alunecările de teren

alunecările de teren sunt un alt pericol natural care prezintă statistici privind frecvența Legii Puterii într-o mare varietate de circumstanțe. Mai întâi avem în vedere un inventar regional de 16.809 alunecări de teren în zona Umbria–Marche din Italia (14). Acest inventar a fost obținut din analize ale fotografiilor aeriene realizate la o scară de 1:33.000, completate de investigații geomorfe detaliate la locurile selectate (15, 16). Distribuția noncumulativă a zonei numerice este dată în Fig. 9 (setul de date A). Alunecările de teren medii și mari se corelează bine cu relația putere-lege cu exponentul aL = 2,5 și intercepta C = 300 (AL în km2). Acest set de date se abate de la scalarea Legii Puterii pentru al < 10-1 km2 (a 300 m). Distribuția cumulativă echivalentă pentru Eq. 21 is luăm în considerare în continuare un inventar al alunecărilor de teren 4,233 din regiunea Umbria care au fost declanșate de o schimbare bruscă a temperaturii la 1 ianuarie 1997. Acest inventar a fost obținut din analize ale fotografiilor aeriene realizate la o scară de 1:20.000 la 3 luni după evenimentul de topire a zăpezii, completate de sondaje de teren. Distribuția noncumulativă număr-suprafață a acestor alunecări de teren este dată și în Fig. 9 (setul de date B). Rețineți că scalele verticale au fost ajustate astfel încât cele două seturi de date să se suprapună. Aceste alunecări de teren se corelează bine și cu relația putere-lege din Eq. 21, luând din nou aL = 2,5 și C = 0,3 (AL în km2). Acest set de date se abate de la scalarea Legii Puterii pentru al < 10-3 km2 (a 30 m).

suprapunerea celor două seturi de date ilustrate în Fig. 9 arată că scalarea Legii Puterii este valabilă pe intervalul suprafețelor de alunecări de teren, 10-3 km2 < AL < = 4 km2, adică pentru lungimi mai mari de un 30 m. inventarul alunecărilor de teren induse de topirea zăpezii (setul de date B) este cu siguranță mai complet decât alunecările de teren istorice (setul de date a). Concluzionăm că răsturnarea (la AL = 2 10-2 km2 a alunecărilor de teren din inventarul regional din setul de date A este cauzată de incapacitatea de a măsura suprafețele alunecărilor de teren mai mici pe fotografiile aeriene și/sau cauzate de eroziune și alte procese de irosire.

pe de altă parte, răsturnarea alunecărilor de teren în setul de date B nu este un artefact și este rezultatul trunchierii scalării Legii Puterii la o scară de lungime de aproximativ a 30 M. din cauza prospețimii alunecărilor de teren declanșate de topirea zăpezii, precum și a calității și scării (1:20.000) din fotografiile aeriene, cea mai mică suprafață de alunecări de teren cartografiată constant este de aproximativ 2,5 XTX 10-4 km2 (A 16 m), adică mai mică decât dimensiunea A 30 m la care setul de date se abate de la relația putere-lege. Această concluzie a fost susținută și de investigații geomorfe detaliate la anumite situri, care au confirmat că inventarele din fotografiile aeriene sunt practic complete.

contribuția alunecărilor de teren declanșate de topirea zăpezii la inventarul total al alunecărilor de teren poate fi dedusă și din compararea seturilor de date a și B din Fig. 9. În inventarele reale de alunecări de teren, alunecările de teren declanșate de topirea zăpezii (setul de date B) au o suprafață totală de alunecări de teren de 12,7 km2 și reprezintă 0,7% din suprafața totală de alunecări de teren de 1.831 km2 a alunecărilor de teren (regionale) pe termen lung (setul de date A). Cu toate acestea, distribuțiile frecvență-zonă așa cum sunt prezentate în Fig. 9 spune o altă poveste. Să presupunem că ambele stocuri sunt complete pentru alunecările de teren mai mari. Dovada că acest lucru este adevărat poate fi văzută în Fig. 9, unde ambele seturi de date A și B au aceleași distribuții ale Legii Puterii. Comparând valoarea C din Eq. 21 pentru ambele distribuții (Fig. 9), setul de date B are C = 0,3 și setul de date a are C = 300; raportul este 1:1.000.

aria de sub cele două distribuții ale zonei de frecvență reprezintă suprafața totală relativă a alunecărilor de teren pentru fiecare set de date. Schimbarea C în Eq. 21 cu 1.000 este același lucru cu schimbarea zonei de sub curba frecvență-zonă cu un factor de 1.000. Prin urmare, pe baza distribuției suprafeței de frecvență, suprafața totală a alunecărilor de teren declanșate de topirea zăpezii (setul de date B) reprezintă 0,1% din suprafața totală a alunecărilor de teren regionale pe termen lung (setul de date A). Valoarea mai mică de 0,1% (față de 0,7%, așa cum s-a discutat în ultimul paragraf) este o reflectare a faptului că setul de date A este incomplet.

o întrebare importantă este importanța relativă a alunecărilor de teren declanșate în inventarul alunecărilor de teren pe termen lung. Sunt cele mai multe alunecări de teren generate în cele mai mari evenimente de alunecare de teren declanșate sau inventarul alunecărilor de teren este dominat de fundalul regulat al alunecărilor de teren? Cu siguranță cutremure, topirea zăpezii evenimente și intensitate mare sau precipitații prelungite evenimente declanșa multe alunecări de teren. Dar care sunt statisticile de frecvență-magnitudine pentru aceste evenimente? Comparația făcută în Fig. 9 oferă o bază rațională pentru cuantificarea intensității unui eveniment de alunecare de teren declanșat. Pur și simplu luarea numărului de alunecări de teren numărate este inadecvată; făcând acest lucru pentru comparația dată în Fig. 8 ar conduce la o eroare gravă, deoarece setul de date B este relativ complet (adică, toate sau un procent mare din alunecările de teren declanșate sunt numărate) și A este incomplet. Pe baza inventarelor reale de alunecări de teren, intensitățile relative ale celor două seturi de date ar fi 4.233/16.809 sau 1/4. Acest lucru este foarte diferit de concluzia noastră anterioară bazată pe distribuția Legii Puterii pentru fiecare set de date și raportul 1:1.000 pentru valorile lui C, că intensitățile relative sunt 1/1.000.

pentru comparație, acum luăm în considerare distribuția zonei de frecvență a 10.000 de alunecări de teren declanșate pe o suprafață de 10.000 km2 de cutremurul din 17 ianuarie 1994, Northridge, CA. Un inventar al acestor alunecări de teren a fost realizat de Harp și Jibson (17). Au folosit fotografii aeriene la scară 1: 60.000, realizate în dimineața de după cutremur și au comparat aceste fotografii cu fotografiile făcute anterior. Fotografiile digitalizate au fost completate de lucrări de teren. Ei au estimat că inventarul este aproape complet pentru alunecări de teren cu o scară de lungime mai mare decât un 5 m. Distribuția noncumulativă număr-suprafață a acestor alunecări de teren este dată în Fig. 10. Aceste alunecări de teren se corelează bine cu relația putere – lege Eq. 21 luând aL = 2,3 și C = 1,0 (AL în km2). Acest set de date se abate de la scalarea Legii Puterii pentru al < 10-3 km2 (a 30 m).

datele pentru aceste alunecări de teren declanșate de cutremur în California sunt remarcabil de similare cu alunecările de teren declanșate de topirea zăpezii din centrul Italiei. Cel mai potrivit exponent al Legii Puterii este aL = 2,3 pentru datele din California și aL = 2,5 pentru datele italiene. Rollovers pentru alunecări de teren mici apar în esență aceleași zone de alunecare de teren pentru cele două seturi de date. Intensitățile relative ale alunecărilor de teren declanșate de topirea zăpezii pot fi obținute din corelațiile date în Fig. 9 și 10. O comparație făcută la AL = 10-2 km2 arată că intensitatea evenimentului de alunecare de teren din California a fost de aproximativ două ori intensitatea evenimentului italian de alunecare de teren. Deoarece ambele stocuri par a fi relativ complete, intensitățile relative sunt proporționale cu numărul de alunecări de teren, adică 11.000/4.233 = 2.6.

în continuare comparăm rezultatele date mai sus cu studiile anterioare. Fujii (18) a obținut un inventar cumulat de 800 de alunecări de teren cauzate de un eveniment de precipitații abundente în Japonia. O corelație excelentă cu relația putere-lege Eq. 22 a fost găsit, luând bL = 0,96. Exponentul echivalent al Legii Puterii necumulative în Eq. 21 este aL = 1,96. Hovius și colab. (19) au dat un inventar al zonei numerice de 4.984 alunecări de teren în zona montană la est de falia alpină din Noua Zeelandă. Ei au estimat că aceste alunecări de teren au avut loc pe o perioadă de 40 până la 60 de ani. Datele lor binnate logaritmic s-au corelat bine cu o relație putere-lege cu exponentul bL = 1,17. Deoarece binning logaritmică este echivalentă cu o distribuție cumulativă (Eq. 22), exponentul echivalent al Legii Puterii necumulative din Eq. 21 este aL = 2,17.

Hovius și colab. (20) au dat un inventar al zonei numerice de 1.040 de alunecări de teren proaspete în bazinele Ma-An și Wan-Li din partea de Est a zonei centrale din Taiwan. Ei au estimat că alunecările de teren au o vârstă mai mică de 10 ani. Datele lor logaritmice au avut un exponent al Legii Puterii de bL = 1,66. Exponentul echivalent al Legii Puterii necumulative din Eq. 21 este aL = 2,66. Acest set de date se abate de la scalarea Legii Puterii pentru al < 10-3 km2 (a 30 m). Este interesant de observat că exponentul Legii Puterii și abaterea de la scalarea Legii Puterii pentru acest set de date și cele două evenimente de alunecare de teren pe care le-am dat mai sus (Italia și California) sunt foarte asemănătoare.

distribuțiile necumulative ale ariilor numerice pentru mai multe inventare regionale de alunecări de teren au fost date de Malamud și Turcotte (21). Rezultatele pentru 1.130 de alunecări de teren din Valea Challana, Bolivia se corelează bine cu relația noncumulativă putere-lege, Eq. 21, luând aL = 2,6; 3.243 alunecări de teren din gama Akishi, Japonia centrală se corelează bine, luând aL = 3,0; și 709 cutremure din Eden Canyon, Alameda, CA se corelează bine, luând aL = 3.3.

Hungr și colab. (22) au dat stocuri cumulative de frecvență-volum pentru 1.937 de căderi de rocă și tobogane de rocă de-a lungul principalelor coridoare de transport din sud-vestul Columbia Britanică. Datele se corelează rezonabil bine cu o relație putere-lege luând panta de -0.5 0.2. Presupunând că volumul V se corelează cu aria conform V A3 / 2, exponentul cumulativ echivalent frecvență-zonă putere-lege (Eq. 22) este bL = 0.75 0.30, și exponentul echivalent noncumulativ de frecvență-zonă de putere-lege (Eq. 21) este aL = 1.75 0.30.Dai și Lee (23) au dat stocuri cumulative de frecvență-volum pentru 2.811 alunecări de teren din Hong Kong care au avut loc în perioada 1992-1997. Datele se corelează destul de bine cu o lege a puterii care ia panta de -0,8. Presupunând din nou V A3/2, exponentul echivalent cumulativ de frecvență-zonă putere-lege (Eq. 22) este bL = 1,2 și exponentul echivalent al Legii Puterii în zona de frecvență necumulativă (Eq. 21) este aL = 2.2.

deși există cu siguranță variabilitate, multe stocuri de alunecări de teren par să satisfacă Statisticile noncumulative ale frecvenței Legii Puterii-zonă cu un exponent aL = 2.5 0.5. O întrebare importantă este dacă această împrăștiere relativ mare a valorilor lui aL este cauzată de împrăștierea datelor sau de valori diferite ale lui aL asociate cu Geologie diferită. Pentru un singur set de date, bara de eroare de pe aL poate fi relativ mare. De exemplu, în funcție de locul în care se potrivește coada, Stark și Hovius (24) găsesc variații de ordinul aL = 2.88 0.22. Această variație este, de asemenea, liniștită evidentă în Fig. 9, în cazul în care pentru fiecare set de date este rezonabilă o bară de eroare de aL = 2,5 0,25. Dar, atunci când cele două seturi de date sunt combinate, eroarea este redusă la aL = 2,5 0,10. Această combinație sugerează că distribuția Legii Puterii alunecărilor de teren poate fi valabilă pe o gamă mai largă de valori decât cele arătate de studiile anterioare.

credem că dovezile sunt convingătoare că alunecările de teren medii și mari satisfac în mod constant statisticile privind frecvența Legii Puterii (fractale), dar de ce? O explicație este de a invoca pur și simplu modelul de grămadă de nisip ca analog pentru alunecările de teren, în același mod în care modelele cu blocuri glisante sunt asociate cu cutremurele. Cu toate acestea, exponentul noncumulativ al Legii Puterii pentru alunecările de teren este aL = 2.5 0.5, în timp ce exponentul noncumulativ al Legii Puterii pentru avalanșele modelului de grămezi de nisip este al 1.0. Pentru a explica această diferență, Pelletier și colab. (25) a combinat o analiză a stabilității pantei cu topografia autoafină și conținutul de umiditate a solului și a găsit o distribuție necumulativă a frecvenței-ariei Legii Puterii cu aL = 2.6.

Hergarten și Neugebauer (26) au folosit un model numeric care combina stabilitatea pantei și mișcarea de masă și au găsit o aproximare la o distribuție a Legii Puterii cu un exponent al al 2.1. Acești autori (27) au folosit mai târziu un model celular-automat cu slăbire dependentă de timp, similar cu modelul de grămadă de nisip și au găsit o distribuție a Legii Puterii cu al 2.0. Deși este cu siguranță posibil să se dezvolte modele care să reproducă dependența observată de putere-lege a datelor reale, există o întrebare reală dacă aceste modele sunt realiste în ceea ce privește fizica guvernantă. Cu siguranță este nevoie de mult mai multă muncă pentru a oferi o explicație cuprinzătoare pentru comportamentul Legii Puterii.

răsturnarea datelor departe de corelația putere-lege pentru alunecările de teren mici pare, de asemenea, sistematică și necesită o explicație. O posibilitate este că scara de răsturnare are o explicație geomorfologică. Rollover-ul are loc pentru scări mai mici de aproximativ 30 m, scara pe care se formează rețele de flux bine definite. Se așteaptă ca gullying-ul asociat rețelelor de pâraie și râuri să joace un rol semnificativ în geometria alunecărilor de teren pentru defecțiuni controlate climatic, cum ar fi cele ale setului de date B sau alte alunecări de teren declanșate de precipitații. Pentru alunecările de teren controlate climatic, apa și apele subterane sunt probleme importante și ambele se referă la dimensiunea unei pante, care la rândul său depinde de modelul și densitatea rețelei fluviale. Pentru alunecările de teren induse seismic, relația este mai puțin clară. Aceste alunecări de teren, și în special căderile de roci, apar acolo unde pantele sunt mai abrupte, unde se concentrează agitarea seismică și unde roca este mai slabă. O explicație alternativă pentru răsturnarea datelor este că această scală reprezintă o tranziție de la eșecuri controlate de coeziune la eșecuri controlate de frecare bazală.