不畏道阻且長 守護山地安全
——記中國科學院·水利部成都山地災害與環(huán)境研究所研究員周公旦

□ 李曉文

周公旦2018年赴西藏野外考察

作為一個山地大國，山洪、泥石流、滑坡、堰塞湖等山地災害嚴重阻礙著我國山區(qū)的建設與發(fā)展，成為山區(qū)安全保障的一塊心病。2008年汶川地震后山地災害一次又一次地上演給人們敲響了科學防御的警鐘，使人們痛定思痛，山區(qū)防災減災已經(jīng)成為我國必須高度重視的問題。

民之所望，士之所擔。以己之長，擇世所需。有這樣一群科學家，在每一個山地災害發(fā)生的現(xiàn)場，都會看到他們的身影。他們把實驗室建在了泥石流的源頭、堰塞湖的壩上、滑坡體的腳下，他們把科研論文寫在湍急洶涌的洪流之中，寫在力挽狂瀾的攔砂壩上，把科技成果應用在保障國民安全的建設之中。36歲的中國科學院·水利部成都山地災害與環(huán)境研究所（簡稱“成都山地所”）研究員周公旦，正是這些在泥石和洪水里，在寂寞和危險里堅持科研、砥礪前行的山地災害研究者中的一員。

他曾擲地有聲地說過：“或許我們不一定能親手從廢墟里救出多少人，但通過加強山地災害的相關研究，我們用加倍的付出和科學的方法可以降低山地災害的影響，讓更多的人避免遭受山地災害的威脅，這是我們作為科研人員不可推卸的責任與擔當?！?/p>

“山地災害學科是用來解決實際問題的”

10年前，汶川地震發(fā)生的時候，周公旦還在香港讀博士。自小在江南農(nóng)村的小橋流水環(huán)境里長大的他，直言在上大學之前甚至沒有見過真正意義上的高山，更沒有想到以后會去從事山地災害的研究工作。不過陰差陽錯，學習土木工程的周公旦本科畢業(yè)之后前往香港科技大學繼續(xù)深造，師從國際土力學與巖土工程學會主席吳宏偉教授。在導師的啟蒙下，他開始從事泥石流動力學方面的研究，也就此與山地災害研究結(jié)下了不解之緣。

“香港是個國際大都市，山地面積比較多，人口非常密集，即使很小規(guī)模的滑坡或者泥石流也會對社會造成巨大的沖擊和影響。”周公旦解釋道，“所以香港非常重視山地災害的防治，研究水平比較高?！毕愀劭萍即髮W開明、自由、國際化的學風以及吳宏偉教授精益求精、嚴謹踏實的治學態(tài)度都對年輕的周公旦產(chǎn)生了深遠的影響?！罢f‘脫胎換骨’也不為過吧！”周公旦回憶起當年的求學經(jīng)歷時評價道。也正是在這個時期，他確定下了以此領域為終身奮斗的方向。

2010年，周公旦博士畢業(yè)，關于未來的去向，有多個選擇擺在他的面前，包括出國深造、留在香港繼續(xù)發(fā)展、在北上廣深這樣的大城市里找一份高薪的工作，但是他為自己選擇的落腳點是——偏居西南一隅的成都山地所。很多人不理解他的選擇，他自己卻有著內(nèi)心最清晰的認識：山地災害學科最終是要用來解決實際問題的。中國的山地災害大多發(fā)生在西南地區(qū)，這個區(qū)域既承載著不可替代的生態(tài)服務與屏障功能，又為國家經(jīng)濟社會發(fā)展提供著巨量的能源。由于地質(zhì)環(huán)境復雜而脆弱，人口和重要城鎮(zhèn)、基礎設施相對集中，西南地區(qū)受山地災害的威脅非常大，這給科研工作者提出了一系列緊迫性的難題。而成都山地所是中國歷史最悠久、也是在泥石流研究方面最出色的國立研究所，其研究成果直接面向于我國西部廣大的城鎮(zhèn)、道路、大型工程的山地災害防治和重大應急減災工作中去。

“我內(nèi)心深處其實一直有一種學以致用的情懷，所以感覺在這里終于有了用武之地?！痹谥芄┑难壑校啥忌降厮且粋€英雄的集體，是一個大師云集的地方。50多年來承擔并完成了千余項國家和地方重大科研項目，解決了國家在山區(qū)建設和社會發(fā)展中的一系列重大科學問題。這里涌現(xiàn)出中國第一個“從泥石流里走出來的院士”崔鵬研究員，以及一批立足實踐、為國為民堅守在山地災害研究第一線的專家學者們，在大家的共同努力下，結(jié)合國家的重大需求，取得了一系列世界領先的成果。

“只有知道風險是怎么形成的，才能更好地做到防控”

縱觀中國歷史，山區(qū)近100年來經(jīng)歷了戰(zhàn)亂、盲目森林砍伐、過度墾荒、無序建設，使生態(tài)環(huán)境遭到嚴重破壞，山地生態(tài)系統(tǒng)服務功能銳減，導致泥石流、滑坡等山地災害頻發(fā)，區(qū)域危險性增加，如果不充分重視這方面的科學研究，將給我國山區(qū)可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的影響。關注山地發(fā)展，在新時代面前，這是一個充滿挑戰(zhàn)的大命題?！吧降貫暮κ菓眯院軓姷膶W科，不能只寫寫論文就算了?！贝搦i院士常教導周公旦說，“國家真正遇到山地災害問題時，如果我們拿不出解決辦法，就是作為科研人員的失職！”這些年，每次出現(xiàn)大的災害險情，周公旦都要和同事們盡快出發(fā)奔赴一線，多次在第一時間深入地震、泥石流災區(qū)，獲取第一手資料，開展各種研究和災害風險評估，為災害防治提供專業(yè)意見，為后期的理論研究積累第一手數(shù)據(jù)。

川藏鐵路災害點現(xiàn)場采樣

“面對災害，只有知道風險是怎么形成的，才能更好地減輕和避免風險?！敝芄┤缡钦f，這些年來他也做了大量相關的研究工作。周公旦介紹，包括泥石流、滑坡—碎屑流、崩塌等山地災害都是由大量松散的顆粒物質(zhì)和顆粒間流體所組成的多相介質(zhì)，其中顆粒間的接觸力學行為往往是決定山地災害體穩(wěn)定性、流動性、致災性的關鍵。認識災害過程中的顆粒流本質(zhì)特性，將為山地災害的預測和風險分析以及溝道地貌演化的研究奠定堅實的基礎。

關于顆粒流的研究，在國際上是公認的難點和熱點。2005年Science雜志把顆粒材料運動學列為125個最具挑戰(zhàn)性科學難題之一，2014年中國科學院把它列為6個基礎與前沿領域之一。近年來甚至引起了很多諾貝爾物理學獎獲得者的興趣，他們認為這一領域?qū)纬梢粋€新的學科，而且這個新的學科會顛覆我們對于經(jīng)典力學的傳統(tǒng)認識。年輕的周公旦也參與到這項國際競爭激烈的研究中去，他在國內(nèi)首次運用顆粒物質(zhì)流動力學的基本理論并結(jié)合量綱分析的數(shù)學方法，有效地分析了我國在云南昆明東川50多年的泥石流觀察數(shù)據(jù)，合理地解釋了泥石流流態(tài)隨顆粒物質(zhì)之間復雜的相互作用的變化規(guī)律，科學地區(qū)分了陣性流和連續(xù)流，并進一步探索了泥石流溝道局部地形、地貌對顆粒物質(zhì)輸移率的影響。他基于離散元的方法，成功地開展了高速遠程的滑坡—碎屑流、泥石流的三維數(shù)值模擬研究，全面提升了對這些復雜的地球物理流體運動機理的認識。尤其是他的研究工作還進一步揭示了滑坡—碎屑流、泥石流顆粒分選的機理，精準刻畫了災害體失穩(wěn)—流動—堆積的演進路徑和致災范圍，為此類重大地質(zhì)災害的風險分析、防治工程的設計和優(yōu)化提供了理論基礎，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟效益，獲得了研究領域內(nèi)專家的高度評價和一致肯定，認為他的研究成果“是新穎的也是振奮人心的”。

如今，周公旦的研究從注重減少災害的損失開始轉(zhuǎn)向注重預防，從對災害的單一治理到綜合治理，從災害救助轉(zhuǎn)變?yōu)轱L險防控，方式不斷地發(fā)生著變化，但是目標始終如一。“舉個例子吧。”周公旦說，“以前如果想在山區(qū)建一座攔砂壩，建在什么位置最佳？到底能擋多大規(guī)模的泥石流？攔砂壩調(diào)控的效果如何？下游到底有多大范圍受到保護？面對這些問題，包括很多工程師在內(nèi)都還處于‘拍腦袋’的經(jīng)驗主義狀態(tài)，因為這之前沒有形成科學依據(jù)，沒有做到工程設計的科學化?！?/p>

5年前，崔鵬院士意識到了這個問題的重要性，成都山地所承擔起了中國科學院重點部署項目關于研發(fā)山地災害全過程數(shù)值模擬平臺的任務。周公旦被任命為該平臺研發(fā)任務負責人之一。他說：“如果有了這個數(shù)值模擬平臺，就可以基于山區(qū)真實溝道地形，在任意位置把工程體放一放、調(diào)一調(diào)，結(jié)合泥石流和工程體相互作用過程的數(shù)值模擬，可以很直觀地演示出工程體系對流域泥石流的調(diào)控效果，進而明確這些工程體到底能抵抗多少年一遇的泥石流，到底能發(fā)揮多大的防范作用，做到心中有數(shù)。再也不用‘拍腦袋’做決策了?！辈贿^，周公旦同時感嘆道，“這也是一塊極其難啃的骨頭！之前沒有做過類似的研發(fā)工作，沒有任何先例可以參考，一切都是從零開始，難度非常巨大?！?/p>

合作研究團隊合影

在崔鵬院士的帶領下，周公旦和同事們扛起了這一份重擔。他聯(lián)合了20多名和他同樣年輕的科研人員組成項目團隊，這其中包含了山地災害動力學、氣象學、巖土工程學、水力學、計算數(shù)學、軟件工程學等多個學科的精英。大家一起聯(lián)合攻關，克服了種種科學難題，硬生生地從無到有開辟出了一條道路，研發(fā)出了全世界第一套能夠?qū)崿F(xiàn)山地災害全過程正演的數(shù)值模擬平臺，得到了國內(nèi)外專家的高度評價。

“將老一輩科學家的精神和成果傳承下去”

山地災害研究并非一門顯學。在國際上，成系統(tǒng)性的科研開展也是相當艱難的，而在國內(nèi)更是一條“冷板凳”，我國幾代山地災害研究者都是在摸索中步履維艱地前進。時至今日，周公旦經(jīng)歷過了數(shù)不清多少次的危險考驗。落石、崩塌、山洪、泥石流、余震……幾乎每一名山地災害研究者遇到過的危險他都經(jīng)歷過了。但這一切在他看來只算得上是工作中的家常便飯，無法讓他退縮?！拔覀兯龅降睦щy和老一輩科學家相比根本算不得什么。我們今天有車、有電腦、有無人機、有遙感監(jiān)測，而老一輩科學家?guī)缀醵际强坎叫?、設備靠肩扛，他們所面對的危險比現(xiàn)在高出數(shù)倍。”周公旦感慨道，“可就是靠他們的手腳并用，靠他們最原始的科研方式，為我們的山地災害研究趟出了一條堅實的道路！”

未來的路，任重道遠?！吧鷳B(tài)文明建設”“長江經(jīng)濟帶發(fā)展戰(zhàn)略”“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”“一帶一路”等國家重大戰(zhàn)略和倡議都與山地災害、山地環(huán)境、山區(qū)發(fā)展研究領域關聯(lián)緊密。周公旦要做的工作還有許多，在有效服務我國重大工程安全的同時，還擔負著將山地災害防治的“中國經(jīng)驗”“中國方案”“中國模式”在“一帶一路”沿線國家落地開花、傳播開來的重任。山路泥濘，道阻且長。周公旦和他成都山地所的同事們憑著“烏蒙磅礴走泥丸”的樂觀精神，繼續(xù)前行。