶涌的水流，這是因?yàn)楹哟采嫌蟹浅Ｃ黠@的消能結(jié)構(gòu)，把大量的能量轉(zhuǎn)化為湍流。上游大量泥沙淤積，整個(gè)河谷變寬變平緩，村民就在較高的灘地居住。這是阿丁弄巴堰塞湖里的淤積灘地，上游有一個(gè)村落，由此往下是阿丁弄巴堰塞壩。

圖6

這個(gè)是虎跳峽堰塞壩形成的尼克點(diǎn)，高度達(dá)213米。這個(gè)崩塌堰塞壩上發(fā)育的階梯-深潭結(jié)構(gòu)非常強(qiáng)，可以消減的水流能量也非常高。這個(gè)就是形成的消能結(jié)構(gòu)，這個(gè)是上游的湖區(qū)，兩邊有很多村莊。

這個(gè)圖是大金川、小金川的縱剖面，有一篇發(fā)表在Nature上面的文章，說(shuō)明大金川小金川的堰塞湖形成的尼克點(diǎn)對(duì)于穩(wěn)定河流和山區(qū)地貌的作用。這幾個(gè)尼克點(diǎn)都有100來(lái)米的高差，這個(gè)是差不多從2100到2300米。這個(gè)照片就是小金川上的一個(gè)堰塞壩。

三、在目前地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)非常高的河流里，模擬堰塞壩建設(shè)消能結(jié)構(gòu)可以減少災(zāi)害的發(fā)生。我們剛才講了，階梯-深潭系統(tǒng)是消能最有效的一種結(jié)構(gòu)，也是比較容易發(fā)育的一種結(jié)構(gòu)。它可以減少水流的沖擊能量，穩(wěn)定河床、減少災(zāi)害。我們?cè)谖募覝洗蠡伦隽艘荒陮?shí)驗(yàn)，防止了自然災(zāi)害的發(fā)生。

綿遠(yuǎn)河文家溝滑坡總方量8160萬(wàn)方，厚度達(dá)180米。2008雨季發(fā)生高容重泥石流，沖刷滑坡體發(fā)育了新水系。我們2009采用人工階梯-深潭系統(tǒng)控制泥石流。將巨石放到溝底，堆迭成階梯。洪水流過(guò)階梯時(shí)大部分能量消耗在跌水和水躍上，溝床不再下切，水流能量低于臨界不能形成泥石流。這個(gè)就是文家溝(圖7)，滑坡體是從這兒下來(lái)。這個(gè)滑坡就發(fā)生在震中，汶川地震的震中就是龍門(mén)山斷裂帶，長(zhǎng)達(dá)300公里長(zhǎng)的斷裂帶。這個(gè)滑坡就是在斷裂帶上。滑坡發(fā)生后，原來(lái)文家溝被埋到了180米厚的滑坡碎屑之下。

圖7

文家溝滑坡之后很快到了雨季，形成了5場(chǎng)泥石流，泥石流沖出了一條溝。這個(gè)溝50多米深，就是泥石流在滑坡體上下切了50多米，溝兩岸坡度接近40度，非常非常危險(xiǎn)。一旦水流來(lái)的時(shí)候沖刷這個(gè)坡角，上面的碎屑物體滑下來(lái)，跟下面水流一攙和就是泥石流。2008年泥石流發(fā)生5次，村莊里的人基本上都搬走了，后來(lái)又搬回來(lái)了。2009年我們做了人工階梯-深潭系統(tǒng)消能。當(dāng)時(shí)機(jī)械進(jìn)不去的，沒(méi)有路，我們只好用人把大石塊從兩岸坡上放下來(lái)，然后圍繞大石塊用鋼絲籠輔助，形成一個(gè)個(gè)階梯。我們?cè)跊_刷最嚴(yán)重的溝段做了33級(jí)階梯。花費(fèi)很少，我們花了20多萬(wàn)就做了33級(jí)階梯-深潭結(jié)構(gòu)。

這個(gè)是做的人工階梯-深潭系統(tǒng)，階梯-深潭通過(guò)跌水與水躍來(lái)消能。這個(gè)是做成之后的初期，可以看到水流通過(guò)階梯發(fā)生劇烈紊動(dòng)，消耗了能量，所以它的水流速度控制的比較低，沖不倒坡角，因此穩(wěn)定了兩岸，基本上沒(méi)有發(fā)生泥石流。

現(xiàn)在來(lái)看看結(jié)果，2009年7月17日的降雨量達(dá)90.9mm/d，超過(guò)2008年的最大日降雨量(88mm/d)。周邊多處爆發(fā)泥石流災(zāi)害，而文家溝內(nèi)則始終保持平安，沒(méi)有發(fā)生泥石流災(zāi)害。文家溝2008年發(fā)生5場(chǎng)泥石流，死了80人左右。2009年我們做了33級(jí)階梯-深潭，2009年沒(méi)有發(fā)生泥石流沒(méi)有傷亡。

這個(gè)是文家溝的縱剖面圖(圖8)。這條是原來(lái)的文家溝，這是2008年地震滑坡之后的文家溝，這個(gè)是2008年5場(chǎng)泥石流沖刷形成的新文家溝縱剖面線，沖下去50多米。這是2009年做了人工階梯-深潭后的文家溝，與2008年的縱剖面吻合，完全沒(méi)有下切。

這個(gè)照片是人工階梯-深潭保護(hù)的溝段，基本上是穩(wěn)定的。下面還有一段沒(méi)有人工階梯-深潭，因?yàn)槠陆敌。缓芪ｋU(xiǎn)，就沒(méi)有做。但是還是有些明顯的小崩塌。

這是作為對(duì)照，小崗劍離我們5公里，2009年發(fā)生了很?chē)?yán)重的泥石流災(zāi)害。

到了2010年，國(guó)家用災(zāi)后重建基金970.5萬(wàn)建壩，建壩的時(shí)候把我們的階梯-深潭完全破壞。當(dāng)時(shí)我們知道以后，就到了國(guó)土資源局去匯報(bào)，希望用階梯-深潭結(jié)構(gòu)消能來(lái)治理，但是沒(méi)有成功。這是當(dāng)時(shí)的情況，當(dāng)時(shí)我們給他們監(jiān)理說(shuō)，我說(shuō)千萬(wàn)不要破壞我們的階梯-深潭消能結(jié)構(gòu)，否則你這個(gè)壩建了就會(huì)垮掉的，我說(shuō)你最多5年就會(huì)垮掉的。盡管如此他們?nèi)匀皇钦耍驗(yàn)榘徇\(yùn)石頭材料從別的地方搬運(yùn)價(jià)格要貴10倍可能不止。我看他們?cè)诖笫^上面打眼，炸掉了我們的階梯-深潭系統(tǒng)，用來(lái)作建筑材料建了壩。這20座壩只存在了一個(gè)月就被一場(chǎng)泥石流沖垮了。因?yàn)檫@些壩沒(méi)有消能池，完全沒(méi)有保護(hù)，全部垮掉。垮掉以后溝床下切了50多米，原來(lái)的殘壩懸在了空中。頂上這里就是原來(lái)的溝床。這場(chǎng)泥石流一下子沖下去50多米，沖進(jìn)了村莊，死了12個(gè)人。

圖8

這個(gè)上邊是原來(lái)的殘壩，泥石流把溝拓寬了100多米。文家溝下切50米、擴(kuò)寬100多米。一下子形成這樣的災(zāi)害主要是因?yàn)闆](méi)有消能。下游淹沒(méi)了村莊，死了12個(gè)人，2個(gè)人失蹤了。這就是文家溝2008-2010的縱剖面，前三個(gè)都說(shuō)了，最后這條線是2010年炸掉了階梯-深潭之后的縱剖面，一下子下切了50多米(圖8)。

2010年4月的時(shí)候我?guī)迦A的學(xué)生去文家溝實(shí)習(xí)。看到施工隊(duì)伍在炸我們的階梯-深潭系統(tǒng)，我一直跟他們講不能炸，他們也不聽(tīng)。那天我們的學(xué)生在那兒開(kāi)晚會(huì)，我給學(xué)生選了兩家住宿。現(xiàn)在這個(gè)村原來(lái)的房子只有這兩家還有，其他的房子全部都沒(méi)了。

這是2011年治理后的文家溝。國(guó)家花了2億元重點(diǎn)治理，同時(shí)上游做了隧洞，把寶玉洪水通過(guò)隧洞引到河里，多余的水才在溝里流。治理中也考慮了消能，所以做了階梯，起了一定的消能作用。但是，這種人工階梯能量消減比模擬自然階梯-深潭差得多，所以還是有破壞。

四、中國(guó)西南河流水能大、災(zāi)害強(qiáng)、開(kāi)發(fā)利用價(jià)值高，水電開(kāi)發(fā)將絕大部分水能轉(zhuǎn)化為電能，但是有多余能量、多余的水量棄水還是要通過(guò)大壩消能結(jié)構(gòu)消減的。因?yàn)檫@個(gè)大壩減少了洪水致災(zāi)的能力，大壩上游地質(zhì)災(zāi)害明顯減少，但是大壩建設(shè)期和運(yùn)用初期必然增加地質(zhì)災(zāi)害，采用工程措施可以減輕。像通過(guò)大壩這個(gè)高水頭能發(fā)電，在雅魯藏布江要建1000多米水頭的發(fā)電廠。電站棄水多余能量通過(guò)水躍消能，或者是射流消能，還有階梯消能，現(xiàn)在在歐洲做的比較多了。

這是2008年地震震區(qū)沙牌水電站上游和下游的對(duì)比。上游受到保護(hù)能量降低了，沒(méi)有發(fā)生崩塌滑坡，下游還有災(zāi)害。所以一個(gè)壩不行，要建設(shè)一串大壩，每個(gè)壩都保護(hù)上游，整個(gè)河段就沒(méi)有問(wèn)題了。

中國(guó)西南河流水能大，災(zāi)害性強(qiáng)，同時(shí)開(kāi)發(fā)利用價(jià)值高。水電開(kāi)發(fā)將水能轉(zhuǎn)化為電能，洪水期多余能量通過(guò)大壩消能結(jié)構(gòu)消減。由于大壩減少了洪水致災(zāi)能量，大壩上游地質(zhì)災(zāi)害明顯減少。大壩建設(shè)期和運(yùn)用初期必然增加地質(zhì)災(zāi)害。采用工程措施可以減輕。

單個(gè)大壩保護(hù)上游減少災(zāi)害但是下游災(zāi)害更重。在西南嚴(yán)重下切的河流里建造梯級(jí)壩群，將大部分水能轉(zhuǎn)化為電能，既能減災(zāi)又改善生態(tài)。長(zhǎng)江中下游就像長(zhǎng)藤結(jié)瓜，洪湖、洞庭湖、梁子湖、鄱陽(yáng)湖等通江湖泊就像是長(zhǎng)江藤上結(jié)的瓜，這樣的江湖聯(lián)通體系形成多樣性的棲息地，適合不同生物生存。因此長(zhǎng)江生態(tài)比黃河好得多。在西南不能 "長(zhǎng)藤結(jié)瓜"，但可以 "串糖葫蘆"。建設(shè)中型壩群，河流連接一個(gè)一個(gè)水庫(kù)，就像"串糖葫蘆"。

在生態(tài)本底值高的地方建壩肯定對(duì)生態(tài)壞處多。三峽那個(gè)地方是很多物種的回游通道，所以在那兒建壩造成的生態(tài)傷害還是比較強(qiáng)的。但是在生態(tài)本底值比較低的黃河、金沙江建壩，生物多樣性是可以明顯增加的。

這個(gè)是金沙江規(guī)劃和建設(shè)的梯級(jí)壩群。現(xiàn)在向家壩、溪洛渡都完成了，白鶴灘正在建設(shè)，烏東德也準(zhǔn)備要建的。但是從長(zhǎng)江下游到向家壩為止，都是很多物種的棲息地和產(chǎn)卵場(chǎng)。這里是很多物種的產(chǎn)卵場(chǎng)，很多魚(yú)類在下游長(zhǎng)大以后要到上游產(chǎn)卵。有了這些壩它就上不來(lái)了，對(duì)生態(tài)影響就很大。從向家壩往上金沙江生態(tài)本底值很低，金沙江很陡，水深淺，大多數(shù)物種難以生存。而建壩提供了一個(gè)緩流深水區(qū)，對(duì)生態(tài)有改善。

這是大渡河的梯級(jí)壩群，包括開(kāi)發(fā)的這么一個(gè)規(guī)劃，可以看到將來(lái)就變成一個(gè)臺(tái)階、一個(gè)臺(tái)階。這個(gè)是雅礱江的梯級(jí)壩群，也會(huì)變成一個(gè)一個(gè)的臺(tái)階狀。如果不是特別大的壩，而是梯級(jí)開(kāi)發(fā)，對(duì)生態(tài)和減災(zāi)是有好處的。

這個(gè)是引水發(fā)電的寶興河，上邊建了一個(gè)小壩，把水從隧洞引導(dǎo)下游發(fā)電站，結(jié)果從壩到發(fā)電站之間河流沒(méi)水了，這樣對(duì)生態(tài)是毀滅性的影響。

這個(gè)是閩江，實(shí)際上是2008年4月28日，即"512"之前一個(gè)星期我在那里看到的。上邊就是一個(gè)小壩引水，通過(guò)隧洞到下游發(fā)電，所以就變成一個(gè)干河了。

下面講怒江雅魯藏布江的開(kāi)發(fā)。西南地區(qū)大部分河流都開(kāi)發(fā)了，用不同的方式開(kāi)發(fā)，有的建設(shè)梯級(jí)壩群，還有很多小河引水式發(fā)電。但是怒江、雅魯藏布江還沒(méi)有開(kāi)發(fā)。怒江下切導(dǎo)致兩岸變得坡度很陡，大量泥石流溝造成了數(shù)百個(gè)泥石流堰塞壩。這些堰塞湖都不深，難以形成較大的魚(yú)類棲息地，堰塞壩消能結(jié)構(gòu)成為河流消能的主要成份。

怒江生物多樣性不高，串糖葫蘆開(kāi)發(fā)會(huì)有改善，庫(kù)群創(chuàng)造的深水緩流區(qū)有利于新物種的生存。一般來(lái)講，梯級(jí)開(kāi)發(fā)能減少災(zāi)害，都是對(duì)生態(tài)有影響。物種可能增多但一些特異生物會(huì)消失。

這就是怒江的縱剖面，怒江的縱剖面和兩岸支流的縱剖面。大量支流非常陡峭，泥石流沖進(jìn)怒江形成了比較許多小型堰塞壩。這是怒江上游是在左貢附近，明顯可以看到怒江的下切。因?yàn)榍嗖馗咴容^快，原來(lái)河床在上邊，發(fā)現(xiàn)了近代泥沙沉積物。可以判斷近代下沉了100多米。這是河兩岸的崩塌和滑坡留下的痕跡。

到了高黎貢山峽谷，河床在加速下切。兩岸崩塌滑坡風(fēng)險(xiǎn)比較高，它的穩(wěn)定主要靠大量的泥石流堰塞湖。這個(gè)是其中一個(gè)堰塞壩，這是2011年的泥石流形成的堰塞湖，大概2公里長(zhǎng)，大概就是6、7米高。怒江上每隔5公里就有一個(gè)泥石流堰塞湖，下邊又有一個(gè)堰塞湖，堰塞壩也就是4、5米高。雖然不太高，這些堰塞壩對(duì)河流下切的控制很有效。

我們?cè)谂ㄔ谘呷豪镞厡?duì)無(wú)脊椎動(dòng)物和魚(yú)類采樣，魚(yú)類沒(méi)有看到新的東西，物種也不多。但是在堰塞湖群里發(fā)現(xiàn)一個(gè)無(wú)脊椎動(dòng)物是新物種，這個(gè)物種屬于浮游目，不是復(fù)眼，而長(zhǎng)著6只單眼。我們送到中科院鑒定，他們說(shuō)肯定是個(gè)新物種，原來(lái)沒(méi)有報(bào)道過(guò)。但是要發(fā)表論文需要研究它的生命全過(guò)程，這是去年發(fā)現(xiàn)的，今年想去的時(shí)候我正好心臟病發(fā)作就沒(méi)去成。這里還有一些特化物種，生長(zhǎng)在堰塞壩上。

如果用生物多樣性做指標(biāo)，怒江開(kāi)發(fā)是肯定會(huì)改善生態(tài)的，生物多樣性會(huì)增加的。但是原來(lái)的某些物種會(huì)消失。現(xiàn)在反對(duì)怒江開(kāi)發(fā)的主要說(shuō)生態(tài)問(wèn)題，實(shí)際上怒江開(kāi)發(fā)的生態(tài)問(wèn)題就是這么一個(gè)前景。

關(guān)于雅魯藏布江，雅魯藏布江大峽谷有大量的水能，目前大峽谷地質(zhì)災(zāi)害主要是崩塌，頻率很高，數(shù)量非常多，規(guī)模比較小，也沒(méi)有形成較大的堰塞湖。現(xiàn)在正在實(shí)施引水式開(kāi)發(fā)，在派鎮(zhèn)修個(gè)小壩，通過(guò)隧洞穿過(guò)喜馬拉雅，直降兩千多米。引水開(kāi)發(fā)會(huì)導(dǎo)致大峽谷部分河段斷流，對(duì)生態(tài)有一定影響。派鎮(zhèn)以下可以通過(guò)建設(shè)壩群開(kāi)發(fā)，但是峽谷陡峭，建設(shè)期地質(zhì)災(zāi)害不斷。甚至?xí)|發(fā)大規(guī)模地質(zhì)災(zāi)害，需謹(jǐn)慎決策。在派鎮(zhèn)的年水量只有三百億，但是到下游出國(guó)的地方達(dá)到一千多億，所以700多億水就是大峽谷來(lái)的。大峽谷還有很多支流，水還是很多的，所以做梯級(jí)開(kāi)發(fā)還是能夠開(kāi)發(fā)不少電能的。因?yàn)榇髰{谷非常陡峭，如果開(kāi)發(fā)過(guò)程爆炸山體，有可能造成特大的地質(zhì)災(zāi)害都很難說(shuō)，所以要決策的時(shí)候必須非常謹(jǐn)慎。大峽谷里邊的水能可以頂三個(gè)三峽的水能。

大峽谷由于水流速度特別快，所以不適宜魚(yú)類生存，只有少數(shù)無(wú)脊椎動(dòng)物。我們測(cè)過(guò)流速，就是用大木頭扔進(jìn)江里，然后用激光測(cè)距槍記錄流動(dòng)的距離和時(shí)間，流速能達(dá)到7米/秒。如果再往江中心流速可能達(dá)到10米/秒以上，這樣的水流里邊幾乎沒(méi)有魚(yú)類可以生存。

目前建設(shè)的藏木電站已經(jīng)完成，還有一個(gè)米林電站在施工，派鎮(zhèn)還有一個(gè)小壩也要建設(shè)。這個(gè)就是雅魯藏布江大峽谷里的大拐彎，我們?nèi)サ臅r(shí)候走進(jìn)去要一天28公里，必須當(dāng)天走到才能夠停下，里邊條件非常艱苦。在大峽谷可以看到不少的崩塌體，這是去年的崩塌體，這是一個(gè)剛剛崩的。我們進(jìn)去和出來(lái)三天里多了三處崩塌，一下雨就會(huì)山崩，因?yàn)樯狡绿貏e陡。

這是我們團(tuán)隊(duì)在測(cè)量，可以看到浪是非常大的，這么高的波浪消減了水流能量，所以使得大峽谷保持一定的穩(wěn)定度。

至于引水式開(kāi)發(fā)是在這里挖個(gè)洞直接過(guò)來(lái)，從3000米一直下到500米，穿越了喜馬拉雅山。但是2000多米落差不能一下到底，中間要建個(gè)水庫(kù)把水稍微存一下，可以調(diào)節(jié)一下，蓄存15分鐘的水量。華能公司請(qǐng)我到這個(gè)地方建一個(gè)水文站，我沒(méi)帶學(xué)生去，帶了幾個(gè)老師去的。

五、最后談一下結(jié)論。

1.自然壩是一種普遍現(xiàn)象，數(shù)量大小都超過(guò)了人工壩，有的保存下來(lái)，有的潰決，保存的自然壩大部分淤滿了。

2.如果自然壩發(fā)育良好的消能結(jié)構(gòu)，水流能量絕大部分被消減，堰塞壩就可以長(zhǎng)期保存。不論是否淤滿，保存的堰塞壩減少新的崩塌滑坡災(zāi)害。

3.模仿自然壩消能結(jié)構(gòu)可以控制下切減少地質(zhì)災(zāi)害，消能應(yīng)該成為防控地質(zhì)災(zāi)害的主要戰(zhàn)略思想。

4.類似于自然壩，西南壩群可以把水流能量轉(zhuǎn)化為電能，剩余能量采用人工消能結(jié)構(gòu)消減，具有一定的減災(zāi)的作用。

5.西南山區(qū)引水發(fā)電造成生態(tài)災(zāi)害，串糖葫蘆梯級(jí)開(kāi)發(fā)有利于穩(wěn)定河床和消減地質(zhì)災(zāi)害。生態(tài)本底值高的河流建設(shè)壩群損傷生態(tài)，而在生態(tài)本底值低的河流上建設(shè)梯級(jí)壩群可以改善生態(tài)。