今年的汛期，来得更早、更猛。

5月下旬以来，重庆22条河流超警戒，陕西部分地区地灾风险急剧攀升，湖南多地接连发生山体滑坡。而在贵州贵定，一场约10万立方米的山体垮塌，掩埋了6栋民房，造成4人遇难、5人失联。

悲痛之余，一个极现实的问题摆在面前：滑坡发生前，我们能否快速、精准地算出——它会冲到哪里？会不会堵住河流？下游的人该往哪儿撤？

近日，中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所吴永研究员及其团队给出了一套全新的解决方案。它的核心思想出人意料地简单：把滑坡、河水、甚至防浪桩，统统当成同一种“流体”来算。

吴永及其团队成员对研究思路进行梳理。吴永团队供图

告别“又慢又偏”的老办法

我国是世界上地质灾害最严重的国家之一。据自然资源部统计，仅2015年至2024年“七下八上”防汛关键期，全国发生地质灾害超1.2万起，其中滑坡占比超过一半。而在目前登记在册的28.4万余处地质灾害隐患点中，滑坡同样占比最高，威胁人口超千万。

过去几十年，全球预测滑坡的模拟方法，是把滑坡体、河湖水体和防浪桩视为三种不同性质的物体，分别采用固体力学、流体力学和结构力学进行计算。这三套体系互不相通，如同在一台电脑上同时运行三套不同的操作系统，极占内存，还常常卡顿。

“普通计算机想要把滑坡、水流和防浪桩放在一起精确模拟，动辄需要数天。”吴永解释说，对于需要快速比选方案、紧急决策的防灾一线而言，这种效率根本无法满足需求。

目前，被广泛用来模拟滑坡的Savage-Hutter模型(以下简称“SH”模型)，虽然计算速度快，但由于推导中忽略NS方程的黏度，导致其在面对不同形态的滑坡体时，常常无法实现精准模拟。

针对这一问题，团队详细分析SH模型存在的不足，通过引入一个全新的参数——固相因子，弥补其在模拟不同流态灾害中的不足。

“相当于给它增加一把可调节的‘物质粘度标尺’，让他既能适用于‘干块块’，也能适用于‘稀泥浆’。”吴永说。

这项成果，即吴永团队提出的增强型SH模型，相关论文已在2025年发表于《岩石力学与岩土工程学报》（《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》）。

一把“标尺”打通壁垒

正是这把标尺，引发了滑坡涌浪及结构防治计算理论方法的跨越。

研究中，一个显著的规律浮现：调整标尺刻度，原本描述滑坡的方程，竟能逐渐“变形”——刻度越小时越像水流方程，刻度增大时又能表征坚硬的防浪桩。

滑坡体、河湖水、防浪桩，三种性质迥异的东西，难道能被同一把“标尺”描述？

于是团队大胆猜测：能否将滑坡体、河湖水体、甚至防浪桩，统统视为同一种“广义流体”，只用一套方程，就模拟出滑坡的全过程？

起初，质疑声不小。团队成员自己都觉得“难以落地”。一次同行评审中，有学者直接表示：“防浪桩是固体，怎么能当作流体来算？”

吴永没有急着反驳。他带领团队，用了近一年时间，反复实验和推导。

他们在实验室搭起小型水槽，模拟滑坡入水、涌浪拍击防浪桩的真实场景。

小型水槽实验模拟滑坡入水、涌浪拍击防浪桩真实场景。吴永团队供图

那把“标尺”派上了大用场：刻度越小，越像自由流动的水；刻度逐渐增大，物质就变得越来越“黏稠”甚至“固态化”——从缓慢变形的滑坡体，到几乎不动的防浪桩。反复调整后，计算机模拟结果与物理实验精确吻合。

光有实验还不够。团队回到理论层面，一步步拆解方程，最终完成了一次漂亮的“数学自证”：当“标尺”的刻度恰好为1时，这套复杂的新方程，竟然精准演化为学术界公认的经典公式——浅水方程。这意味着，新理论来自经典并容纳经典。

经过进一步验证，统一流体模型正式建成。它将滑坡、涌浪、消浪结构全部纳入同一套计算框架，实现了一键求解，整体计算效率比传统耦合模型提升了约5.8倍。

2026年初，这项成果发表于《水文学杂志》（《Journal of Hydrology》），审稿人评价“该模型为灾害评估提供了一种有价值的模拟工具，并有助于减轻滑坡诱发涌浪灾害的影响”。

从采用“流固耦合”来计算滑坡及涌浪防治，到把滑坡、涌浪、防浪桩都当作“广义流体”来算；从一次模拟耗时数天，到一次计算只需片刻——团队打开了一扇新的大门。

精准锁定数十万方深山“暗礁”

研究中最难啃的骨头，有两块。

第一块，是“大小通吃”的计算难题。

防浪桩不过几米宽，滑坡河道却有几百上千米。在计算网格里，一个是针尖，一个是操场。要把这两种尺度截然不同的对象放进同一套算法中，稍有不慎，模拟就会“失真”。团队反复调整网格加密的参数，前前后后修改了十几版程序，才算把这块硬骨头啃下来。

第二块，是给“标尺”找刻度。固相因子到底取多少，才能准确区分水、滑坡体、防浪桩？没有现成的答案。

团队骨干王张庆、赵永杰只能在实验室里用千分之一缩尺的V形、U形河谷水槽，换上不同粗细的石英砂，变换防浪桩的位置和间距，一遍遍做实验，一遍遍反推标定。光是这轮物性标定实验，就做了50多组。

作为撰写统一流体模型研究论文的第一作者，王张庆印象深刻的，正是那段泡在水槽旁的日子。高速摄像机每秒拍下270帧画面，他们昼夜不停地分段对照V形、U形河谷，反复更换桩位、桩距和滑坡用料。一个多月里，他几乎“长”在实验室，一帧一帧提取涌浪爬高的数据，再和计算机模拟结果反复比对。

“最煎熬的是前期——模拟出来的涌浪高度，怎么都对不上实测值。”王张庆说，他们反复推敲，挨个检查程序问题，直到U形、V形河谷两组数据终于匹配上，实测值与模拟值“碰上了头”，他才长长松了口气。

实验室是“练兵场”，深山峡谷才是“试金石”。

四川省阿坝州壤塘县八格都寨，位于青藏高原东缘高寒高山峡谷，是典型的堵江型滑坡发育场地。2018年起，这里山体大面积变形，严重威胁5户24名群众生命安全，被当地认定为“危害最大、威胁最广”隐患点。

根据当地政府委托，团队针对这一真实滑坡变形体开展计算分析，科学给出了滑坡可能危害区域、堵江范围、堰塞湖水位等关键参数，支撑了当地政府超前整治，优化了防护方案。

更令人意外的是，计算还成功识别出该区域存在一个数十万方的次级不稳定块体，并预警：一旦该块体二次滑动入水，可能激起约1.3米高的涌浪。当地政府收到报告后经勘察证实：模型对不稳定块体的空间位置、体积范围的判断，与实测基本一致。

“得到这一消息后，我的内心既踏实又揪心。”吴永回忆，“踏实的是，模型的灾害预判能力得到了实景验证，可更揪心的是，山里还有多少这样的隐患，我们还没发现？”

中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所工程质量委员会副主任何思明评价说，该模型最大的突破，是在同一套流体理论框架下，打通了“滑坡启动—滑动入河—堰塞蓄水—二次涌浪—防治”的全链条模拟通路，兼顾计算效率和模拟精度。“它让我们跨出了单纯用于学术推演的圈层，真正逼近了防灾决策的核心需求。”

让撤离跑赢大山咆哮

一套模型的价值，最终要看一线用不用得上、好不好用。

在效率方面，普通计算机利用该模型完成百万立方米级滑坡—涌浪—防护全过程的高精度模拟，仅需数小时，而传统方法往往需要数天甚至数周。这意味着，工程团队可以在几天内完成数十种防护方案的比选。

在结论的实用性方面，大量数值模拟给出了量化的工程建议：将防浪桩布置在滑坡入水一侧的岸边效果最好，涌浪最大波高削减率达64.7％，且能有效控制首浪，将其从1.9m降至0.67m；而布置在对岸或水体中央时，削减率分别仅为31.2％和42.5％。

“位置错了，效果差一半。对于一座大型水电站的防浪工程而言，这可能是几千万甚至上亿元的投资差别。”团队骨干王英鹏说。

目前，基于此提出的“入水侧岸边水下桩群”方案，已在西部某大型水电工程库区启动现场试验。

中铁二院工程集团有限责任公司高级工程师沈均，正是该方案的运用者。他告诉记者，以往，涌浪评估主要依托经验公式和少量的物理模型实验：经验公式局限于规整河谷，模拟天然的复杂地形，结果往往出现较大偏差。而物理模型实验周期长，动辄数月，而且成本极高，因此，他们只能筛选少数几种防浪桩的布局方案进行对比。

“现在，我们几天内就能批量完成不同桩位、桩径、桩距的涌浪削减验算，设计周期得到了大幅压缩。”沈均说，这一模型建模无需繁琐设置，工程师上手门槛也低。

不过，他也坦言，针对极端天气状况、复杂异形河道条件，目前还没有明确的参数适配，部分深山峡谷中，针对特殊岩体，还缺乏实测的标定数据。

当前，我国已进入主汛期，极端强降雨多发频发，由此引发的地质灾害的风险持续升高。统一流体模型要在实战中发挥更大效用，仍需攻克野外陡崖、沟槽等不规则边界条件，以及高寒地区冻融循环对岩土参数影响等难题。

“要是能进一步开发轻量化、可视化的计算软件，嵌入灾害管理平台，让我们无需专业编程基础，就能独立开展滑坡风险快速测算，就更好了。”西藏交通勘察设计研究院有限公司一线技术人员武旺明期待说。

“这正是我们下一步努力的方向。”吴永回应。

从实验室水槽到深山峡谷，从回溯验证到工程应用，这套“万物皆流体”的模型正在一步步跑进现实。它或许无法阻止每一场大山的咆哮，但正在努力让每一次撤离，都比滑坡“再快一步”。