白龙江易灾流域滑坡时空演化及其对泥石流活动的影响——以构林坪和甘家沟为例

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泥石流是青藏高原及其周边地区最为严重的地质灾害之一,沟道内大量滑坡产生的松散堆积体是泥石流的重要物源,其时空变化情况在一定程度上决定了松散物源的数量和分布,并进一步影响着泥石流的活动频率和强度。明确流域尺度滑坡的时空演化特征及其对泥石流活动的影响,对于区域防灾减灾工作具有重要指导作用。但已有的研究多为区域滑坡的空间分布,以特定诱发事件(如地震、降雨等)下滑坡的空间特征描述为主,缺少对滑坡时空变化规律与机制的探讨,更缺乏将滑坡时空演化与泥石流的活动性相关联。因此,探明滑坡时空演化特征与机制及其对泥石流活动的影响是青藏高原及周边地区地质灾害防治领域亟需解决的关键问题。白龙江地处青藏高原东缘,是我国地质灾害高发区,近年来受地震、极端降雨和人类工程活动等影响,滑坡、泥石流等地质灾害活动进一步增强,链式效应显著,特别是汶川地震的强烈扰动,使该区成为除四川省外次生地质灾害最严重的地区,同时存在明显的震后效应。此外,由于该地区山高坡陡,河谷深切,人类活动主要聚集于相对平缓的河谷区,且伴随国家城镇化发展,工程建设不断向河谷两侧扩展,进一步影响了滑坡、泥石流等地质灾害的发育和演化,造成了不同子流域孕灾环境的差异化。基于此,本研究选取白龙江人类工程扰动不同的两处易灾流域构林坪和甘家沟进行对比研究,借助卫星光学遥感、无人机、In SAR(Interferometric Synthetic Aperture Radar,In SAR)技术和野外调查等,揭示滑坡时空分布规律和活动性变化情况,结合机器学习探讨滑坡时空演化的驱动机制,基于滑坡泥沙供应能力评价模型,明确滑坡对泥石流活动的影响,并定量评估了坡面物质对泥石流提供的潜在物源量。取得的主要研究结果如下:(1)通过多时相滑坡编目揭示滑坡时空演化规律。结果显示近十五年研究区滑坡数量显著增长,在2008年汶川地震和2020年极端降雨事件后增幅最大,人类工程建设增大了小型滑坡发生的频率。不同类型滑坡分布区域存在差异,滑动型多发育于软岩区,崩落型多发育于陡坡或硬岩区,流动型多发育于凹型坡。同震滑坡常见于高海拔和陡坡区域,而极端降雨事件在软岩、凹型坡及人类扰动区多触发滑坡。(2)综合In SAR技术与光学影像得到滑坡活动性。研究区近十五年滑坡活动性的变化趋势总体呈现:汶川地震前,滑坡的活动程度较低;汶川地震发生后,活动滑坡占比达到90%左右,其中高海拔区的滑坡活动性增强更为显著;2017-2019年,活动滑坡占比降至45%;2020年极端降雨事件发生后,活动滑坡占比升至80%左右,并在软岩区域新增大量活动滑坡。多数建设有人类工程的大型滑坡长期处于活动状态,人类工程密集区常发育有小型的活动滑坡。(3)结合机器学习确定滑坡时空演化主控要素的动态变化。外界驱动因子存在降雨与地震的转换模式,汶川地震对区内滑坡的活动性有较强的控制作用,并具有明显的地形放大效应,震后效应在该地区持续了近10年,之后逐渐转变为降雨主要控制。岩性强度低的凹型坡对降雨敏感,在未来气候情景下,软弱岩性及沟道两侧发生滑坡的可能性更大。此外人类活动会降低相同条件下触发滑坡的阈值,提高坡体发生滑坡的风险。(4)基于统计模型判定滑坡对泥石流活动的影响。研究区内潜在物源量多或增幅大时,泥石流的规模或频率有所增大。汶川地震后滑坡泥沙供应能力提升50%,提供潜在物源量增长近2倍,泥石流活动性上升并持续近5年。而极端降雨事件后,邻沟浅层滑坡可快速提供物源,增大泥石流规模,人类工程可改变松散物质输移过程。本研究成果揭示了多因素驱动下滑坡的时空变化发育规律及其驱动机制,明确了滑坡时空演化对泥石流活动性的影响,在一定程度上完善了青藏高原东缘地区滑坡成灾理论,也可为白龙江流域及类似地区地质灾害预测预报和风险管理提供科学依据。
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