Geomorfologia: rilievo, processo, ambiente

Questa ricerca fa parte del primo autore Tesi come parte della Fondazione AXA Foundation Sedimer. Il progetto DOMERAPI (ANR) ha fornito un aiuto importante per questo lavoro. Gli autori ringraziano anche Edward of Belizal per fornire il database di occorrenza Lahars. Il personale di PSBA UGM ha fornito un supporto significativo in tutta la campagna sul campo. BALAI SABO, BMKG e BPPTKG sono ringraziati per facilitare i Lahrs in tempo reale.

Introduzione

1Il termine Lahar, di origine indonesiana, designa una miscela di detriti e acqua altri Di un flusso fluviale, che scorre da un vulcano veloce della velocità (Smith e Fritz, 1989, Nell, 2004, Vallanza, 2005). Questa parola è stata utilizzata dalla comunità scientifica per descrivere l’eruzione del vulcano Kelud in Java nel 1919, che ha causato la rottura del lago del cratere e ha generato un lahar syn-eruptivo o primario (Koning, 1919, Den Oop, 1919; Escher, 1920, Kemmerling, 1921). Il termine Lahar riunisce due tipi di flussi: (1) flussi di detriti (concentrazione sedimentaria > 60% in volume) e (2) i flussi iperconcentrati (concentrazione sedimentaria da 20 a 20 a 60% in volume) che sono più turbolenti. Dal 1980, lo studio dei Lahar è iniziato dall’analisi dei loro depositi (Janda et al., 1981, Pierson, 1980), e per osservazione visiva sul terreno (Pierson e Scott, 1985, Branley e Waiitt, 1988, Rodolfo et al., 1989, Pierson, 1995, Cronin et al., 1997). Grazie allo sviluppo della strumentazione geofisica, le osservazioni visive hanno lasciato il posto a misure accurate. Sensori acustici (AFMS: monitor flusso acustico) sono stati schierati sui fianchi del vulcano Pinatubo (Haldey e Lahusen, 1995, Marcial et al., 1996, Tuñgol e Regalado, 1996). I segnali sismici sono stati anche analizzati sul Vulcano Merrapi e Colima utilizzando RSAM (misurazione dell’ampiezza sismica in tempo reale), SSAM (misurazione dell’ampiezza sismica spettrale) o larghe bande (Zobin et al., 2009, Lavigne e al., 2000). Altri ricercatori hanno finalmente utilizzato una combinazione di sensori geofisici (Doyle et al., 2010). I progressi tecnologici nella registrazione video hanno migliorato la comprensione di questo tipo di fenomeno e il calcolo di profondità, velocità, flusso, nonché il conteggio dei blocchi (Lavigne et al., 2003, Gomez e Lavigne, 2010, Starheim et al. , 2013). In parallelo, alcuni autori sono stati interessati alla modellizzazione dei Lahrs, da un lato da approcci sperimentali fisici (maggiori, 1997, Iverson et al., 2010), e dall’altro da un approccio digitale, ad esempio utilizzando Laharz (Schilling, 1998), Titan 2d (Patra et al., 2003), Volcflow (Kelfoun e Druitt, 2005), Massmov2D (Begueria et al., 2009) e Dan 3D (Hung e McDougall, 2009). Le dinamiche di flusso dei Lahrs ancora ancora conosciute, il che spiega che gli esperimenti di modellazione analogici o digitali sono difficilmente conclusivi. Una delle ragioni di questo blocco scientifico è la difficoltà di acquisire dati in-situ durante i flussi. Ad esempio, la presenza di blocchi e collassi delle banche non viene mai presa in considerazione nei modelli di flusso. Il nostro studio può integrare alcune informazioni mancanti ma ancora importanti per migliorare questi modelli.

2La eruzione del vulcano Merapi (Java, Indonesia) nell’ottobre 2010 è stata un’opportunità per il nostro team di produrre nuovi dati sul campo come parte del sedificio (i disastri dei sedimenti condotti da sedimenti seguono l’eruzione del Vulcano Merapi 2010, Java, Indonesia, 2012-2015). Avendo sperimentato oltre 80 eruzioni dal 1672 al 2010, Merapi è uno dei vulcani più attivi del mondo. Sono ripetuti in un intervallo tra 1 e 18 anni con una media di ritorno di 4 anni stimata (Bappenas e BNPB, 2011). L’ultima eruzione nell’ottobre-novembre 2010 ha depositato circa 45 milioni di m3 di Tephras sullo spartiacque del fiume Gendol a sud del cono attivo (Solikhin et al., 2015) e ha causato la morte di 367 persone e la distruzione di più da 1.200 case (Lavigne et al., 2015). L’eruzione che ha iniziato all’inizio della stagione delle piogge, l’acqua piovana ha causato la rimozione dei materiali piroclastici negli 11 acque del vulcano, generando i Lahrs. Dall’ottobre 2010 al 2011, 282 Lahar furono scatenati in 17 fiumi (da Belizal et al., 2013) e circa 108 Lahar durante il periodo dal 2012 al 2013 (Lavigne et al., 2015).Tra il 2010 e il 2013, la frequenza dei Lahrs è diminuita come risultato dell’esaurimento graduale delle riserve di materiali rimovibili disponibili. Tuttavia, l’eruzione esplosiva del 13 febbraio 2014 del vulcano Kelud, situato a 210 km a est di Merapi, ha portato a un nuovo deposito di cenere il cui spessore variava tra 2 e 5 mm, in base alla nostra osservazione del campo sul lato sud e sud-ovest . Il verificarsi dei Lahar di Merapi è aumentato in relazione alla precedente stagione delle piogge (19 Lahar durante i 30 giorni dopo l’eruzione). Il lahar del 28 febbraio 2014, presentato qui, costituisce il primo grande evento sul lato del vulcano Merapi dopo l’eruzione del vulcano Kelud. Questo lavoro mira a studiare le dinamiche di questo lahar per tutta la durata del flusso, con particolare attenzione alle variazioni idrologiche e al trasporto di sedimenti. Poiché i sistemi di rilevamento Lahars sono spesso basati su sensori geofisici, l’accoppiamento video-sismico in questo lavoro viene utilizzato per calibrare la misurazione dei parametri geofisica sul canale naturale. Questo studio serve anche ad aiutare i modelli di Lahrs migliorare i loro codici fornendo informazioni su queste varianti idrologiche raramente prese in considerazione fino ad oggi.

Sito di studio e metodologia

3Con prestiti una metodologia originale, basata sull’accoppiamento di immagini video, registrazioni sismiche e pioggia, ottenute sul fiume Gendol (GIS 1). Abbiamo selezionato una sezione del canale situata a 1.100 m di altitudine, situata nei depositi di flusso piroclastico del 2010. La larghezza del canale ha raggiunto 26 m dalla data del verificarsi del Lahar (28 febbraio 2014), per un pendio. Circa 14 % (o 8 °).

2.2. Acquisizione di dati

2.2.1. Dati pluviometrici

4fin Per registrare l’intensità effettiva della pioggia, abbiamo installato due rainlometri sul fianco sud-occidentale e sud-orientale di Merapi a circa 1.100 m di altitudine (Fig. 1) Una serie di immagini satellitari MTSAT ha permesso di conoscere lo sviluppo di cumulonimimbuse attorno al vulcano spaziale su piccola scala, ma su larga scala (1 ora, tempo reale). Inoltre, siamo stati in grado di consultare le precipitazioni dalle telecamere automatiche intorno al vulcano grazie al conto Twitter del BPPTKG (Osservatorio Vulcano Merapi).

Fig. 1 – Mappa del sito di studio.
FIGURA. 1 – Mappa del sito di studio.

FIG. 1 - Mappa del sito di studio. Figura. 1 - Mappa del sito di studio.

1: Vertice di Merapi; 2: stream; 3: Casting piroclastico 2010; 4: 2010 chirurgia piroclastica; 5: calibro di pioggia; 6: Sito di studio.
1: vertice Merapi; 2: fiumi; 3: flusso piroclastico 2010; 4: Surge Pyroclastic 2010; 5: Raingauge; 6: osservazione del sito.

2.2.2. Dati idrologici

La stazione di osservazione 5A è stata equipaggiata con una fotocamera fissa indicata sulla riva sinistra del canale e una videocamera manuale sulla banca giusta. Abbiamo analizzato le caratteristiche idrologiche del lahar dall’elaborazione dell’immagine video utilizzando un protocollo di misurazione specifico: il lahar era diviso in tre assi (un asse centrale circondato da due assi lungo ogni banca), per analizzare la distribuzione laterale di profondità, larghezza , velocità superficiale, flusso e numero di blocchi.

2.2.3. Dati sismici

6 abbiamo installato una stazione sismica di marca myotis sul bordo del corso d’acqua 4.6 km a sud della cima (1.090 m di altitudine). Questa stazione consisteva in una potenza della batteria da 12V e da un pannello solare da 50 watt, un registratore MyOTIS a 16 bit con una dinamica di 85 dB, un guadagno di 100 e una frequenza di campionamento di 500 Hz e due geofoni (frequenza pulita 4,5 Hz; sensibilità 32 Mv / mm / s) remoto 76 m distanti l’uno dall’altro e parallelo sull’acqua. Abbiamo anche ricevuto segnali sismici dalla stazione MEA04 installati attorno al Vulcano Summit dal progetto DOMERAPI. Questi segnali sismici, registrati dal sismometro Guralp CMG-6TD, servono a calcolare la velocità media del lahar dall’alto verso il nostro sito di osservazione (tabella 1). Abbiamo anche usato Walkies UHF Talkies impostato sulla frequenza appartenente all’ufficio di monitoraggio del vulcano Merapi (BPPTKG) per ascoltare segnali sismici a banda larga a base larga e comunicare con gli osservatori locali.

scheda. 1 – Sintesi dei risultati.
Tab. 1 – Risultato generale.

8,5 m / s

Funzione / caratteristiche

analisi risultato / Risultati

Tipo di lahar / tipo di lahar

fusione di detriti

Data / data

28 febbraio 2014

Trigger nel tempo superiore / attivazione sull’area di vertice

Arrivo del flusso iperconcensous iniziale / arrivo del flusso iniziale ipercontrated

Arrivo dell’arrivo anteriore / anteriore

ARRIVO DEL PULSE 1 / ARRIVO DEL PRIMO PULSE DI LAHAR

Arrivo del polso 2 / arrivo del secondo impulso di lahar

Durata / Durata

>

1h44

Durata analisi / Durata dell’analizzazione

1 ora

South East Rain / Southeasttern Rainfall

24 mm (13 h 20 – 14 h 47)

Pioggia ovest / pioggia sud-ovest

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

Velocità media di Lahar / Velocità media del lahar

4,12 m / s

Velocità della velocità anteriore

Massima velocità di superficie / velocità massima Surface

14.5 m / s

flusso massimo / scarico massimo

473 m3 / s

Volume totale del flusso / volume totale del lahar

> 116 524 M3

Numero di collass / Numero di bancari Collaps

Numero minimo di blocchi / numero visibili di massi visibili

the “debris casting “Il tipo viene attivato alle 14:10 e arriva al sito di osservazione alle 14:28. Almeno 595 blocchi visibili di oltre 1 m vengono trasportati Pendan t il lahar. Il volume totale di Lahar raggiunge più di 116 524 m3.
Debris-flow-type Lahar è innescato alle 14:10 e arriva all’osservazione raggiungibile alle 14:28. Almeno 595 massi visibili (diametro > 1 m) vengono trasportati durante l’evento. Il volume totale di Lahar è stimato più di 116.524 m3.

2.3. Elaborazione dei dati

7 I video sono stati registrati a una frequenza di 25 fotogrammi al secondo. La dimensione del cameraman e il primo autore di questo articolo (1,76 m) è stata utilizzata come scala. Abbiamo impostato una distanza a terra per aiutare a calcolare la velocità della superficie con l’immagine per analisi dell’immagine. Per ogni asse, il database contiene, a una frequenza di 15 secondi, profondità, larghezza e velocità della fronte e della superficie del fluido, che ci ha permesso di calcolare le variazioni di flusso. La velocità della superficie è stata calcolata contando il numero di immagini necessarie relative a un pennarello flottante (blocchi di piccoli blocchi o detriti) per attraversare l’area dell’analisi video su una vera distanza di 7,8 metri sul terreno. La velocità della superficie è stata ottenuta secondo la seguente formula:
vs = 7.8 / (N / 25) (1)
Dove vs = Velocità di superficie istantanea (m / s), 7.8 = Distanza nota nel campo, n = Numero di immagini.

8 A vendetta, è impossibile calcolare la velocità media del lahar (che tiene conto delle forze interne di attrito) e che è stata pertanto stimata a 4/5 della superficie Velocity (Lavigne et al., 2003). Il flusso è stato quindi calcolato dalla seguente equazione:
Q = L x P x 4/5 (VS) (2)
dove q = flusso medio (m3 / s), la larghezza (m), p = profondità (m ), VS = velocità della superficie (m / s).

9 Abbiamo quantificato manualmente il numero di blocchi visibili (diametro > 1 m). Abbiamo anche misurato la dimensione (larghezza x lunghezza x altezza x) dal blocco visibile più grande per calcolare il suo volume e quindi l’abilità del lahar.Moltiplicando questo volume con la densità della roccia andesite (2,5-2,8 tonnellate / m3), abbiamo stimato il peso massimo dei blocchi trasportati.

10Concenter i dati sismici, al fine di isolare i segnali che interessavano Io, abbiamo applicato per la prima volta un filtro Bandpass da 5-240 Hz. I dati sono stati corretti in base alla sensibilità dei sensori per ottenere direttamente la velocità delle onde in m / s. Abbiamo quindi esaminato il contenuto di frequenza dei segnali mediante la frequenza del tempo di analisi (analisi della frequenza del tempo / TFA) utilizzando 50 campioni al secondo per creare uno spettrogramma.

3.1. Attivazione dei piogge

11 L’immagine MTSAT mostra che un disturbo piovoso è stato formato rapidamente attorno al cono vulcanico dalle 13.00. Nonostante lo sviluppo simile di nuvole tra i fianchi est e ovest, la durata delle precipitazioni è variata in ciascuna delle cellule. Al mattino, pioveva solo in Occidente. Quindi una pioggia forte si è verificata alle 1:20 e alle 14:47 con un’intensità di 16 mm / h. Questo disturbo si è poi spostato ad ovest dove è stato registrato un’intensità della pioggia di 9,3 mm / h tra le 15:09 e le 16:17 (Fig. 2). Il lahar del 28 febbraio 2014 è stato innescato alle 14:11 e arrivato al punto di osservazione alle 2:28 pm seguendo una fronte piovosa (24 mm in 1:27) dal fianco orientale (Tabella 1). Secondo il grafico delle precipitazioni cumulative (Fig. 2b), un primo flusso ipercontrated, scaricato in blocchi, raggiunge la stazione alle 14:28, o 67 minuti dopo l’inizio della pioggia. La parte anteriore del lahar arriva 13 minuti dopo. Questa pioggia è registrata sul nostro calibro di pioggia situato a 1.100 m di altitudine. Le difficili condizioni del terreno non consentono di installare un misuratore di pioggia tra 1.500 e 2.500 m di altitudine, non abbiamo informazioni accurate sull’intensità della pioggia nella zona di partenza del Lahar. Tuttavia, questo valore di precipitazione non dovrebbe essere considerato come una soglia di trigger Lahar. Infatti, sulla base delle osservazioni effettuate nel 1995 dal Sabo Technical Center Meteo Radar Data (Lavigne, 1998), la zona di partenza del Gendol River è diversi chilometri a monte del calibro della pioggia. Altitudine probabilmente tra 1.500 e 2.500 m.

fig. 2 – Immagini MTSAT del 28 febbraio 2014 dalle 13:00 alle 18:00
FIGURA. 2 – Imagery MTSAT il 28 febbraio 2014 dalle 13:00 alle 18:00.

FIG. 2 - Immagini MTSAT del 28 febbraio 2014 dalle 13:00 alle 18:00 Figura. 2 - Imagery MTSAT il 28 febbraio 2014 dalle 13:00 alle 18:00.

A: Distribuzione spatio-temporale della pioggia; B: Precipitazioni registrate sui fianchi sud-orientale e sud-occidentale del vulcano Merapi.
A: distribuzione piovosità Spatio-Temportaral; B: precipitazioni accumulate registrate sul pendio sud-orientale e sud-occidentale del vulcano Merapi.

3.2. Parametri idrologici del lahar

12 L’analisi analizzata è stata registrata sulla nostra attrezzatura dalle 14:25 e dalle 16:12, una durata di 1 ora e 47 minuti. Il volume totale di lahar calcolato dal suo hydrobram (14 H 25-15 HP 10) raggiunge più di 116.500 m3. Prima dell’arrivo del Lahar, abbiamo notato un flusso fluviale (14 h 25-14 h 28) derivante da un deflusso molto localizzato che appaiono nei burroni sulle banche del canale.

13 Le varianti idrologiche del lahar consentono di distinguere piuttosto chiaramente 4 fasi di grandi dimensioni (figura 3a, B e c):

fig 3 – Lahar di febbraio 28, 2014.
FIG. 3 – Lahar il 28 febbraio 2014.

Fig 3 - Lahar del 28 febbraio 2014 Fig. 3 - Lahar il 28 febbraio 2014.

A: Profondità; B: velocità della superficie; C: flusso; D: numero di blocchi; E: firma sismica; F: analisi del tempo di frequenza. A seguito di un problema tecnico, il segnale sismico è interrotto alle 2:46 PM
A: profondità di flusso; B: Velocity in superficie; C: scarico; D: numero di massi; E: forma d’onda sismica; F: analisi della frequenza del tempo. A causa del problema tecnico, la stop sismica smette di registrare alle 14:46.

14- fase 1 – flusso iperconcensous (14 h 28 – 14:41).

15à 14:28, una prima fronte attraversa il nostro sito strumentato (scheda. 2). Durante questa fase, che dura una dozzina di minuti, la profondità, la velocità e il flusso di flusso aumentano gradualmente, raggiungendo rispettivamente 1,60 m, quasi 5 m / s e 40 m3 / s. Il video mostra un grande carico di sospensione (nessun dato disponibile, qualsiasi campionamento manuale con estremamente pericoloso) ma dove l’acqua appare ancora dominante nel flusso. Non è ambiguamente di un flusso iperconcentrato.

tab. 2 – Quattro grandi fasi di Lahar.
Tab. 2 – Fasi principali del forno Lahar.

1,6

n.

fase

Temps

VALEUR massimo

PROFONDEUR (M)

Voteresse Surfacique (m / s)

Débit (m3 / s)

ecoulement hyperconcentré

14 h 28 – 14 h 41

PIC DE coulée de débris

14 h 41 – 14 h 44

Corps du Lahar

14 H 44 – 15 H 00

Queue du Lahar

15 h 00 – 16 h 12

1: écoulement hyperconcentré iniziale; 2: Pic de Coulée de Débris; 3; Corps du Lahar – Coulée de Débris; 4: Queue du Lahar – Écoulement HyperCencentré.
1: flusso ipercontrated iniziale; 2: lahar picco – flusso di detriti; 3: corpo di lahar – flusso di detriti; 4: Lahar Coda – flusso iperconcentrato.

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

17un Second 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 (figura 3a), versare une vitesse surfacique dépassant 16 m / s (figura 3b). Le Débit Maxim de cette fase Atteint 473 m3 / s (figura 3c).

18- fase 3 – Corps du Lahar (14 h 44 – 15 h 00).

19à La Suite du Pic, La Profondeur, La Vitesset et Le Débit du Lahar Diminuent Lentement, Mais La DéCroissance N’est Pas Régulière. La Profondeur Maximum PASSE DE 4 MÈTRES À Moins de 1 mètre (figura 3a). La Vitesse du Lahar Diminue Par Paliers Après Le Pic, Passant de 12 à 4 m / s (figura 3b). Figlio Débit Diminue Également 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 (figura 3c).

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

21L’ÉCOULEMENT SE CONCENTER DANS Le Thalweg (AX Central) Qui Est Érodé Jusqu’à 3 m De PROFONDEUR. La Profondeur Maximale Est de 1 m et proseguire 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. TRASPORTO DE BLOCS Visibles

22LES BLOCS Apparaissent LORSE DE LA Phase 1 (Fig. 3D). CePendant, ASSEZ PEU DE BLOCS DE TAILLE MÉTRIQUES Sont Visibles Pendant L’écoulement HyperCencentré (en Moyenne 2,2 Blocs par part). Le Front de l’Écoulement N’est Pas Pierreux, à la différence de celui de la coulée de débris. Ciondolo Le Pic de Coulée de Débris (Fase 2), 279 Blocs de Plus de 1 m Sont Osservations, Soit ONU TAUX DE 93 Blocs Par Pendant PAR MINUTE 3 minuti. Su Destuning Sur La Figura 3D Deux Convois de Blocs Bien Distinct, Séparés D’une minuto L’UNE DE L’AURE. Ciondolo Le Corps du Lahar (Fase 3), Environ Huit convois de Blocs Sont visibles à la superficie de l’écoulement entre 14 h 44 e 14 h 56 (Fig. 3D). La Moitié de ces Convois Concepre Un Maximum d’UNE Dizaine de Blocs Par Minute, Tandis Que L’On Relève Un Convoi Plus Importante à 14 h 53, Qui Transporte Entre 10 e 16 Blocs Métriques Par Minute, Alirs Que Le Débit N’EST QUE D’UNE Cinquantaine de mètres-cubes par seconte. À partir de 14 h 56, Les Blocs Defiennent Très Rares, PUIS Iconsants Après 15 h 05. Le volume massimo De Blocs Transportés Obserés 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 Variante DE 2,5 AU 2,8 Tonnini / M3, Le Poids Maximum des Blocs Transportés PAR CE Lahar Fut D’une Vingtainde de Tonnes.

3.4. Sismiques Signaux

23les sismogrammes enregistrés par la stazione (figura 3e et fig. 4b et d) enregistrent les vibrazioni Générées par le Passage du Lahar.

fig. 4 – Fréquence Sismique de l’écoulement HyperCencentré et de la Coulée de Débris.
FIGURA. 4 – Frequenza sismica del flusso di flusso e detriti iperconcentrato.

FIG. 4 - Fréquence Sismique de l'écoulement HyperCencentré et de la Coulée de Débris. Fig. 4 - Frequenza sismica del flusso di flusso e detriti iperconcentrato.

A: flusso totale; B e C: Sismogram e spettrogramma geofono a monte; D ed E: Sismogram e spettrogramma del geofono a valle. La forma d’onda e la frequenza sismica sono diverse per la fase di fusione dei detriti.
A: Scarico totale; B e C: sismogramma e spettrogramma di geofono a monte; D ed E: sismogramma e spettrogramma di geofono a valle. La forma d’onda sismica e la frequenza sono sorprendentemente diverse per la fase di flusso di detriti.

24ces I dati sono rappresentativi dell’energia fornita dal Lahar. Eppure remoto solo 76 m, i due geofoni hanno una firma curiosamente diversa. L’a monte (Fig. 4b) mostra due fasi abbastanza ben segnata: il primo, tra le 14:30 e le 14:38, corrisponde a grandi varianti di ampiezza del segnale, con picchi superiori a 3 x 10-4 m / s. Nel secondo, l’ampiezza crede gradualmente, con picchi meno marcati. Il geofono a valle (figura 3e e fig. 4d) mostra anche due fasi chiaramente separate. Durante il primo, dalle 14:28 alle 14:14, l’ampiezza è piuttosto ridotta (1 x 10-4 m / s, con picchi rare a più di 2 x 10-4 m / s) e relativamente omogenea. Il secondo spettacolo sui segnali contrari della maggiore ampiezza quasi istantaneamente da 14 h 41. I due geofoni sono lontani da soli 76 m, i segnali sismici purtroppo non ci hanno permesso di calcolare la velocità di propagazione dei due fronti. Il diagramma TFA (analisi della frequenza del tempo; FIG. 3F e fig. 4C ed E) rappresenta la distribuzione temporale delle frequenze registrate durante il flusso, che ci dà principalmente sul trasporto di blocchi di ricarica nella parte inferiore del letto. Quindi i due geofoni a monte ea valle mostrano la stessa frequenza, tra 150 Hz e 240 Hz, fino a circa 14:40. Dopo le 14:42, le gamme di frequenza differiscono tra i due geofoni: all’altezza del geofono a monte, il Dominante La frequenza varia tra 10 e 50 Hz (figura 4C). Il picco di frequenza per questo geofono è piuttosto basso, dell’ordine di 20 Hz. All’altezza del geofono a valle, la gamma di frequenza è più ampia, da 10 a 150 Hz, con una frequenza dominante a 70 Hz (Fig. 3f e fig . 4 °). Per quanto riguarda le firme sismiche della seconda fase del Lahar (fase con detriti), i nostri risultati evidenziano una variazione di frequenza piuttosto marcata tra due sensori identici, collegati alla stessa stazione e remoto di solo 76 m di uno degli altri. Queste varianti sono quindi inerenti alle dinamiche del flusso, che è discusso di seguito.

4.1. Quattro grandi fasi di flusso

25 Il nostro approccio accoppiato video-geofisico ha permesso di distinguere quattro grandi fasi del flusso di lahar del 28 febbraio 2014 nel fiume Gendol.

4.1.1 . Un flusso iniziale ipercontrated

26 di una profondità non superiore a 2 m, questo flusso di colore marrone scuro ha pochi blocchi visibili sulla superficie. I due geofoni a monte ea valle mostrano una frequenza abbastanza alta, tra 150 Hz e 240 Hz, che sembrano indicare che abbastanza blocchi di grandi dimensioni vengono trasportati caricando durante questa fase, anche quando si è verificato. La presenza di questo flusso iperconcentrico a lungo termine iniziale (< 15 min) attesta che il lahar è stato attivato come risultato di un deflusso violento ma molto breve. Venti mm cadde in meno di 90 minuti al livello del geofono (1.121 m slm), che generarono desoli locali con un rapamento basso. L’accumulo di questi runoff ha raggiunto il sito di studio sotto forma di un flusso iniziale iperconcentrato. Quest’ultimo non ha avuto il tempo di erodere sufficientemente il canale per costituire un solido carico in grado di generare un flusso di detriti. D’altra parte, allo stesso tempo, come l’iniziazione del flusso ipercontrated, un accendino a monte a 1.500 m di altitudine ha generato massicce erosione (frane) che ha portato alla formazione del flusso di detriti (vedi Lavigne et al., 2000, Vallanza, 2005 Per ulteriori informazioni su questo tipo di processo).

4.1.2. Un flusso di detriti caratterizzato da due pulsazioni principali

27un anteriore in pietra progredendo più veloce rispetto al flusso ipercontrated iniziale (Tabella 1) è filmato intorno alle 2:41 PM. È seguito da due pulsazioni molto marcate in soli tre minuti , il secondo corrispondente al picco di flusso lahar, quest’ultimo si moltiplicato rispetto al flusso iniziale ipercontrated (Fig. 3a e 3C). Questa fase estremamente breve rafforza l’idea di un avllino violento molto breve (pochi minuti) tra 1.500 e 2.000 m di altitudine. L’origine di queste pulsazioni può essere interpretata in diversi modi: (1) potrebbero essere collegati a un’intensità della pioggia rinnovata durante il flusso (fig.2), fenomeno già descritto per i Lahar della Valleyong della Valleyong nel 1995 (Lavigne, 1998, Lavigne e Thouret, 2000); (2) Ma in vista dell’intervallo di tempo molto breve tra queste due pulsazioni, sono più probabili a causa dell’arrivo non sincrono di un lahar da un ramo tributario del canale principale nella sua parte a monte, visibile sulla mappa del sito di studio (Fig. 1). Inoltre, queste due pulsazioni corrispondono all’arrivo di due convogli di blocchi molto vicini, trasportati principalmente sulla superficie: il video mostra un numero molto elevato di blocchi flottanti (279 blocchi in 3 minuti) mentre i semi sismici n ‘non raggiungono il loro ampiezza massima. Si nota anche che i blocchi visibili massimi sulla superficie sono raggiunti tra queste due pulsazioni. Si deduce che il convoglio del blocco a 14 h 43 tende a frenare il flusso nel modo di una fronte, che è seguito da una velocità massima e portata del lahar. Queste pulsazioni hanno quindi modificato la relazione tra profondità e portata. Abbiamo calcolato un R2 = 0,75 (con pulsazioni, figura 5A) e un R2 = 0,83 (senza pulsazioni, figura 5b).

fig. 5 – Relazione tra profondità e velocità: con pulsazioni (A) e senza pulsazioni (B).
FIGURA. 5 – Relazione tra profondità di flusso e velocità: con impulsi lahar (A) e senza impulsi Lahar (B).

FIG. 5 - Relazione tra profondità e velocità: con pulsazioni (A) e senza pulsazioni (B). Figura. 5 - Tra la profondità di flusso e la relazione di velocità: con impulsi Lahar (A) e senza impulsi lahar (B).

Le pulsazioni contengono l’aumento di profondità e la diminuzione della velocità che, in seguito, diminuisce il Relazione tra profondità e velocità (R2 = 0,75).
Impulso Lahar contiene la profondità crescente e la velocità decrescente che abbassano la profondità e la velocità tra la profondità e la velocità (R2 = 0,75).

4.1.3. Il corpo Lahar rimane “flusso di detriti”

28 Durante la continuazione del picco, la profondità e il flusso del lahar cadono bruscamente, ma diverse piccole pulsazioni secondarie, tipiche dei flussi di detriti (Doyle et al. , 2010), sono osservati per almeno circa venti minuti. L’alta concentrazione sedimentaria del lahar è attestata dal colore ancora molto buio del flusso ma soprattutto dalla presenza di numerosi convogli di blocchi flottanti. Abbiamo anche osservato l’esistenza di materiali secchi che fluttuano sulla superficie del flusso durante il terzo impulso, i materiali della sciarpa delle banche durante il passaggio del lahar (figura 6). La presenza di molti blocchi flottanti comporta una pressione dispersivativa ancora significativa in cui gli stress interni di taglio sono diretti in tangenzialmente rispetto alla superficie del fluido (cuscino, 1997). Blocks Float suggerisce anche una piccola differenza di densità tra particelle solide e fluido liquido (Vallanza 2005) che è all’origine del fenomeno della galleggiabilità. La figura 3e mostra, tuttavia, che i segnali sismici hanno un’ampiezza massima durante questa fase, che suggerisce un trasporto preferito di blocchi per saltare, o addirittura la ricarica sul fondo per il più grande di loro.

Fig. 6 – Immagini catturate durante il Pic du Lahar.
FIGURA. 6 – Screenhoots di Lahar Peak.

FIG. 6 - Immagini catturate durante il Pic du Lahar. Figura. 6 - ScreenShoots di Lahar Peak.

A: Blocchi; B: materiali di collasso alla superficie del flusso.
A: Boulder; B: materiali di frana sulla superficie del flusso.

4.1.4. La coda Lahar è contrassegnata da una diluizione progressiva

29da da 15 h 00, il flusso del lahar ha continuato a diminuire e il flusso gradualmente diluito, come attestato dal suo più colore. Inoltre chiaro. Durante questa fase di transizione di un flusso iperconcentrato in una fase fluviale, il Lahar ha perso la competenza necessaria per trasportare i blocchi.

4.2. Interesse di confronto tra dati geofisici e osservazioni visive

30 La strumentazione geofisica è stata ampiamente utilizzata per studiare le dinamiche dei Lahar (Lahusen, 1998, Zobin et al., 2009, Doyle et al., 2010; Cole et al., 2009, Buurman et al., 2013) e lavica torrenziale nelle montagne non vulcaniche (Arattano e Moi, 1999, Huang et al., 2007; Huang et al., 2008; Hübl et al., 2012 ; Abancó et al., 2014). Questi sensori consentono di ottenere dati affidabili sulla velocità di accelerazione sismica, la durata, la frequenza e la forma delle onde. Le basse frequenze (< 30 hz) dovrebbero dare un’approssimazione del carico inferiore dei flussi e blocchi trasportati dalla saltazione, mentre le frequenze più elevate sono generalmente considerate rappresentanti dei flussi iperconcentrati, meno accusato di materiali.Tuttavia, molti parametri idraulici come profondità, velocità, larghezza o flusso del lahar non sono quantificabili dall’unico approccio geofisico. Allo stesso modo, il trasporto di blocchi sospesi non è registrato sui canali a bassa frequenza dei sismometri. L’originalità del nostro studio è stata quella di accoppiare un’analisi dei segnali sismici registrati da due geofoni a una ricostruzione dettagliata delle dinamiche di un lahar da immagini video prelevate dall’inizio alla fine del flusso. Finora, solo pochi lavori hanno utilizzato un tale approccio (ad esempio Lavigne et al., 2003), e nessuno con un tale grado di precisione nell’analisi dell’immagine video, sia per i Lahar o dai flussi di detriti di montagna. Due punti principali, raccolti nei paragrafi seguenti, sono stati quindi evidenziati da questa attraversamento di metodi.

4.2.1. Una risposta sismica varia forte a seconda della morfologia del canale

31 A seconda del passaggio della fronte pietrosa e delle prime pulsazioni, la risposta dei due geofoni è diversa. Il geofono a monte registra una frequenza che va da 5 a 50 Hz (frequenza dominante di circa 20 Hz), tipica di quelle attestate in letteratura sui flussi di detriti (Tabella 3). D’altra parte, il geofono a valle indica una gamma di frequenze più ampie, che vanno da 5 a 150 Hz (frequenza dominante di circa 70 Hz). Questa differenza potrebbe essere spiegata dalla presenza a monte di una molla idraulica di una dozzina di metri di altezza, a causa dell’erosione differenziale tra una colata di lava sul fondo del letto e i materiali piroclastici sottostanti (Fig. 7a e B). La caduta dei blocchi in questa cascata genera principalmente basse frequenze, che sono molto meno registrate da poche decine di metri a valle nella misura in cui i blocchi sono rimobilitati abbastanza rapidamente mediante saltare e galleggiano per alcuni (figura 7).

tab. 3 – Gamma di frequenze di flussi di detriti e flusso iperconcentrato.
Tab. 3 – Gamma di frequenze di flusso di detriti e flusso iperContentrato.

TAB. 3 - Gamma di frequenze di flussi di detriti e flusso iperconcentrato. Scheda. 3 - Gamma di frequenze di flusso di detriti e flusso iperconcentrato.

df = fusione di detriti, HF = flusso iperContentato, SF = flusso del fiume.
DF = flusso di detriti, HF = flusso iperConterrato, SF = Streamflow.

huang et al. (2007) e yin et al. (2011) mostra l’intervallo ad alta frequenza per i flussi di detriti senza spiegare la ragione.
Huang et al. (2007) e yin et al. (2011) Gamma ad alta frequenza per i flussi di detriti senza spiegare il motivo.

fig. 7 – Diagramma di Lahar’s Dynamics: vista orizzontale (A) e vista verticale (B).
FIGURA. 7 – Schizzo di Lahar Dynamics: vista orizzontale (A) e vista verticale (B).

FIG. 7 - Diagramma di Lahar's Dynamics: vista orizzontale (A) e vista verticale (B). Figura. 7 - Schizzo di Lahar Dynamics: vista orizzontale (A) e vista verticale (B).

Il reset idraulico costringe i blocchi per colpire il letto del canale sul sito upstream, gli stessi blocchi fluttuati sul downstream posto.
I massi sono costretti a colpire il letto del fiume al sito a monte e poi gli stessi massi galleggiano sul sito a valle.

4.2.2. Una risposta sismica dai flussi di detriti per interpretare con cautela

32Contraire a ciò che è spesso avanzato in letteratura, compresi i progettisti AFM (monitor a flusso acustico, Lahusen, 1998), le frequenze superiori a 100 Hz non corrispondono sistematicamente a Fase di flusso iperContentato (Tabella 3). I nostri risultati mostrano inequivocabilmente che la frequenza sismica del corpo del Lahar del 28 febbraio 2014 può raggiungere 150 Hz durante una fase di versamento di detriti. Infatti, dal passaggio della fronte, dove i blocchi di dimensione metrica vengono spostati caricando, il corpo Lahar continua a trasportare blocchi, ma in salto o sospensione, limitando i contatti con il terreno. Questa osservazione deve essere conclusa che l’unica misurazione della frequenza dominante di un flusso non consente di differenziare i flussi iperconnessi dei flussi di detriti. Per questi due motivi, le misurazioni geofisiche devono essere interpretate con la massima cautela quando non sono calibrate grazie alle osservazioni in-situ e alle misurazioni video.

4.3. Problema e riproducibilità del metodo

33sur Il Vulcano Merapi, la gestione dei rischi dei Lahar si affida ai dati sismici e dalla modellazione digitale. I dati sismici possono rilevare i lahrs ma non sono in grado di descrivere le dinamiche del movimento dei Lahrs. Lo stesso evento che si verifica in un ambiente simile produce un identico segnale sismico (Zobin et al., 2009, Quang et al., 2015).I Lahrs modificano il loro ambiente durante l’evento, modificando così i segnali sismici in tempo reale. L’osservazione video riesce a risolvere questa limitazione fornendo la stima dei parametri e dei comportamenti idrologici del flusso che è anche utile per la modellazione dei Lahar.

Conclusione

34 La metodologia originale basata sull’accoppiamento di immagini video e dati sismici può essere considerato un approccio alternativo alla ricerca della dinamica dei Lahar, dal momento che il tracciamento diretto di I lahar a terra sono spesso difficili e pericolosi. Il video viene utilizzato per calcolare la grandezza, la velocità, il flusso, la modifica del processo durante l’evento. I dati sismici identifica la frequenza, l’ampiezza e la durata di ogni fase dell’evoluzione dei Lahar. I dati sismici devono essere interpretati con cautela rispetto ai dati idrologici derivati dal video, a causa della modifica delle caratteristiche morfologiche del canale durante l’evento. Le informazioni sulla dinamica del movimento dei Lahrs devono essere prese in considerazione in modo molto dettagliato perché è un criterio molto importante per il rilevamento automatico e la modellazione dei Lahar, approcci che vengono regolarmente utilizzati nella gestione di questo tipo di rischio.

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