全球重大自然灾害正深刻影响着人类的生存和发展，已成为人类社会共同面临的重大挑战；应对重大自然灾害，也已成为世界各国需要共同承担的责任。全球陆地面积的30%是山区，山区的减灾和可持续发展已引起全球范围的高度重视，联合国曾将2002年定为“国际山区年（International Year of Mountains）”并把“山区的减灾与可持续发展”作为当年“国际减灾日”的主题。由于独特的地理、地质、地貌与气候环境，山区既是自然灾害频发区，也是防灾减灾与可持续发展的重要舞台，对减轻因暴雨山洪、滑坡泥石流、火山活动及构造活动（地震）等造成的灾害损失提出了新的挑战。与平原地区相比，山区河流具有水源丰富、地势高、落差大、水流湍急、水面窄深等显著特点，山区水灾害问题尤为突出。在全球每年发生的重大自然灾害中，与水有关的灾害占自然灾害的90%，而这些灾害的发生频率和强度还在普遍上升，水灾害相关的受灾人数已达到全球受灾总数的90%^[1]。

中国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、灾害损失重。仅“十二五”期间，中国各类自然灾害频发，年均造成3.1亿人次受灾，因灾死亡失踪1 500余人，紧急转移安置900多万人次，倒塌房屋近70万间，农作物受灾面积2 700多万公顷，直接经济损失3 800多亿元，其中尤以洪涝、干旱、风雹、地震、台风、山体滑坡、泥石流等为主的水灾害最为突出，全国97%的县级行政单位遭受不同程度的影响^[2]。中国也是一个多山国家，高山、高原和丘陵等山区约占陆域国土面积的2/3，而中国西部山区是全球最具典型性的特殊地形地质环境、气候环境、生态环境、人口环境的地区，也是水灾害的重灾区。公开统计数据显示：2010—2014年，中国西部水灾害事件超6万起，死亡失踪4 400余人，占全国总数近70%，直接经济损失超4 000亿元。例如：2010年8月7日，甘肃省舟曲县发生特大泥石流（图1（a）），1 765人遇难，直接经济损失超过4亿元；2010年8月13日，四川省绵竹市清平乡文家沟发生特大泥石流（图1（b）），死亡失踪6人，直接经济损失4.3亿元；2010年8月14日，四川省汶川县映秀镇发生特大山洪（图1（c）），死亡失踪72人，直接经济损失11.7亿元；2017年6月24日，四川省茂县强降雨诱发高位山体滑坡（图1（d）），死亡失踪83人，垮塌方量约8 × 10⁶ m³，堵塞河道约2 km^[3]。

图1(Fig. 1)

图1 近年来西部地区典型水灾害事件 Fig. 1 Typical recent events of water disasters in Western China area

防灾减灾救灾事关人民生命财产安全，事关社会和谐稳定，是确保国民经济建设有序开展的重要保障。中央与各级政府对自然灾害高度重视，习近平总书记到唐山考察时指出“同自然灾害抗争是人类生存发展的永恒课题”。2018年第十三届全国人民代表大会有关国务院机构改革方案中，新成立的中华人民共和国应急管理部更体现了提升灾害应急响应能力的国家意志。在完善体系、整合资源和统筹力量的基础上，为全面提高国家综合防灾减灾救灾能力，专门出台《国家综合防灾减灾规划（2016—2020年）》，进一步完善了国家防灾减灾科研发展方向，全面提升国家重大自然灾害防范的科学决策水平和应急能力^[4]。

中国自古以来就是一个自然灾害频发的国家，每次重大自然灾害的发生不仅会造成直接的生命财产损失，同时还会给社会经济发展带来较大的影响。面对自然灾害，人类并非无能为力，漫长的中国历史也写满了与重大自然灾害抗争的故事，历史上治理洪水曾一度促成中华民族统一国家的形成^[1–3]。公元前256年，秦国蜀郡太守李冰率众修建了都江堰水利工程，就充分展示了中国人民在应对和治理自然灾害方面的杰出智慧，开创了人类变水害为水利的先河。

都江堰水利工程坐落在中国四川省岷江上，源于应对水灾害挑战的智慧创举。历史上的成都平原水旱灾害严重，一遇水灾，平原成为一片汪洋；一遇旱灾，又是赤地千里，颗粒无收，岷江水流湍急、河道狭窄，春夏常常山洪爆发，洪水退后沙石千里；玉垒山阻隔水系，盆地内东旱西涝。因此，水灾害是制约当时人类社会生存发展的主要障碍。为根治水患，蜀郡太守李冰父子主持修建都江堰，将滔滔东泄的岷江水引到广袤的成都平原，使成都平原成为水旱从人、沃野千里的“天府之国”。该工程是全世界迄今为止年代最久、唯一留存以无坝引水为典型特征的宏大水利工程，被联合国教科文组织列为世界文化遗产和世界自然遗产。

都江堰水利工程历经2 270多年，已成科学、完整且富有发展潜力的庞大工程体系，无坝限量引水技术可实现不同来流量情况下的分洪排沙与引水灌溉，成就其为难以超越的治水典范。结合现代工程技术衍生出的都江堰灌区，规模居中国之冠，特别是1949年以后，灌溉面积从1 880 km²扩展到现在的6 900 km²（图2），担负着四川省7市37县1 043万余亩农田的灌溉，实现了水量调蓄，长期有力地保障了成都平原乃至整个四川省的社会经济发展^[5–6]。

图2(Fig. 2)

图2 现代都江堰灌区发展图 Fig. 2 Development trend for the modern Dujiangyan irrigation area

都江堰水利工程充分体现了中华民族在治水与应对水灾害方面的杰出智慧，其科学性在于：在当时施工设备、金属制造、工程材料等极度落后的时期，充分利用自然地形和现有条件，巧妙做到了现代水利工程所努力达到的兴利除害和保护前提下的开发理念，既实现了防洪、灌溉、排沙、抗旱等综合功能，又未对自然环境做太大的改造和破坏^[7–9]。

都江堰水利工程的科学智慧主要体现在以下3个方面：

1）乘势利导。都江堰水利工程充分利用地形河势，乘势利导、无坝引水、自流灌溉，枢纽主要由鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口三大主体工程构成，其科学技术内涵如图3所示。鱼嘴把岷江分为内外二江：汛期外江分流6成，以利行洪；枯水期内江分水6成，以利灌溉。飞沙堰枯期用竹笼卵石堆砌临时围堰，保障内江引水，并进行自流排沙。宝瓶口形似瓶口，起到“自动节制闸”作用，灌溉取水顺畅，抑制洪水进入。三者有机配合，相互制约、协同运行，既引水灌溉，又分洪减灾。

图3(Fig. 3)

图3 都江堰水利工程的科学技术内涵 Fig. 3 Scientific and technical connotation of the Dujiangyan water project

2）因时制宜。都江堰水利工程长期面临水沙灾害防控的巨大挑战，通过实践总结出了“深淘滩、低作堰”的应对策略。“深淘滩”指每年须清淘内江河床卵石淤积滩，确保河床演变平衡；“低作堰”指飞沙堰高度宜低不宜高，以利取水、排沙。

3）道法自然。都江堰源远流长，惠泽后代，其奥秘除了巧夺天工的无坝引水工程布局外，更主要的是遵循了“乘势利导、因时制宜”的治水思想、“岁必一修”的管理制度，“遇弯截角、逢正抽心”的治河原则，以及“深淘滩、低作堰”的引水、防沙、泄洪的协同调控方法，实现了都江堰河段河床演变的千年平衡。

都江堰水利工程充分体现了利用地形布置工程的因势利导治水思想和无坝引水、自流排沙、天然调控防洪的协同治水原则，从而奠定了都江堰千古长存的“不坏金身”。这给我们一个重要启示：尽管自然灾害难以避免，但并不意味着人类在自然灾害面前就无能为力。我们完全可以在应对自然灾害中总结经验、增长智慧，尽可能把自然灾害带来的损失降到最低，实现人与自然的和谐相处^[1]。

近年来，国内外学者一直在流域生态环境保护、高坝泄洪与防洪安全、高坝工程结构安全、山洪与泥沙灾害防治和滑坡、堰塞坝等方面进行了积极的探索，在山区河流水灾害的防灾减灾领域取得了丰富的经验和重大的成果，提升了治理水患与应对灾害的能力，这正是对都江堰治水智慧的传承与创新。

近年来，中国建成了一大批具有世界级水平的高坝工程，这些高坝工程多位于中国西南地区的高山峡谷地区，普遍具有水头高、流量大、河谷窄、泄洪功率大以及地质条件复杂等特点^[10]。高坝工程的泄洪消能技术难度大，存在空化空蚀、水流冲刷、水流掺气、脉动震动、泄洪雾化等水力学问题，若这些问题不能得到很好的解决，将严重影响工程本身及下游居民的生命财产安全，因此，泄洪消能问题已成为高坝设计和运行安全中非常重要的控制因素之一^[11–12]。近年来，国内相关学者在高坝工程泄洪消能领域开展了大量的研究工作，取得了许多创新性成果^[11–16]。针对高坝泄洪与防洪安全问题，许唯临等^[13–16]通过高坝工程细观水力学理论研究与新技术开发，形成了高水头大流量泄水建筑物防冲防蚀成套技术，为解决高坝泄洪与防洪安全问题提供了理论依据及技术方案。

高坝泄洪与防洪安全研究团队通过开发细观实验与模拟技术，揭示了高坝水力学复杂水流现象的细观机理，建立更加可靠的判别准则和计算方法，从而形成系统的细观水力学体系，为工程提供更有力的理论和技术支撑；发现了决定空化是否引发空蚀破坏的三大效应并据此提出了空化泡近壁溃灭引发空蚀的临界条件和气泡减免空蚀的控制要素，直接促进了高坝泄洪水流空蚀破坏防治技术的发展；发现了水工水气两相流的气泡卷吸机制和气泡缓冲机制、水沙两相流的颗粒吸引机制和旋流颗粒浓度–粒径分布异位机制，改变了传统的模糊认识，据此建立了自掺气水流计算方法（图4）以及掺气射流冲刷预测模型，提高了高坝工程中两相流的预测水平；发现了阶梯消能细观特征、低压区分布规律和多股水平淹没射流消能的横、垂向漩涡间歇特性，为高水头、大流量泄洪消能开辟出一条避免泄洪雾化的新途径，使消力池的技术指标大幅度提高；发现了进水口立轴漩涡的迹线细观特征，改进了流场计算方法，为立轴漩涡控制和流场预测提供了进一步的理论和方法支撑，丰富了细观水力学的研究手段。研究成果澄清了长期的机理困惑，使复杂水流现象的判别、计算和技术研发有了坚实可靠的基础，形成了从水力机理、判别准则到计算模拟的完整系列。

图4(Fig. 4)

图4 自掺气水流试验及掺气发展区沿程扩散规律 Fig. 4 Self-mixed water flow test and diffusion law along the aerated development area

高坝泄洪与防洪安全研究团队通过对中国几乎全部200 m以上世界级高坝工程的泄洪、防洪安全模型试验研究，并提供技术参数，创新地提出了多级泄洪原理与技术，包括：提出了侧收缩组合动水垫方法，发明了一套无碰撞分级分散挑流技术（图5），使高拱坝长期单纯依赖表深孔挑流空中碰撞发展到可根据工程特点在碰撞与无碰撞之间优选，为窄河谷高拱坝大流量泄水建筑物设计开辟了一条新途径；提出了掺气型复合阶梯防冲防蚀方法，发明了一套适应型多级阶梯溢流技术，将多级阶梯溢流的单宽流量从以往最大50 m²/s左右提高到120 m²/s以上，并使传统上用于开敞式溢流面的多级阶梯溢流技术首次应用于复杂泄洪洞；提出了竖井旋流计算方法和双涡室方法，发明了一套变级数分级竖井旋流技术，丰富了竖井旋流技术体系，进一步提高了竖井旋流的综合安全性能，使竖井旋流流量指标达到国内外已建和在建工程的最高水平；提出了突缩突扩流态判别方法和突扩剪切控制方法，获得了突扩流空化但不致空蚀的临界条件，发明了防蚀型多级突缩突扩技术，将有压突缩突扩消能工的初生空化数降低一半，显著提高了防蚀性能。研究成果应用于锦屏、溪洛渡、两河口等数十座世界级高坝工程，为解决高坝工程泄洪与防洪安全问题提供了技术方案。

图5(Fig. 5)

图5 无碰撞分级分散挑流技术在锦屏Ⅰ级水电站的应用 Fig. 5 Application of collision-free fractional dispersed flow pickup technology in Jinping Ⅰ hydropower station

高坝工程实现了山区河流防洪、发电、灌溉等综合开发与保护，但其枢纽工程一旦溃决失事，库水所蕴含的巨大势能将瞬间转化为毁灭性动能，造成特别严重的后果，法国Malpasset拱坝^[17]（67 m，1959年）、美国Teton坝（94 m，1976年）、中国石漫滩和板桥水库（1975年）等溃坝事故，都造成了巨大的经济损失和人员伤亡。而对于中国西部山地一系列已建或在建的高坝工程，受区域地质构造复杂、地震烈度高、地灾频发等因素的制约，其结构安全一直是世界级难度的工程技术问题。传统的高坝结构安全稳定分析方法沿用20世纪30年代发展起来的坝肩抗滑稳定分析，对单一脱离体开展分析且结果较为粗略，以致危及高坝工程安全^[18]。长期以来，国内外学者在坝体–坝基结构与材料非线性、坝–地基耦合整体破坏过程、高坝结构抗震、大坝安全定量界定等高坝工程结构安全问题开展了一系列探索与研究，取得了大量有益的成果^[18–20]。Chen等^[21–22]从模型材料可变性能上进行突破，原创性地提出了地质力学模型破坏模拟与综合法试验新技术，揭示了高坝工程整体结构安全响应机制，探索并建立了能够准确反映受复杂地质环境及超标洪水等因素影响下高坝–坝基–库水整体结构安全评价体系。

地质力学模型试验可直观揭示坝与地基整体结构系统滑移破坏渐进过程，但受传统模型材料力学性质不可变因素制约，常规地质力学模型试验仅能从超载特性方面反映高坝工程安全度，而无法模拟坝体与地基体系中由于材料性能弱化因素导致的变形破坏过程。高坝与地基稳定安全性研究团队将传统的模型材料与高分子材料相结合，通过电升温法使高分子材料逐步软化降强，研制了可模拟岩体及断层软弱结构面抗剪断强度变化的变温相似材料；根据变温相似材料抗剪断强度 $\tau $ 、摩擦因数 $f$ 、黏聚力 $c$ 等随温度变化规律，可使模型材料强度的降低范围达到材料设计强度的20%～50%，从而在模型试验中模拟由于库水浸泡或渗漏使得高坝坝基岩体及软弱结构面抗剪强度等力学指标逐渐弱化的特征；通过10万+级数量小试块粘砌或堆砌，实现裂隙组的出现频率和连通率的模型重构，精细模拟节理裂隙切割的高坝坝基（肩）岩体（图6），并运用超载–强储综合破坏试验方法，获得高坝工程坝–地基整体结构渐进失稳机理与多因素安全度。研究成果为断层加固、坝踵开裂、地形不对称、坝肩滑坡等一系列高坝整体稳定性问题提供准确直接的解答，为世界级高坝工程结构安全提供了科学依据和设计标准。

图6(Fig. 6)

图6 地质力学模型法在高拱坝结构安全性中应用 Fig. 6 Application of geomechanical modeling method in structural safety of high arch dams

山洪是指山区河流中发生的突发性洪水，具有水量集中流速大、冲刷破坏力强、暴涨暴落，水流中挟带泥沙甚至石块等特征，常造成人员伤亡、淹没城镇与基础设施、改变河流形态及破坏自然环境^[23–24]。进入21世纪，全球平均每年有近千人死于山洪灾害，造成的经济损失高达每年463亿美元^[25]，而中国每年的山洪灾害造成的人员伤亡占洪涝灾害死亡人数的70%以上，是中国防洪减灾工作的难点和薄弱环节^[26–27]。近年来，中国学者在山洪灾害的特征、危害及成因分析，山洪灾害调查评价、监测预警、群策群防体系等非工程措施及山洪沟治理等工程措施方面开展了大量工作，取得了系列原创性成果^[23,26–30]。曹叔尤、刘兴年等^[31–33]针对暴雨山洪重大灾害形成与防灾减灾面临的关键性疑难问题和挑战，在大量的暴雨山洪重大灾害事件调查、模型试验、重演模拟及理论分析基础上，揭示了山洪与泥沙共同作用下“小水大灾”机制，提出了特大山洪泥沙灾害“降阶防控”技术，为特大山洪泥沙灾害防治提供了技术支撑和保障。

山洪灾害是一个涉及干支流来水来沙随机组合、堰塞湖（塘堰）等溃决、人造洪峰、滑坡堵江、泥石流、沿河弃渣、坡面泥沙等多重不确定性的复杂致灾系统。暴雨山洪过程大量泥沙进入河道，淤积河床，抬高水位，致使山区河流一般（中、小）洪水的水位可能突发陡增至50年一遇甚至1 000年一遇洪水对应的水位，超过当地防洪标准，引发“小水大灾”，造成巨大损失。山洪洪水、泥沙、石块共同作用是引发“小水大灾”的根本原因。山区河流水沙灾害防治研究团队基于特大山洪泥沙致灾水沙因子关联复杂且具有多重不确定性，提出了“数学降阶原理”“工程降阶技术”与“非工程措施”相结合的方法，将山洪泥沙灾害致灾不确定性降到可防控范围，为山洪泥沙灾害减灾防灾提供了有效的技术途径。其中，数学降阶原理为采用集结降阶法，将灾害形成、激增机理与致灾因子联合概率分布数学求解相结合，将多重不确定性致灾系统归并为少数新的状态变量；工程降阶技术包括“水沙错峰防控技术”“水沙分离技术”等，即采用水沙错峰防控技术、水沙分离技术与坡面治理、滑坡治理、水库防洪调控等相结合，降低洪水泥沙共同致灾的多重不确定性；非工程措施包括对时间不确定性进行降阶的山洪监测预警等。山洪泥沙灾害致灾风险降阶防控的核心是采用水沙错峰、水沙分离等集结降阶技术，调控洪峰时段成灾河段卵石沙量补给条件。譬如，为减少洪峰时段主要成灾区河道卵石推移质沙量补给，在相对较窄的河段，实施卡口工程措施，在其上游相对较宽的河段形成“山洪涨水壅水淤沙、退水走沙效应”，实现山洪水沙错峰防控。为解决水流交汇区泥沙淤堵、水位壅高引发的特大山洪泥沙灾害问题，该研究团队提出了交汇河道水沙分离的特大山洪泥沙灾害防治技术（图7）。

图7(Fig. 7)

图7 山洪与泥沙灾害重演模拟 Fig. 7 Recurrence simulation of flash floods and sediment disasters

水动力型滑坡是指斜坡上敏感于水力条件变化的岩土体，在外界水动力因素作用下引发的整体地或分级地滑移^[34–35]。山区地形陡峭、地质环境脆弱，受长期的地质构造及风化卸荷作用等导致山区浅部岩体破碎且节理发育，同时，坡面上一般覆盖有丰富的松散堆积层，斜坡的安全稳定性相对较差，极易在强降雨、水位变动、地表径流和地下水活动等水动力因素驱动下诱发灾难性滑坡的发生，对人民的生命和财产安全构成了极大的威胁。尤其是对于中国西南山区，随着流域梯级水电开发的逐步推进，频发的水动力型滑坡灾害严重影响到西南水电开发及运行过程中的工程安全和库区安全^[36]。研究水动力型滑坡并提出有效的防控措施已成为中国经济发展以及西南水电开发的重要任务之一。水动力型滑坡的发生具有偶然性，难以准确地预测其发生时间、岩土体的启动规模以及运动路径^[37–38]。目前针对水动力型滑坡的灾变过程，研究者的关注方向主要集中于滑坡体的时空演化特征及变形破坏机制。工程安全与灾害防治研究团队基于现场调研、室内物理模型试验、理论分析和数值模拟以及监测分析等手段，通过引入新方法、新设备、新技术^[39–40]，致力于提升水动力型滑坡的灾害监测预警水平以及灾害应急响应能力，为大力保障经济发展、财产生命安全、工程安全以及库区生态环境保护提供科技支撑。

水动力型滑坡的发育和致灾是一个非常复杂的动力学过程，理解滑坡体的变形破坏机制和水动力型致灾因子的作用机理是展开灾害防控工作的基础。Zhou等^[41–42]针对滑坡体的模型实验可以按照一定的相似尺度再现滑坡体发育过程中应力场和渗流场的动态响应，进而探究蓄水、水位波动和强降雨等水动力型致灾因子的耦合作用如何影响滑坡体的安全稳定状况。郝明辉、陆鹏源等^[43–45]针对滑坡体的物理实验与数值模拟的综合手段可以定量分析动力学过程，进而进行滑坡–碎屑流运动过程中过量补给、局部堵溃和刮铲效应等物理现象的研究以及其机理的探究。Chen等^[46]针对滑坡体的原型监测可以定量地认识滑坡体的发育状态并判断其危险程度，进而分析变形破坏机制和可能诱发滑坡灾害发生的外动力条件。工程安全与灾害防治研究团队应用全球导航卫星系统（GNSS）和全球卫星定位技术获取滑坡体发育过程中的位移/速度的时间序列，分析变形场的时间演化特征；通过三维激光扫描仪利用实景复制技术和远程测绘技术获取滑坡体发育过程中的变形效果图，分析变形场的空间累积特征；通过变形场的时空特征深入了解滑坡体变形破坏的演化规律，有利于更有效地做出滑坡灾害的预测预警和滑坡防治措施的针对性科学设计（图8）。

图8(Fig. 8)

图8 水动力型滑坡系列研究 Fig. 8 Study of hydrodynamic landslide series

堰塞坝（湖）是发生在岸坡陡峻、河谷狭窄、河道比降大的山区，由地震活动等原因引起山崩滑坡体堵截河谷而形成的堵塞体坝体或堵截河床后贮水而形成的湖泊，具有致灾范围广、历时长、后果严重等特点^[47–48]，其堵塞物在受到冲刷、侵蚀、溶解、崩塌的破坏后极易引发极其危险的洪灾及一系列次生灾害。以2008年“5·12”汶川地震为例，在西南山区共触发了数百座滑坡堰塞湖。地震堰塞坝（湖）在震后快速堆积形成，其坝体结构一般较为松散且基本无胶结情况，导致堰塞坝在渗透水压作用下极易溃决并产生洪水或泥石流等对下游造成严重的危害^[49]。统计分析表明：22%堰塞坝在形成1 d内溃决，50%在10 d内溃决，83%在半年内溃决，93%在1 a内溃决，能渡过一个汛期的不到10%^[50]。国内外相关学者在堰塞坝（湖）的结构特征、形成过程、破坏特征、致灾机理、风险分析等方面进行了大量理论研究，得到了较为深入的原创性结论^[50–53]。工程安全与灾害防治研究团队通过采用理论、模型试验与数值模拟相结合的方法，对不同物质组成与结构特性的堰塞坝进行针对性处理，提出了引流泄水、保护利用等堰塞湖应急处置与综合治理技术。

堰塞坝（湖）是松散物质在地震干预下随机形成的治灾体。堰塞湖水位迅速上升、水体漫坝、堰塞体溃决等因素会带来极大的威胁使得堰塞坝（湖）治理刻不容缓^[54–55]。该研究团队结合西南地区堰塞坝的治理设计，提出了有效的滑坡堰塞湖综合治理技术，具体包括：1）通过机械灌浆、延长上游铺盖等方式加固堰塞体；2）堰塞体的适时拆除与优化方案；3）堰塞湖水位降低综合法；4）维护堰塞体稳定并加速堰塞体冲刷；5）堰塞坝综合改建法、变废为宝，使堰塞坝成为新型水利工程，等等（图9）。

以云南省鲁甸县红石岩滑坡堰塞坝为例，因其上宽下窄、物料组成较均匀和结构相对稳定的独特条件，并且完全挖除堰塞体，工作量太大、成本太高，经多方论证后管理部门最终选择改建，既可以为下游地区农田提供灌溉用水、人民生活用水及水能资源，还可以发挥发电、防洪和旅游等效益。

图9(Fig. 9)

图9 滑坡堰塞湖的处理措施 Fig. 9 Barrier lake with landslide treatment

山区流域由于闸坝、滑坡体的阻隔和径流调节，不同程度上会改变甚至破坏河流的生境适宜性，影响河流中生源要素的生物地球化学行为及相应的物质场、能量场、化学场和生物场，最终影响河流生态系统。在水资源配置和运行调度中，如何维护流域水生生物必需的生存条件以满足生境对流量、通道、水温、溶解气体的需求，是山区河流生态环境保护研究中亟待解决的重大科技问题。针对西南地区地理、生态与环境特点，流域生态与环境研究团队提出了一整套维护水生生物生境的关键技术，将生态环境保护的研究从以往的工程局部及单一水环境学科领域，拓展到整个山区流域系统并形成多学科领域交叉的综合科学技术体系。

Liu、Qin、An等^[56–58]提出了维护河流水生生境连通的生态需水配置和过鱼技术（图10），具体包括：构建山区河流水生生物生境水力学指标体系并探明其阈值^[56]；建立山区河流生态需水过程计算的生态水力学法^[57]；发明多种新型鱼道结构和集诱鱼流态塑造技术^[58]。为解决水利水电开发河流生态需水和鱼类过坝提供了理论依据和技术手段。

图10(Fig. 10)

图10 新型鱼道结构与鱼类通过性试验 Fig. 10 New fish passage structure and fish passability test

邓云等^[59–60]提出了梯级水库水温预测成套方法和低温水控制技术（图11），具体包括：研发了一整套高精度梯级水库水温预测模型；揭示了梯级库群的水温累积规律；探明了低温水减缓措施的时空效应；提出了工程措施和运行调度相结合的低温水综合控制技术。为维护梯级水电站水温过程的变幅及节律提供了系统解决方案。

图11(Fig. 11)

图11 锦屏Ⅰ级2015年库区与下泄水温验证结果 Fig. 11 Jinping Ⅰ Reservoir area and release water temperature verification results in 2015

Feng、Wan、Wang、Ma等^[61–64]提出了高坝泄水总溶解气体（TDG）过饱和的预测方法与调控技术（图12），具体包括：揭示了TDG过饱和生成机理并建立预测方法^[61–62]；探明了长江上游特有鱼类对过饱和TDG的耐受性特征^[63]；首创“控时削峰”等减缓TDG过饱和影响的调控技术^[64]，为解决水利水电开发河流高坝泄水TDG过饱和对鱼类影响问题提供了有效途径。

图12(Fig. 12)

图12 过饱和监测与室内机理试验 Fig. 12 Supersaturation monitoring and laboratory test

中国西部地区集中了资源丰富、生态脆弱、灾害频发、地质条件复杂、影响人口众多以及社会经济发展整体水平明显落后于东部发达地区等特点，是制约国家整体发展的重要瓶颈。山区河流灾害防治、山区流域生态环境保护与修复、山区河流水工程安全等一直是山区河流开发与保护中的核心科技问题，也是国家的长期重大需求。

针对中国西部山区河流水灾害的特点以及西部地区防灾减灾救灾的需求，未来应关注以下科学技术问题与技术平台建设：1）变化环境下的水灾害形成与演化。近年来，极端气象事件频发，加之西部地区受地震及人类活动的影响，气候与地质环境均发生一定的变化，水灾害的发生条件及灾害影响也随之改变，这也造成了水灾害长期演化规律不明，因此，变化环境下的水灾害形成与演化这一关键科学问题的研究至关重要。2）耦合致灾机理与临界判据。在西部山区，滑坡、泥石流或山洪灾害的发生一般都是在水–土（岩/沙）耦合条件下的产物，例如降雨诱发灾难性滑坡、暴雨诱发山洪泥石流灾害等，尤其是在变环境下的水–土（岩/沙）耦合致灾过程极为复杂，例如泥沙补给突变补给下的水–沙耦合致灾机理；在此背景下各类水灾害形成临界判据的研究对灾害预警预报工作极为重要。3）水灾害动力灾变机制与演化过程。“小水大灾”“山洪泥石流规模放大、堵溃放大”与“滑坡沿程侵蚀放大”等均与灾害动力演化过程的相关物理力学特性密切相关，灾害动力灾变与演化涉及到诸多重要科学技术难题，对于科学地掌握灾害演化过程从而制定合理的防灾减灾措施影响重大。4）突变河流的生境–生物相互作用机制。调查河流灾变的物理化学要素变化和诱发的生态系统破损响应，研究生境变化下的生物耐受性阈值，探究快速的生态修复机制。5）灾变河流的生态演变机制和新平衡态。大面积滑坡危及水陆生物，堰塞湖改变了河流的生境，研究应聚焦灾变区域生态系统演进动力，解析其突然破坏、渐进演替和重新平衡的过程。6）水灾害监测预警和风险评估。在监测预警中要探索更科学全面的预警指标体系，更充分地利用雷达、卫星、雨量站等多源数据提高预警的准确性和可靠性；在风险评估中要加强对不同区域风险源的识别与分析，突破风险判识难点，提高灾害风险评估与管理水平。7）基础大数据库与云平台。构建集气象、水文、岩土、生态等多源多尺度的观测与基础大数据库，结合人工智能、大数据分析等技术，实现对水灾害的科学分析与预警预报。8）水灾害流域协同管理与灾后重建。构建西部山区水灾害流域协同管理机制，实现跨流域水灾害的科学管理与应急协同响应；发展山区水灾害治理与重建新装备、新思路与新技术，探索灾后重建新的管理模式等方面。

2008年“5·12”汶川特大地震是新中国成立后中国内地烈度最强、救援最难、恢复重建最艰巨复杂的特大地震，这是一场三千年一遇的特大地震。至此以后，中国人尤其是四川人灾害意识更强，对灾害的认识更加深刻。“地球人都要有灾害意识，地球人都要有灾害教育”，这既是一种理念，更应该是一种行动；既是我们面对灾难、经历灾难之后的成长，也是我们痛定思痛之后的觉悟。

只有关注全球热点问题的大学，才能受到全球的关注；只有面向全球、以应对和解决人类重大危机为己任的大学，才能成为引领社会、引领国家和民族未来发展的世界一流大学。从“因灾害被世界关注”到“关注世界灾害”，四川大学始终关注世界、关注人类、关注未来，把应对和解决全球重大灾害危机、促进人类共同进步作为义不容辞的责任和使命。依托山区水灾害防治领域国家重点实验室，不断进行前沿探索研究，在山洪与泥沙灾害防治、高坝工程结构安全、泄洪与防洪安全和流域生态环境保护等方面不断发挥关键性作用，致力于不断提高防灾减灾救灾的科技水平和提供高水平技术支撑；建立全球第一个灾后重建与管理学院，通过设立义肢矫形、灾害护理、灾害力学、康复治疗等一批具有世界先进水平的重大灾害与危机处理实验室，打造一个高水平、全球化、多学科、宽领域的教学科研基地；开展广泛的国际交流合作，积极参与、推动“水促进可持续发展”国际行动十年框架，充分发挥自身的人才、学科、科研和国际合作平台优势，致力于全球水灾害防灾减灾前沿技术的创新研究，为国际机构培养防灾减灾、重大灾害危机处理的国际高端专业人才，推动建立“水与灾害研究全球大学联盟”，为探索形成世界一流大学与全球重大灾害危机应对互动机制，共同建设全球防灾减灾领域的高端合作平台，共同开展山区水灾害重大问题联合研究，共同为解决全球重大灾害危机、促进人类共同繁荣作出新的更大贡献！