jordskred

jordskred är en annan naturlig fara som uppvisar maktlagfrekvensstatistik under en mängd olika omständigheter. Vi överväger först en regional inventering av 16 809 jordskred i Umbrien-Marche-området i Italien (14). Denna inventering erhölls från analyser av flygfotografier tagna i en skala 1:33 000, kompletterad med detaljerade geomorfa undersökningar på utvalda platser (15, 16). Den icke-kumulativa tal-områdesfördelningen anges i Fig. 9 (datauppsättning A). De medelstora och stora jordskreden korrelerar väl med maktlagrelationen med exponent aL = 2,5 och avlyssna C = 300 (AL i km2). Denna datamängd avviker från power-law-skalan för AL < 10-1 km2 (a 300 m). Motsvarande kumulativ fördelning för Eq. 21 är vi överväger nästa inventering av 4 233 jordskred i Umbrien som utlöstes av en plötslig temperaturförändring den 1 januari 1997. Denna inventering erhölls från analyser av flygfotografier tagna i en skala 1:20 000 3 månader efter snösmältevenemanget, kompletterat med fältundersökningar. Den icke-kumulativa fördelningen av dessa jordskred anges också i Fig. 9 (datamängd B). Observera att de vertikala skalorna har justerats så att de två datauppsättningarna överlappar varandra. Dessa jordskred korrelerar också bra med maktlagen i Eq. 21, återigen tar aL = 2,5 och C = 0,3 (AL i km2). Denna datamängd avviker från power-law-skalan för AL < 10-3 km2 (a 30 m).

överlappningen av de två datamängderna som illustreras i Fig. 9 visar att power-lag skalning är giltigt över intervallet jordskred områden, 10-3 km2 < AL < = 4 km2, dvs för längder skalor större än en 30 m. inventeringen av snösmältinducerad jordskred (datamängd B) är säkert mer komplett än de historiska jordskred (datamängd a). Vi drar slutsatsen att övergången (vid al = 2 10-2 km2 av jordskreden i den regionala inventeringen i datauppsättning a orsakas av oförmågan att mäta områdena för de mindre jordskreden på flygfotografierna och/eller orsakas av erosion och andra avfallsprocesser.

å andra sidan är rullningen av jordskreden i dataset B inte en artefakt och är resultatet av trunkeringen av kraftlagskalningen i en längdskala på ungefär a 30 m. på grund av snösmältningens färskhet utlöste jordskred och kvaliteten och skalan (1:20 000) av flygfotografierna är det minsta jordskredsområdet som konsekvent kartläggs ca 2,5 10-4 km2 (a 16 m), dvs lägre än dimensionen a 30 m vid vilken datamängden avviker från kraftlagrelationen. Denna slutsats har också fått stöd av detaljerade geomorfa undersökningar på utvalda platser, vilket bekräftade att inventeringarna från flygfoton är praktiskt taget fullständiga.

bidraget från de snösmältutlösta jordskreden till den totala jordskredsinventeringen kan också härledas från jämförelsen av datamängderna A och B i Fig. 9. I de faktiska jordskredslagren har de snösmältningsutlösta jordskreden (datauppsättning B) en total jordskredsyta på 12,7 km2 och representerar 0,7% av den totala jordskredsytan på 1 831 km2 av de långsiktiga (regionala) jordskreden (datauppsättning a). Men frekvensområdet fördelningar som presenteras i Fig. 9 berätta en annan historia. Antag att båda lagren är kompletta för de större jordskreden. Bevis för att detta är sant kan ses i Fig. 9, där båda datamängderna A och B har samma kraftlagfördelningar. Jämför C-värdet från Eq. 21 för båda fördelningarna (Fig. 9), datamängd B har C = 0,3 och datamängd A har C = 300; förhållandet är 1:1000.

området under de två frekvensområdesfördelningarna representerar det relativa totala jordskredsområdet för varje datamängd. Ändra C i Eq. 21 av 1000 är detsamma som att ändra området under frekvensområdet kurvan med en faktor 1000. Baserat på frekvensområdesfördelningen representerar därför den totala ytan för de snösmältningsutlösta jordskreden (datauppsättning B) 0,1% av den totala ytan för de långsiktiga regionala jordskreden (datauppsättning a). Det lägre värdet på 0,1% (mot 0,7% som diskuteras i sista stycket) är en återspegling av det faktum att datamängd A är ofullständig.

en viktig fråga är den relativa betydelsen av utlösta jordskred i den långsiktiga jordskredsinventeringen. Genereras de flesta jordskred i de största utlösta jordskredshändelserna eller domineras jordskredsinventeringen av den vanliga bakgrunden till jordskred? Visst jordbävningar, snösmälthändelser och högintensiva eller långvariga regnhändelser utlöser många jordskred. Men vad är frekvensstatistiken för dessa händelser? Jämförelsen gjord i Fig. 9 ger en rationell grund för att kvantifiera intensiteten hos en utlöst jordskredshändelse. Att helt enkelt ta antalet räknade jordskred är olämpligt; gör detta för jämförelsen i Fig. 8 skulle leda till ett allvarligt fel, eftersom datamängd B är relativt komplett (dvs. hela eller en stor andel av de utlösta jordskreden räknas) och A är ofullständig. Baserat på de faktiska jordskredslagren skulle de relativa intensiteterna för de två datamängderna vara 4,233/16,809 eller 1/4 i 1/4. Detta skiljer sig mycket från vår tidigare slutsats baserat på kraftlagfördelningen för varje datamängd och förhållandet 1:1 000 för värdena på C, att de relativa intensiteterna är 1/1 000.

Som jämförelse betraktar vi nu frekvensområdet för 10 000 jordskred som utlöstes över ett område på 10 000 km2 vid jordbävningen den 17 januari 1994, Northridge, CA. En inventering av dessa jordskred utfördes av Harp och Jibson (17). De använde flygfotografering i skala 1: 60 000, tagna morgonen efter jordbävningen, och jämförde dessa foton med bilder som tagits tidigare. De digitaliserade bilderna kompletterades med fältarbete. De uppskattade att inventeringen är nästan komplett för jordskred med en längdskala större än ett 5 m. Den icke-kumulativa fördelningen av dessa jordskred anges i Fig. 10. Dessa jordskred korrelerar väl med makt-lag relation Eq. 21 tar aL = 2,3 och C = 1,0 (AL i km2). Denna datamängd avviker från power-law-skalan för AL < 10-3 km2 (a 30 m).

uppgifterna för dessa jordbävningsutlöst jordskred i Kalifornien är anmärkningsvärt lik de snösmältningsutlösta jordskred i centrala Italien. Den bäst anpassade power-law exponenten är aL = 2.3 för Kaliforniens data och aL = 2.5 för italienska data. Rollovers för små jordskred förekommer i huvudsak samma jordskredsområden för de två datamängderna. De relativa intensiteterna för snösmältutlöst jordskred kan erhållas från korrelationerna i Fig. 9 och 10. En jämförelse som gjordes vid AL = 10-2 km2 visar att intensiteten i Kaliforniens jordskredshändelse var ungefär dubbelt så stor som den italienska jordskredshändelsen. Eftersom båda inventeringarna verkar vara relativt fullständiga är de relativa intensiteterna proportionella mot antalet jordskred, dvs. 11 000/4 233 = 2,6.

vi jämför nästa resultat ovan med tidigare studier. Fujii (18) erhöll en kumulativ inventering av 800 jordskred orsakade av en kraftig nederbörd i Japan. En utmärkt korrelation med power-law relation Eq. 22 hittades och tog bL = 0,96. Den ekvivalenta icke-kumulativa power-law-exponenten i Eq. 21 är aL = 1,96. Hovius et al. (19) har gett en inventering av 4 984 jordskred i bergszonen öster om Alpine fault i Nya Zeeland. De uppskattade att dessa jordskred inträffade under en 40 – till 60-årsperiod. Deras logaritmiskt bindade data korrelerade väl med en maktlagrelation med exponent bL = 1.17. Eftersom logaritmisk binning motsvarar en kumulativ fördelning (Eq. 22), motsvarande icke-kumulativ makt-lag exponent från Eq. 21 är aL = 2.17.

Hovius et al. (20) har gett en inventering av 1 040 färska jordskred i Ma-An-och Wan-Li-avrinningsområdena på östra sidan av Central Range i Taiwan. De uppskattade jordskred har en ålder av mindre än 10 år. Deras logaritmiskt bindade data hade en power-law exponent av bL = 1.66. Den ekvivalenta icke-kumulativa power-law-exponenten från Eq. 21 är aL = 2,66. Denna datamängd avviker från power-law-skalan för AL < 10-3 km2 (a 30 m). Det är intressant att notera att power-law exponent och avvikelsen från power-law skalning för denna datamängd och de två jordskred händelser Vi gav ovan (Italien och Kalifornien) är mycket lika.

icke-kumulativa nummerområdesfördelningar för flera regionala jordskredsinventeringar har givits av Malamud och Turcotte (21). Resultat för 1,130 jordskred från Challana Valley, Bolivia korrelerar väl med det icke-kumulativa makt-lagförhållandet, Eq. 21, tar aL = 2,6; 3 243 jordskred från Akishi Range, Central Japan korrelerar väl och tar aL = 3,0; och 709 jordbävningar från Eden Canyon, Alameda, CA korrelerar väl och tar aL = 3.3.

Hungr et al. (22) har gett kumulativa frekvensvolymlager för 1 937 bergfall och bergrutschbanor längs de viktigaste transportkorridorerna i sydvästra British Columbia. Uppgifterna korrelerar rimligt bra med en makt-lag-relation som tar lutningen till -0.5 0.2. Förutsatt att volymen V korrelerar med arean enligt v 2 A3 / 2, är den ekvivalenta kumulativa frekvensområdet power-law exponenten (ekv. 22) är bL = 0,75 0.30, och den ekvivalenta icke-kumulativa frekvensområdet power-law exponent (Eq. 21)är aL = 1,75 0,30.

Dai och Lee (23) har gett kumulativa frekvensvolymlager för 2 811 jordskred i Hong Kong som inträffade under perioden 1992-1997. Uppgifterna korrelerar ganska bra med en kraftlag som tar lutningen till -0.8. Återigen antar V Macau A3 / 2, den ekvivalenta kumulativa frekvensområdet power-lag exponent (ekv. 22) är bL = 1,2, och den ekvivalenta icke-kumulativa frekvensområdet power-law exponent (Eq. 21) är aL = 2.2.

även om det verkligen finns variationer, verkar många jordskredsinventeringar uppfylla icke-kumulativ effektlagfrekvensstatistik med en exponent aL = 2,5 0,5 xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx. En viktig fråga är om denna relativt stora spridning i värden på aL orsakas av spridning i data eller av olika värden på aL associerad med olika Geologi. För en enda datamängd kan felfältet på aL vara relativt stort. Till exempel, beroende på var svansen är passform, Stark och Hovius (24) hitta variationer i storleksordningen aL = 2.88 2.22 0.22. Denna variation är också tyst tydlig i vår Fig. 9, där för varje datauppsättning är en felfält på aL = 2,5 0,25 0,25. Men när de två datamängderna kombineras reduceras felet till aL = 2,5 0,10 xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx xnumx. Denna kombination tyder på att kraftfördelningen av jordskred kan vara giltig över ett större antal värden än vad som visats i tidigare studier.

Vi tror att bevisen är övertygande att medelstora och stora jordskred konsekvent uppfyller power-law (fractal) frekvensområdet statistik, men varför? En förklaring är att helt enkelt åberopa sandhögmodellen som en analog för jordskred på samma sätt som skjutblockmodeller är förknippade med jordbävningar. Dock ej kumulativt power-lag exponent för jordskred är aL = 2.5 ± 0.5 medan den ej kumulativt power-lag exponent för den sand hög modell laviner är aL ∼ 1.0. För att förklara denna skillnad, Pelletier et al. (25) kombinerade en lutningsstabilitetsanalys med självafin topografi och markfuktighetsinnehåll och fann en kraftlag icke-kumulativ frekvensområdet fördelning med aL = 2.6.

Hergarten och Neugebauer (26) använde en numerisk modell som kombinerar lutningsstabilitet och massrörelse och fann en approximation till en kraftlagfördelning med en exponent av al 2.1. Dessa författare (27) använde senare en cellautomatmodell med tidsberoende försvagning, liknande sandhögsmodellen, och hittade en kraftlagfördelning med aL Kazakh 2.0. Även om det verkligen är möjligt att utveckla modeller som reproducerar det observerade maktlagsberoendet av faktiska data, finns det en verklig fråga om dessa modeller är realistiska när det gäller den styrande fysiken. Visst krävs mycket mer arbete för att ge en omfattande förklaring till maktlagens beteende.

övergången av data bort från maktlagskorrelationen för små jordskred verkar också vara systematisk och kräver en förklaring. En möjlighet är att rollover-skalan har en geomorfologisk förklaring. Överrullningen sker för skalor mindre än cirka 30 m, skalan på vilken väldefinierade strömnätverk bildas. Gullying i samband med ström-och flodnät förväntas spela en viktig roll i jordskreds geometri för klimatstyrda fel, såsom dataset B, eller andra jordskred som utlöses av nederbörd. För klimatstyrda jordskred är vatten och grundvatten viktiga frågor och båda relaterar till storleken på en sluttning, vilket i sin tur beror på flodnätets mönster och densitet. För seismiskt inducerade jordskred är förhållandet mindre tydligt. Dessa jordskred, och särskilt bergfall, inträffar där sluttningarna är brantare, där seismisk skakning koncentreras och där berget är svagare. En alternativ förklaring till övergången av data är att denna skala representerar en övergång från fel som styrs av sammanhållning till fel som styrs av basal friktion.