Geomorfoloxía: alivio, proceso, ambiente

Esta busca é parte do primeiro autor Tese como parte da Fundación da Fundación AXA Sedimer. O proxecto Domerapi (ANR) proporcionou unha axuda importante para este traballo. Os autores tamén agradecen a Edward de Belizal por proporcionar a base de datos de ocorrencia de Lahars. O persoal de PSBA UGM proporcionou un apoio significativo en toda a campaña de campo. Balai Sabo, BMKG e BPPTKG tamén son agradecidos por fácil seguir os lahars en tempo real.

Introdución

1 o termo de lahar, de orixe indonesia, designa unha mestura de restos e outros que un fluxo fluvial, que flúe dun volcán de velocidade rápida (Smith e Fritz, 1989, Nell, 2004, Vallance, 2005). Esta palabra foi utilizada pola comunidade científica para describir a erupción do volcán Kelud en Java en 1919, que causou a ruptura do lago Cráter e xerou un lahar de syn-eruptive ou primaria (Koning, 1919, Den OOP, 1919; Escher, 1920, Kemmerling, 1921). O termo Lahar reúne dous tipos de fluxos: (1) fluxos de restos (concentración sedimentaria > 60% en volume) e (2) os fluxos hiperconcentrados (concentración sedimentaria de 20 a 20 a 60% por volume) que son máis turbulentos. Desde a década de 1980, o estudo dos Lahars comezou pola análise dos seus depósitos (Janda et al., 1981, Pierson, 1980) e por observación visual no chan (Pierson e Scott, 1985, Branley e Waitt, 1988, Rodolfo et al., 1989, Pierson, 1995, Cronin et al., 1997). Grazas ao desenvolvemento da instrumentación xeofísica, as observacións visuais deron paso a medidas precisas. Sensores acústicos (AFMS: monitor de fluxo acústico) foron despregados nos flancos do volcán Pinatubo (Haldey e Lahusen, 1995, Marcial et al., 1996, Tuñgol e Regalado, 1996). Os sinais sísmicos tamén foron analizados no volcán Merrapi e Colima usando RSAM (medición de amplitude sísmica en tempo real), SSAM (medición espectral de amplitude sísmica) ou anchas bandas (Zobin et al., 2009, Lavigne e al., 2000). Outros investigadores finalmente usaron unha combinación de sensores xeofísicos (Doyle et al., 2010). Os avances tecnolóxicos na gravación de video melloraron a comprensión deste tipo de fenómeno e do cálculo de profundidade, velocidade, fluxo, así como o contador de bloques (Lavigne et al., 2003, Gómez e Lavigne, 2010, Starheim et al. , 2013). Paralelalmente, algúns autores interesáronse na modelización dos Lahars, por unha banda por enfoques experimentais físicos (maior, 1997, Iverson et al., 2010) e, por outra banda, por un enfoque dixital, por exemplo, usando 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). A dinámica do fluxo dos Lahars aínda está mal coñecida, o que explica que os experimentos de modelización analóxica ou dixital son apenas concluíntes. Unha das razóns para este bloqueo científico é a dificultade de adquirir datos in situ durante os fluxos. Por exemplo, a presenza de bloques e colapso dos bancos nunca se ten en conta nos modelos de fluxo. O noso estudo pode complementar unha información perdida pero aínda importante para mellorar estes modelos.

2 A erupción do volcán Merapi (Java, Indonesia) en outubro de 2010 foi unha oportunidade para que o noso equipo produza novos datos de campo como parte do Sedimer (os desastres de sedimentos seguen a erupción de 2010 de Merapi Volcano, Java, Indonesia, 2012-2015). Tendo experimentado máis de 80 erupcións de 1672 a 2010, MERAPI é un dos volcáns máis activos do mundo. Repítense nun intervalo entre 1 e 18 anos cunha media estimada de retorno de 4 anos (BAPPENAS e BNPB, 2011). A última erupción en outubro-novembro de 2010 depositou uns 45 millóns de M3 de Tephras sobre a cuenca do río Gendol ao sur do cono activo (Solikhin et al., 2015) e causou a morte de 367 persoas e a destrución máis de 1.200 vivendas (Lavigne et al., 2015). A erupción comezando ao comezo da tempada de choiva, a auga de choiva causou a eliminación de materiais piroclásticos nos 11 rodas de auga do volcán, xerando os lahars. A partir de outubro de 2010 a 2011, 282 lahars foron desencadenados en 17 ríos (de Belizal et al., 2013) e preto de 108 lahars durante o período de 2012 a 2013 (Lavigne et al., 2015).Entre 2010 e 2013, a frecuencia dos lahars diminuíu como resultado do agotamiento gradual das reservas de materiais dispoñibles extraíbles. Non obstante, a erupción explosiva do 13 de febreiro de 2014 do volcán Kelud, situada a 210 km ao leste de Merapi, resultou nun novo depósito de cinzas cuxo espesor varía entre 2 e 5 mm, baseado na nosa observación de campo no lado sur e suroeste .. A aparición dos Lahars en Merapi aumentou en relación á tempada de choivas anteriores (19 lahars durante os 30 días seguintes á erupción). O lahar do 28 de febreiro de 2014, presentado aquí, constitúe o primeiro gran evento ao lado do volcán Merapi logo da erupción do volcán Kelud. Este traballo ten como obxectivo estudar a dinámica desta Lahar ao longo da duración do fluxo, con especial atención ás variacións hidrolóxicas e ao transporte de sedimentos. Dado que os sistemas de detección de Lahars adoitan estar baseados en sensores xeofísicos, o acoplamento de video-sísmico neste traballo úsase para calibrar a medición do parámetro xeofísico na canle natural. Este estudo tamén serve para axudar aos modelos de Lahars a mellorar os seus códigos dando información sobre estas variacións hidrolóxicas raramente tendo en conta ata hoxe.

Sitio de estudo e metodoloxía

3We creamos unha metodoloxía orixinal, en función do acoplamento das imaxes de vídeo, gravacións sísmicas e de choiva obtidas no río Gendol (GIS 1). Seleccionamos unha sección da canle situada a 1.100 m de altitude, situada nos depósitos de fluxo piroclástico de 2010. O ancho da canle alcanzou 26 m na data de aparición do Lahar (28 de febreiro de 2014), para unha inclinación. Cerca de 14 % (ou 8 °).

2.2. Adquisición de datos

2.2.1. Datos pluviométricos

4Afin para gravar a intensidade real da choiva, instalamos dous Rainlometers no flanco suroeste e sueste de Merapi a preto de 1.100 m de altitude (Fig. 1) Unha serie de imaxes de satélite MTSAT permitían coñecer o desenvolvemento de cumulonimbuse ao redor do volcán espacial a pequena escala pero a gran escala (1 hora, tempo real). Ademais, puidemos consultar a choiva das cámaras automáticas ao redor do volcán grazas á conta de Twitter do BPPTKG (Observatorio Volcán Merapi).

Fig. 1 – Mapa do sitio de estudo.
Fig. 1 – Mapa do sitio de estudo.

Fig. 1 - Mapa do sitio de estudo. Fig. 1 - Mapa do sitio de estudo.

1: Cumio de MERAPI; 2: Stream; 3: casting piroclástico 2010; 4: 2010 Cirurxía piroclástica; 5: Gauge; 6: Sitio de estudo.
1: cumio de Merapi; 2: ríos; 3: fluxo piroclástico 2010; 4: Surge piroclástico 2010; 5: Raingauge; 6: Observación do sitio.

2.2.2. Datos hidrolóxicos

A estación de observación 5A foi equipada cunha cámara fixa apuntada na marxe esquerda da canle e unha cámara de vídeo manual na marxe dereita. Analizamos as características hidrolóxicas do Lahar desde o procesamento de imaxes de vídeo usando un protocolo de medición específico: o lahar dividiuse en tres eixes (un eixe central rodeado de dous eixes ao longo de cada banco), a fin de analizar a distribución lateral de profundidade, ancho , velocidade de superficie, fluxo e número de bloques.

2.2.3. datos sísmicos

6We instalada unha estación sísmica marca Myotis no bordo do curso de auga 4,6 km ao sur de arriba (1.090 m de altitude). Esta estación consistía nunha batería de 12V e un panel solar de 50 watt, unha gravadora de Myotis de 16 bits cunha dinámica de 85 dB, unha ganancia de 100 e unha frecuencia de mostraxe de 500 Hz e dous geófonos (frecuencia limpa de 4,5 Hz; Sensibilidade 32 MV / mm / s) a distancia remoto de 76 m ademais do outro e paralelo sobre a auga. Tamén recibimos sinais sísmicos da estación MEA04 instalada ao redor do volcán Summit polo proxecto Domerapi. Estes sinais sísmicos, gravados polo sismómetro Guralp CMG-6TD, serven para calcular a velocidade media do lahar desde a parte superior ata o noso sitio de observación (Táboa 1). Tamén usamos Walkies UHF Talkies establecidos na frecuencia pertencente á Oficina de Monitorización do Volcán Merapi (BPPTKG) para escoitar sinais sísmicos de banda ancha amplo e comunicarse cos observadores locais.

Tab. 1 – Síntese dos resultados. Tab. 1 – Resultado xeral.

8.5 M / S

función / características

Resultado de análise / resultados

Tipo de tipo Lahar / Lahar

Casting de escritas

Data / data

28 de febreiro de 2014

activador no tempo superior / activador na área de cumio

Chegada do fluxo hiperconcentrón inicial / chegada do fluxo hiperconcríficial inicial

Chegada da entrada frontal / frontal

Chegada do pulso 1 / chegada do primeiro pulso LaHar

Chegada do pulso 2 / chegada do segundo pulso LaHar

Duración / duración

1H44

Análise Duración / Duración da análise

1 hora

South East Rain / Southern Rainfall

24 mm (13 h 20 – 14 h 47)

West Rain / Southwestern Rainfall

10.6 mm (15 h 09 -16 h 17)

Velocidade media de lahar / media velocidade de lahar

4,12 m / s

velocidade de velocidade frontal

velocidade máxima de superficie / velocidade máxima superficie

14.5 m / s

Fluxo máximo / descarga máxima

473 m3 / s

Volume de fluxo total / volume total de lahar

> 116 524 M3

Número de colapso / número de base colapsos

número mínimo de bloques visíbeis / número de boulders visibles

o “casting de escombros) “O tipo desencadea ás 2:10 pm e chega ao sitio de observación ás 14:28. Polo menos 595 bloques visibles de máis de 1 m son transportados Pendan t o lahar. O volume total de Lahar alcanza máis de 116 524 m3.
Dombris-Flow-type Lahar desencadea ás 14:10 e chega ao alcance da observación ás 14:28. Polo menos 595 boulders visibles (diámetro > 1 m) son transportados durante o evento. O volume total de lahar estímase máis de 116.524 m3.

2.3. O procesamento de datos

7 vídeos rexistráronse a unha frecuencia de 25 fotogramas por segundo. O tamaño do camarógrafo eo primeiro autor deste artigo (1,76 m) utilizouse como unha escala. Fixemos unha distancia no chan para axudar a calcular a velocidade da superficie por imaxe por análise de imaxes. Para cada eixe, a base de datos contén, a unha frecuencia de 15 segundos, profundidade, ancho e velocidade da testa ea superficie do fluído, o que nos permitiu calcular as variacións de fluxo. A velocidade de superficie calculouse contando o número de imaxes necesarias relacionadas cun marcador flotante (pequenos bloques ou restos) para cruzar a área da análise de video a unha distancia real de 7,8 metros no chan. A velocidade de superficie obtívose segundo a seguinte fórmula:
vs = 7.8 / (n / 25) (1)
onde vs = velocidade de superficie instantánea (m / s), 7.8 = distancia coñecida no campo, n = Número de imaxes.

8 en vinganza, é imposible calcular a velocidade media do lahar (que ten en conta as forzas de fricción internas) e que, polo tanto, estímase en 4/5 da superficie Velocity (Lavigne et al., 2003). O fluxo foi así calculado a partir da seguinte ecuación:
Q = L x p x 4/5 (vs) (2)
onde Q = Fluxo medio (M3 / S), o ancho (m), P = profundidade (m ), VS = velocidade de superficie (m / s).

9 Cantificamos manualmente o número de bloques visibles (diámetro > 1 m). Tamén medimos a dimensión (ancho x lonxitude x altura) do maior bloque visible para calcular o seu volume e, polo tanto, a habilidade do lahar.Multiplicando este volume pola densidade do rock andesite (2.5-2-2,8 toneladas / m3), estimamos o peso máximo dos bloques transportados.

10ConCenter Os datos sísmicos, a fin de illar os sinais que interesaban Nós, por primeira vez, aplicamos un filtro de 5-240 Hz de banda de banda. Os datos foron corrixidos segundo a sensibilidade dos sensores para obter directamente a velocidade das ondas en M / s. A continuación mirou o contido de frecuencia dos sinais pola frecuencia de tempo de análise (Análise de frecuencia de tempo / TFA) usando 50 mostras por segundo para construír un espectrograma.

3.1. Choivas de activación

11 A imaxe de MTSAT mostra que unha perturbación chuviosa formouse rapidamente ao redor do cono volcánico a partir das 13:00. A pesar do desenvolvemento similar de nubes entre os flancos leste e oeste, a duración da precipitación variou en cada unha das células. Pola mañá, estaba chovendo só en Occidente. A continuación, unha forte choiva ocorreu ás 1:20 e ás 14:47 cunha intensidade de 16 mm / h. Esta perturbación trasladouse ao oeste onde se rexistrou unha intensidade de choiva de 9,3 mm / h entre as 15:09 e as 16:17 (Fig. 2). O Lahar do 28 de febreiro de 2014 foi desencadeado ás 14:11 e chegou ao punto de observación ás 2:28 pm seguindo unha fronte chuviosa (24 mm en 1:27) do flanco oriental (Táboa 1). Segundo o acumulativo gráfico de choiva (Fig. 2b), un primeiro fluxo hiperconconcrédito, descargado en bloques, chega á estación ás 14:28, ou 67 minutos despois do inicio da choiva. A fronte de Lahar chega a 13 minutos máis tarde. Esta choiva está rexistrada no noso gauge de choiva situado a 1.100 m de altitude. As condicións difíciles do chan non permiten instalar un calibre de choiva entre 1.500 e 2.500 m de altitude, non temos información precisa sobre a intensidade da choiva na zona de partida do Lahar. Non obstante, este valor de precipitación non debe considerarse como un limiar de gatillo de Lahar. De feito, con base nas observacións realizadas en 1995 do Centro Técnico do Centro Técnico SABO Datos (Lavigne, 1998), a zona de partida do río Gendol está a varios quilómetros arriba do calibre de choiva. Altitude probablemente entre 1.500 e 2.500 m.

Fig. 2 – Imaxes MTSAT do 28 de febreiro de 2014 a partir das 13:00 a 6 horas
Fig. 2 – MTSAT Imagery o 28 de febreiro de 2014 de 13:00 a 18:00.

Fig. 2 - Imaxes MTSAT do 28 de febreiro de 2014 a partir das 13:00 a 6 horas Fig. 2 - MTSAT Imagery o 28 de febreiro de 2014 de 13:00 a 18:00.

a: Distribución espacial-temporal da choiva; B: Precipitación gravada nos flancos sueste e suroeste do volcán Merapi.
a: Distribución de precipitacións espaciais-temporais; B: Gravada precipitación acumulada sobre a inclinación do sueste e suroeste do volcán Merapi.

3.2. Parámetros hidrolóxicos da LaHar

12 A análise analizada foi gravada no noso equipo entre as 2:25 p.m. e as 4:12 p.m., unha duración de 1 hora e 47 minutos. O volume total de Lahar calculou a partir do seu Hydrobram (14 h 25-15 HP 10) alcanza máis de 116.500 m3. Antes da chegada do Lahar, notamos un fluxo fluvial (14 h 25-14 h 28) resultante dunha escorrentía moi localizada que aparecen nos barrancos á beira da canle.

13 As variacións hidrolóxicas do lahar permiten distinguir claramente 4 grandes fases (Fig. 3A, B e C):

Fig 3 – Lahar de febreiro 28, 2014.
Fig. 3 – Lahar o 28 de febreiro de 2014.

Fig 3 - Lahar do 28 de febreiro de 2014. Fig. 3 - Lahar o 28 de febreiro de 2014.

a: profundidade; B: velocidade de superficie; C: Flow; D: número de bloques; E: Sinatura sísmica; F: Análise de tempo de frecuencia. Seguindo un problema técnico, o sinal sísmico é interrompido ás 2:46 PM
a: Profundidade de fluxo; B: velocidade na superficie; C: descarga; D: Número de pedras; E: forma de onda sísmica; F: Análise de frecuencia de tempo. Debido ao problema técnico, a parada sísmica deixa de gravar ás 14:46.

14- Fase 1 – Fluxo hiperconcentrón (14 h 28 a 14:41).

15à 14:28, unha primeira fronte cruza o noso sitio instrumentado (TAB. 2). Durante esta fase, que dura unha ducia de minutos, profundidade, velocidade e fluxo de fluxo aumenta gradualmente, alcanzando respectivamente 1.60 m, case 5 m / s e 40 m3 / s. O vídeo mostra unha gran carga de suspensión (sen datos dispoñibles, calquera mostraxe manual con extremadamente perigosa), pero onde a auga aínda aparece dominante no fluxo. É inequívocamente dun fluxo hiperconconentrado.

Tab. 2 – Catro grandes fases de Lahar. Tab. 2 – Fases principais do forno de Lahar.

Temps


Non.

fase

valeur máximo

Profondeur (m)

VITESE SURFACIQUE (M / S)

Débit (M3 / S)

ecoulement hyperconcentré

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

cola Du Lahar

15 h 00 – 16 h 12

1: écoulement hyperconcentré inicial; 2: Pic de Coulée de Débris; 3; Corps du Lahar – Coulée de Débris; 4: Queue du Lahar – Écoulement HyperConCentré.
1: fluxo inicial hiperconconcrédito; 2: Lahar Peak – Fluxo de escombros; 3: Body Lahar – Fluxo de escombros; 4: lahar cola – fluxo hiperconcentrado.

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

17un Segunda Fronte, 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 profundaur Maximale Atteint Près de 7 m (Fig. 3A), Despeje UNE VITESE Surfacique Dépassant 16 m / s (Fig. 3b). Le Débit Máximo de Cette Fase Atteint 473 M3 / S (Fig. 3C).

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

19à La Suite Du Pic, La Profondeur, La Vitesse et le DuBIT Du Lahar Diminuente Presentación, Mais La DécreCloissance N’EST PAS Régulière. La profundaur Máximo Passe de 4 Mètres à Moins de 1 Mètre (Fig. 3A). La Vitesse du Lahar Diminue par paliadores après le pic, Passant de 12 à 4 m / s (fig. 3b). Fillo débito Diminue Également Par Paliers Mais La Bisse Est Bien Plus Marquée, Passant de 80 à Moins de 10 m3 / s à l’Excelme Fin de l’écoulement (Fig. 3C).

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

21l’écoulement se concentre dans le thalweg (AX CENTRAL) Qui Est érodé jusqu’à 3 m de profondeur. La profoneur Maximale Est de 1 m et continuar à Diminuer Jusqu’à La Fin du Lahar. La Vicesse Baisse de 4 m / s et le Débit Réduit de 10 m 3 / s.

3.3. Transporte de Blocs Visibles

22les Blocs Apparaissent Lors De la Phase 1 (Fig. 3D). Cependant, Assez Peu de Blocs de Cille Métriques Sont Visibles Colgante L’Écoulement HyperConConCentré (en Moyenne 2,2 Blocs par minuto). Le Front de l’Écoulement N’EST PAS PIERREUX, AL A DOUGA DE CELUI DE LA COULÉE DE DÉBRIS. Colgante Le Pic de Coulée de Débris (FASE 2), 279 BLOCIS DE PLUS DE 1 M Sont Observés, Soit Un TAUX DE 93 BLOCIS PARA PRIPTANT 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), ambiente de convois de Blocs Sont Visibles á Superficie de L’Écoulement Entre 14 H 44 ET 14 H 56 (Fig. 3D). La Moitié de Ces Convois Concentre Un Maximum D’UNE Dizaine de Blocs par minuto, Tandis que l’on relève un convoi máis importante à 14 h 53, Qui Transporte entre 10 e 16 Blocos Métriques par minuto, Alors Que Le Défebe N’EST Que D’UNE CINQUANTAINE DE MèTRES-CUBES PAR ADIDO. À partir de 14 h 56, Les Blocs Deviennent Très Rares, PUIS inexistentes après 15 h 05. Le Volume máximo de bloques Transportes Observés 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 dominante du volcan merapi. SA Densité Variante de 2,5 au 2,8 toneladas / m3, Le POIDS Máximo DES Blocs Transportés Par CE Lahar Fut d’UNE VINGTAINE DE TONES.

3.4. Signaux Sismiques

23les SISMOGRAMMES ENRISTRÉS PAR A ESTACIÓN (FIG. 3E ET FIG. 4B ET D) Enregistrist Les Vibrations Générées Par Le Passage du Lahar.

Fig. 4 – Fréquence Sismique de l’Écoulement HyperConCentré et de la Coulée de Débris.
Fig. 4 – Frecuencia sísmica de fluxo de fluxo hiperconconcrédito e escombros.

Fig. 4 - Fréquence Sismique de l'Écoulement HyperConCentré et de la Coulée de Débris. Fig. 4 - Frecuencia sísmica de fluxo de fluxo hiperconconcrédito e escombros.

a: fluxo total; B e C: SISMOGRAM e espectrograma de geophone upstream; D e E: SISMOGRAM e espectrograma do geophone downstream. A forma de onda e frecuencia sísmica son diferentes para a fase de fundición de escombros.
a: descarga total; B e c: sismograma e espectrograma de geophone upstream; D e E: Seismogram e espectrograma de geophone downstream. A forma de onda e frecuencia sísmica son sorprendentemente diferentes para a fase de fluxo de escombros.

Os datos 24ces son representativos da enerxía proporcionada polo Lahar. Con todo, a só 76 m de só 76 m, os dous geófonos teñen unha sinatura curiosamente diferente. O Upstream (Fig. 4B) mostra dúas fases moi ben marcadas: a primeira, entre as 14:30 e as 14:38, corresponde a grandes variacións de amplitude do sinal, con picos superiores a 3 x 10-4 m / s. No segundo, a amplitude crece gradualmente, con picos menos marcados. O geophone downstream (Fig. 3E e Fig. 4D) tamén mostra dúas fases claramente separadas. Durante a primeira, de 14:28 a 14:14, a amplitude é bastante reducida (1 x 10-4 m / s, con picos raros en máis de 2 x 10-4 m / s) e relativamente homoxéneo. Os segundos espectáculos nos sinais contrarios de maior amplitude case instantáneamente a partir de 14 h 41. Os dous geophones están distantes de só 76 m, os sinais sísmicos, por desgraza, non nos permiten calcular a velocidade de propagación das dúas frontes. O diagrama TFA (análise de frecuencia de tempo; A figura 3F e Fig. 4C e E) representa a distribución temporal das frecuencias rexistradas durante o fluxo, que nos ofrece principalmente o transporte de bloques de carga no fondo da cama. Así, os dous geophones upstream e downstream mostran a mesma frecuencia, entre 150 Hz e 240 Hz, ata preto de 14:40. Despois das 14:42, as pistas de frecuencia difiren entre os dous geophones: no auxe do geophone upstream, o dominante A frecuencia varía entre 10 e 50 Hz (Fig. 4C). O pico de frecuencia para este geophone é bastante baixo, da orde de 20 Hz. Á altura do geophone downstream, o rango de frecuencia é máis ancho, de 10 a 150 Hz, cunha frecuencia dominante ás 70 Hz (Fig. 3F e Fig . 4º). En canto ás sinaturas sísmicas da segunda fase do Lahar (fase con detritos), os nosos resultados destacan unha variación de frecuencia bastante marcada entre dous sensores idénticos, conectados á mesma estación e remoto de só 76 m un do outro. Estas variacións son, polo tanto, inherentes á dinámica do fluxo, que se discute a continuación.

4.1. Catro fases de fluxo grande

25 O noso enfoque acoplado de video-xeofísico fixo posible distinguir catro grandes fases do fluxo de Lahar do 28 de febreiro de 2014 no río Gendol.

4.1.1 .. Un fluxo hiperconcrédito inicial

26 dunha profundidade non superior a 2 m, este fluxo de cor marrón escuro ten poucos bloques visibles na superficie. Os dous geófonos de arriba e abaixo mostran unha frecuencia bastante alta, entre 150 Hz e 240 Hz, que parecen indicar que os grandes bloques son transportados cargando durante esta fase, incluído cando ocorreu. A presenza deste fluxo hipercontrido a longo prazo inicial (< 15 min) atende que o lahar foi provocado como resultado dun fluxo violento pero moi breve. Vinte mm caeu en menos de 90 minutos ao nivel do geophone (1.121 m asl), que xerou escorrentías locais cun descanso baixo. A acumulación destes escorrentía alcanzou o sitio de estudo en forma de fluxo hiperconcrédito inicial. Este último non tiña tempo para erosionar suficientemente a canle para constituír unha sólida carga capaz de xerar un fluxo de restos. Por outra banda, ao mesmo tempo que a iniciación do fluxo hiperconcentrado, un encendedor cara arriba a 1.500 m de altitude xerou unha erosión masiva (deslizamentos de terra) que levaron á formación de fluxo de escombros (ver Lavigne et al., 2000, Vallance, 2005 Para obter máis información sobre este tipo de proceso).

4.1.2. Un fluxo de detritos caracterizado por dúas pulsacións principais

27un frontal de pedra progresando máis rápido que o fluxo hiperconcrédito inicial (Táboa 1) é filmado ao redor das 2:41 pm. É seguido por dúas pulsacións moi marcadas en só tres minutos , o segundo correspondente ao pico de fluxo de Lahar, este último multiplicado con respecto ao fluxo hiperconcrédito inicial (Fig. 3A e 3C). Esta fase extremadamente breve reforza a idea dunha avellada violenta moi curta (uns minutos) entre 1.500 e 2.000 m de altitude. A orixe destas pulsacións pode interpretarse de varias maneiras: (1) Poderían estar ligadas a unha renovada intensidade de choiva durante o fluxo (Fig.2), Fenómeno xa descrito para os Lahars do Boyong Valley en 1995 (Lavigne, 1998, Lavigne e Theouret, 2000); (2) Pero tendo en conta o intervalo de tempo moi curto entre estas dúas pulsacións, son máis propensos a que a chegada non síncrona dun lahar dunha rama tributaria da canle principal na súa parte upstream, visible no mapa do sitio web do estudo (Fig. 1). Ademais, estas dúas pulsacións corresponden á chegada de dous convoyes de bloques moi próximos, transportados principalmente na superficie: o vídeo mostra unha gran cantidade de bloques flotantes (279 bloques en 3 minutos) mentres que os sinais sísmicos non alcanzan a súa Amplitude máxima. Tamén observamos que os bloques visibles máximos na superficie alcánzanse entre estas dúas pulsacións. Dedúcese que o convoy de bloque ás 14 h 43 tende a frear o fluxo a forma dunha testa, que é seguida por unha velocidade máxima e taxa de fluxo do Lahar. Estas pulsacións modificaron así a relación entre profundidade e taxa de fluxo. Calculamos un R2 = 0,75 (con pulsacións, figura 5A) e un R2 = 0.83 (sen pulsacións, figura 5b).

Fig. 5 – Relación entre profundidade e velocidade: con pulsacións (a) e sen pulsacións (b).
Fig. 5 – Relación entre o fluxo de profundidade e velocidade: con legumes de lahar (a) e sen pulsos de lahar (b).

Fig. 5 - Relación entre profundidade e velocidade: con pulsacións (a) e sen pulsacións (b). Fig. 5 - Entre a profundidade de fluxo e a relación de velocidade: con pulsos de Lahar (a) e sen pulsos de lahar (b).

As pulsacións conteñen o aumento de profundidade e a diminución da velocidade que, despois, diminúe a Relación entre profundidade e velocidade (R2 = 0.75).
Lahar Pulse contén a profundidade crecente ea velocidade decrecente que rexeita a profundidade e velocidade (R2 = 0.75).

4.1.3. O corpo de Lahar permanece “fluxo de restos”

28 sobre a continuación do pico, a profundidade eo fluxo do lahar caen abruptamente, pero varias pequenas pulsacións secundarias, típicas dos fluxos de escombros (Doyle et al. , 2010), obsérvanse polo menos uns vinte minutos. A alta concentración sedimentaria do Lahar está testemuñada pola cor aínda moi escura do fluxo pero especialmente pola presenza de varios convoyes de bloques flotantes. Tamén observamos a existencia de materiais secos flotando na superficie do fluxo durante o terceiro pulso, materiais bufanda dos bancos durante o paso do Lahar (Fig. 6). A presenza de moitos bloques flotantes implica unha presión dispersa significativa onde as tensións interna de cisallamento están dirixidas tangencialmente con respecto á superficie do fluído (coxín, 1997). Os bloques flotan tamén suxiren unha pequena diferenza de densidade entre partículas sólidas e fluído líquido (vallance 2005) que está á orixe do fenómeno de flotabilidade. A figura 3e mostra, con todo, que os sinais sísmicos teñen unha amplitude máxima durante esta fase, o que suxire un transporte preferido de bloques por saltación ou incluso cargando no fondo para o máis grande deles.

Fig. 6 – Imaxes capturadas durante a PIC Du Lahar.
Fig. 6 – ScreenShoots of Lahar Peak.

Fig. 6 - Imaxes capturadas durante a PIC Du Lahar. Fig. 6 - ScreenShoots of Lahar Peak.

a: bloques; B: materiais de colapso á superficie do fluxo.
a: pedras; B: Materiais de deslizamento na superficie do fluxo.

4.1.4. A cola de Lahar está marcada por unha dilución progresiva

29, a partir de 15 h, o fluxo do lahar continuou a diminuír e o fluxo diluído gradualmente, como testemuñado pola súa cor máis. Ademais claro. Durante esta fase de transición dun fluxo hiperconconcrédito a unha fase fluvial, o Lahar perdeu a competencia necesaria para transportar os bloques.

4.2. Interese da confrontación entre datos xeofísicos e observacións visuais

30 A instrumentación xeofísica foi amplamente utilizada para estudar a dinámica dos Lahars (Lahusen, 1998, Zobin et al., 2009, Doyle et al., 2010; Cole et al., 2009, Buurman et al., 2013) e lava torrencial nas montañas non volcánicas (Arattano e Moi, 1999, Huang et al., 2007; Huang et al., 2008; Hübl et al., 2012 ; Abancó et al., 2014). Estes sensores permiten obter datos fiables sobre a velocidade de aceleración sísmica, a duración, a frecuencia ea forma das ondas. As frecuencias baixas (< 30 Hz) deben dar unha aproximación da carga inferior dos fluxos e bloques transportados por Saltation, mentres que as frecuencias máis altas son xeralmente consideradas representativas de fluxos hiperconcentrados, menos acusado de materiais.Non obstante, moitos parámetros hidráulicos como a profundidade, a velocidade, o ancho ou o fluxo do lahar non son cuantificables polo único enfoque xeofísico. Do mesmo xeito, o transporte de bloques suspendidos non está rexistrado nas canles de baixa frecuencia dos sismómetros. A orixinalidade do noso estudo foi a parella unha análise dos sinais sísmicos rexistrados por dous geophones a unha reconstrución detallada da dinámica dun lahar a partir de imaxes de vídeo extraídas desde o principio ata o final do fluxo. Ata agora, só algunhas obras usaron un enfoque deste tipo (por exemplo, Lavigne et al., 2003) e ningún con tal grao de precisión na análise de imaxes de vídeo, xa sexa para os lahars ou os fluxos de restos de montaña. Dous puntos principais, reunidos nos seguintes parágrafos, foron destacados por este cruce de métodos.

4.2.1. Unha resposta sísmica varía fortemente dependendo da morfoloxía da canle

31 dependendo do paso da fronte pedregosa e as primeiras pulsacións, a resposta dos dous geófonos é diferente. O geophone upstream rexistra unha frecuencia que varía de 5 a 50 Hz (frecuencia dominante de aproximadamente 20 Hz), típica dos testemuños da literatura sobre os fluxos de escombros (Táboa 3). Doutra banda, o geophone downstream indica un rango de frecuencia máis ampla, que varía de 5 a 150 Hz (frecuencia dominante duns 70 Hz). Esta diferenza podería ser explicada pola presenza subida dunha primavera hidráulica dunha ducia de metros de altura, debido á erosión diferencial entre un lanzamento de lava no fondo da cama e os materiais piroclásticos subxacentes (Fig. 7A e B). A caída dos bloques nesta fervenza xera principalmente frecuencias baixas, que son moito menos rexistradas algunhas decenas de medidores máis baixos na medida en que os bloques son remobilizados bastante rápido por saltación e flotante para algúns (Fig. 7).

Tab. 3 – Rango de frecuencia de fluxos de escombros e fluxo hiperconconcrédito. Tab. 3 – Rango de frecuencia de fluxo de escombros e fluxo hiperconcrédito.

pestana. 3 - Rango de frecuencia de fluxos de escombros e fluxo hiperconconcrédito. Tab. 3 - Rango de frecuencia de fluxo de escombros e fluxo hiperconconcrédito.

DF = CASTING DE DECRIS, HF = fluxo hiperconcentrado, fluxo SF = río.
DF = Derris fluxo, hf = fluxo hiperconcentrado, sf = fluxo de fluxo.

Huang et al. (2007) e yin et al. (2011) Amosar o alcance de alta frecuencia para os fluxos de restos sen explicar a razón.
Huang et al. (2007) e yin et al. (2011) A gama de alta frecuencia para os detritos flúe sen explicar a razón.

Fig. 7 – Diagrama da dinámica de Lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (b).
Fig. 7 – Sketch of Lahar Dynamics: vista horizontal (a) e vista vertical (b).

Fig. 7 - Diagrama da dinámica de Lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (b). Fig. 7 - Sketch of Lahar Dynamics: vista horizontal (a) e vista vertical (B).

O restablecemento hidráulico forzas aos bloques para atacar a cama da canle no lugar de arriba, os mesmos bloques que están flotando no río abaixo sitio.
As rocas son forzadas a bater o río ao redor do sitio de arriba e despois as mesmas rocas flotan no sitio de entrada.

4.2.2. Unha resposta sísmica de Dobris flúe para interpretar con precaución

32contraire ao que a miúdo está avanzado na literatura, incluídos os deseñadores AFM (monitor de fluxo acústico, Lahusen, 1998), as frecuencias superiores a 100 Hz non coinciden sistematicamente a Fase de fluxo hiperconconcratado (Táboa 3). Os nosos resultados mostran de forma inesperada que a frecuencia sísmica do corpo de Lahar do 28 de febreiro de 2014 pode chegar a 150 Hz durante unha fase de vertedura de restos. De feito, desde o paso da fronte, onde os bloques de tamaño métrico son movidos cargando, o corpo de Lahar segue a transportar bloques, pero en saltación ou suspensión, limitando os contactos co chan. Esta observación debe ser concluída que a única medida da frecuencia dominante dun fluxo non permite diferenciar os fluxos hiperconectados dos fluxos de escombros. Durante estas dúas razóns, as medidas xeofísicas deben interpretarse coa maior cautela cando non se calibran grazas a observacións in situ e medidas de vídeo.

4.3. Emisión e reproducibilidade do método

33Sur O Merapi Volcano, a xestión de risco dos lahars se basea en datos sísmicos e modelaxe dixital. Os datos sísmicos poden detectar os lahars pero non son capaces de describir a dinámica do movemento dos lahars. O mesmo evento que ocorre nun ambiente similar produce un sinal sísmico idéntico (Zobin et al., 2009, Quang et al., 2015).Os Lahars modifican o seu contorno durante o evento, modificando así os sinais sísmicos en tempo real. A observación de vídeo consegue resolver esta limitación proporcionando a estimación dos parámetros e os comportamentos hidrolóxicos que tamén son útiles para a modelización dos lahars.

Conclusión

34 A metodoloxía orixinal en función do acoplamento das imaxes de vídeo e os datos sísmicos pódese considerar un enfoque alternativo para a busca da dinámica dos lahars, desde o seguimento directo de Os lahars no chan adoitan ser difíciles e perigosos. O vídeo úsase para calcular a magnitude, a velocidade, o fluxo, cambiando o proceso durante o evento. Os datos sísmicos identifican a frecuencia, a amplitude e a duración de cada fase da evolución dos lahars. Os datos sísmicos deben interpretarse con cautela cando se compara cos datos hidrolóxicos derivados do vídeo, debido a cambiando as características morfolóxicas da canle durante o evento. A información sobre a dinámica de movemento dos lahars debe terse en conta de forma moi detallada porque é un criterio moi importante para a detección e modelización automática dos lahars, enfoques que se utilizan regularmente na xestión deste tipo de risco.

Deixa unha resposta

O teu enderezo electrónico non se publicará Os campos obrigatorios están marcados con *