Geomorfologia: alleujament, procés, medi ambient

Aquesta cerca és part del primer autor Tesi com a part de la Fundació Fundació AXA Sedimer. El projecte Domerapi (ANR) va proporcionar ajuda important per a aquest treball. Els autors també agraeixen Edward de Belizal per proporcionar la base de dades de Lahars ocurrence. El personal de PSBA UGM va proporcionar un suport significatiu durant tota la campanya de camp. Balai Sabo, BMKG i BPPTKG també són agraïts per fàcil de seguir els Lahars en temps real.

Introducció

1 el terme de lahar, d’origen indonesi, designa una barreja de restes i aigua que un flux fluvial, que flueix des d’un volcà de velocitat ràpid (Smith i Fritz, 1989, Nell, 2004, Vallance, 2005). Aquesta paraula va ser utilitzada per la comunitat científica per descriure l’erupció del volcà Kelud a Java el 1919, que va causar la ruptura del llac de cràters i va generar un synuptive o primària Lahar (Koning, 1919, Den Oop, 1919; Escher, 1920, Kemmerling, 1921). El terme Lahar reuneix dos tipus de fluxos: (1) fluxos de restes (concentració sedimentària > 60% per volum) i (2) els fluxos hiperconcentrats (concentració sedimentària de 20 a 20 a 60% per volum) que són més turbulents. Des dels anys vuitanta, l’estudi dels Lahars ha començat per l’anàlisi dels seus dipòsits (Janda et al., 1981, Pierson, 1980), i per observació visual a terra (Pierson i Scott, 1985, Branley i Waitt, 1988, Rodolfo et al., 1989, Pierson, 1995, Cronin et al., 1997). Gràcies al desenvolupament de la instrumentació geofísica, les observacions visuals han donat pas a mesures precises. Sensors acústics (AFMS: Monitor de flux acústic) s’han desplegat als flancs del volcà de Pinatubo (Haldey i Lahusen, 1995, Marcial et al., 1996, Tuñgol i Regalado, 1996). Els senyals sísmics també s’han analitzat al volcà Merrapi i Colima utilitzant RSAM (mesura de l’amplitud sísmica en temps real), SSAM (mesura espectral d’amplitud sísmica) o bandes ample (Zobin et al., 2009, Lavigne i al., 2000). Altres investigadors han utilitzat finalment una combinació de sensors geofísics (Doyle et al., 2010). Els avenços tecnològics en gravació de vídeo han millorat la comprensió d’aquest tipus de fenomen i el càlcul de la profunditat, la velocitat, el flux, així com el recompte de blocs (Lavigne et al., 2003, Gomez i Lavigne, 2010, Starheim et al. , 2013). Paral·lelament, alguns autors han estat interessats en la modelització dels Lahars, d’una banda per enfocaments experimentals físics (Major, 1997, Iverson et al., 2010), i d’altra banda per un enfocament digital, per exemple utilitzant Laharz (Schilling, 1998), Titan 2D (Patra et al., 2003), Volcflow (Kelfoun i Druitit, 2005), Massmov2D (Begueria et al., 2009) i Dan 3D (Hung i McDougall, 2009). La dinàmica de flux dels Lahars encara és poc coneguda, la qual cosa explica que els experiments de modelatge analògic o digital no són prou concloents. Una de les raons d’aquest bloqueig científic és la dificultat d’adquirir dades in situ durant els fluxos. Per exemple, la presència de blocs i col·lapses dels bancs no es tindrà en compte mai en els models de flux. El nostre estudi pot complementar una informació que falta, però encara important per millorar aquests models.

2 La erupció del volcà de Merapi (Java, Indonèsia) a l’octubre de 2010 va ser una oportunitat per al nostre equip per produir noves dades de camp com a part del sedimer (Sedime-Relouded Desasters segueixen l’erupció del volcà de Merapi 2010. Java, Indonèsia, 2012-2015). Després d’haver experimentat més de 80 erupcions de 1672 a 2010, Merapi és un dels volcans més actius del món. Es repeteixen en un interval entre 1 i 18 anys amb una mitjana de retorn estimada de 4 anys (Bappenas i BNPB, 2011). L’última erupció a l’octubre-novembre de 2010 ha dipositat uns 45 milions de m3 de Tephras a la conca del riu Gendol al sud del con actiu (Solikhin et al., 2015) i va causar la mort de 367 persones i la destrucció més de 1.200 cases (Lavigne et al., 2015). L’erupció que ha començat al començament de la temporada de pluges, l’aigua de pluja va provocar l’eliminació de materials piroclàstics en els 11 cursos aquàtics del volcà, generant els Lahars. D’octubre de 2010 a 2011, 282 Lahars es van activar en 17 rius (de Belizal et al., 2013) i uns 108 lahars durant el període de 2012 a 2013 (Lavigne et al., 2015).Entre el 2010 i el 2013, la freqüència dels Lahars va disminuir com a resultat de l’esgotament gradual de les reserves de materials disponibles desmuntables. No obstant això, l’erupció explosiva del 13 de febrer de 2014 del volcà de Kelud, situat a 210 km a l’est de Merapi, va resultar en un nou dipòsit de cendres el gruix del qual va variar entre 2 i 5 mm, basat en la nostra observació de camp al costat sud i sud-oest . L’ocurrència dels Lahars de Merà ha augmentat en relació amb la temporada precedent de pluges (19 lahars durant els 30 dies següents a l’erupció). El Lahar del 28 de febrer de 2014, presentat aquí, constitueix el primer gran esdeveniment al costat del volcà Merapi després de l’erupció del volcà Keud. Aquest treball pretén estudiar la dinàmica d’aquest Lahar al llarg de la durada del flux, amb especial atenció a les variacions hidrològiques i al transport de sediments. Atès que els sistemes de detecció de Lahars sovint es basen en sensors geofísics, l’acoblament sísmic de vídeo en aquest treball s’utilitza per calibrar el mesurament del paràmetre geofísic al canal natural. Aquest estudi també serveix per ajudar els models de Lahars a millorar els seus codis donant informació sobre aquestes variacions hidrològiques rarament tingut en compte fins avui.

Estudi del lloc i la metodologia

3 planteja una metodologia original, basada en l’acoblament d’imatges de vídeo, enregistraments sísmics i de pluja, obtinguts al riu Gendol (SIG 1). Hem seleccionat una secció del canal situat a 1.100 m d’altitud, situada als dipòsits de flux piroclàstics de 2010. L’amplada del canal va arribar als 26 m a la data d’ocurrència del Lahar (28 de febrer de 2014), per a un pendent. Al voltant de 14 % (o 8 °).

2.2. Adquisició de dades

2.2.1. Dades pluviomètriques

4Fin Per enregistrar la intensitat real de la pluja, hem instal·lat dos roundlòmetres al costat sud-oest i sud-est de Merapi a uns 1.100 m d’altitud (fig. 1) Una sèrie de imatges de satèl·lit MTSAT van permetre conèixer el desenvolupament de cumulonimbuse al voltant del volcà espacial a petita escala, però a gran escala (1 hora, temps real). A més, vam poder consultar les precipitacions de les càmeres automàtiques al voltant del volcà gràcies al compte de Twitter de la BPPTKG (Observatori de Volcà de Merapi).

Fig. 1 – Mapa del lloc d’estudi.
FIG. 1 – Mapa del lloc d’estudi.

FIG. 1 - Mapa del lloc d'estudi. Fig. 1 - Mapa del lloc d'estudi.

1: Cimera de Merapi; 2: Corrent; 3: fosa piroclàstica 2010; 4: Cirurgia piroclàstica 2010; 5: calibre de pluja; 6: lloc d’estudi.
1: Cimera de Merapi; 2: rius; 3: Flux piroclàstic 2010; 4: Surgament piroclàstic 2010; 5: Raingauge; 6: Observació del lloc.

2.2.2. Dades hidrològiques

L’estació d’observació 5A ha estat equipada amb una càmera fixa apuntada a la riba esquerra del canal i una càmera de vídeo manual a la riba dreta. Hem analitzat les característiques hidrològiques del lahar del processament de la imatge de vídeo mitjançant un protocol de mesura específic: el Lahar es va dividir en tres eixos (un eix central envoltat de dos eixos al llarg de cada banc), per tal d’analitzar la distribució lateral de profunditat, amplada , velocitat superficial, flux i nombre de blocs.

2.2.3. Dades sísmiques

6 Hem instal·lat una estació sísmica de la marca Myotis a la vora del curs d’aigua 4,6 km al sud de la part superior (1.090 m d’altitud). Aquesta estació consistia en una bateria de 12 V i un panell solar de 50 watts, una gravadora de miotis de 16 bits amb una dinàmica de 85 dB, un guany de 100 i una freqüència de mostreig de 500 Hz i dues geofones (freqüència neta 4,5 Hz; sensibilitat 32 MV / mm / s) remot de 76 m a part de l’altre i paral·lel sobre l’aigua. També hem rebut senyals sísmiques de l’estació MEA04 instal·lada al voltant de la Cimera del Volcà pel projecte Domerapi. Aquests senyals sísmics, gravats pel sismòmetre Guralp CMG-6TD, serveixen per calcular la velocitat mitjana del lahar des de dalt al nostre lloc d’observació (taula 1). També vam utilitzar Walkies UHF Talkies establerts a la freqüència pertanyent a l’Oficina de Seguiment de Merapi Volcà (BPPTKG) per escoltar senyals sísmiques de banda ampla de banda ampla i comunicar-se amb observadors locals.

pestanya. 1 – Síntesi dels resultats.
TAB. 1 – Resultat general.

8,5 m / s

Funcions / característiques

Anàlisi Resultat / resultats

Tipus de lahar / lahar tipus

càsting de residus

Data / data

28 de febrer de 2014

activador a la part superior / disparant el temps a la zona de la cimera

Arribada del flux hiperconcentrós inicial / Arribada del flux d’hiperconcentrat inicial

Arribada de l’arribada frontal / frontal

Arribada del pols 1 / Arribada del primer pols de Lahar

Arribada del pols 2 / Arribada del segon pols de Lahar

Durada / durada

1h44

Durada de l’anàlisi / durada de l’anàlisi

1 hora

Pluja sud-est / pluja sud-est

24 mm (13 h 20 – 14 h 47)

Pluja occidental / pluja sud-oest

10,6 mm (15 h 09 -16 h 17)

Velocitat mitjana de Lahar / Velocitat mitjana de Lahar

4,12 m / s

Velocitat de velocitat frontal

Velocitat màxima màxima / velocitat màxima Superfície

14,5 m / s

Flux màxim / descàrrega màxima

473 m3 / s

Volum total de flux / volum total de lahar

> 116 524 m3

Nombre de col·lapses / Nombre de col·lapses del banc

Nombre mínim de blocs / nombre visibles de roques visibles

la “càsting de residus” “El tipus es desencadena a les 2:10 pm i arriba al lloc d’observació a les 14:28. Almenys 595 blocs visibles de més d’1 m es transporten pendan t el lahar. El volum total de Lahar arriba a més de 116 524 m3.
DebRis-Flow-Type Lahar es va activar a les 14:10 i arriba a l’abast d’observació a les 14:28. Almenys 595 roques visibles (diàmetre > 1 m) es transporten durant l’esdeveniment. El volum total de Lahar es calcula més de 116.524 m3.

2.3. Processament de dades

7 vídeos s’han registrat a una freqüència de 25 fotogrames per segon. La mida del càmera i el primer autor d’aquest article (1,76 m) es va utilitzar com a escala. Hem establert una distància a terra per ajudar a calcular la velocitat de la superfície per imatge per anàlisi d’imatges. Per a cada eix, la base de dades conté, a una freqüència de 15 segons, profunditat, amplada i velocitat del front i la superfície del fluid, que ens va permetre calcular les variacions de flux. La velocitat superficial es va calcular comptant el nombre d’imatges necessàries relacionades amb un marcador flotant (petits blocs o restes) per creuar l’àrea de l’anàlisi de vídeo sobre una distància real de 7,8 metres a terra. La velocitat de la superfície es va obtenir d’acord amb la següent fórmula:
vs = 7.8 / (n / 25) (1)
on vs = velocitat de superfície instantània (m / s), 7.8 = distància coneguda al camp, n = Nombre d’imatges.

8 En venjança, és impossible calcular la velocitat mitjana del Lahar (que té en compte les forces de fricció interna) i que, per tant, s’ha estimat a 4/5 de la superfície Velocity (Lavigne et al., 2003). El flux es va calcular així de la següent equació:
Q = l x p x 4/5 (vs) (2)
on q = flux mitjà (m3 / s), l’amplada (m), p = profunditat (m ), vs = velocitat superficial (m / s).

9 Hem quantificat manualment el nombre de blocs visibles (diàmetre > 1 m). També hem mesurat la dimensió (amplada de longitud X d’amplada) del bloc visible més gran per calcular el seu volum i, per tant, l’habilitat del Lahar.Multiplicant aquest volum per la densitat de la roca andesita (2,5-2,8 tones / m3), vam estimar el pes màxim dels blocs transportats.

10Concenter les dades sísmiques, per tal d’aïllar els senyals que interessen Ens va aplicar per primera vegada un filtre de pas de banda de 5-240 Hz. Les dades s’han corregit segons la sensibilitat dels sensors per obtenir directament la velocitat de les ones en m / s. Després vam mirar el contingut de freqüència dels senyals per la freqüència de temps d’anàlisi (anàlisi de freqüència de temps / TFA) utilitzant 50 mostres per segon per construir un espectrograma.

3.1. Prencant les pluges

11 La imatge de MTSAT mostra que una alteració plujosa es va formar ràpidament al voltant del con volcànic a partir de les 13.00 hores. Malgrat el desenvolupament similar dels núvols entre els flancs est i oest, la durada de la precipitació ha variat en cadascuna de les cèl·lules. Al matí, plovia només a l’oest. Llavors es va produir una forta pluja a les 1:20 i les 14:47 amb una intensitat de 16 mm / h. Aquesta pertorbació es va mudar a l’oest on es va registrar una intensitat de pluja de 9,3 mm / h entre les 15:09 i les 16:17 (fig. 2). El Lahar del 28 de febrer de 2014 va ser provocat a les 14:11 i va arribar al punt d’observació a les 2:28 pm després d’un front de pluja (24 mm a les 1:27) del flanc oriental (taula 1). Segons el gràfic acumulat de precipitacions (Fig. 2B), un primer flux hiperconcentrat, descarregat en blocs, arriba a l’estació a les 14:28, o 67 minuts després de l’inici de la pluja. El front de Lahar arriba a 13 minuts més tard. Aquesta pluja es registra al nostre calibre de pluja situat a 1.100 m d’altitud. Les condicions difícils del terreny no permeten instal·lar un mesurador de pluja entre 1.500 i 2.500 m d’altitud, no tenim informació precisa sobre la intensitat de la pluja a la zona inicial del Lahar. Tanmateix, aquest valor de precipitació no s’ha de considerar com un llindar de disparador de Lahar. De fet, a partir de les observacions realitzades el 1995 des del Centre Tècnic de Savo Weather Radar Data (Lavigne, 1998), la zona de sortida del riu Gendol és a diversos quilòmetres aigües amunt del calibre de pluja. Altitud probablement entre 1.500 i 2.500 m.

FIG. 2 – Imatges MTSAT del 28 de febrer de 2014 de 13 a 18 h
FIG. 2 – Imatges MTSAT el 28 de febrer de 2014 de 13:00 a 18:00.

FIG. 2 - Imatges MTSAT del 28 de febrer de 2014 de 13 a 18 h Fig. 2 - Imatges MTSAT el 28 de febrer de 2014 de 13:00 a 18:00.

A: distribució espacial-temporal de la pluja; B: Precipitació registrada als flancs sud-est i sud-oest del volcà de Merapi.
A: distribució espacial-temporal de precipitacions; B: Gravat precipitacions acumulades al sud-est i al sud-oest del volcà.

3.2. Paràmetres hidrològics del Lahar

12 L’anàlisi analitzada es va registrar en el nostre equip entre les 2:25 pm i les 4:12 pm, una durada d’1 hora i 47 minuts. El volum total de Lahar calculat des del seu hydrobram (14 h 25-15 HP 10) arriba a més de 116.500 m3. Abans de l’arribada del Lahar, vam notar un flux fluvial (14 h 25-14 h 28) resultant d’una escorrentia molt localitzada que apareixen als barrancs de la vora del canal.

13 Les variacions hidrològiques del lahar permeten distingir clarament 4 fases grans (fig. 3a, b i c):

Fig 3 – Lahar de febrer 28, 2014.
FIG. 3 – Lahar el 28 de febrer de 2014.

Fig 3 - Lahar del 28 de febrer de 2014. Fig. 3 - Lahar el 28 de febrer de 2014.

a: profunditat; B: velocitat superficial; C: flux; D: Nombre de blocs; E: Signatura sísmica; F: Anàlisi de temps de freqüència. Després d’un problema tècnic, el senyal sísmic s’interromp a les 2:46 pm
a: profunditat de flux; B: Velocitat a la superfície; C: descàrrega; D: Nombre de roques; E: forma d’ona sísmica; F: Anàlisi de freqüència de temps. A causa del problema tècnic, la parada sísmica deixa de gravar a les 14:46.

14- Fase 1 – Flux hiperconcentrós (14 h 28 – 14:41).

15à 14:28, un primer front travessa el nostre lloc instrumentat (pestanya. 2). Durant aquesta fase, que dura una dotzena de minuts, la profunditat, el flux de velocitat i flux augmenta gradualment, aconseguint respectivament 1,60 m, gairebé 5 m / s i 40 m3 / s. El vídeo mostra una càrrega de suspensió gran (sense dades disponibles, cap mostreig manual amb extremadament perillós), sinó on l’aigua encara apareix dominant en el flux. És inequívocament d’un flux hiperconcentrat.

pestanya. 2 – Quatre grans fases de Lahar.
TAB. 2 – Fases principals del forn de Lahar.

No.

fase

Temps

valeur màxim

Profondeur (m)

Vitesse surfique (m / s)

Débit (m3 / s)

Eculement hiperconcentré

14 h 28 – 14 h 41

1,6

pic de Coulée de Débris

14 h 41 – 14 h 44

Corps du lahar

14 h 44 – 15 h 00

cua du lahar

15 h 00 – 16 h 12

1: écoulement hiperconcentré inicial; 2: Pic de Coulée de Débris; 3; Corps du Lahar – Coulée de Débris; 4: Queu due du Lahar – écoulement hiperconcentré.
1: flux hiperconcentrat inicial; 2: el pic de Lahar – flux de residus; 3: El cos de Lahar – flux de residus; 4: La cua de Lahar – Flux hiperconcentrat.

16- Fase 2 – Pic de Coulée de Débris (14 h 41 – 14 h 44).

17Un segon front, de 4,2 m de haut et Pierreux Cette fois-ci, Enregistré par la Caméra à 14 h 41, marque le début de la fase de coulée de débris. La Profondeur Maximale Atteint Près de 7 m (Fig. 3a), aboqui une Vitesse Surfacique Depassant 16 m / s (Fig. 3B). Le Débit Màxim de fase Cette ATteint 473 m3 / s (Fig. 3C).

18- fase 3 – Cos du lahar (14 h 44 – 15 h 00).

19à La Suite du Pic, La Profondeur, La Vitesse et Le Débit du Lahar Diminuent Lentement, Mais la Décroissance N’est Pas Régulière. LA PROFONEUR MÀXIM PASSE DE 4 MÈRES À MOINS DE 1 MÈRET (Fig. 3a). LA VITESSE DU LAHAR Diminue PALIERS APRÈS LE PIC, PASSANT DE 12 À 4 M / S (Fig. 3B). Son Débit Diminue également P Persones Palieres Mais La Baese Est Bien Bien Plus Marquée, Passant de 80 à Moins de 10 m3 / s a l’extrême Fin de l’Écoulement (Fig. 3C).

20- fase 4 – Queue du Lahar (15 h 00 – 16 h 12).

21L’ÉCOULLEMENT SE CONCENTRE DANS LE THALWEG (AX Central) Qui est Érodé Jusqu’A 3 M de Profondeur. La Profondeur Maximale EST de 1 m et Continua a Diminuer Jusqu’à La Fin du Lahar. La Vitesse Baese de 4 m / s et le débit réduit de 10 m 3 / s.

3.3. Transport de blocs visibles

22les Blocs Blocs Lors de la fase 1 (Fig. 3D). Cependent, Assez Peu de Blocs de Taille Métriques Son visibles Penjoll L’Éculement Hyperconcentré (en Moyenne 2,2 Blocs parell). Le Front de l’Éculement N’est Pas Pierreux, à La Diférence de Celui de la Coulée de Débris. Penjoll Le Pic de Coulée de Débris (fase 2), 279 Blocs de 1 m Son Son Observés, Soit Un Taux de 93 Blocs Penjoll de minut 3 minuts. Sobre distingue sur la figura 3D Deux Convois de Blocs de Bien Distències, Séparés d’Une Minute L’ONU de l’Autre. Penjoll Le Corps du Lahar (fase 3), Medi Ambient Convois de Blocs Son visibles à la Superfície de l’Écoulement entre 14 h 44 ET 14 H 56 (Fig. 3D). LA MOITIÉ DE CES CONVOIS CONCENTRE UN MÀXIM D’UNE DIZAINE DE BLOCS MOLT MINUTE, TANDIS QUE L’A LA RELÈVE UN CONVOI PLUS I IMPORTANT A 14 H 53, Qui Transporte Entre 10 ET 16 Blocs Métriques Parell Minut, Alors que Le Débit N’est Que d’une cinquantaine de mètres-cubs parell. À Partir de 14 h 56, Les Blocs Deviennent Très Rares, Puis inexistents après 15 h 05. Le volum Màxim de Blocs Transportés Observéss Est de 7,6 m3 (4,85 m x 1,17 m x 1,33 m). La Plupart de Ces Blocs Était de tipus Andésique, Qui Est Le Faciès Dominant du Volcan Merapi. Sa Densité Variant de 2,5 au 2,8 tones / m3, Le Poids Màxim de Blocs Transportas Pare Lahar Fut d’une Vingtaine de tones.

3.4. Signaux Sismiques

23les Sismogrammes Enregistrés Par Estació (Fig. 3E ET Fig. 4B et d) Enregistrament Les Vibracions Générées Pare Le Passage du Lahar.

Fig. 4 – Fréquència Sispique de l’Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris.
FIG. 4 – Freqüència sísmica del flux d’hiperconcentrat i flux de restes.

FIG. 4 - Fréquència Sispique de l'Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris. Fig. 4 - Freqüència sísmica del flux d'hiperconcentrat i flux de restes.

a: flux total; B i c: sismograma i espectrograma de geophone ascendent; D i E: Sismograma i espectrograma del Geophone aigües avall. La forma d’ona i la freqüència sísmica difereixen per a la fase de fase de residus.
A: descàrrega total; B i C: sismograma i espectrograma de Geophone ascendent; D i E: sismograma i espectrograma de Geophone aigües avall. La forma d’ona sísmica i la freqüència són sorprenentment diferents per a la fase de flux de residus.

Les dades de 24ces són representatives de l’energia proporcionada pel Lahar. No obstant això, remot només 76 m, els dos geofones tenen una signatura curiosament diferent. El cim (Fig. 4b) mostra dues fases bastant marcades: la primera, entre les 14:30 i les 14:38, correspon a grans variacions d’amplitud del senyal, amb pics superiors a 3 x 10-4 m / s. En el segon, l’amplitud creu gradualment, amb pics menys marcats. El Geophone aigües avall (Fig. 3e i Fig. 4D) també mostra dues fases clarament separades. Durant la primera, de 14:28 a 14:14, l’amplitud es redueix bastant (1 x 10-4 m / s, amb pics rars a més de 2 x 10-4 m / s) i relativament homogènia. La segona mostra sobre els senyals contraris de major amplitud gairebé instantàniament a partir de les 14 h 41. Les dues geofones de només 76 m, els senyals sísmics, desgraciadament, no ens permeten calcular la velocitat de propagació dels dos fronts. El diagrama TFA (anàlisi de freqüència de temps; Fig. 3F i Fig. 4c i E) representa la distribució temporal de les freqüències registrades durant el flux, que ens dóna principalment al transport de blocs de càrrega a la part inferior del llit. Així, els dos geofons aigües amunt i avall mostren la mateixa freqüència, entre 150 Hz i 240 Hz, fins a les 14:40. Després de les 14:42, les ribes de freqüència difereixen entre les dues geofones: a l’alçada del Geophone ascendent, dominant La freqüència varia entre 10 i 50 Hz (fig. 4c). El pic de freqüència per a aquest geophone és bastant baix, de l’ordre de 20 Hz. A l’altura del Geophone de la freqüència, el rang de freqüència és més ampli, de 10 a 150 Hz, amb una freqüència dominant a 70 Hz (Fig. 3F i Fig. . 4th). Pel que fa a les signatures sísmiques de la segona fase del Lahar (fase amb residus), els nostres resultats ressalten una variació de freqüència bastant marcada entre dos sensors idèntics, connectats a la mateixa estació i remot de només 76 m un dels altres. Per tant, aquestes variacions són inherents a la dinàmica del flux, que es discuteix a continuació.

4.1. Quatre fases de flux grans

25 El nostre enfocament acoblat de vídeo-geofísic va permetre distingir quatre grans fases del flux de lahar del 28 de febrer de 2014 al riu Gendol.

4.1.1 . Un flux inicial hiperconcentrat

26 d’una profunditat no superior a 2 m, aquest flux de color marró fosc té uns blocs visibles a la superfície. Els dos geofones aigües amunt i avall mostren una freqüència bastant alta, entre 150 Hz i 240 Hz, que semblen indicar que es transporten prou grans blocs que es transporten durant aquesta fase, incloent-hi quan es va produir. La presència d’aquest flux d’hiperconcentric a llarg termini inicial (< 15 min) testimonia que el Lahar es va activar com a conseqüència d’una sortida violenta però molt breu. Vint mm es van reduir en menys de 90 minuts al nivell del Geophone (1.121 m ASL), que va generar vessants locals amb un refredament baix. L’acumulació d’aquests esculls ha arribat al lloc d’estudi en forma d’un flux d’hiperconcentració inicial. Aquest últim no va tenir temps per erosionar prou el canal per constituir una càrrega sòlida capaç de generar un flux de restes. D’altra banda, al mateix temps que la iniciació del flux hiperconcentrat, un encenedor aigües amunt a 1.500 m d’altitud ha generat una erosió massiva (esllavissaments) que va conduir a la formació del flux de residus (vegeu Lavigne et al., 2000, Vallance, 2005 Per obtenir més informació sobre aquest tipus de procés).

4.1.2. Un flux de residus caracteritzats per dues principals pulsacions

27Un frontal de pedra progressant més ràpid que el flux inicial hiperconcentrat (taula 1) es filma al voltant de les 2:41 pm. Segueix dues pulsacions marcades en només tres minuts , el segon corresponent al pic de flux de Lahar, que es multiplica pel que fa al flux hiperconcentrat inicial (fig. 3a i 3C). Aquesta fase extremadament breu reforça la idea d’un avell violent molt curt (uns minuts) entre 1.500 i 2.000 m d’altitud. L’origen d’aquestes pulsacions es pot interpretar de diverses maneres: (1) es podrien vincular a una renovada intensitat de pluja durant el flux (fig.2), fenomen ja descrit per als Lahars de la vall de Boyong el 1995 (Lavigne, 1998, Lavigne i Thouret, 2000); (2) Però a la vista de l’interval de temps molt curt entre aquestes dues pulsacions, són més probables a causa de l’arribada no síncrona d’un lahar d’una branca tributària del canal principal de la seva part actual, part visible a l’estudi Mapa del lloc (Fig. 1). A més, aquestes dues pulsacions corresponen a l’arribada de dos combois de blocs molt propers, transportats principalment a la superfície: el vídeo mostra un nombre molt gran de blocs flotants (279 blocs en 3 minuts), mentre que els senyals sísmics no arriben a la seva Amplitud màxima. També observem que s’aconsegueix els blocs màxims visibles de la superfície entre aquestes dues pulsacions. Es dedueix que el comboi de blocs a les 14 h 43 tendeix a frenar el flux en la forma d’un front, que segueix una velocitat màxima i un ritme de flux del lahar. Aquestes pulsacions van modificar així la relació entre la profunditat i el cabal. Hem calculat un R2 = 0,75 (amb pulsacions, fig. 5a) i un R2 = 0,83 (sense pulsacions, fig. 5b).

Fig. 5 – Relació entre profunditat i velocitat: amb pulsacions (a) i sense pulsacions (b).
FIG. 5 – Relació entre la profunditat i la velocitat de flux: amb polsos de Lahar (a) i sense polsos de Lahar (b).

FIG. 5 - Relació entre profunditat i velocitat: amb pulsacions (a) i sense pulsacions (b). Fig. 5 - Entre la relació de profunditat i velocitat de flux: amb els polsos de La Lahar (a) i sense polsos de lahar (b).

Les pulsacions contenen l’augment de profunditat i la disminució de la velocitat que, posteriorment, disminueix el Relació entre profunditat i velocitat (R2 = 0,75).
Lahar Pulse conté la profunditat creixent i la velocitat decreixent que rebutja la profunditat i la velocitat (R2 = 0,75).

4.1.3. El cos de Lahar es manté “flux de residus”

28 sobre la continuació del pic, la profunditat i el flux del lahar cauen bruscament, però diverses pulsacions secundàries petites, típiques dels fluxos de residus (Doyle et al. , 2010), s’observen almenys uns vint minuts. L’alta concentració sedimentària del Lahar és testificada pel color encara molt fosc del flux, però sobretot per la presència de diversos combois de blocs de flotació. També hem observat l’existència de materials secs flotant a la superfície del flux durant el tercer pols, materials de bufanda dels bancs durant el pas del Lahar (fig. 6). La presència de molts blocs flotants implica encara una pressió dispersiva significativa on les tensions de tall intern estan dirigides tangencialment pel que fa a la superfície fluida (coixí, 1997). Els blocs de flotació també suggereixen una petita diferència de densitat entre partícules sòlides i líquid líquid (Vallance 2005) que es troba a l’origen del fenomen de flotabilitat. Fig. 3e mostra, però, que els senyals sísmics tenen una amplitud màxima durant aquesta fase, que suggereix un transport preferit de blocs per saltació, o fins i tot cobrant a la part inferior per als més grans.

FIG. 6 – Imatges capturades durant la Pic du Lahar.
FIG. 6 – Captura de pantalla del pic de Lahar.

FIG. 6 - Imatges capturades durant la Pic du Lahar. Fig. 6 - Captura de pantalla del pic de Lahar.

a: blocs; B: Materials de col·lapse a la superfície de flux.
a: roques; B: Materials de terra a la superfície del flux.

4.1.4. La cua de Lahar està marcada per una dilució progressiva

29 des de 15 h 00, el flux del Lahar va continuar disminuint i el flux es va diluir gradualment, tal com es fa referència pel seu més color. A més clar. Durant aquesta fase de transició d’un flux hiperconcentrat a una fase fluvial, el Lahar va perdre la competència necessària per transportar els blocs.

4.2. Interès de la confrontació entre dades geofísiques i observacions visuals

30 La instrumentació geofísica ha estat àmpliament utilitzada per estudiar la dinàmica dels Lahars (Lahusen, 1998, Zobin et al., 2009, Doyle et al., 2010; Cole et al., 2009, Buurman et al., 2013) i lava torrencial a les muntanyes no volcàniques (Arattano i Moi, 1999, Huang et al., 2007; Huang et al., 2008; Hübl et al., 2012 ; Abancó et al., 2014). Aquests sensors permeten obtenir dades fiables sobre la velocitat d’acceleració sísmica, la durada, la freqüència i la forma de les ones. Les freqüències baixes (< 30 hz) se suposa que donaran una aproximació de la càrrega inferior dels fluxos i blocs transportats per la saltació, mentre que les freqüències més altes es consideren representatives de fluxos hiperconcentrats, Menys carregats de materials.No obstant això, molts paràmetres hidràulics com la profunditat, la velocitat, l’amplada o el flux del Lahar no són quantificables per l’únic enfocament geofísic. De la mateixa manera, el transport de blocs suspesos no es registra en els canals de baixa freqüència dels sismòmetres. L’originalitat del nostre estudi ha estat un parell d’una anàlisi dels senyals sísmics registrats per dues geofones a una reconstrucció detallada de la dinàmica d’un lahar de les imatges de vídeo pres des del principi fins al final del flux. Fins ara, només unes quantes obres han utilitzat aquest enfocament (per exemple, Lavigne et al., 2003), i cap amb tal grau de precisió en l’anàlisi de la imatge de vídeo, ja sigui per als Lahars o els fluxos de restes de muntanya. Dos punts principals, reunits en els paràgrafs següents, s’han destacat per aquest encreuament de mètodes.

4.2.1. Una resposta sísmica varia fortament en funció de la morfologia del canal

31 Depenent del pas del front pedregós i de les primeres pulsacions, la resposta dels dos geofones és diferent. La coberta registreix una freqüència que oscil·la entre els 5 i els 50 Hz (freqüència dominant d’uns 20 Hz), típica de les proves de la literatura sobre els fluxos de residus (taula 3). D’altra banda, el Geophone aigües avall indica un rang de freqüència més ampli, que oscil·la entre els 5 i els 150 Hz (freqüència dominant d’uns 70 Hz). Aquesta diferència es podria explicar per la presència ascendent d’una font hidràulica d’una dotzena de metres d’altura, a causa de l’erosió diferencial entre una colada de lava a la part inferior del llit i els materials piroclàstics subjacents (fig. 7a i b). La caiguda dels blocs en aquesta cascada genera principalment freqüències baixes, que són molt menys gravades unes poques desenes de comptadors descendents en la mesura que els blocs es remobilitzen bastant ràpidament per la saltació i suren per a alguns (fig. 7).

pestanya. 3 – Rang de freqüència de fluxos de residus i flux hiperconcentrat.
TAB. 3 – Gamma de flux de flux de residus i flux hiperconcentrat.

pestanya. 3 - Rang de freqüència de fluxos de residus i flux hiperconcentrat. Pestanya. 3 - Gamma de flux de flux de residus i flux hiperconcentrat.

DF = càsting de residus, hf = fluix hiperconcentrat, sf = flux fluvial.
df = flux de residus, hf = hyperconcentrate flux, sf = fluxflow.

huang et al. (2007) i Yin et al. (2011) Mostra l’abast d’alta freqüència per a fluxos de residus sense explicar la raó.
Huang et al. (2007) i Yin et al. (2011) Gamma d’alta freqüència per a fluxos de residus sense explicar la raó.

Fig. 7 – Diagrama de la dinàmica de Lahar: vista horitzontal (a) i vista vertical (b).
FIG. 7 – Esbós de la dinàmica de Lahar: vista horitzontal (a) i vista vertical (b).

FIG. 7 - Diagrama de la dinàmica de Lahar: vista horitzontal (a) i vista vertical (b). Fig. 7 - Esbós de Lahar Dynamics: Vista horitzontal (a) i vista vertical (b).

El restabliment hidràulic obliga els blocs per colpejar el llit del canal al lloc ascendent, els mateixos blocs flotant al riu aigües avall Lloc.
Les roques es veuen obligades a colpejar el llit al llit al lloc ascendent i, a continuació, les mateixes roques suren al lloc aigües avall.

4.2.2. Una resposta sísmica dels fluxos de residus per interpretar amb precaució

32contraire al que sovint es pot avançar a la literatura, inclosos els dissenyadors AFM (Monitor de flux acústic, Lahusen, 1998), les freqüències superiors a 100 Hz no coincideixen sistemàticament a Fase de flux hiperconcentrada (taula 3). Els nostres resultats mostren sense ambigüitats que la freqüència sísmica del cos de Lahar del 28 de febrer de 2014 pot arribar als 150 Hz durant una fase de runes. De fet, des del pas del front, on els blocs de mida mètrica es traslladen mitjançant la càrrega, el cos de Lahar continua transportant blocs, però en saltació o suspensió, limitant els contactes amb el sòl. Aquesta observació ha de concloure que l’única mesura de la freqüència dominant d’un flux no permet diferenciar els fluxos hiperconnectats dels fluxos de residus. Per aquestes dues raons, les mesures geofísiques s’han d’interpretar amb la major precaució quan no es calibren gràcies a les observacions in situ i les mesures de vídeo.

4.3. Emissió i reproductibilitat del mètode

33sur El volcà de Merapi, la gestió del risc dels Lahars es basa en dades sísmiques i modelització digital. Les dades sísmiques poden detectar els Lahars, però no són capaços de descriure la dinàmica del moviment dels Lahars. El mateix esdeveniment que es produeix en un entorn similar produeix un senyal sísmic idèntic (Zobin et al., 2009, Quang et al., 2015).Els Lahars modifiquen el seu entorn durant l’esdeveniment, modificant així els senyals sísmics en temps real. L’observació de vídeo aconsegueix resoldre aquesta limitació proporcionant l’estimació dels paràmetres i els comportaments hidrològics de flux que també és útil per a la modelització dels Lahars.

Conclusió

34 La metodologia original basada en l’acoblament d’imatges de vídeo i dades sísmiques es pot considerar un enfocament alternatiu a la recerca de la dinàmica dels Lahars, des del seguiment directe de Els Lahars a terra solen ser difícils i perillosos. El vídeo s’utilitza per calcular la magnitud, la velocitat, el flux, canviant el procés durant l’esdeveniment. Les dades sísmiques identifiquen la freqüència, l’amplitud i la durada de cada fase de l’evolució dels Lahars. Les dades sísmiques s’han d’interpretar amb precaució en comparació amb les dades hidrològiques derivades del vídeo, a causa de la canvi de les característiques morfològiques del canal durant l’esdeveniment. La informació sobre la dinàmica de moviment dels Lahars s’ha de tenir en compte de manera molt detallada, ja que és un criteri molt important per a la detecció automàtica i la modelització dels Lahars, enfocaments que s’utilitzen regularment en la gestió d’aquest tipus de risc.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *