В прогнозировании неглубоких, но опасных оползней важен размер
Угроза оползней снова в новостях, поскольку проливные зимние штормы в Калифорнии угрожают подмыть выжженные склоны и вызвать смертоносные селевые потоки, которые обрушатся на дома и затопят дороги.
Однако, по словам исследователей из Калифорнийского университета в Беркли, для выявления оползневой опасности не обязательны лесные пожары. Аэрофотосъемка с использованием воздушного лазерного сканирования — LiDAR — может предоставить очень детальную информацию о топографии и растительности, что позволяет ученым определить, какие подверженные риску участки могут обрушиться во время ожидаемого ливня. Это особенно важно для прогнозирования того, где неглубокие оползни — затрагивающие только почвенный слой — могут прийти в движение и трансформироваться по пути вниз по склону в разрушительные селевые потоки.
Загвоздка, по их словам, в том, что такая информация пока не может помочь предсказать, насколько крупными и потенциально опасными будут оползни. Это означает, что эвакуация может затрагивать гораздо больше людей, чем действительно подвергается опасности из-за крупных оползней и селей.
В новой статье, опубликованной на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые, геолог из UC Berkeley Уильям Дитрих и научный сотрудник проекта Дино Беллуджи, сообщают о своей последней попытке классифицировать оползнеопасные районы в соответствии с их вероятным размером и потенциалом опасности, надеясь на более точные прогнозы. Их модель учитывает физические аспекты склонов — крутизну, структуру корней, удерживающих склон, и состав почвы — а также пути, по которым вода стекает вниз по склону и проникает в почву.
Однако, хотя модель лучше определяет районы, склонные к более крупным и потенциально более опасным оползням, исследователи обнаружили факторы, влияющие на размер оползня, которые нельзя легко определить по аэрофотоснимкам, и которые необходимо оценивать на месте — пугающая задача, если речь идет обо всем штате Калифорния.
Ключевые неизвестные — это характер подповерхностного грунта и подстилающей коренной породы, а также влияние прошлых оползней на состояние грунта.
«Наши исследования подчеркивают проблему избыточного прогнозирования: у нас есть модели, которые успешно предсказывают местоположение произошедших оползней, но они в итоге предсказывают множество мест, где оползней не было, из-за нашего незнания о подповерхностном слое», — сказал Дитрих. «Наши новые выводы конкретно указывают на то, что пространственная структура материала склона — глубина почвы, прочность корней, проницаемость и вариации по склону — играют роль в размере и распределении, а значит, и в самой опасности. Мы упираемся в стену — если мы хотим продвинуться дальше в прогнозировании оползней, которое пытается указать, где, когда и насколько большим будет оползень, нам необходимы знания, которые действительно трудно получить, но которые имеют значение».
Модели, основанные на физике склонов, имеют ключевое значение для точечной эвакуации. Воздушное лазерное сканирование с помощью LiDAR может обеспечить детализацию в масштабе менее метра, позволяя точно измерять уклоны. Склоны разрушаются во время ливней, когда давление воды в почве — поровое давление — раздвигает частицы грунта, делая их плавучими, что снижает трение. Размер первоначального оползня влияет на глубину и скорость потока и расстояние, которое он может пройти вниз по склону.
В новой работе Беллуджи и Дэвид Милледж из Университета Ньюкасла протестировали модель прогнозирования оползней на двух совершенно разных ландшафтах: очень крутом, изрезанном и лесистом склоне в Орегоне и гладкой, травянистой, пологой ледниковой долине в Озерном крае Англии. Они обнаружили, что распределение мелких и крупных неглубоких оползней было довольно схожим на обоих ландшафтах, и его можно было предсказать, если учесть изменчивость прочности склона по его площади. Мелкие оползни могут превратиться в крупные, если условия — прочность почвы, прочность корней и поровое давление — недостаточно сильно меняются на коротких расстояниях.
«Получение такой детальной информации по всему склону — титаническая задача», — сказал Дитрих. На склонах в Орегоне и Озерном крае исследователи пешком или с помощью сканирования картировали всю территорию, что непрактично для большинства склонов.
«Это говорит о том, что для прогнозирования размера оползня и распределения размеров у нас есть серьезный барьер, который будет трудно преодолеть, но это необходимо — это возможность охарактеризовать свойства подповерхностного материала», — сказал Дитрих. «Статья Дино говорит, что пространственная структура подповерхностного слоя имеет значение». Исследователи призывают к более интенсивному изучению крутых склонов для прогнозирования этих подповерхностных особенностей.