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第14549期:第04版 本期出版日期:2026-11-11

山间筑试验场 灾害里开课堂

——走进成都理工大学北川泥石流野外试验基地 

记者张海峰
语音播报: 语音播报

10月27日,成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护全国重点实验室北川大型泥石流野外试验基地在四川省北川羌族自治县正式启用。泥浆混杂着石块顺着240米长的试验沟道奔涌而下,30余名海内外地质灾害领域专家学者现场观摩首场正式模拟试验。

不论是前期学生参与预试验,还是启用当天国际博士培训班学员到场观摩,装置调试投用的全过程就是一堂堂现场实践课,帮助学生们对照书本理论印证真实灾害现象,获得宝贵的实践机会。

王文松(左一)在试验基地给学员现场讲解专业知识

王文松结合平面图讲解试验基地情况 均为受访者供图

循着山野中的问题建试验场

为何要在山间修建这条超长试验水槽?答案,要从科研团队常年奔赴的灾害现场说起。

“2008年汶川地震后,川西震区泥石流灾害多发。”该实验室仪器设备管理中心主任王文松介绍,强震造成山体松散,即便没有立即发生滑坡,后续降雨也极易诱发泥石流。长期野外调查还让团队发现,灾害演化往往形成复杂链条:崩塌物沿途运动、侵蚀土体,在水流作用下可能演变为泥石流;滑坡或泥石流堵塞河道形成堰塞湖,一旦溃决,又会对下游更远区域构成威胁。

因此,该团队的研究视野从单一灾种拓展至整条灾害链,试验条件也必须同步升级。

“我们最初的设计思路,就是瞄准这类长链条灾害开展研究。”王文松说,小尺度室内试验需要大幅压缩真实场景,不少物理过程难以完整呈现。物质在长距离运动中如何演变、各类灾害如何连锁触发,都需要更大的试验空间开展探究。

基地最终选址北川羌族自治县陈家坝镇杨家沟。

“这里曾多次暴发泥石流,沟内留存灾害遗迹与治理工程,物源、水源、地形条件十分适宜。”王文松介绍,依山布设的试验装置,既便于开展模拟试验,也能让试验研究和真实地质环境相互对照。

水槽的长度与形态设计,回应着野外调查发现的科研命题。主水槽全长240米,设有4种坡度,满足物质沿不同坡度长距离运动观测需求;配套142.5米弯道水槽,专门捕捉泥石流行经弯道时的动态变化。

采访中,王文松以车辆转弯打比方:泥石流通过弯道时,流体外侧会向上爬升,沟道内外侧流动高度并不一致。弯道水槽与主沟相连,还可以研究多条沟道泥石流交汇后的演化规律。“一场强降雨,可能触发多条沟谷同步暴发泥石流,汇流之后会产生怎样的放大效应,正是这套试验装置要解答的核心问题之一。”王文松总结道。

在试验细节里学会求真

让泥沙顺沟而下,只是试验的第一步。能否复现贴近真实的运动过程,能否清晰、精准捕捉关键变化,直接决定研究能够推进到何种深度。

其中,观测窗就是一处巧思。

据了解,普通窗框下沿会遮挡槽底附近的观测视线,而这一区域恰恰是科研重点关注的对象。因此,技术团队在槽体上重新开槽,将窗框下沉嵌入,实现侧向观测视线与槽底齐平,由此为观测泥石流底部流速、剪切特征等关键细节创造了更好条件。

另一处关键设计是泄洪闸门。由水、泥沙与块石混合而成的物料,储存阶段需要密闭,启动时则要求瞬时释放。基地闸门可在1.5秒内快速开启,以此还原泥石流头部冲击力强、流态高的“龙头”特征。“如果闸门缓慢开启,物源会平稳流出,无法形成龙头效应。”王文松解释。

配合这套装置,沿沟布设的各类监测设备同步采集试验数据;4套人工降雨系统,用来复现降雨诱发泥石流的过程。“降雨喷头架设高度同样经过论证。抬高喷头,是为了让水滴近似垂直下落,提升降雨空间均匀度。”王文松介绍,依托可调节的降雨强度与不同沟道坡度,试验既可以观测泥石流启动后的运动演化,也能研究降雨条件下泥石流的启动机制。

事实上,在该基地正式投用前,直道、弯道、不同物料方量、降雨诱发启动等多组预试验已经陆续开展。成都理工大学相关专业多名学生参与预试验,配合完成各项工作,在一线现场锤炼本领。

“学生的科研实践,有了具象的观测对象和研究场景。”王文松告诉记者,一次试验能够说明什么,还需要补充哪些观测指标,也成为学生理解科研逻辑的切入点。

这种立足实际问题的人才培养模式,在成都理工大学早已形成积累。王文松介绍,学校在峨眉山、马角坝等地建有野外实习实践基地,地质工程相关专业本科生在校期间会多次赴一线实习。进入研究生阶段,真实灾害案例、工程项目进一步成为核心培养载体。

“研究生培养期间,我们更多结合真实灾害或者工程实践来开展教学。”王文松说,学生在山野间识别地质结构、辨认泥石流痕迹,在试验现场观察运动过程、读取实时数据,多个环节联动,可帮助学生建立对地质灾害的完整认知。

按照规划,该实验室将联动天然沟道与试验装置,持续把基地纳入本科、研究生阶段的人才培养体系,让学生在现场踏勘与试验分析之间不断深化认知。

让实践课堂向更多人敞开

据了解,在该基地启用当日,国际大型滑坡研究学会国际博士培训班学员也来到试验现场观摩。王文松介绍,本次国际培训还同步安排泸定、汶川震区野外踏勘。在北川期间,学员可近距离观测泥石流动力模拟全过程,从试验视角深化对地质灾害的理解。

“天然沟道提供真实参照,大型试验装置提供可控试验条件,不同国家、不同院校的师生在此交流研讨,让人才培养和科研平台开放共享紧密结合在一起。”王文松透露,基地启用后,已有多家科研单位表达了前来调研、开展合作试验的意向,实验室内部多个课题组也正在筹备后续试验。

“我们欢迎同行共同使用这套设备,联手开展防灾减灾研究,这也是全国重点实验室应有的格局和责任。”王文松说。平台面向国内外高校、科研院所开放,支持不同团队围绕各自科研方向开展试验,让这套大型装置支撑更多元的探索。

下一步,该实验室还计划依托装置模拟真实冲击工况,开展柔性拦挡等新型防护技术测试。灾害机理研究和防护技术验证在这里衔接,也为青年科研人员、学生提供紧贴防灾一线需求的研究选题。“一项防护方案能否落地应用,需要依托充分的观测、试验与分析获得科学依据。”王文松说。

不仅如此,这个山间课堂,还将面向更广泛的群体开放。

结合地方自然资源、应急管理部门的需求,基地计划推出科普研学活动,同时为基层技术人员、管理人员提供业务培训支持。把专业研究积累形成的认知,借助直观的试验演示,转化为大众识别灾害风险、掌握防灾常识的能力。

引导学生直面真实难题,在观测、验证中形成独立判断,将专业所学应用于防灾一线需求---这堂扎根山野的实践课,最终的价值是让走出试验场的年轻人,更好地读懂大山、守护生命。

  

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