Geomorfología: alivio, proceso, entorno

Esta búsqueda es parte del primer autor. Tesis como parte de la Fundación Axa Foundation Sedimer. El proyecto DOMERAPI (ANR) proporcionó ayuda importante para este trabajo. Los autores también agradecen a Edward de Belizal por proporcionar la base de datos de ocurrencia de Lahars. El personal del PSBA UGM proporcionó un apoyo significativo en toda la campaña de campo. También se agradece a Balai Sabo, BMKG y BPPTKG por fácil seguir a los Lahars en tiempo real.

Introducción

1El término de Lahar, de origen indonesio, designa una mezcla de escombros y agua que otros que un flujo fluvial, que fluye de un volcán de velocidad rápida (Smith y Fritz, 1989, Nell, 2004, Valancence, 2005). Esta palabra fue utilizada por la comunidad científica para describir la erupción del Volcán Kelud en Java en 1919, lo que causó la ruptura del lago Crater y generó un sincruptivo o primario Lahar (Koning, 1919, Den Oop, 1919; Escher, 1920, Kemmerling, 1921). El término lahar reúne dos tipos de flujos: (1) flujos de escombros (concentración sedimentaria > 60% en volumen) y (2) los flujos hipercontentrados (concentración sedimentaria de 20 a 20 a 60% en volumen) que son más turbulentos. Desde la década de 1980, el estudio de los Lahars ha comenzado por el análisis de sus depósitos (Janda et al., 1981, Pierson, 1980), y por observación visual en el suelo (Pierson y Scott, 1985, Branley y Waitt, 1988, 1988, Rodolfo et al., 1989, Pierson, 1995, Cronin et al., 1997). Gracias al desarrollo de instrumentación geofísica, las observaciones visuales han dado paso a medidas precisas. Sensores acústicos (AFMS: monitor de flujo acústico) se han implementado en los flancos del volcán Pinatubo (Haldey y Lahusen, 1995, Marcial et al., 1996, Tuñgol y Regalado, 1996). Las señales sísmicas también se han analizado en el volcán MERRAPI y COLIMA utilizando RSAM (medición de amplitud sísmica en tiempo real), SSAM (medición de amplitud sísmica espectral) o bandas anchas (Zobin et al., 2009, Lavigne y Al., 2000). Otros investigadores finalmente han utilizado una combinación de sensores geofísicos (Doyle et al., 2010). Los avances tecnológicos en la grabación de video han mejorado la comprensión de este tipo de fenómeno y el cálculo de la profundidad, la velocidad, el flujo, así como el conteo de bloques (Lavigne et al., 2003, Gómez y Lavigne, 2010, Starheim et al. , 2013). En paralelo, algunos autores han estado interesados en el modelado de los losajones, por un lado, los enfoques experimentales físicos (MAYOR, 1997, Iverson et al., 2010), y, por otro lado, por un enfoque digital, por ejemplo, utilizando Laharz (Schilling, 1998), Titán 2D (Patra et al., 2003), Volcflow (Kelfoun y Druitt, 2005), Massmov2D (Begueria et al., 2009) y DAN 3D (Hung y McDougall, 2009). La dinámica de flujo de los Lahars sigue siendo poco conocida, lo que explica que los experimentos de modelado analógico o digital no son concluyentes. Una de las razones de este bloqueo científico es la dificultad de adquirir datos in situ durante los flujos. Por ejemplo, la presencia de bloques y colapsos de los bancos nunca se tiene en cuenta en los modelos de flujo. Nuestro estudio puede complementar información desaparecida pero aún importante para mejorar estos modelos.

2 La erupción del Volcán Merapi (Java, Indonesia) en octubre de 2010 fue una oportunidad para que nuestro equipo produzca nuevos datos de campo como parte del sedimer (los desastres de sedimentos requesados sigan la erupción de 2010 del Volcán Merapi, Java, Indonesia, 2012-2015). Habiendo experimentado más de 80 erupciones de 1672 a 2010, Merapi es uno de los volcanes más activos del mundo. Se repiten en un intervalo entre 1 y 18 años con un promedio de retorno de 4 años estimado (BAPPENAS y BNPB, 2011). La última erupción en octubre a noviembre de 2010 ha depositado alrededor de 45 millones de m3 de Tephras en la cuenca del río Gendol al sur del cono activo (Solikhin et al., 2015) y causó la muerte de 367 personas y la destrucción más de 1,200 casas (Lavigne et al., 2015). La erupción que se ha iniciado al comienzo de la temporada de lluvias, el agua de lluvia causó la eliminación de materiales piroclásticos en los 11 cursos de agua del volcán, generando los Lahars. Desde octubre de 2010 hasta 2011, 282 Lahars se activaron en 17 ríos (de Belizal et al., 2013) y alrededor de 108 Lahars durante el período de 2012 a 2013 (Lavigne et al., 2015).Entre 2010 y 2013, la frecuencia de los Lahars disminuyó como resultado del agotamiento gradual de las reservas de materiales disponibles removibles. Sin embargo, la erupción explosiva del 13 de febrero de 2014 del volcán Kelud, ubicada a 210 km al este de Merapi, resultó en un nuevo depósito de cenizas cuyo grosor varió entre 2 y 5 mm, basado en nuestra observación de campo en el lado sur y sudoeste . La aparición de los Lahars en Merapi ha aumentado en relación con la temporada de lluvias precedentes (19 Lahars durante los 30 días siguientes a la erupción). Lahar del 28 de febrero de 2014, presentada aquí, constituye el primer evento importante al lado del volcán Merapi después de la erupción del volcán Kelud. Este trabajo tiene como objetivo estudiar la dinámica de este lahar durante toda la duración del flujo, con especial atención a las variaciones hidrológicas y el transporte de sedimentos. Dado que los sistemas de detección de Lahars a menudo se basan en sensores geofísicos, el acoplamiento de video sísmico en este trabajo se usa para calibrar la medición de parámetros geofísicos en el canal natural. Este estudio también sirve para ayudar a los modelos de Lajars a mejorar sus códigos al darle información a estas variaciones hidrológicas que rara vez se tienen en cuenta hasta hoy.

Sitio de estudio y metodología

3 Configuramos una metodología original, basada en el acoplamiento de imágenes de video, grabaciones sísmicas y de lluvia, obtenidas en el río Gendol (GIS 1). Hemos seleccionado una sección del canal ubicada a 1,100 m de altitud, ubicada en los depósitos de flujo piroclásticos de 2010. El ancho del canal alcanzó las 26 m en la fecha de ocurrencia de Lahar (28 de febrero de 2014), para una pendiente. Alrededor de 14 % (o 8 °).

2.2. Adquisición de datos

2.2.1. Datos pluviométricos

4AFIN Para registrar la intensidad real de la lluvia, instalamos dos lluviosos en el flanco suroeste y sureste de Merapi a aproximadamente 1,100 m de altitud (Fig. 1) Una serie de imágenes satelitales de MTSAT permitieron conocer el desarrollo de cumulonimbuse alrededor del volcán espacial a pequeña escala, pero a gran escala (1 hora, tiempo real). Además, pudimos consultar la lluvia de las cámaras automáticas alrededor del volcán gracias a la cuenta de Twitter del BPPTKG (Observatorio Volcán Merapi).

Fig. 1 – Mapa del sitio de estudio.
HIGO. 1 – Mapa del sitio de estudio.

fig. 1 - Mapa del sitio de estudio. Higo. 1 - Mapa del sitio de estudio.

1: Cumbre de Merapi; 2: arroyo; 3: Casting piroclástico 2010; 4: Cirugía piroclástica de 2010; 5: calibre de lluvia; 6: Sitio de estudio.
1: Cumbre de Merapi; 2: Ríos; 3: Flujo piroclástico 2010; 4: Surge piroclástica 2010; 5: Raingauge; 6: Observación del sitio.

2.2.2. Los datos hidrológicos

5A Estación de observación se ha equipado con una cámara fija apuntada en la orilla izquierda del canal y una cámara de video manual en la orilla derecha. Analizamos las características hidrológicas del Lajar desde el procesamiento de imágenes de video utilizando un protocolo de medición específico: el Lahar se dividió en tres ejes (un eje central rodeado por dos ejes a lo largo de cada banco), con el fin de analizar la distribución lateral de la profundidad, el ancho. , velocidad de la superficie, flujo y número de bloques.

2.2.3. Datos sísmicos

6El instalaron una estación sísmica de la marca Myotis en el borde del curso de agua a 4.6 km al sur de la parte superior (1,090 m altitud). Esta estación consistía en una potencia de la batería de 12V y un panel solar de 50 vatios, una grabadora de myotis de 16 bits con una dinámica de 85 dB, una ganancia de 100 y una frecuencia de muestreo de 500 Hz y dos geófonos (frecuencia limpia de 4.5 Hz; sensibilidad 32 MV / mm / s) remoto a 76 m de distancia entre sí y paralelos sobre el agua. También hemos recibido señales sísmicas de la estación MEA04 instalada alrededor de la Cumbre del Volcán por el Proyecto DOMERAPI. Estas señales sísmicas, registradas por el sismómetro GURALP CMG-6TD, sirven para calcular la velocidad promedio de Lahar desde la parte superior hasta nuestro sitio de observación (Tabla 1). También utilizamos Walkies UHF Talkies establecido en la frecuencia que pertenece a la Oficina de Monitoreo de Volcán Merapi (BPPTKG) para escuchar señales sísmicas de banda ancha de base amplia y comunicarse con los observadores locales.

pestaña. 1 – Síntesis de los resultados.
pestaña. 1 – Resultado general.

fecha / fecha

Lluvia Occidental / Suroeste de la lluvia

8.5 m / s

volumen de flujo total / volumen total de lahar

Número mínimo de bloques / número visibles de rocas visibles

Característica / Características

Resultados de análisis / resultados

Tipo de tipo LAHAR / LAHAR

Fundición de escombros

28 de febrero de 2014

Tiempo en la parte superior / activación en el área de la cumbre

Llegada del flujo / flujo hiperconcéntrico inicial del flujo inicial hipercontentrado

Llegada de la llegada delantera / frente

Llegada del pulso 1 / Llegada del primer pulso de Lahar

Llegada del pulso 2 / Llegada del segundo pulso de Lahar

Duración / duración

1H44

Duración del análisis / Duración de Analyze

1 hora

South East Rain / Southeastern Slighfall

24 mm (13 h 20 – 14 h 47)

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

Velocidad media de Lahar / Velocity promedio de Lahar

4,12 m / s

velocidad de velocidad delantera

Velocidad máxima de superficie / máxima velocidad superficie

14.5 m / s

Flujo máximo / descarga máxima

473 m3 / s

> 116 524 m3

Número de colapsos / Número de colapsos del banco

El «fundición de escombros «El tipo se activa a las 2:10 pm y llega al sitio de observación a las 14:28. Al menos 595 bloques visibles de más de 1 m se transportan Pendan t the lahar. El volumen total de Lahar alcanza más de 116 524 m3.
Debris-Flow-Type Lahar se activa a las 14:10 y llega a la observación alcanzando a las 14:28. Al menos 595 rocas visibles (diámetro > 1 m) se transportan durante el evento. El volumen total de Lahar se estima en más de 116,524 m3.

2.3. El procesamiento de datos

7 se han registrado videos a una frecuencia de 25 cuadros por segundo. El tamaño del camarógrafo y el primer autor de este artículo (1,76 m) se utilizó como una escala. Hemos establecido una distancia en el suelo para ayudar a calcular la velocidad de la superficie por imagen por análisis de imágenes. Para cada eje, la base de datos contiene, a una frecuencia de 15 segundos, profundidad, ancho y velocidad de la frente y la superficie del fluido, lo que nos permitió calcular las variaciones de flujo. La velocidad de la superficie se calculó contando el número de imágenes necesarias relacionadas con un marcador flotante (bloques pequeños o escombros) para cruzar el área del análisis de video a través de una distancia real de 7.8 metros en el suelo. La velocidad de la superficie se obtuvo de acuerdo con la siguiente fórmula:
vs = 7.8 / (n / 25) (1)
donde vs = velocidad de la superficie instantánea (m / s), 7.8 = distancia conocida en el campo, n = Número de imágenes.

8 En venganza, es imposible calcular la velocidad promedio del lahar (que tiene en cuenta las fuerzas de fricción internas) y, por lo tanto, se ha estimado en 4/5 de la superficie Velocidad (Lavigne et al., 2003). El flujo se calculó así a partir de la siguiente ecuación:
q = l x p x 4/5 (vs) (2)
donde q = flujo promedio (m3 / s), el ancho (m), p = profundidad (m ), vs = velocidad de superficie (m / s).

9 cuantificamos manualmente el número de bloques visibles (diámetro > 1 m). También medimos la dimensión (ancho x longitud x altura) del bloque visible más grande para calcular su volumen y, por lo tanto, la habilidad de lahar.Al multiplicar este volumen por la densidad de la roca Andesite (2.5-2.8 toneladas / m3), estimamos el peso máximo de los bloques transportados.

10conCenter los datos sísmicos, con el fin de aislar las señales que interesados Nosotros, primero aplicamos un filtro de banda de 5-240 Hz. Los datos se han corregido de acuerdo con la sensibilidad de los sensores para obtener directamente la velocidad de las ondas en m / s. Luego analizamos el contenido de frecuencia de las señales mediante la frecuencia del tiempo de análisis (análisis de frecuencia de tiempo / TFA) utilizando 50 muestras por segundo para construir un espectrograma.

3.1. Lluvias de activación

11 La imagen de MTSAT muestra que se formó una perturbación lluviosa rápidamente alrededor del cono volcánico desde la 1 PM. A pesar del desarrollo similar de las nubes entre los flancos este y oeste, la duración de la precipitación ha variado en cada una de las células. Por la mañana, estaba lloviendo solo en el oeste. Luego se produjo una lluvia fuerte a la 1:20 y 14:47 con una intensidad de 16 mm / h. Esta perturbación luego se movió hacia el oeste, donde se registró una intensidad de lluvia de 9,3 mm / h entre las 15:09 y 16:17 (Fig. 2). El Lahar del 28 de febrero de 2014 se activó a las 14:11 y llegó al punto de observación a las 2:28 PM después de una frente lluviosa (24 mm en 1:27) desde el flanco oriental (Tabla 1). De acuerdo con el gráfico acumulado de precipitaciones (Fig. 2b), un primer flujo hipercontentrado, descargado en bloques, llega a la estación a las 14:28, o 67 minutos después del inicio de la lluvia. El frente de Lahar llega 13 minutos después. Esta lluvia se registra en nuestro indicador de lluvia ubicado a 1,100 m de altitud. Las difíciles condiciones del suelo no permiten instalar un medidor de lluvia entre 1,500 y 2,500 m de altitud, no tenemos información precisa sobre la intensidad de la lluvia en la zona de inicio del Lahar. Sin embargo, este valor de precipitación no debe considerarse como un umbral de activación de Lahar. De hecho, sobre la base de las observaciones hechas en 1995 desde los datos del radar meteorológico del Centro Técnico de SABO (Lavigne, 1998), la zona de salida del río Gendol se encuentra a varios kilómetros aguas arriba del medidor de lluvia. Altitud probablemente entre 1,500 y 2,500 m.

Fig. 2 – Imágenes de MTSAT del 28 de febrero de 2014 de 1 PM a 6 PM
HIGO. 2 – Imágenes de MTSAT el 28 de febrero de 2014 de 13:00 a 18:00.

Fig. 2 - Imágenes de MTSAT del 28 de febrero de 2014 de 1 PM a 6 PM Higo. 2 - Imágenes de MTSAT el 28 de febrero de 2014 de 13:00 a 18:00.

A: Distribución espaciológica-temporal de la lluvia; B: Precipitación registrada en los flancos del sudeste y del suroeste del Volcán Merapi.
A: Distribución de lluvia Spatio-Temporal; B: Lluvia acumulada grabada en la pendiente del sudeste y del suroeste de Merapi Volcán.

3.2. Parámetros hidrológicos de lahar

12 El análisis analizado se registró en nuestro equipo entre las 2:25 pm y las 4:12 pm, una duración de 1 hora y 47 minutos. El volumen total de Lahar calculado a partir de su hidrovam (14 h 25-15 HP 10) alcanza más de 116,500 m3. Antes de la llegada de Lahar, notamos un flujo fluvial (14 h 25-14 h 28) resultante de una escorrentía muy localizada que aparece en los barrancos en las orillas del canal.

13 Las variaciones hidrológicas de Lahar hacen posible distinguir bastante claramente 4 fases grandes (Fig. 3A, B y C):

Fig 3 – Lahar de febrero 28, 2014.
Fig. 3 – Lahar el 28 de febrero de 2014.

Fig 3 - Lahar del 28 de febrero de 2014. HIGO. 3 - Lahar el 28 de febrero de 2014.

A: Profundidad; B: velocidad de la superficie; C: Flujo; D: Número de bloques; E: Firma sísmica; F: Análisis de tiempo de frecuencia. Después de un problema técnico, la señal sísmica se interrumpe a las 2:46 PM
A: Profundidad de flujo; B: Velocity en la superficie; C: Descarga; D: Número de rocas; E :forma de onda sísmica; F: Análisis de frecuencia de tiempo. Debido al problema técnico, la parada sísmica detiene la grabación a las 14:46.

14- Fase 1 – Flujo hiperconcéntrico (14 h 28 – 14:41).

15à 14:28, una primera frente cruza nuestro sitio instrumentado (pestaña. 2). Durante esta fase, lo que dura una docena de minutos, la profundidad, la velocidad y el flujo de flujo aumentan gradualmente, alcanzando respectivamente 1,60 m, casi 5 m / s y 40 m3 / s. El video muestra una gran carga de suspensión (no hay datos disponibles, cualquier muestreo manual con extremadamente peligroso), pero donde el agua aún aparece dominante en el flujo. Es inequívocamente de un flujo hipercontentrado.

pestaña. 2 – Cuatro grandes fases de Lahar.
pestaña. 2 – Fases principales del horno Lahar.

No.

fase

Ecoulement HyperConcentré

14 H 28 – 14 H 41

1,6

pic de Coulée de Débris

14 H 41 – 14 H 44

corps du lahar

cola du lahar

15 H 00 – 16 H 12

temps

VALEUR MAXIMO

PROFELDEUR (M)

Vitesse Surfacique (M / S)

DÉBIT (M3 / S)

14 H 44 – 15 H 00

1: éculement hiperconcentré inicial; 2: Pic de Coulée de Débris; 3; Corps du Lahar – Coulée de Débris; 4: Queue du Lahar – Écoulement Hyperconcentré.
1: Flujo inicial hipercontentrado; 2: Pico Lahar – Flujo de escombros; 3: Cuerpo de Lahar – Flujo de escombros; 4: cola de lahar – flujo hipercontentrado.

16 – fase 2 – PIC DE COULÉE DE DÉBRIS (14 H 41 – 14 H 44).

17un Segundo frente, DE 4,2 M DE DE HAUTT ET PIERREUX CETE FOIS-CI, ENREGISTÉ 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), pour une Vitesse Surfacique Danopassant 16 m / s (Fig. 3b). Le Débit Máximo de Cette Fase ATETET 473 M3 / S (Fig. 3C).

18 – CORPS DU LAHAR (14 H 44 – 15 H 00).

19À La Suite Du Pic, La Profondour, La Vitesse et Le Débit Du Lahar Diminuent Lentement, Mais La Décroissance N’est Pas Régulière. La PROFONEUR Máxima Passe de 4 Mètres à Moins de 1 Mètre (Fig. 3a). La Vitesse du Lahar Diminue Par Paliers Après Le Pic, Passant de 12 a 4 m / s (Fig. 3b). Hijo Débit Diminue Égalemento Par Paliers Mais La Baisse Est Bien Plus Marquée, Passant de 80 à Moins de 10 m3 / s à l’Extrême Fin de l’Écoulement (Fig. 3c).

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

21L’éCOULEMENT SE CONCENTRE DANS LE TALWEG (AX CENTRAL) Qui est Érodé Jusqu’à 3 M de PROFELDEUR. La PROFONEUR MAXIMALE EST DE 1 M ET CONTINUAR à Diminuer Jusqu’à La Fin Du Lahar. LA VITESSE BAISSE DE 4 M / S ET LE DÉBIT RÉDUIT DE 10 M 3 / S.

3.3. TRANSPORTE DE BLOCS VISIBLES

22LAS BLOCS APARAISSENTE LORS DE LA FASE 1 (Fig. 3D). CEPENDANT, ASSEZ PEU DE BLOCS DE TOOLLE MÉTRIQUE SONT VISIBLES PENDIENTES L’ÉCOULEMENT HYPERCONCENTRÉ (EN MOYENNE 2,2 BLOCS PAR DINTINO). Le Front de l’Écoulement N’est Pas Pierreux, à la Différence de Celui de la Coulée de Débris. Colgante Le Pic de Coulée de Débris (Fase 2), 279 Blocs De Plus de 1 M SONT Observés, Soit Un Taux de 93 Blocs Par Collant 3 minutos. En Distingue sur la Figura 3D Deux Convois de Blocs Bien distintos, Séparés d’une Minute L’Un de l’Autre. Colgante Le Corps du Lahar (Fase 3), Entorno Huit Convois de Blocs SONT Visibles a la superficie de l’Écoulement Entre 14 H 44 ET 14 H 56 (Fig. 3D). La Moitíé de Ces Convois Concentre Un Máximo D’Une Dizaine de Blocs Par Minamente, Tandis Que L’On Relève ONU Convoi Plus IMPORTANTE à 14 H 53, Qui Transporte Entre 10 ET 16 Blocs Métriques Par Minute, Alors Que Le Débit N’est Que d’une cinquantaine de mètres-cubes parecondse. À Partir de 14 H 56, Les Blocs Deviennent Très Rares, Puis Inestistantes Après 15 H 05. Le Volumen Máximo de Bloques Transportes Observess EST DE 7,6 M3 (4,85 m x 1,17 m x 1,33 m). La plupart de Ces Blocs Était de tipo Andésitique, qui est le faciès Dominant du Volcan Merapi. SA Densité Variant de 2,5 Au 2,8 toneladas / m3, Le Poids Máximo Des Blocs Transportés Par Transportes Par Fut D’une Vingtaine de Tonelada.

3.4. SignAux Sismiques

23les Sismogrammes Enregistrés Par La estación (Fig. 3E ET Fig. 4B ET D) ENREGISTENT LES VIBRATIONS GÉNÉRÉES PAR Le Pasaje Du Lahar.

Fig. 4 – Fréquence Sismique de l’Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris.
HIGO. 4 – Frecuencia sísmica de flujo hipercontentrado y flujo de escombros.

Fig. 4 - Fréquence Sismique de l'Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris. HIGO. 4 - Frecuencia sísmica de flujo hipercontentrado y flujo de escombros.

a: flujo total; B y C: Sismograma y espectrogramo de geophone ascendente; D y E: sismograma y espectrograma del geófono aguas abajo. La forma de onda y la frecuencia sísmica son diferentes para la fase de fundición de escombros.
A: Descarga total; B y C: sismograma y espectrograma de geofono ascendente; D y E: Sisismograma y Spectrograma del geófono descendente. La forma de onda sísmica y la frecuencia son sorprendentemente diferentes para la fase de flujo de escombros.

24,000 Datos son representativos de la energía proporcionada por el LAHAR. Sin embargo, los controles remotos solo 76 m, los dos geófonos tienen una firma curiosamente diferente. La corriente ascendente (Fig. 4B) muestra dos fases bastante bien marcadas: la primera, entre las 14:30 y las 14:38, corresponde a las grandes variaciones de amplitud de la señal, con picos superiores a 3 x 10-4 m / s. En el segundo, la amplitud cree gradualmente, con picos menos marcados. El geófono aguas abajo (Fig. 3E y FIG. 4D) también muestra dos fases claramente separadas. Durante la primera, de 14:28 a 14:14, la amplitud es bastante reducida (1 x 10-4 m / s, con picos raros a más de 2 x 10-4 m / s) y relativamente homogénea. El segundo muestra en las señales contrarias de mayor amplitud casi instantáneamente de 14 h 41. Los dos geófonos se distantes de solo 76 m, las señales sísmicas lamentablemente no nos permitieron calcular la velocidad de la propagación de los dos frentes. El diagrama de TFA (análisis de frecuencia de tiempo; La FIG. 3F y la FIG. 4C y E) representa la distribución temporal de las frecuencias registradas durante el flujo, lo que nos da principalmente en el transporte de bloques de carga en la parte inferior de la cama. Por lo tanto, los dos geófonos aguas arriba y aguas abajo muestran la misma frecuencia, entre 150 Hz y 240 Hz, hasta aproximadamente las 14:40. Después de las 14:42, los rangos de frecuencia difieren entre los dos geófonos: a la altura del geofono ascendente, el dominante. La frecuencia varía entre 10 y 50 Hz (Fig. 4C). El pico de frecuencia para este geófono es bastante bajo, del orden de 20 Hz. A la altura del geófono aguas abajo, el rango de frecuencia es más amplio, de 10 a 150 Hz, con una frecuencia dominante a 70 Hz (Fig. 3F y la FIG. . 4º). Con respecto a las firmas sísmicas de la segunda fase de lahar (fase con escombros), nuestros resultados resaltan una variación de frecuencia en lugar de marcado entre dos sensores idénticos, conectados a la misma estación y control remoto de solo 76 m uno de los otros. Por lo tanto, estas variaciones son inherentes a la dinámica del flujo, que se discute a continuación.

4.1. Cuatro fases de flujo grandes

25 Nuestro enfoque acoplado de video geofísico hizo posible distinguir cuatro fases grandes del flujo de Lahar del 28 de febrero de 2014 en el río Gendol.

4.1.1 . Un flujo inicial hipercontentrado

26 de una profundidad que no exceda de 2 m, este flujo de color marrón oscuro tiene pocos bloques visibles en la superficie. Los dos geófonos aguas arriba y corriente abajo muestran una frecuencia bastante alta, entre 150 Hz y 240 Hz, que parecen indicar que se transportan suficientes bloques grandes al cargar durante esta fase, incluso cuando se produjo. La presencia de este flujo hiperconcéntrico inicial a largo plazo (< 15 min) atestigua que el lahar se desencadenó como resultado de una salida violenta pero muy breve. Veinte MM cayó en menos de 90 minutos a nivel del geófono (1,121 M ASL), que generó escorrentías locales con un barro total. La acumulación de estos escorrentías ha alcanzado el sitio de estudio en forma de un flujo inicial hipercontentrado. Este último no tuvo tiempo de erosionar lo suficiente, el canal para constituir una carga sólida capaz de generar un flujo de escombros. Por otro lado, al mismo tiempo que el inicio del flujo hipercontentrado, un encendedor aguas arriba a 1,500 m de altitud ha generado una erosión masiva (deslizamientos de tierra) que llevaron a la formación del flujo de escombros (ver Lavigne et al., 2000, Valance, 2005 Para obtener más información sobre este tipo de proceso).

4.1.2. Un flujo de escombros caracterizado por dos pulsaciones principales

27un Frontal de piedra que progresa más rápido que el flujo inicial hipercontentrado (Tabla 1) se filma alrededor de las 2:41 PM. Es seguido por dos pulsaciones muy marcadas en solo tres minutos , el segundo correspondiente al pico de flujo de Lahar, este último se multiplica con respecto al flujo inicial hipercontentrado (Fig. 3A y 3C). Esta fase extremadamente breve refuerza la idea de una avelada violenta muy corta (unos minutos) entre 1,500 y 2,000 m altitud. El origen de estas pulsaciones se puede interpretar de varias maneras: (1) Podrían estar vinculadas a una intensidad de lluvia renovada durante el flujo (FIG.2), fenómeno ya descrito para los Lahars del Valle de Boyong en 1995 (Lavigne, 1998, Lavigne y Thouret, 2000); (2) Pero en vista del intervalo de tiempo muy corto entre estas dos pulsaciones, son más probables debido a la llegada no sincrónica de un lahar desde una rama tributaria del canal principal en su parte ascendente, visible en el mapa del sitio de estudio (Figura 1). Además, estas dos pulsaciones corresponden a la llegada de dos convoyes de bloques muy cercanos, transportados principalmente en la superficie: el video muestra una gran cantidad de bloques flotantes (279 bloques en 3 minutos), mientras que las señales sísmicas n ‘no alcanzan su Amplitud máxima. También notamos que se alcanza los bloques máximos visibles en la superficie entre estas dos pulsaciones. Se deduce que el convoy del bloque a las 14 h 43 tiende a frenar el flujo en la forma de una frente, que es seguida por una velocidad máxima de velocidad y flujo de lahar. Estas pulsaciones modifican así la relación entre la profundidad y el caudal. Calculamos un R2 = 0.75 (con pulsaciones, Fig. 5A) y un R2 = 0.83 (sin pulsaciones, Fig. 5B).

Fig. 5 – Relación entre la profundidad y la velocidad: con pulsaciones (A) y sin pulsaciones (B).
HIGO. 5 – Relación entre la profundidad del flujo y la velocidad: con los pulsos de Lahar (A) y sin los pulsos de Lahar (B).

fig. 5 - Relación entre la profundidad y la velocidad: con pulsaciones (A) y sin pulsaciones (B). Higo. 5 - entre la profundidad del flujo y la relación de velocidad: con los pulsos de laajar (a) y sin los pulsos de lahar (B).

Las pulsaciones contienen el aumento de la profundidad y la disminución de la velocidad que, después, disminuye el Relación entre la profundidad y la velocidad (R2 = 0.75).
Lahar Pulse contiene la profundidad creciente y la velocidad decreciente que rechaza la profundidad y la velocidad (R2 = 0.75).

4.1.3. El cuerpo de Lahar sigue siendo «Flujo de escombros»

28 en la continuación del pico, la profundidad y el flujo del lahar caen bruscamente, pero varias pulsaciones secundarias pequeñas, típicas de los flujos de escombros (Doyle et al. , 2010), se observan durante al menos unos veinte minutos. La alta concentración sedimentaria del Lahar es atestiguada por el color aún muy oscuro del flujo, pero especialmente por la presencia de varios convoyes de bloques de flotadores. También hemos observado la existencia de materiales secos flotando en la superficie del flujo durante el tercer pulso, materiales bufandos de los bancos durante el paso del lahar (Fig. 6). La presencia de muchos bloques flotantes implica una presión dispersiva significativa donde las tensiones de cizallamiento interno se dirigen tangencialmente con respecto a la superficie fluida (Cojín, 1997). Los bloques flotan también sugiere una pequeña diferencia en la densidad entre partículas sólidas y líquido líquido (Valvence 2005) que está en el origen del fenómeno de la flotabilidad. La Fig. 3E muestra, sin embargo, que las señales sísmicas tienen una amplitud máxima durante esta fase, lo que sugiere un transporte preferido de bloques por saltación, o incluso cargando en la parte inferior para los más grandes.

Fig. 6 – Imágenes capturadas durante la Pic du Lahar.
HIGO. 6 – Screenshoots de Lahar Peak.

fig. 6 - Imágenes capturadas durante la Pic du Lahar. Higo. 6 - Screenshoots de Lahar Peak.

a: bloques; B: Materiales de colapso a la superficie de flujo.
A: rocas; B: Materiales de deslizamiento de tierra en la superficie de flujo.

4.1.4. La cola Lahar está marcada por una dilución progresiva

29 de 15 h 00, el flujo de lahar continuó disminuyendo y el flujo se diluyó gradualmente, según lo certificado por su color. Además. Durante esta fase de transición de un flujo hipercontentrado a una fase fluvial, lahar perdió la competencia necesaria para transportar los bloques.

4.2. Interés de la confrontación entre datos geofísicos y observaciones visuales

30 La instrumentación geofísica se ha utilizado ampliamente para estudiar la dinámica de los Lahars (Lahusen, 1998, Zobin et al., 2009, Doyle et al., 2010; Cole et al., 2009, Buurman et al., 2013) y la lava torrencial en las montañas no volcánicas (Arattano y Moi, 1999, Huang et al., 2007; Huang et al., 2008; Hübl et al., 2012 Abancó et al., 2014). Estos sensores permiten obtener datos confiables sobre la velocidad de aceleración sísmica, la duración, la frecuencia y la forma de las ondas. Se supone que las frecuencias bajas (< 30 Hz) deben dar una aproximación de la carga inferior de los flujos y bloques transportados por la salada, mientras que las frecuencias más altas se consideran generalmente representativas de los flujos hipercontentrados, Menos cargado de materiales.Sin embargo, muchos parámetros hidráulicos, tales como la profundidad, la velocidad, el ancho o el flujo de la elhar, no son cuantificables por el único enfoque geofísico. De manera similar, el transporte de bloques suspendidos no se registra en los canales de baja frecuencia de los sismómetros. La originalidad de nuestro estudio ha sido acoplar un análisis de las señales sísmicas registradas por dos geófonos a una reconstrucción detallada de la dinámica de un lahar de imágenes de video tomadas desde el principio hasta el final del flujo. Hasta ahora, solo unas pocas obras han usado un enfoque de este tipo (por ejemplo, Lavigne et al., 2003), y ninguna con tal grado de precisión en el análisis de la imagen de video, ya sea para los Lahars o los flujos de escombros de montaña. Dos puntos principales, reunidos en los siguientes párrafos, han sido resaltados por este cruce de métodos.

4.2.1. Una respuesta sísmica varía fuertemente dependiendo de la morfología del canal

31, dependiendo del paso de la frente pedregosa y las primeras pulsaciones, la respuesta de los dos geófonos es diferente. El geophono ascendente registra una frecuencia que varía de 5 a 50 Hz (frecuencia dominante de aproximadamente 20 Hz), típica de los que se atestiguan en la literatura sobre los flujos de escombros (Tabla 3). Por otro lado, el geophono corriente abajo indica un rango de frecuencia más amplio, que va de 5 a 150 Hz (frecuencia dominante de aproximadamente 70 Hz). Cette différence pourrait s’expliquer par la présence en amont d’un ressaut hydraulique d’une dizaine de mètres de haut, dû à une érosion différentielle entre une coulée de lave au fond du lit et des matériaux pyroclastiques sous-jacents (fig. 7A y B). La caída de los bloques en esta cascada genera principalmente frecuencias bajas, que están mucho menos registradas unas cuantas decenas de medidores descendentes en la medida en que los bloques se remobilitan con bastante rapidez por saltación y flotando para algunos (Fig. 7). La pestaña

. 3 – Rango de frecuencia de flujos de escombros y flujo hipercontentrado.
pestaña. 3 – Rango de frecuencia de flujo de escombros y flujo hipercontentrado.

pestaña. 3 - Rango de frecuencia de flujos de escombros y flujo hipercontentrado. PESTAÑA. 3 - Rango de frecuencia de flujo de escombros y flujo hipercontentrado.

df = fundición de escombros, HF = flujo hipercontentrado, SF = flujo del río.
df = flujo de escombros, HF = flujo hipercontentrado, SF = flujo de flujo.

Huang et al. (2007) y Yin et al. (2011) Muestre el rango de alta frecuencia para los flujos de escombros sin explicar la razón.
Huang et al. (2007) y Yin et al. (2011) Gama de alta frecuencia para los flujos de escombros sin explicar la razón.

FIG. 7 – Diagrama de la dinámica de Lahar: vista horizontal (A) y vista vertical (B).
HIGO. 7 – Bosquejo de la dinámica de Lahar: vista horizontal (A) y vista vertical (B).

Fig. 7 - Diagrama de la dinámica de Lahar: vista horizontal (A) y vista vertical (B). Higo. 7 - Bosquejo de la dinámica de Lahar: vista horizontal (A) y visión vertical (B).

El restablecimiento hidráulico obliga a los bloques para golpear la cama del canal en el sitio ascendente, los mismos bloques que se están flotando en la corriente corriente abajo. sitio.
Las rocas son forzadas a afectar al lecho del río en el sitio río arriba y luego los mismos rocas flotan en el sitio downstream.

4.2.2. Una respuesta sísmica de los residuos fluye para interpretar con la precaución

32Contraire a lo que a menudo se avanza en la literatura, incluidos los diseñadores de AFM (Monitor de flujo acústico, Lahusen, 1998), las frecuencias superiores a 100 Hz no coinciden sistemáticamente una Fase de flujo hipercontentrada (Tabla 3). Nuestros resultados muestran inequívocamente que la frecuencia sísmica del cuerpo de Lahar del 28 de febrero de 2014 puede alcanzar los 150 Hz durante una fase de vertido de escombros. De hecho, desde el paso de la frente, donde los bloques de tamaño métrico se mueven cargando, el cuerpo de Lahar continúa transportando bloques, pero en saltación o suspensión, lo que limita los contactos con el suelo. Esta observación debe concluirse de concluir que la única medición de la frecuencia dominante de un flujo no permite diferenciar los flujos hiperconificados de los flujos de escombros. Por estas dos razones, las mediciones geofísicas deben interpretarse con la mayor precaución cuando no se calibran gracias a las observaciones in situ y las mediciones de video.

4.3. Problema y reproducibilidad del método

33SUR El volcán Merapi, la gestión de riesgos de Los Lahars se basa en datos sísmicos y modelos digitales. Los datos sísmicos pueden detectar los Lahars, pero no pueden describir la dinámica del movimiento de los Lahars. El mismo evento que ocurre en un entorno similar produce una señal sísmica idéntica (Zobin et al., 2009, Quang et al., 2015).Los Lahars modifican su entorno durante el evento, modificando así las señales sísmicas en tiempo real. La observación de video logra resolver esta limitación al proporcionar la estimación de los parámetros y los comportamientos hidrológicos de flujo que también son útiles para el modelado de los Lahars.

Conclusión

34 La metodología original basada en el acoplamiento de imágenes de video y datos sísmicos puede considerarse un enfoque alternativo para la búsqueda de la dinámica de los Lahars, ya que el seguimiento directo de Los Lahars en el suelo son a menudo difíciles y peligrosos. El video se usa para calcular magnitud, velocidad, flujo, cambiando el proceso durante el evento. Los datos sísmicos identifican la frecuencia, la amplitud y la duración de cada fase de la evolución de los Lahars. Los datos sísmicos deben interpretarse con precaución en comparación con los datos hidrológicos derivados del video, debido a la cambiación de las características morfológicas del canal durante el evento. La información sobre la dinámica de movimiento de los Lahars debe tenerse en cuenta de una manera muy detallada porque es un criterio muy importante para la detección automática y el modelado de los losajones, los enfoques que se usan regularmente en la gestión de este tipo de riesgo.

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