Geomorfologia: alívio, processo, ambiente

Esta busca é uma parte do primeiro autor tese como parte do sedimer da Fundação da Fundação AXA. O projeto DOMERPI (ANR) forneceu ajuda importante para este trabalho. Os autores também agradecem à Edward of Belizal por fornecer ao banco de dados de ocorrência lahars. O pessoal da PSBA UGM forneceu suporte significativo em toda a campanha de campo. Balai Sabo, BMKG e BPPTKG também são agradecidos por fácil seguir os lahars em tempo real.

Introdução

1o termo lahar, de origem indonésia, designa uma mistura de detritos e água Do que um fluxo fluvial, fluindo de um vulcão de velocidade rápida (Smith e Fritz, 1989, Nell, 2004, Vallance, 2005). Esta palavra foi usada pela comunidade científica para descrever a erupção do vulcão Kelud em Java em 1919, que causou a ruptura do lago crater e gerou um Lahar syn-eruptivo ou primário (Koning, 1919, Den Oop, 1919; Escher, 1920, Kemmerling, 1921). O termo Lahar reúne dois tipos de fluxos: (1) fluxos de detritos (concentração sedimentar > 60% em volume) e (2) os fluxos hipercentrados (concentração sedimentar de 20 a 20 para 60% em volume) que são mais turbulentos. Desde a década de 1980, o estudo dos lahars começou pela análise de seus depósitos (Janda et al., 1981, Pierson, 1980), e por observação visual no chão (Pierson e Scott, 1985, Branley e Waitt, 1988, Rodolfo et al., 1989, Pierson, 1995, Cronin et al., 1997). Graças ao desenvolvimento da instrumentação geofísica, observações visuais deram lugar a medidas precisas. Sensores acústicos (AFMS: monitor de fluxo acústico) foram implantados nos flancos do vulcão Pinatubo (Haldey e Lahusen, 1995, Marcial et al., 1996, Tuñgol e Regalado, 1996). Sinais sísmicos também foram analisados no vulcão Merrapi e Colima usando RSAM (medição de amplitude sísmica em tempo real), SSAM (medição espectral de amplitude sísmica) ou bandas largas (Zobin et al., 2009, Lavigne e Al., 2000). Outros pesquisadores finalmente usaram uma combinação de sensores geofísicos (Doyle et al., 2010). Os avanços tecnológicos na gravação de vídeo melhoraram a compreensão desse tipo de fenômeno e o cálculo da profundidade, velocidade, fluxo, bem como a contagem de blocos (Lavigne et al., 2003, Gomez e Lavigne, 2010, Starheim et al. , 2013). Paralelamente, alguns autores estão interessados na modelagem dos lahars, por um lado, por abordagens experimentais físicas (maior, 1997, Iverson et al., 2010), e por outro lado por uma abordagem digital, por exemplo, usando Laharz (Schilling, 1998), Titan 2D (Patra et al., 2003), Volcflow (Kelfoun e Dritt, 2005), Massmov2D (Begueria et al., 2009) e Dan 3D (Hung e McDougall, 2009). A dinâmica de fluxo dos lahars ainda é pouco conhecida, o que explica que os experimentos analógicos ou de modelagem digital dificilmente são conclusivos. Uma das razões para esse bloqueio científico é a dificuldade de adquirir dados in situ durante os fluxos. Por exemplo, a presença de blocos e colapsos dos bancos nunca é levada em conta nos modelos de fluxo. Nosso estudo pode complementar algumas informações ausentes, mas ainda importantes para melhorar esses modelos.

2a erupção do vulcão Merapi (Java, Indonésia) em outubro de 2010 foi uma oportunidade para a nossa equipe produzir novos dados de campo como parte do sedimer (desastres desacreditados sediments seguem a erupção de 2010 do vulcão Merapi, Java, Indonésia, 2012-2015). Tendo experimentado mais de 80 erupções de 1672 a 2010, Merapi é um dos vulcões mais ativos do mundo. Eles são repetidos em um intervalo entre 1 e 18 anos com uma média estimada de retorno de 4 anos (BAPPENAS e BNPB, 2011). A última erupção em outubro-novembro de 2010 depositou cerca de 45 milhões de m3 de Tepitas na bacia hidrográfica do rio Gendol ao sul do cone ativo (Solikhin et al., 2015) e causou a morte de 367 pessoas e a destruição mais de 1.200 casas (Lavigne et al., 2015). A erupção começou no início da estação chuvosa, a água da chuva causou a remoção de materiais piroclásticos nos 11 cursos de água do vulcão, gerando os lahars. De outubro de 2011 a 2011, 282 lahars foram desencadeados em 17 rios (de Belizal et al., 2013) e cerca de 108 lahars durante o período de 2012 a 2013 (Lavigne et al., 2015).Entre 2010 e 2013, a frequência dos lahars diminuiu como resultado do esgotamento gradual das reservas de materiais disponíveis removíveis. No entanto, a erupção explosiva de 13 de fevereiro de 2014 do vulcão Kelud, localizada a 210 km a leste de Merapi, resultou em um novo depósito de cinzas cuja espessura variou entre 2 e 5 mm, baseada em nossa observação de campo no lado sul e sudoeste . A ocorrência dos lahars do Merapi aumentou em relação à estação chuvosa anterior (19 lahars durante os 30 dias após a erupção). O lahar de 28 de fevereiro de 2014, apresentado aqui, constitui o primeiro grande evento ao lado do vulcão Merapi após a erupção do vulcão Kelud. Este trabalho tem como objetivo estudar a dinâmica deste lahar durante toda a duração do fluxo, com especial atenção às variações hidrológicas e ao transporte de sedimentos. Como os sistemas de detecção Lahars são muitas vezes baseados em sensores geofísicos, o acoplamento video-sísmico neste trabalho é usado para calibrar a medição de parâmetros geofísicos no canal natural. Este estudo também serve para ajudar os modelos de Lahars a melhorar seus códigos, dando informações sobre essas variações hidrológicas raramente levadas em conta até hoje.

Site de estudo e metodologia

3, criamos uma metodologia original, com base no acoplamento de imagens de vídeo, gravações sísmicas e chuvas, obtidas no rio Gendol (GIS 1). Selecionamos uma seção do canal localizada a 1.100 m de altitude, localizada nos depósitos de fluxo piroclásticos de 2010. A largura do canal atingiu 26 m na data da ocorrência do Lahar (28 de fevereiro de 2014), para uma inclinação. Cerca de 14 % (ou 8 °).

2.2. Aquisição de dados

2.2.1. Dados pluviométricos

4Afin para registrar a intensidade real da chuva, instalamos dois Rainlômetros no sudoeste e do flanco do sudeste de Merapi a cerca de 1.100 m de altitude (Fig. 1) Uma série de imagens de satélite MTSAT tornou possível conhecer o desenvolvimento de cumulonimbuse em torno do vulcão espacial em pequena escala, mas em grande escala (1 hora, tempo real). Além disso, pudemos consultar a pluviosidade das câmeras automáticas em torno do vulcão graças à conta do Twitter do BPPTKG (Merapi Volcano Observatory).

FIG. 1 – Mapa do site do estudo.
Fig. 1 – Mapa do site de estudo.

FIG. 1 - Mapa do site do estudo. FIG. 1 - Mapa do site de estudo.

1: Cimeira de Merapi; 2: fluxo; 3: fundição piroclástica de 2010; 4: 2010 cirurgia piroclástica; 5: calibre de chuva; 6: site de estudo.
1: Cimeira de Merapi; 2: rios; 3: fluxo piroclástico de 2010; 4: surto piroclástico de 2010; 5: raingauge; 6: Observação do local.

2.2.2. Dados hidrológicos

5A Estação de observação foi equipado com uma câmera fixa apontada na margem esquerda do canal e uma câmera de vídeo manual na margem direita. Analisamos as características hidrológicas do Lahar do processamento da imagem de vídeo usando um protocolo de medição específico: o Lahar foi dividido em três eixos (um eixo central rodeado por dois eixos ao longo de cada banco), a fim de analisar a distribuição lateral de profundidade, largura , velocidade de superfície, fluxo e número de blocos.

2.2.3. Dados sísmicos

6, instalamos uma marca sísmica da marca Myotis na borda do curso de água 4,6 km ao sul do topo (1.090 m de altitude). Esta estação consistia de uma bateria de 12V e um painel solar de 50 watts, um gravador de miotis de 16 watts com uma dinâmica de 85 dB, um ganho de 100 e uma frequência de amostragem de 500 Hz e dois geofones (frequência limpa 4,5 hz; sensibilidade 32 Mv / mm / s) remoto a 76 m de distância uns dos outros e paralela sobre a água. Também recebemos sinais sísmicos da estação Mea04 instalada em torno da Cúpula do Vulcão pelo Projeto Domerapi. Esses sinais sísmicos, registrados pelo sismômetro do Gromural CMG-6TD, servem para calcular a velocidade média do Lahar de cima para o nosso local de observação (Tabela 1). Também usamos Walkies UHF Talkies definidos na frequência pertencente ao Office Merapi Volcano (BPPTKG) para ouvir sinais sísmicos de banda larga ampla e comunicar com os observadores locais.

guia. 1 – Síntese dos resultados. Tab. 1 – Resultado geral.

/ tr>

8,5 m / s

recurso / características

Resultado de análise / resultados

tipo de tipo de lahar / lahar

data / data

28 de fevereiro de 2014

Trigger no tempo superior / desencadeamento na área de cúpula

Chegada do fluxo hiperconcentrido inicial / chegada do fluxo hipercentratado inicial

Chegada da chegada dianteira / frontal

Chegada do pulso 1 / chegada do primeiro pulso de lahar

Chegada do pulso 2 / Chegada do segundo pulso de lahar

duração / duração

1h44

Duração / duração da análise de análise

1 hora

chuva do sudeste / sudeste de chuva

24 mm (13 h 20 – 14 h 47)

chuva ocidental / sudoeste de chuva

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

Velocidade média de lahar / média velocidade de lahar

4,12 m / s

Velocidade de velocidade frontal

velocidade máxima / velocidade máxima / máxima velocidade Superfície

14.5 m / s

descarga máxima / máxima

473 m3 / s

volume total de fluxo / volume total de Lahar

> 116 524 m3

número de colapsos / Número de colapsos bancários

Número mínimo de blocos visíveis / número de pedregulhos visíveis

o “casting de detros “O tipo é acionado às 14h10 e chega ao local de observação às 14:28. Pelo menos 595 blocos visíveis de mais de 1 m são transportados PENDAN t o lahar. O volume total de Lahar atinge mais de 116 524 m3.
O tipo de fluxo de detritos é desencadeado às 14:10 e chega ao alcance da observação às 14:28. Pelo menos 595 pedregulhos visíveis (diâmetro > 1 m) são transportados durante o evento. O volume total de Lahar é estimado mais de 116.524 m3.

2.3. O processamento de dados

7 Os vídeos foram registrados a uma frequência de 25 quadros por segundo. O tamanho do câmeramo e o primeiro autor deste artigo (1,76 m) foi usado como uma escala. Nós definimos uma distância no chão para ajudar a calcular a velocidade da superfície por imagem por análise de imagem. Para cada eixo, o banco de dados contém, a uma frequência de 15 segundos, profundidade, largura e velocidade da testa e a superfície do fluido, o que nos permitiu calcular as variações de fluxo. A velocidade da superfície foi calculada contando o número de imagens necessárias relacionadas a um marcador flutuante (pequenos blocos ou detritos) para atravessar a área da análise de vídeo sobre uma distância real de 7,8 metros no chão. A velocidade da superfície foi obtida de acordo com a seguinte fórmula: vs = 7,8 / (n / 25) (1)
onde vs = velocidade de superfície instantânea (m / s), 7.8 = distância conhecida no campo, n = Número de imagens.

8 Em vingança, é impossível calcular a velocidade média do Lahar (que leva em conta as forças de atrito interno) e, portanto, estimada em 4/5 da superfície velocidade (Lavigne et al., 2003). O fluxo foi assim calculado a partir da seguinte equação:
q = l x p x 4/5 (vs) (2)
onde q = fluxo médio (m3 / s), a largura (m), p = profundidade (m) ), vs = velocidade de superfície (m / s).

9 quantificamos manualmente o número de blocos visíveis (diâmetro > 1 m). Também medimos a dimensão (largura X Length X Height) do maior bloco visível para calcular seu volume e, portanto, a habilidade do lahar.Multiplicando este volume pela densidade da rocha andesite (2,5-2,8 toneladas / m3), estimamos o peso máximo dos blocos transportados.

10Center Os dados sísmicos, a fim de isolar os sinais interessados EUA, aplicamos um filtro de banda de 5-240 Hz. Os dados foram corrigidos de acordo com a sensibilidade dos sensores para obter diretamente a velocidade das ondas em m / s. Em seguida, analisamos o conteúdo de frequência dos sinais pela frequência de tempo de análise (Análise de Frequência de Tempo / TFA) usando 50 amostras por segundo para construir um espectrograma.

3.1. Chuvas de desencadeamento

11 A imagem MTSAT mostra que uma perturbação chuvosa foi formada rapidamente ao redor do cone vulcânico das 13h. Apesar do desenvolvimento semelhante de nuvens entre os flancos leste e oeste, a duração da precipitação variou em cada uma das células. De manhã, estava chovendo apenas no oeste. Então uma forte chuva ocorreu às 1:20 e 14:47 com uma intensidade de 16 mm / h. Essa perturbação então se moveu para o oeste, onde foi registrada uma intensidade de chuva de 9,3 mm / h entre 15:09 e 16:17 (Fig. 2). A lahar de 28 de fevereiro de 2014 foi desencadeada às 14:11 e chegou ao ponto de observação às 2:28 após uma testa chuvosa (24 mm em 1:27) do flanco oriental (Tabela 1). De acordo com o Gráfico de Chuvas Cumulativas (Fig. 2B), um primeiro fluxo hipercentratado, descarregado em blocos, atinge a estação às 14:28, ou 67 minutos após o início da chuva. A frente lahar chega 13 minutos depois. Esta chuva é gravada em nosso medidor de chuva localizado a 1.100 m de altitude. As condições difíceis do terreno não permitem instalar um medidor de chuva entre 1.500 e 2.500 m de altitude, não temos informações precisas sobre a intensidade da chuva na zona inicial do Lahar. No entanto, este valor de precipitação não deve ser considerado como um limiar de gatilho Lahar. De fato, com base nas observações feitas em 1995 do Centro Técnico da Sabo Dados do radar (Lavigne, 1998), a zona de partida do rio Gendol é de vários quilômetros a montante do medidor de chuva. Altitude provavelmente entre 1.500 e 2.500 m.

FIG. 2 – Imagens MTSAT de 28 de fevereiro de 2014 das 13:00 às 18h
Fig. 2 – Imagery MTSAT no dia 28 de fevereiro de 2014 das 13:00 às 18:00.

FIG. 2 - Imagens MTSAT de 28 de fevereiro de 2014 das 13:00 às 18h FIG. 2 - Imagery MTSAT no dia 28 de fevereiro de 2014 das 13:00 h às 18:00 h.

A: Distribuição espacial-temporal da chuva; B: Precipitação gravada nos flancos do sudeste e do sudoeste do vulcão Merapi.
A: Distribuição de precipitação temporal de espacio; B: pluviosidade acumulada gravada no sudeste e encosta sudoeste do vulcão Merapi.

3.2. Parâmetros hidrológicos do lahar

12 A análise analisada foi registrada em nosso equipamento entre 2:25 e 4:12, uma duração de 1 hora e 47 minutos. O volume total de Lahar calculado a partir de seu hidrobram (14H 25-15 HP 10) atinge mais de 116.500 m3. Antes da chegada do lahar, notamos um fluxo fluvial (14H 25-14 H 28) resultante de escoamento muito localizado que aparecem nos ravinos nas margens do canal.

13 As variações hidrológicas do lahar possibilitam distinguir claramente 4 fases grandes (Fig. 3A, B e C):

Fig 3 – Lahar de fevereiro 28, 2014.
FIG. 3 – Lahar em 28 de fevereiro de 2014.

Fig 3 - Lahar de 28 de fevereiro de 2014. FIG. 3 - Lahar em 28 de fevereiro de 2014.

A: profundidade; B: velocidade de superfície; C: Fluxo; D: Número de blocos; E: assinatura sísmica; F: Análise de tempo de frequência. Após um problema técnico, o sinal sísmico é interrompido às 2:46 da PM A: profundidade de fluxo; B: Velocidade na superfície; C: descarga; D: Número de pedregulhos; E: forma de onda sísmica; F: Análise de frequência de tempo. Devido ao problema técnico, a parada sísmica pára de gravação às 14:46.

14- Fase 1 – Fluxo hipercentral (14H 28 – 14:41).

155 14:28, uma primeira testa cruza nosso site instrumentado (guia. 2). Durante esta fase, o que dura uma dúzia de minutos, profundidade, velocidade e fluxo de fluxo aumenta gradualmente, atingindo respectivamente 1,60 m, quase 5 m / s e 40 m3 / s. O vídeo mostra uma grande carga de suspensão (sem dados disponíveis, qualquer amostragem manual com extremamente perigosa), mas onde a água ainda parece dominante no fluxo. É inequivocamente de um fluxo hipercentratado.

guia. 2 – quatro grandes fases de lahar. Tab. 2 – grandes fases do forno lahar.

não.

fase

temps

valeur

profondeur (m)

vitesse surfacique (m / s)

déit (m3 / p>

ecoulement hyperconcentré

14H 28 – 14 h 41

1,6

pic de coulée de débris

14H 41 – 14 h 44

corps du lahar

14H 44 – 15 h 00

Queue du lahar

15 h 00 – 16 h 12

1: fécionamento hiperconcentré inicial; 2: Pic de Coulée de Débris; 3; Corps du Lahar – Coulée de Débris; 4: Fila du Lahar – Écoulement Hypercentré.
1: fluxo inicial hipercentratado; 2: Lahar pico – fluxo de detritos; 3: corpo de lahar – fluxo de detritos; 4: Cauda de lahar – fluxo hipercentratado.

16 – fase 2 – Pic de Coulée de Débris (14H 41 – 14H44).

17un segunda frente, de 4,2 M de Haut et Pierreux cette fois-Ci, enregistré par La Caméra à 14H 41, Marque Le Début de la fase de Coulée de Débris. La Profondeur Maximale Atteint Près de 7 m (Fig. 3a), despeje UNE Vitesse Surfacique Danosant 16 m / s (Fig. 3B). Le Déit Maximum de Cette Fase Atteint 473 m3 / s (Fig. 3C).

18 – Fase 3 – Corpo Du Lahar (14 h 44 – 15 h 00).

19à LA Suite Du Pic, La Profondeur, La Vitessa e Le Déit de Du Lahar Diminuente, Mais La Délisância N’est Pas Régulière. La Profondeur Máximo Passe de 4 Mètres à Moins de 1 mètre (Fig. 3a). La Vitesse Du Lahar Diminue Par Paliers Après Le Pic, Passant de 12 À 4 m / s (Fig. 3B). Filho déit diminue également par Paliers Mais La Baisse est bien mais marquée, passant de 80 À moins de 10 m3 / s à l’extrês fin de l’écoulement (Fig. 3c).

20- fase 4 – Fila Du Lahar (15 h 00 – 16 h 12).

21l’écoulement se concentre dans le thalweg (AX CENTRAL) Qui Est Erodé Jusqu’à 3 M de Profondeur. La Profondeur Maximale Est de 1 m et continuar À Diminuer Jusqu’à La Fin du Lahar. La Vitesse Baisse de 4 m / s et le déit RédUit de 10 m 3 / s.

3.3. Transporte de blocs Visíveis

22les blocs aparável LORS DE LA FASE 1 (Fig. 3D). CEPJISTENTE, ASSEZ PEU DE BLOCS DE Taille Métricas Sont Visíveis Pingente L’Écoulement Hyperconcentré (PT Moyenne 2,2 Blocs Partir Minuto). Le Front de L’Écoulement N’est Pas Pierreux, à La Diférence de la Coulée de Débris. Pingente Le Pic de Coulée de Débris (Fase 2), 279 Blocs de Plus de 1 m Sont Observadores, Soit UN Taux DE 93 Blocs Parlados Pingente Minuto 3 minutos. Na distingue sur la figura 3D Convois de Blocs bien distintos, Sétparés D’Une Minute L’Un De l’Autre. Pingente Le Corps du Lahar (Fase 3), Ambul Huit Convois de Blocs Sont Visíveis à La Surface de L’Écoulement Entre 14 H 44 Et 14 H 56 (Fig. 3D). La Moitié de CES Convois Concentre UN MÁXIMO D’UNE Dizaine de Blocs Pouso, Tandis Que L’em Relève Un Convoi Plus Importante à 14H 53, Qui Transporte Entre 10 Et 16 Blocs Métriques Posteres, Alors Que Le Déit N’est Que D’une Cinquantaine de Mètres-cubes Par. À Partir de 14 H 56, Les Blocs Deviennent Très Rares, Puis inexistentes Après 15 h 05. Le Volume Máximo de Blocs Transportes Observos 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 Faciès Dominant du Volcan Merapi. SA Densité Variante de 2,5 AU 2,8 Toneladas / M3, Le Poids Máximo des blocs Transportes par CE LAHAR FUT d’une vingtaine de toneladas.

3.4. Signaux Sismes

23les Sismogrammes Enregistés em La Estação (Fig. 3e et fig. 4B ET D) Enregistrent Les Vibrations Générées Par Le Passage du Lahar.

FIG. 4 – Fréquença Sismique de L’Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris.
Fig. 4 – Freqüência sísmica de fluxo hiperconcentratado e fluxo de detritos.

FIG. 4 - Fréquença Sismique de L'Écoulement Hyperconcentré et de la Coulée de Débris. Fig. 4 - Frequência sísmica de fluxo hipercontratado e fluxo de detritos.

a: fluxo total; B e C: Sismogram e espectro de geofone a montante; D e E: Sismogram e espectrograma do geofone a jusante. A forma de onda e a frequência sísmica são diferentes para a fase de elenco de detritos.
A: total de descarga; B e C: sismograma e espectrograma do geofone a montante; D e E: sismograma e espectrograma do geofone a jusante. Forma de onda e frequência sísmica são surpreendentemente diferentes para a fase de fluxo de detritos.

24ces Os dados são representativos da energia fornecida pelo Lahar. No entanto, remoto apenas 76 m, os dois geofones têm uma assinatura curiosamente diferente. A montante (Fig. 4b) mostra duas fases bem marcadas: a primeira, entre as 14:30 e as 14:38, corresponde a grandes variações de amplitude do sinal, com picos superiores a 3 x 10-4 m / s. No segundo, a amplitude gradualmente acredita, com picos menos marcados. O geofone a jusante (Fig. 3e e Fig. 4D) também mostra duas fases claramente separadas. Durante o primeiro, de 14:28 a 14:14, a amplitude é bastante reduzida (1 x 10-4 m / s, com picos raros em mais de 2 x 10-4 m / s) e relativamente homogêneos. O segundo shows nos sinais contrários de maior amplitude quase instantaneamente de 14 h 41. Os dois geofones estão distantes de apenas 76 m, os sinais sísmicos, infelizmente, não nos permitiram calcular a velocidade de propagação das duas frentes. O diagrama TFA (análise de frequência de tempo; Fig. 3F e Fig. 4c e E) representa a distribuição temporal das frequências registradas durante o fluxo, o que nos dá principalmente no transporte de blocos de carregamento na parte inferior da cama. Assim, os dois geofones a montante e downstream mostram a mesma frequência, entre 150 Hz e 240 Hz, até cerca de 14:40. Depois de 14:42, as varíâncias de frequência diferem entre os dois geofones: na altura do geofone a montante, o dominante A frequência varia entre 10 e 50 Hz (Fig. 4C). O pico de frequência para este geofone é bastante baixo, da ordem de 20 Hz. Na altura do geofone a jusante, a faixa de freqüência é mais ampla, de 10 a 150 Hz, com frequência dominante a 70 Hz (Fig. 3F e Fig. . 4). No que diz respeito às assinaturas sísmicas da segunda fase do lahar (fase com detritos), nossos resultados destacam uma variação de frequência bastante marcante entre dois sensores idênticos, conectados à mesma estação e remoção de apenas 76 m de outra. Essas variações são, portanto, inerentes à dinâmica do fluxo, que é discutida abaixo.

4.1. Quatro grandes fases de fluxo

25 Nossa abordagem video-geofísica acoplada tornou possível distinguir quatro fases grandes do fluxo de lahar de 28 de fevereiro de 2014 no rio Gendol.

4.1.1 . Um fluxo hipercentratado inicial

26 de uma profundidade não superior a 2 m, este fluxo de cor marrom escuro tem poucos blocos visíveis na superfície. Os dois geofones a montante e a jusante mostram uma freqüência bastante alta, entre 150 Hz e 240 Hz, que parecem indicar que grandes blocos são transportados pelo carregamento durante esta fase, incluindo quando ocorreu. A presença deste fluxo hipercentric de longo prazo inicial (< 15 min) atesta que o lahar foi desencadeado como resultado de uma saída violenta, mas muito breve. Vinte mm caíram em menos de 90 minutos ao nível do geofone (1.121 m Asl), que gerou escoamentos locais com um baixo ravínio. O acúmulo desses escoamento atingiu o local do estudo na forma de um fluxo inicial hipercentratado. Este último não teve tempo para corroer suficientemente o canal para constituir uma carga sólida capaz de gerar um fluxo de detritos. Por outro lado, ao mesmo tempo que o início do fluxo hiperconcentratado, um acendedor a montante a 1.500 m altitude gerou erosão maciça (deslizamentos de terra) que levaram à formação de fluxo de detritos (ver Lavigne et al., 2000, Vallance, 2005 Para mais informações sobre este tipo de processo).

4.1.2. Um fluxo de detritos caracterizados por duas pulsações principais

27un front de pedra progredindo mais rápido do que o fluxo inicial hipercentratado (Tabela 1) é filmado por volta das 14h41. Seguido por duas pulsações muito marcadas em apenas três minutos , o segundo correspondente ao pico de fluxo de lahar, este último sendo multiplicado em relação ao fluxo inicial hiperconcentratado (Fig. 3A e 3C). Esta fase extremamente breve reforça a ideia de um ávell violento muito curto (a poucos minutos) entre 1.500 e 2.000 m de altitude. A origem dessas pulsações pode ser interpretada de várias maneiras: (1) eles poderiam estar ligados a uma intensidade renovada da chuva durante o fluxo (Fig.2), fenômeno já descrito para os lahars do Vale do Boyong em 1995 (Lavigne, 1998, Lavigne e Thouret, 2000); (2) mas em vista do intervalo de tempo muito curto entre essas duas pulsações, eles são mais propensos devido à chegada não síncrona de um lahar de um ramo tributário do canal principal em sua parte a montante, visível no mapa do site. (Figura 1). Além disso, estas duas pulsações correspondem à chegada de dois comboios de blocos muito próximos, transportados principalmente na superfície: o vídeo mostra um número muito grande de blocos flutuantes (279 blocos em 3 minutos) enquanto os sinais sísmicos não alcançam amplitude máxima. Obserimos também que os blocos visíveis máximos na superfície são atingidos entre essas duas pulsações. É deduzido que o comboio do bloco às 14H33 tende a conter o fluxo à maneira de uma testa, que é seguido por uma velocidade máxima e taxa de fluxo do Lahar. Essas pulsações modificaram assim a relação entre profundidade e taxa de fluxo. Calculamos um R2 = 0,75 (com pulsações, fig. 5a) e um R2 = 0,83 (sem pulsações, Fig. 5b).

FIG. 5 – Relação entre profundidade e velocidade: com pulsações (a) e sem pulsações (B).
Fig. 5 – Relação entre profundidade de fluxo e velocidade: com pulsos lahar (A) e sem pulsos lahar (B).

FIG. 5 - Relação entre profundidade e velocidade: com pulsações (a) e sem pulsações (B). FIG. 5 - entre profundidade de fluxo e relacionamento de velocidade: com pulsos de lahar lahar (a) e sem pulsos lahar (B).

As pulsações contêm o aumento de profundidade e a diminuição da velocidade que, depois, diminui relação entre profundidade e velocidade (R2 = 0,75).
pulso de lahar contém a profundidade crescente e a velocidade decrescente que recusam a profundidade entre a profundidade e a velocidade (R2 = 0,75).

4.1.3. O corpo lahar permanece “fluxo de detritos”

28 na continuação do pico, a profundidade e o fluxo da lahar caem abruptamente, mas várias pequenas pulsações secundárias, típicas dos fluxos de detritos (Doyle et al. , 2010), são observados por pelo menos cerca de vinte minutos. A alta concentração sedimentar do lahar é atestada pela cor ainda muito escura do fluxo, mas especialmente pela presença de vários comboios de blocos flutuantes. Também observamos a existência de materiais secos flutuando na superfície do fluxo durante o terceiro pulso, materiais de lenço dos bancos durante a passagem do lahar (Fig. 6). A presença de muitos blocos flutuantes envolve ainda pressão dispersiva significativa, onde as tensões de cisalhamento interno são direcionadas tangencialmente em relação à superfície do fluido (almofada, 1997). Os blocos flutuam também sugerem uma pequena diferença de densidade entre partículas sólidas e fluido líquido (Vallance 2005), que está na origem do fenômeno da flutuação. A Fig. 3e mostra, no entanto, que os sinais sísmicos têm uma amplitude máxima durante esta fase, o que sugere um transporte preferido de blocos por saltação, ou mesmo carregando no fundo para os maiores deles.

FIG. 6 – Imagens capturadas durante o pic du lahar.
Fig. 6 – Screenshoots of Lahar Peak.

FIG. 6 - Imagens capturadas durante o pic du lahar. FIG. 6 - capturas de tela do pico de lahar.

a: blocos; B: Materiais de colapso para a superfície do fluxo.
A: pedregulhos; B: materiais deslizantes na superfície de fluxo.

4.1.4. A cauda lahar é marcada por uma diluição progressiva

29 de 15 h 00, o fluxo do Lahar continuou a diminuir e o fluxo gradualmente diluído, como atestado por sua mais cor. Além disso, claro. Durante esta fase de transição de um fluxo hipercentratado para uma fase fluvial, o Lahar perdeu a competência necessária para transportar os blocos.

4.2. Interesse de confronto entre dados geofísicos e observações visuais

30 A instrumentação geofísica tem sido amplamente utilizada para estudar a dinâmica dos lahars (Lahusen, 1998, Zobin et al., 2009, Doyle et al., 2010; Cole et al., 2009, Buurman et al., 2013) e lava torrence nas montanhas não-vulcânicas (Arattano e Moi, 1999, Huang et al., 2007; Huang et al., 2008; Hübl et al., 2012 ; Abancó et al., 2014). Esses sensores possibilitam a obtenção de dados confiáveis sobre a velocidade de aceleração sísmica, a duração, a frequência e a forma das ondas. As baixas frequências (< 30 Hz) devem dar uma aproximação da carga inferior dos fluxos e blocos transportados pela saltação, enquanto as frequências mais altas são geralmente consideradas representativas de fluxos hiperconcentrados, menos carregado com materiais.No entanto, muitos parâmetros hidráulicos, como profundidade, velocidade, largura ou fluxo da lahar, não são quantificáveis pela única abordagem geofísica. Da mesma forma, o transporte de blocos suspensos não é registrado nos canais de baixa frequência dos sismômetros. A originalidade do nosso estudo foi para acoplar uma análise dos sinais sísmicos registrados por dois geofones para uma reconstrução detalhada da dinâmica de um lahar de imagens de vídeo retiradas do início até o final do fluxo. Até agora, apenas alguns trabalhos usaram tal abordagem (por exemplo, Lavigne et al., 2003), e nenhum com tal grau de precisão na análise da imagem de vídeo, seja para os lahars ou os fluxos de detritos da montanha. Dois pontos principais, reunidos nos seguintes parágrafos, foram destacados por este cruzamento de métodos.

4.2.1. Uma resposta sísmica varia fortemente dependendo da morfologia do canal

31, dependendo da passagem da testa rochoso e das primeiras pulsações, a resposta dos dois geofones é diferente. O geofone a montante registra uma frequência que varia de 5 a 50 Hz (frequência dominante de cerca de 20 Hz), típica daquelas atestadas na literatura sobre os fluxos de detritos (Tabela 3). Por outro lado, o geofone a jusante indica uma faixa de frequência mais ampla, variando de 5 a 150 Hz (frequência dominante de cerca de 70 Hz). Essa diferença poderia ser explicada pela presença a montante de uma primavera hidráulica de uma dúzia de metros de altura, devido à erosão diferencial entre uma lava lançando na parte inferior da cama e os materiais piroclásticos subjacentes (Fig. 7A e B). A queda dos blocos nesta cascata gera principalmente frequências baixas, que são muito menos registradas algumas dezenas de medidores a jusante na medida em que os blocos são remobilizados rapidamente por salação e flutuam para alguns (Fig. 7).

guia. 3 – Faixa de frequência de fluxos de detritos e fluxo hipercentratado. Tab. 3 – Faixa de frequência do fluxo de detritos e fluxo hipercentratado.

guia. 3 - Faixa de frequência de fluxos de detritos e fluxo hipercentratado. ABA. 3 - Faixa de freqüência de fluxo de detritos e fluxo hiperconcentratado.

df = fundição de detritos, HF = fluxo hipercentratado, SF = fluxo do rio.
DF = fluxo de detritos, HF = fluxo hipercentratado, SF = fluxo de fluxo.

Huang et al. (2007) e Yin et al. (2011) mostra a faixa de alta frequência para fluxos de detritos sem explicar o motivo.
Huang et al. (2007) e Yin et al. (2011) Alta faixa de freqüência para fluxos de detritos sem explicar o motivo.

FIG. 7 – Diagrama da dinâmica de Lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (b).
Fig. 7 – Esboço da dinâmica de lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (B).

FIG. 7 - Diagrama da dinâmica de Lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (b). FIG. 7 - Esboço da dinâmica de lahar: vista horizontal (a) e vista vertical (B).

A redefinição hidráulica força os blocos a atacar a cama do canal no site upstream, os mesmos blocos estão flutuados no rio abaixo local.
Os pedregulhos são para forçados a bater no leito do rio no local a montante e, em seguida, os mesmos pedregulhos flutuaram no site a jusante.

4.2.2. Uma resposta sísmica de detritos flui para interpretar com cautela

32contrraire ao que muitas vezes é avançado na literatura, incluindo os designers AFM (monitor de fluxo acústico, Lahusen, 1998), frequências acima de 100 Hz não correspondem sistematicamente Fase de fluxo hipercentrada (Tabela 3). Nossos resultados mostram inequivocamente que a frequência sísmica do corpo do Lahar de 28 de fevereiro de 2014 pode chegar a 150 Hz durante uma fase de detritos. De fato, da passagem da testa, onde os blocos de tamanho métrico são movidos pelo carregamento, o corpo de Lahar continua a transportar blocos, mas em saltação ou suspensão, limitando os contatos com o solo. Esta observação deve concluir-se que a única medição da frequência dominante de um fluxo não permite diferenciar os fluxos hiperconectados de fluxos de detritos. Por essas duas razões, as medições geofísicas devem ser interpretadas com a maior cautela quando não são calibrados graças às observações in situ e às medições de vídeo.

4.3. Emissão e reprodutibilidade do método

33SUR O vulcão Merapi, o gerenciamento de risco dos lahars depende de dados sísmicos e modelagem digital. Dados sísmicos podem detectar os lahars, mas não são capazes de descrever a dinâmica do movimento dos lahars. O mesmo evento que ocorre em um ambiente semelhante produz um sinal sísmico idêntico (Zobin et al., 2009, Quang et al., 2015).Os lahars modificam seu ambiente durante o evento, modificando assim os sinais sísmicos em tempo real. A observação de vídeo consegue resolver essa limitação, fornecendo a estimativa dos parâmetros e os comportamentos hidrológicos de fluxo que também é útil para a modelagem dos lahars.

Conclusão

34 A metodologia original com base no acoplamento de imagens de vídeo e dados sísmicos pode ser considerada uma abordagem alternativa para a busca da dinâmica dos lahars, desde que o rastreamento direto de Os lahars no chão são muitas vezes difíceis e perigosos. O vídeo é usado para calcular a magnitude, velocidade, fluxo, alterar o processo durante o evento. Dados sísmicos identificam frequência, amplitude e duração de cada fase da evolução dos lahars. Os dados sísmicos devem ser interpretados com cautela quando comparados aos dados hidrológicos derivados do vídeo, devido à alteração das características morfológicas do canal durante o evento. As informações sobre a dinâmica de movimento dos lahars devem ser levadas em conta de uma maneira muito detalhada, pois é um critério muito importante para a detecção automática e modelagem dos lahars, abordagens que são usadas regularmente na gestão desse tipo de risco.

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