不畏道阻且長守護(hù)山地安全

作為一個山地大國，山洪、泥石流、滑坡、堰塞湖等山地災(zāi)害嚴(yán)重阻礙著我國山區(qū)的建設(shè)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(zāi)害一次又一次地上演給人們敲響了科學(xué)防御的警鐘，使人們痛定思痛，山區(qū)防災(zāi)減災(zāi)已經(jīng)成為我國必須高度重視的問題。

民之所望，士之所擔(dān)。以己之長，擇世所需。有這樣一群科學(xué)家，在每一個山地災(zāi)害發(fā)生的現(xiàn)場，都會看到他們的身影。他們把實(shí)驗(yàn)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(yīng)用在保障國民安全的建設(shè)之中。36歲的中國科學(xué)院·水利部成都山地災(zāi)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(jiān)持科研、砥礪前行的山地災(zāi)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(qiáng)山地災(zāi)害的相關(guān)研究，我們用加倍的付出和科學(xué)的方法可以降低山地災(zāi)害的影響，讓更多的人避免遭受山地災(zāi)害的威脅，這是我們作為科研人員不可推卸的責(zé)任與擔(dān)當(dāng)。”

“山地災(zāi)害學(xué)科是用來解決實(shí)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(xué)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(zāi)害的研究工作。不過陰差陽錯，學(xué)習(xí)土木工程的周公旦本科畢業(yè)之后前往香港科技大學(xué)繼續(xù)深造，師從國際土力學(xué)與巖土工程學(xué)會主席吳宏偉教授。在導(dǎo)師的啟蒙下，他開始從事泥石流動力學(xué)方面的研究，也就此與山地災(zāi)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?！敝芄┙忉尩溃八韵愀鄯浅Ｖ匾暽降貫?zāi)害的防治，研究水平比較高?！毕愀劭萍即髮W(xué)開明、自由、國際化的學(xué)風(fēng)以及吳宏偉教授精益求精、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度都對年輕的周公旦產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。“說‘脫胎換骨’也不為過吧！”周公旦回憶起當(dāng)年的求學(xué)經(jīng)歷時評價道。也正是在這個時期，他確定下了以此領(lǐng)域?yàn)榻K身奮斗的方向。

2010年，周公旦博士畢業(yè)，關(guān)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(diǎn)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(rèn)識：山地災(zāi)害學(xué)科最終是要用來解決實(shí)際問題的。中國的山地災(zāi)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(wù)與屏障功能，又為國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展提供著巨量的能源。由于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜而脆弱，人口和重要城鎮(zhèn)、基礎(chǔ)設(shè)施相對集中，西南地區(qū)受山地災(zāi)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(zāi)害防治和重大應(yīng)急減災(zāi)工作中去。

“我內(nèi)心深處其實(shí)一直有一種學(xué)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(dān)并完成了千余項(xiàng)國家和地方重大科研項(xiàng)目，解決了國家在山區(qū)建設(shè)和社會發(fā)展中的一系列重大科學(xué)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(shí)踐、為國為民堅(jiān)守在山地災(zāi)害研究第一線的專家學(xué)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(lǐng)先的成果。

“只有知道風(fēng)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(shè)，使生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，山地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能銳減，導(dǎo)致泥石流、滑坡等山地災(zāi)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(xué)研究，將給我國山區(qū)可持續(xù)發(fā)展帶來巨大的影響。關(guān)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。“山地災(zāi)害是應(yīng)用性很強(qiáng)的學(xué)科，不能只寫寫論文就算了?！贝搦i院士常教導(dǎo)周公旦說，“國家真正遇到山地災(zāi)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(zāi)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(zāi)區(qū)，獲取第一手資料，開展各種研究和災(zāi)害風(fēng)險評估，為災(zāi)害防治提供專業(yè)意見，為后期的理論研究積累第一手?jǐn)?shù)據(jù)。

“面對災(zāi)害，只有知道風(fēng)險是怎么形成的，才能更好地減輕和避免風(fēng)險?！敝芄┤缡钦f，這些年來他也做了大量相關(guān)的研究工作。周公旦介紹，包括泥石流、滑坡一碎屑流、崩塌等山地災(zāi)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(xué)行為往往是決定山地災(zāi)害體穩(wěn)定性、流動性、致災(zāi)性的關(guān)鍵。認(rèn)識災(zāi)害過程中的顆粒流本質(zhì)特性，將為山地災(zāi)害的預(yù)測和風(fēng)險分析以及溝道地貌演化的研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)于顆粒流的研究，在國際上是公認(rèn)的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。2005年science雜志把顆粒材料運(yùn)動學(xué)列為125個最具挑戰(zhàn)性科學(xué)難題之一，2014年中國科學(xué)院把它列為6個基礎(chǔ)與前沿領(lǐng)域之一。近年來甚至引起了很多諾貝爾物理學(xué)獎獲得者的興趣，他們認(rèn)為這一領(lǐng)域?qū)纬梢粋€新的學(xué)科，而且這個新的學(xué)科會顛覆我們對于經(jīng)典力學(xué)的傳統(tǒng)認(rèn)識。年輕的周公旦也參與到這項(xiàng)國際競爭激烈的研究中去，他在國內(nèi)首次運(yùn)用顆粒物質(zhì)流動力學(xué)的基本理論并結(jié)合量綱分析的數(shù)學(xué)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(fù)雜的相互作用的變化規(guī)律，科學(xué)地區(qū)分了陣性流和連續(xù)流，并進(jìn)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(yuǎn)程的滑坡一碎屑流、泥石流的三維數(shù)值模擬研究，全面提升了對這些復(fù)雜的地球物理流體運(yùn)動機(jī)理的認(rèn)識。尤其是他的研究工作還進(jìn)一步揭示了滑坡一碎屑流、泥石流顆粒分選的機(jī)理，精準(zhǔn)刻畫了災(zāi)害體失穩(wěn)一流動一堆積的演進(jìn)路徑和致災(zāi)范圍，為此類重大地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險分析、防治工程的設(shè)計和優(yōu)化提供了理論基礎(chǔ)，產(chǎn)生了顯著的社會和經(jīng)濟(jì)效益，獲得了研究領(lǐng)域內(nèi)專家的高度評價和一致肯定，認(rèn)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(zāi)害的損失開始轉(zhuǎn)向注重預(yù)防，從對災(zāi)害的單一治理到綜合治理，從災(zāi)害救助轉(zhuǎn)變?yōu)轱L(fēng)險防控，方式不斷地發(fā)生著變化，但是目標(biāo)始終如一?！芭e個例子吧?！敝芄┱f，“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(hù)？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(yàn)主義狀態(tài)，因?yàn)檫@之前沒有形成科學(xué)依據(jù)，沒有做到工程設(shè)計的科學(xué)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(dān)起了中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目關(guān)于研發(fā)山地災(zāi)害全過程數(shù)值模擬平臺的任務(wù)。周公旦被任命為該平臺研發(fā)任務(wù)負(fù)責(zé)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(shí)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(jìn)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>

在崔鵬院士的帶領(lǐng)下，周公旦和同事們扛起了這一份重?fù)?dān)。他聯(lián)合了20多名和他同樣年輕的科研人員組成項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)，這其中包含了山地災(zāi)害動力學(xué)、氣象學(xué)、巖土工程學(xué)、水力學(xué)、計算數(shù)學(xué)、軟件工程學(xué)等多個學(xué)科的精英。大家一起聯(lián)合攻關(guān)，克服了種種科學(xué)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(zāi)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(xué)家的精神和成果傳承下去”

山地災(zāi)害研究并非一門顯學(xué)。在國際上，成系統(tǒng)性的科研開展也是相當(dāng)艱難的，而在國內(nèi)更是一條“冷板凳”，我國幾代山地災(zāi)害研究者都是在摸索中步履維艱地前進(jìn)。時至今日，周公旦經(jīng)歷過了數(shù)不清多少次的危險考驗(yàn)。落石、崩塌、山洪、泥石流、余震……幾乎每一名山地災(zāi)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(xué)家相比根本算不得什么。我們今天有車、有電腦、有無人機(jī)、有遙感監(jiān)測，而老一輩科學(xué)家?guī)缀醵际强坎叫?、設(shè)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(zāi)害研究趟出了一條堅(jiān)實(shí)的道路！”

未來的路，任重道遠(yuǎn)。“生態(tài)文明建設(shè)”“長江經(jīng)濟(jì)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(zāi)害、山地環(huán)境、山區(qū)發(fā)展研究領(lǐng)域關(guān)聯(lián)緊密。周公旦要做的工作還有許多，在有效服務(wù)我國重大工程安全的同時，還擔(dān)負(fù)著將山地災(zāi)害防治的“中國經(jīng)驗(yàn)”“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。