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十三年,追踪震后生态地质环境演化

持续研究的 地灾防治国家重点实验室 2024-06-27

十三年前的今天

汶川发生了新中国成立以来

破坏性最强的地震

刻骨铭心,历历在目

十三年后

回头看这片曾经满目疮痍的土地

有悲伤更有新生

有回顾更有前行


作为我国地质灾害防治领域

唯一的国家重点实验室

地灾国重实验室围绕

强震区地质灾害时空演化机制

强震区长期地质环境效应

两方面开展了持续研究

为今后预测同震地质灾害及其震后危险性

迈出了坚实的一步


今天阿重带大家一起了解

汶川地震震后13年

我们如何
追踪震后生态地质环境演化
解锁大家在震后所关心的相关疑问
 

 


震后地质灾害的活跃期会持续多长时间?会逐渐减弱并稳定下来吗?


汶川地震发生后这个问题备受社会关注,经过地灾国重实验室长期研究发现:

1.震后短期内,滑坡活动性会激增到震前的120倍,随后在震后3年内快速衰减,震后~10年内将恢复到震前水平。
2.震后泥石流降雨阈值随时间逐渐回升,但尚未恢复到震前水平,在极端降雨情况下仍有暴发泥石流的风险。
 
▲汶川地震后降雨阈值演化趋势
 
 
时至今日,汶川强震震区地质灾害活动性已显著降低,区域植被修复情况良好,灾区城镇重建也取得很大进展。

“看见得”的是我们逐渐走出了地震的阴影,顺时施宜,防灾减灾的科学研究重心逐渐转向,朝着“看不见”的震后生态地质环境演化研究发展。

例如:实验室人员通过对汶川震区岷江流域“天-空-地”多源长期观测发现,汶川地震产生了约100 亿方同震松散物质,震后10年内被搬运到主河道的物质仅为同震松散物质总量的5%。换言之,绝大部分同震松散物质仍停留在山区内,逐渐稳定变成地貌的一部分,将会对震后生态地质环境形成长期影响。
 



震后地质灾害效应如何影响我们的生存环境?



震后地质灾害效应具有危害性强、持续时间长、过程复杂的特征,包含一系列不同演化阶段。
 

▲强震诱发地质灾害动态演化示意图:
(红色背景为同震地质灾害;蓝色为震后10年内地质灾害动态演化与灾害链;黄色为地质灾害长期效应,图为10年到百年尺度)
 
如上图所示,在震后时间尺度上,地质灾害效应的演化进程可划分为三个主要阶段:

同震期即地震发生时。强烈的地震动诱发大量不同类型的地质灾害,包括滑坡、崩塌、泥石流等;

震中期:即地震发生后数月至数年内。大型的同震滑坡极可能直接进入河道,使得同震滑坡堵江,发生滑坡堵江→滑坡坝-堰塞湖→溃坝洪水;另一方面,受震后强降雨控制,发生同震滑坡堆积体→泥石流→堵江筑坝→溃决洪水→物质运移→河床淤高→进一步增加洪水风险。

震后期:即地震发生后十年及以上。这一时期的震后长期效应主要表现为:强震物质运移对山区地貌演化的长期影响,以及震裂山体及岩体累积损伤造成的坡体滞后失稳。

例如:5·12汶川地震后,受强降雨影响,大量的松散物质滑落行成泥石流,导致灾后重建工程再次受灾、多次重建。同时,随时间不断演化震后物质运移转化为沟谷松散堆积体,因而沟谷堆积体的体积总量明显上升,导致沿河居民时常遭受洪水灾害,沿线公路等重要工程的防洪标准亟待提高。
 



关注震后长期效应,我们的研究核心问题是什么?



通过对汶川地震后十余年的持续追踪研究,我们发现针对震后长期地质环境效应,以下三个关键问题值得关注:


 关键问题一:同震滑坡堆积物质在震后如何运移?
实验室通过对汶川地震震后物质运移规律的研究发现,强震产生大量新增物质大质多停积在坡面,这些堆积物在震后强降雨作用下,逐步向下游河道搬运,并部分转化为滑坡/泥石流灾害。
 
▲同震滑坡堆积体物质的搬运方式

如图所示,主要的物质搬运方式包括以下几种途径:
1. 直接进入主河道的滑坡物质,后续大多遭受河流侵蚀搬运;
2. 降雨作用造成堆积体的滑动失稳和坡面泥石流,随着细颗粒的迁移,颗粒粗化后的堆积体也会趋于稳定;
3. 泥石流会驱使停积在支流沟道中的物质进入主河道;
4. 地表径流对堆积物的坡面侵蚀会造成细颗粒物质的搬运。
 
其中,震后物质运移的主要搬运方式是坡面过程和河流侵蚀,通过定量分析发现,汶川强震区域目前仍有70.6-87.2%的同震滑坡物质滞留在山区斜坡,仅5.6-15.2 %的物质被搬运到河道中。换言之,绝大部分同震滑坡物质仍停留在山区内,并逐渐稳定变成地貌的一部分。

▲震后物质运移与河道抬升
 
 关键问题二:震后地质灾害与地质、生态环境的交互影响
震后特殊的物源条件和成灾环境造成震后滑坡-泥石流致灾模式与孕灾条件发生剧变,导致常规理论模型无法解释与预测震后地质灾害从同震堆积体转化成灾模式的演化过程。

实验室进一步研究发现,震后地质灾害成灾模式从最初几年的“同震松散堆积体失稳与泥石流共生”逐渐演化为趋于震前的“沟道径流侵蚀型”。通过长期野外观测和室内人工降雨物理模型试验,实验室揭示了“降雨-入渗-同震滑坡堆积体失稳-汇流-沟道物源起动-沿程侵蚀-泥石流成灾”的链生转化机制,发现“生态-岩土-水文”交叉作用是滑坡转化为泥石流的关键。
 
需要指出的是,随着时间的推移,汶川强震区发生大规模地质灾害的风险在持续降低,但同震滑坡堆积体在强降雨条件下,仍存在发生二次灾害,并以滑坡、泥石流等形式呈现的风险;这也意味着汶川地震震后地质灾害长期监测刻不容缓。

▲同震堆积体物源消耗模拟结果

同时,强震诱发的地质灾害对山区生态环境特别是植被的破坏是致命性的,而坡体表层植被的剥离更进一步降低了坡体的稳定性,增大了震后滑坡等灾害发生的风险,实验室针对汶川震区的长期研究发现,随着震后时间的推移,汶川强震区地表植被在逐步恢复,这也使得震后十年汶川强震区约有83.7%的滑坡活动性降低;但目前重新生长的表层植被多为根系较浅的杂草和矮小灌木丛,其土壤固结、水土涵养的能力仍略显不足,要恢复到震前水平仍有待时日。
  
▲汶川震前2000年到震后2018年NDVI变化规律与震后植被恢复率(VRR)。Type I+II+III+IV表明震后植被恢复较差的区域(多受震后滑坡影响);Type V+VI为震后恢复较好的区域

【阿重词条】NDVI,植被覆盖指数:学者们常通过对多光谱遥感数据中红光波段显示的叶绿素色素吸收率,以及近红外(NIR)波段显示的植被高反射率特征进行对比,用于检测植被生长状态和植被覆盖度。

 关键问题三:震后震裂山体效应
地震在触发大量的崩塌、滑坡的同时,也导致形成了相当数量“裂”而未“滑”或“松”而未“动”的坡体,统称之为“震裂山体”。


例如,2017年6月24日,四川茂县叠溪镇新磨村发生高位崩滑灾害,掩埋了整个新磨村,造成近100人死亡。应急调查发现,滑坡源区山体在滑前已存在拉张裂缝。同时,滑坡区域历史上经历过多次地震,包括1933 年叠溪地震、1976 年平武地震以及2008 年汶川地震,专家认为裂缝发育的罪魁祸首可能正是由于多次地震造成的山体震裂松动和岩体破碎,使得山体存在“内伤”。
 
▲2017年新磨滑坡三维无人机影像图

后续研究考证,发现2017年新磨村高位崩滑裂缝发育位置与1933年叠溪地震的同震滑坡位置重合,由此判识该裂缝形成于1933年的叠溪地震。此后,1976年平武地震和2008的汶川地震极有可能进一步促进了该处裂缝的发育。而后缘裂缝的存在为雨水入渗、物理化学风化,提供了重要的通道,导致此处岩体强度不断降低,最终失稳破坏。

▲新磨滑坡前震裂裂缝放大影像图
 
上述几个问题的答案
对评价、预测震后灾害和山区地貌演化
至关重要
地灾国重实验室目前已取得了初步的认知
并将为交出满意答卷继续努力



除了有受灾颇为严重的2008汶川地震,我国近年来还相继发生了2013年四川芦山Ms7.0地震、2014年云南鲁甸Ms6.5地震、2017年四川九寨沟Ms7.0地震以及2019年四川长宁Ms6.0级地震等,但目前关于强震地质灾害的防灾减灾理论与技术,还不能完全满足国家防灾减灾工作的迫切要求。

因此,地质防治国家重点实验室从未停止对地震诱发地质灾害演化规律及其震后效应的关注,研究团队一直以地质灾害防灾减灾为主攻方向,长期开展并将延续“强震灾害链长期效应”相关研究,为我国山区地质灾害防控提供理论依据与技术支撑。

阿重说

本期内容为滑坡灾害的早期识别在“5.12”地震十三周年的今天,让我们再次缅怀逝去的同胞,同时积极学习防灾减灾的知识,科学认识震后地质灾害的危害,尊崇自然,敬畏生命!




专业指导丨范宣梅、杨莹辉、常鸣、戴岚欣
文丨阿重科普工作室
编辑丨胡雨涵 刘泓瑶
封面来源丨人民网
责任编辑丨范宣梅 李海华 林汐璐
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