基于RS的震区泥石流物源演化特征分析——以四川省汶川县映秀地区为例

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2010年8月14日,汶川震区映秀镇周边沿岷江流域23条泥石流沟同时暴发大规模泥石流灾害,以红椿沟规模最大,给灾区造成极大的损失。2013年7月10日,汶川震区映秀镇至汶川县城的岷江中段再次暴发大规模泥石流灾害,以七盘沟的规模最大。泥石流已经成为了地震后威胁最大的地质灾害之一。  地震对灾区造成巨大伤亡的同时,也触发了大量的滑坡崩塌等地质灾害,通过高精度遥感影像和实地调查分析,研究区225km2内23条泥石流沟流域总面积为59.82km2,在2008年5月12日地震后,流域内滑坡物源总个数为857个,总面积为958.18×104m2,物源总量增加为52.3×106m3。流域内滑坡物源主要分布在海拔为800-2000m、坡度为40-50°、距离沟道200m的范围内,即是在中海拔地区,靠近流域沟道范围内坡度较陡区域以及沟道中,在降雨条件下,流域内的物源在洪水作用下可以快速的加入到泥石流活动中。流域内的滑坡物源主要以崩塌、滑坡、不稳定斜坡三种形式存在,其中有一部分已经滑动,存在部分的滑坡体“悬挂”在陡峭的后壁上,外力作用下随时可滑落;有一部分已经脱离母体,将大量碎屑物堆积于沟道中,淤满堵塞沟道;还有一部分并未滑动,但是内部结构破碎,它们在降雨条件下,内部有效应力变化,抗剪强度降低,滑坡体极有可能“复活”或者产生新的滑坡,在洪水的侵蚀、冲刷、搬运下,能快速的加入到泥石流的活动中。  2010年8月14日,研究区内暴发群发性的大规模泥石流灾害,通过高精度遥感解译对比分析和野外调查资料,分析流域内暴雨诱发的滑坡物源的变化特征。通过统计发现,暴雨过后流域内滑坡物源总个数为1285个,较震时滑坡个数增加了49.94%,滑坡物源的总面积为1127.01×104m,较震时滑坡面积增加了17.6%。暴雨诱发的滑坡大部分布在海拔为2000-3000m、坡度为40-50°、距离沟道大于400m范围内,即是在海拔较高区域较陡区域在降雨条件下滑坡极为发育。通过两期解译结果对比,暴雨诱发的滑坡主要位于流域的后缘和沟道两侧,后缘部分区域有基岩出露,震后结构破碎,土壤覆盖薄,降雨后坡体内有效应力变化,抗剪强度降低,所以该部分区域滑坡物源最为发育;在靠近沟道两侧的滑坡体,经泥石流侵蚀掏底后,向前垮塌加入到泥石流活动中。在本次泥石流中,物源的供给方式可能来自浅层滑坡,也可能是大型滑坡堆积体表面的松散物源,也可能是新产生滑坡。在降雨条件下,滑坡体出现局部“复活”,滑坡向后缘方向扩大,前缘部分经侵蚀掏底垮塌;坡体表面在洪水冲刷下产生径流,携带坡体表面碎屑物快速加入泥石流活动;或者新产生滑坡,它们借助暴雨洪水的侵蚀冲刷搬运作用,携带巨大的能量,加入到泥石流的活动中。  本文选定映秀地区5条典型泥石流沟,通过2008年、2010年、2013年三期航空影像解译的泥石流物源面积变化数据,探讨泥石流流域内物源滑坡活跃时间。震后暴发大规模泥石流的2010年,研究区滑坡面积较2008年增加了16.4%,在第二次暴发大规模泥石流的2013年,滑坡面积较2010年平均减少了11.5%。地震后震区泥石流暴发的累积雨量和临界雨量较地震前都有降低,并且2013年的降雨强度高于2010年,所以采用2010年至2013年的滑坡物源面积的减少量推测以后泥石流活动趋势具有一定说服力。通过计算得出,汶川震区映秀镇附近泥石流物源滑坡活跃时间至少为17年,持续到2025年。对比台湾集集地震,研究区每一年泥石流流域内滑坡物源面积都将呈衰减趋势,在暴雨年里将呈上升趋势,但总体上是衰减,直至恢复到地震前的状态。  以45条泥石流沟作为样本数据,根据震区泥石流的特点,通过物源的滑坡面积、流域面积、流域高差三个因子建立模型,预测研究区泥石流一次最大冲出量,并用清平地区13条沟进行验证。该模型从影响泥石流暴发的物源和流域本身性质的流域面积和高差三个参数作为预测因子,流域面积决定汇水面积大小,流域高差将携带的势能转化为动能,为泥石流的暴发提供能量,固体物源则是泥石流暴发冲出固体物质的来源,三个参数都与泥石流活动有着直接关系,以其建立的模型具有可信度。但是多元回归建立模型需要大量样本,并且泥石流受到空间、时间以及起动形式等多种条件的制约与影响,该预测模型需对泥石流沟的特性做判断,并不是在任何条件下都能准确预测最大冲出量。研究结果有助于泥石流风险评价,也有助于与地质工程相关领域评价,以及为泥石流勘查设计提供发育状况的估计。
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