重庆交通大学土木工程学院 重庆 400074
摘要：雪崩是对高原高山地区房屋、道路、设施等建筑甚至是人类生命安全造成危害的重大自然灾害之一。本文对国际上的雪崩防治工程进行了分类，并从设计原理、模拟实验、作用机理以及使用情况等方面介绍了防治工程的研究与应用现状。防治工程结合雪崩智能监测预警系统，实现对安全的双重保障。研究认为，目前的雪崩灾害防护工程存在修筑标准欠缺、诱发雪崩机理研究不透彻、需要定期进行积雪清理、试验模拟不理想等不足，建议从加深研究修筑标准体系、开发积雪清理技术、完善监测报警系统等方面进行优化。
关键词：雪崩；防治工程；分类；监测警报
雪崩是一种自然灾害，当山坡积雪内部的内聚力抗拒不了它所受到的重力拉引作用时，便向下滑动，引起大量雪体崩塌，从而引起雪崩。雪崩作为一个涉及大区域的灾害，经常会引起山体滑坡、山崩和泥石流等一些灾害。冰岛在过去26年间由于雪崩而造成的直接经济损失超过了16亿欧元[1]；天山地区海拔较高，近年来该地区由于雪崩而造成的死亡就达到了10人/a。根据瑞士等国家以往的雪崩发生频率及密度推测，全球每年都要发生数万起雪崩灾害，给人类生命和经济带来了巨大的损失[2]。
西方发达国家已经在雪崩灾害防治方面形成了一套集监测、预警、治理、灾后恢复等的防治系统。我国由于在相关领域起步较晚，还需进一步加快研究的步伐，但是随着国家的努力，已经在一些方面有所建树。Fuchs[3]研究了瑞士达沃斯地区1950年至2000年之间雪崩工程防护结构产生的效费比，将建筑设施和人类生命均换成货币价值，并且还考虑到被保护地区的税收问题，发现某些区域的效费比高达40:1。因此工程结构措施在雪崩灾害中的合理运用不仅挽回了大量的人力物力财力甚至是人类生命，而且能够使雪崩灾害防护结构充分发挥其防护优越性，使经济效益达到最高。
1雪崩防治工程分类
在20世纪初期的时候，欧洲的一些发达国家，由于地处雪域高原，就已经开始着手研究雪崩的相关事宜，目前的研究主要集中在雪崩动力学、数值模拟、灾害监测预警、风险评估管理、土地利用规划、森林对雪崩的影响等方面。
根据不同地区的覆雪积雪情况，需要根据地形和相关因素使用不同的工程措施，从而使其在防止灾害的同时达到效益性最高。综合分析具有灾害风险的地域，根据其地形特征、积雪参数分析、周边环境分析等可将雪崩灾害防治工程分为稳雪工程、阻雪工程、导雪工程、人工激发措施、自然措施。
1.1稳雪工程
据Aulitzky[4]的调查，雪崩发生时，在支护了稳雪工程部位以上部位的积雪会保持稳定，从而大大减小了雪崩的重力势能以及动能。稳雪工程通常设置成按一定间距上下排列，分段进行稳固，从而使雪崩的连贯性丧失，纵向应变削弱[2]。据理论和经验分析，稳雪工程最佳位置应该安放在最高破裂线下部靠近破裂线之处[1]。
1.2阻雪工程
阻雪工程用于积雪运动区和堆积区的防治处理，阻挡积雪流的前进，消耗积雪流的整体能量。堆积区位于斜坡下部，常与坡积或冲积扇重合。阻雪工程的设计高度关系到阻雪工程的功能性，设计高度HZ的确定，可根据Mellor[5]研究提供的公式计算：
HZ≥V2/2g+HL+HS(1)
式中：V2/2g ——速位差（V为工程前沿雪崩速度）；
HL——雪崩流垂直深度；
HS——工程前沿极端最大雪深。
常见的阻雪工程有柔性防护网、阻雪堆、三角木楔、拦挡坝。
1.3导雪工程
导雪工程一般设置在积雪的运动区与堆积区，旨在将运动的滑雪引导至被保护对象范围之外或者有意图的区域。
1.3.1劈裂楔
劈裂楔是一种四面体的导雪分流工具，也称分流楔。当积雪滑至劈裂楔时，雪体将会沿着楔体两个对称的面被分开，积雪流会向两侧分流。Tai[6]在德国Zugspitze山区选取了一栋陡坡上的建筑物作为保护对象，位于海拔2700m，重点研究劈裂楔在雪崩发生情况下的分流作用。试验中，他以1:100和1:300的模型模拟了建筑物及建筑物周边环境，并分别用直径2.5mm的塑料珠、直径0.8mm的面粉和白糖模拟积雪，这样可以保证模拟体的内摩擦角为35°~45°，与实际情况实地测量观测值接近。
1.3.2导雪堤
导雪堤的作用是改变运动中的积雪流的方向，将雪流引导至安全区域。Tai[7]研究了导雪堤对粒状雪崩的导流作用，研究发现，积雪流在靠近导雪堤时，会形成明显的三角形冲击堆，在后来的推进研究中，Tai得出结论：冲击堆的形态与导雪堤的偏转角、地形条件和积雪特性密切相关。
1.4人工激发措施
人工激发措施是人工主动措施，在雪崩发生前，通过人工手段释放积雪，目的是控制雪崩发生时间以规避灾害发生。Agrawal[8]认为只有当积雪接近临界崩滑状态时，人工激发才显得有效。我国在20世纪末才开始逐渐将炸药应用在治理雪崩上，在天山西部成功释放了人工雪崩[9]，并且通过使用多次少量的人工爆破方式来达到治理效果，人工爆破不仅用于危险期内雪崩的释放，而且被用作保障结构防护工程施工的有效技术手段[10]。
1.5自然措施
森林建设是防治雪崩的另一项重要措施[11、12]，属于生物防治工程。Sethi[13]总结了森林在雪崩中的作用：a.树木的枝干可以锚固积雪；b.植被的截留作用可以降低积雪沉积；c.植被可以阻碍积雪与外部环境的能量交换，使积雪环境温度保持在一个稳定的范围。Luzian分析了奥地利的雪崩记录，在发生的所有有记录的雪崩中大约有1/3发生在树带界线以下，说明植被的稳固作用效应较佳。自然措施需要根据当地的气候环境、土壤条件、地形条件实施，并且选择合理的种植时间，最佳的种植位置，才能达到最优的生物防治效果。
2智能监测系统的研究应用
在雪崩发生区域通过监测温度变化及积雪深度等参数，建立雪崩早期监测系统；安置红外和振动监测设备以及无线短程远程通讯设备，实现雪崩区域的实时监测，并通过公路两端的红绿灯报警器进行预警；当雪崩发生时，数据采集器采集到雪崩发生时的红外阻断及振动信号后，通过无线短程通讯设备向红绿灯控制系统发送报警信号，红绿灯控制信号灯收到报警信号后启动红绿灯，通知道路两端的车辆前方发生危险。数据采集器可对报警数据进行本地存储，并通过无线远程通讯设备将数据发送至后方的数据中心，告知后方人员及时采取措施。雪崩智能监测预警系统技术路线图如图1。
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图1 雪崩智能监测预警系统技术路线图
Fig.1 Technology roadmap of avalanche intelligent monitoring and warning system
3结论
根据不同地区的地势与环境不同，深入研究其雪崩机理，选用合适的雪崩防治工程措施，使其经济性与成效性达到最优。在目前的防治工程基础上，也要进一步加深研究，完善体系以及需要改进的欠缺。
充分将雪崩灾害防治措施等“硬件”方案与智能监测警报系统等“软件”方案进行结合，针对不同地区不同的环境实施相应的综合防灾措施，进一步扩大雪崩防治工程投入的效费比。
参考文献（References）:
[1]HutterK,Pudasaini S P.Avalanche dynamics[M].Berlin:Springer Press,2006:507-527.
[2]仇家琪.雪崩学[M].鲁木齐:新疆科学技术出版社.2005．
[3]Fuchs S.McalpinM.The net benefit of public expenditures on avalanche defence structures in the municipality of Davos,Switzerland [J].Natural Hazards and Earth System Sciences,2005,(5):319-330.
[4]AulitzkyH.Final report on the results of the Delphi survey on current expectations security against various methods of permanent and temporary avalanche protection[J].Releases of the Instituteof Torrent and Avalanche Control,1980,(12):39.
[5]Mellor M.Dynamics of snow avalanche[M].Amsterdam:Elsevier,1978.
[6]Tai Y C.Dynamics of granular avalanches and their simulations withshock-capturingandfront-tracking numerical schemes[D].Darmstadt:Darmstadt University of Technology,2000.
[7]Tai Y C,WangY,Gray J M N T,etal.Methods of similitude in granular avalanche flows[M].New York:Springer Press,1999:415-428.
[8]Agrawal K C.Artificial Triggering of avalanches[M].London:SASEPublication,1990.
[9]仇家琪,徐俊荣,姜逢清,等.天山雪崩动力学研究新进展[J].干旱区地理,1997,20(1):1-8.
[10]胡汝骥,马虹,姜逢清.大阿尔玛京卡河流域的雪崩与治理[J].干旱区地理,1994,17(2):44-54.
[11]GandH.Forest in avalanche control[J].Releases of Federal Forest Research Centre,1978(125):113-127.
[12]De QuervainM.The role of forests in avalanche protection[J].Journal of Swiss Forestry,1968(119):393-399.
[13]Sethi D N.Structural control of avalanches to mitigate avalanche danger[J].Symposium on Preparedness,Mitigation and Management of Natural Disasters,1989,(1):313-318.