利用對地觀測數(shù)據(jù)對年印度烏塔卡西瓦納沃特滑坡的

利用對地觀測數(shù)數(shù)據(jù)對2003年印度烏烏塔卡西瓦瓦納沃特滑滑坡的分析析

在山區(qū)發(fā)生的諸如滑坡之類的塊體運動現(xiàn)象是自然退化過程，也是最重要的一種地貌改造因素。從瓦納沃特-帕爾巴特（VarunawatParbat）可以俯瞰烏塔卡西（Uttarkashi）鎮(zhèn)，當?shù)鼐用衲慷昧?003年9月23日發(fā)生的一系列滑坡，巖滑和巖崩一直持續(xù)了兩周。該滑坡是由之前的連續(xù)降雨誘發(fā)的?；碌陌l(fā)生導(dǎo)致通往甘戈特里（Gangotri，恒河源頭）的朝拜路線被阻，數(shù)千人被迫撤離到安全地帶。盡管及時撤離避免了人員傷亡，但是卻造成了重大的財產(chǎn)損失。災(zāi)害發(fā)生后，利用獲取的高分辨率三維對地觀測數(shù)據(jù)詳細研究了該滑坡，重點研究滑坡發(fā)生的原因和失穩(wěn)模式。繪制了道路沿線地區(qū)和瓦納沃特山麓下部地區(qū)的滑坡風(fēng)險圖。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，瓦納沃特-帕爾巴特山麓地區(qū)因人類活動受到極大的擾動，而且房屋建在陡坡下面，很危險。對目前的活動滑坡、老滑坡以及潛在的滑坡區(qū)也進行了繪制。這些地區(qū)都屬于危險區(qū)，必須優(yōu)先進行處理，以盡量降低未來滑坡發(fā)生的可能性。一、前言由于有利的地形因素，比如陡坡、土地利用方式、風(fēng)化巖石、斜坡中的軟弱結(jié)構(gòu)帶和平行面、層理傾向，以及像地震和極端降雨一類事件的影響，大部分山區(qū)都發(fā)生過斜坡失穩(wěn)。滑坡往往會造成人類生命財產(chǎn)的損失以及重要通訊設(shè)施的中斷和破壞。在2006年聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略（UN/ISDR）和災(zāi)害流行病學(xué)研究中心（CRED）發(fā)布的官方數(shù)字中，根據(jù)死亡人數(shù)來排，滑坡位列十大自然災(zāi)害的第三位。2006年受滑坡影響的人口大約為400萬（OFDA/CRED，2006）。在印度，滑坡屬于一種常見自然災(zāi)害。大約49萬km2也就是印度國土面積的15%都易于發(fā)生滑坡。其中，9.8萬km2位于印度東北部地區(qū)，其余的80%分布于喜馬拉雅山、尼爾吉里斯（Nilgiris）、蘭契（Ranchi）高原、東高止山和西高止山（GSI，2006）。烏塔蘭契爾邦長期以來都面臨著滑坡問題的困擾；然而更為嚴峻的是，據(jù)報道，近年來在Vishnuprayag，Baldora，LambagharChatti，Jharkula，PhataByung（Naithani等，2002）和Amiya地區(qū)（Pant和Khayingshing，2005），滑坡發(fā)生呈增加趨勢。印度近代史上發(fā)生的大滑坡之一就是1998年的Malpa滑坡，有221人在此次滑坡中罹難（Pant和Khayingshing，1999;Paul等，2000）。烏塔卡西鎮(zhèn)位于喜馬拉雅山烏塔蘭契爾邦瓦納沃特-帕爾巴特的底部，巴吉拉蒂河右岸，在2003年9月23日發(fā)生了一次嚴重的滑坡，并且持續(xù)兩周之久（Gupta和Bist，2004），到同年10月1日形勢仍未見好轉(zhuǎn)?；聡乐仄茐牧司用駞^(qū)和基礎(chǔ)設(shè)施，如烏塔卡西小鎮(zhèn)周邊的電力變電站和Rishikesh至甘戈特里的高速公路。幸運的是，由于當?shù)卣扇×思皶r的滑坡預(yù)警和疏散措施，避免了居民和家畜的死亡，但是仍造成2,900人無家可歸，他們的商業(yè)活動也遭到了破壞，去往甘戈特里神殿進行朝拜也受到了嚴重影響（Uniyal等，2003a）。烏塔卡西鎮(zhèn)位于該區(qū)主中央逆沖斷層（MainCentralThrust，簡寫MCT）和北阿莫拉（NorthAlmora）逆沖斷層之間，這兩個逆沖斷層可分別追蹤到巴吉拉蒂（Bhagirathi）峽谷的Sainj和NaluPani附近。MCT地區(qū)北起Vaikrita逆沖斷層，南至Munshyari逆沖斷層（Valdiya，1998），是滑坡易發(fā)區(qū)。國家遙感中心（NRSA）綜合利用IRS-1DPAN和LISSIII數(shù)據(jù)以及GIS技術(shù)繪制了1:25,000比例尺的區(qū)域滑坡災(zāi)害分區(qū)（LHZ）圖（Atlas，2001），從該圖中可以發(fā)現(xiàn)烏塔卡西地區(qū)是災(zāi)害高發(fā)區(qū)。20003年9月發(fā)生的滑坡就位于該區(qū)。對于這種難以進行現(xiàn)場調(diào)查的山區(qū)滑坡，高分辨率的遙感數(shù)據(jù)是很有效的研究手段（Metternicht等，2005）。本文將利用瓦納沃特滑坡發(fā)生后獲取的高分辨率的三維對地觀測（EO）數(shù)據(jù)進行詳細研究，分析其失穩(wěn)的原因和模式。研究區(qū)位于IndrawatiGad河和巴吉拉蒂河的交匯處。除此之外，對瓦納沃特附近潛在的滑坡災(zāi)害區(qū)和類似事件發(fā)生的可能性也進行了分析。二、方法在目前的研究中，已經(jīng)對NRSA提供的2004年2月期間的1:10,000比例尺的滑坡后三維EO數(shù)據(jù)進行了目視解譯。利用EO數(shù)據(jù)對瓦納沃特-帕爾巴特滑坡主要的陡坎、滑坡體和堆積區(qū)的范圍進行了圈定。堆積區(qū)的范圍能夠揭示出現(xiàn)有居住區(qū)所面臨的滑坡風(fēng)險。各種專題圖層，如地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形和土地利用/土地覆蓋，都能從EO數(shù)據(jù)中獲得。在研究區(qū)周邊進行了野外線路觀測。對過去發(fā)生的滑坡進行了以下方面的觀測：各類巖石的性質(zhì)、巖床的產(chǎn)狀（走向和傾向）、滑坡滑動面的性質(zhì)，滑動面的產(chǎn)狀、節(jié)理趨勢、節(jié)理間隔、節(jié)理密度、節(jié)理和斜坡的關(guān)系、失穩(wěn)機制、失穩(wěn)性質(zhì)、主要結(jié)構(gòu)不連續(xù)面的產(chǎn)狀以及發(fā)生的各種證據(jù)。這些觀測對于認識失穩(wěn)原因是非常重要的。三、區(qū)域地質(zhì)概況研究區(qū)的巖石類型屬于Garhwal組，Agarwal和Gopendra（1973）將其細分為三個不同的地層，即烏塔卡西、Shyalna和NagniThank。發(fā)生在Garhwal組內(nèi)的兩期構(gòu)造運動造成了NW–SE傾向的雙褶皺，跟著又有NNE–SSW和NE–SW兩個傾向的褶皺（Agarwal和Gopendra，1973）。所有這三個地層在研究區(qū)內(nèi)都有分布。但是，研究區(qū)的大部分即烏塔卡西附近地區(qū)分布著石英巖，屬于Netala石英巖（Jain，1971；Agarwal和Gopendra，1973）。這些巖石基本上沿著NW–SE方向延伸，分布在沿著IndrawatiGad和巴吉拉蒂河右岸的大部分地區(qū)。石英巖呈白色到淺灰色/淺綠色，薄層或厚層分布，包含三到四組節(jié)理。此后，出現(xiàn)了較年輕的板巖，呈灰色、綠色和紫色，間夾石英巖，主要出露在IndrawatiGad左岸斜坡上。Shyalna地層上覆石灰?guī)r和白云巖，出露在Boga村（烏塔卡西南部）和Gangori村。Kot變質(zhì)火山巖屬于NagniThank地層，出露在Sangrali村和Mandwa村子附近。Gamri石英巖出露在Sangrali村的北部和Mandwa村的南部。這些地區(qū)也有年輕閃長巖侵入的標志。五、地形地形總體而言比較崎嶇，一級地形為山地和峽谷，二級地形為陡壁和沖積扇等。構(gòu)造是研究區(qū)地形分類的一個非常重要的影響因素。喜馬拉雅山脈形成之初經(jīng)歷了劇烈的構(gòu)造運動，主要的構(gòu)造地形，比如HYPERLINK"javascript:showjdsw('showjd_1','j_1')"斷層陡壁，無論規(guī)模大小，都基本上保持著原始狀態(tài)。大的陡坡基本上都是與斷層有關(guān)的直立形態(tài)。較小的陡坡基本上都受到了侵蝕，具有侵蝕特征。繪制了Ujeli村北部瓦納沃特-帕爾巴特附近的一個沒有植被覆蓋的大型陡坡。這個陡坡的延伸可以看成是瓦納沃特-帕爾巴特滑坡區(qū)北部的小型陡坡。另一個大型陡坡，沿著IndrawatiGad，位于巴吉拉蒂河南岸。三個小的陡坡沿著這個大陡坡排列。沿著主要的結(jié)構(gòu)不連續(xù)面，即Indrawati–Bhagirathi斷層，朝著IndrawatiGad的東部，可以看到最典型的侵蝕地貌。沿著Gyansu村和Paduli村附近的大型陡坡的坡前緣，可以觀察到?jīng)_積扇。Gyanshu沖積扇比較穩(wěn)定，是農(nóng)業(yè)活動區(qū)，但是Paduli沖積扇較活躍，從EO數(shù)據(jù)和野外調(diào)查都可以發(fā)現(xiàn)河流攜帶的碎屑物質(zhì)的沉積。為了認識塊體運動的初始過程，繪制了主要的山脊線。依據(jù)平面形狀（如直線或圓錐形），對山脊線進行分類。瓦納沃特滑坡的北部，山脊線是直的，傾向與Bhagirathi傾向垂直。山脊的東部陡坡主要由一個老滑坡區(qū)（Sangrali村附近）構(gòu)成。山脊的西部是含有一個大的陡坡的斜坡坡折帶。脊線很可能和主要的背斜軸部（如Syalam背斜）相平行（Agarwal和Gopendra，1973）。山脊呈明顯的拱脊結(jié)構(gòu)。已經(jīng)識別出由河流下切造成的河岸侵蝕帶，以評價其對滑坡的影響。在Tambakhani滑坡趾附近，觀測到了河岸侵蝕現(xiàn)象，也恰好位于主要朝拜路線的下面。巴吉拉蒂河道由南北方向突變?yōu)闁|西方向主要是由底部掏蝕造成的。河流延伸的變化受控于Indrawati–Bhagirathi斷層。對烏塔卡西附近巴吉拉蒂河兩岸的梯田進行了繪圖。八、瓦納沃特-帕爾巴特滑坡2003年9月23日發(fā)生在可俯瞰烏塔卡西鎮(zhèn)的瓦納沃特-帕爾巴特附近的斜坡失穩(wěn)過程又引發(fā)了三個活動滑動區(qū)，即Tambakhani滑動、RamlilaMaidan滑動和HorticultureColony–MasjidMohalla滑動，它們具有相同的滑坡冠。（一）Tambakhani滑坡區(qū)據(jù)報道，Tambakhani滑坡的發(fā)生是由烏塔卡西地震誘發(fā)的。烏塔卡西地震發(fā)生于1991年10月21日，震級達里氏6.6級。官方統(tǒng)計死亡人數(shù)達769人。由于最近一次的活動，該滑動區(qū)的規(guī)模進一步擴大，較上部的滑坡體部分目前的長度是大于500m，寬大于100m?；轮河?m寬，在Rishikesh通往甘戈特里的公里段可以觀察到。（二）RamlilaMaidan滑坡區(qū)RamlilaMaidan滑坡與Tambakhani和HorticulturalColony–MasjidMohalla滑坡的滑坡壁相同，對烏塔卡西鎮(zhèn)的破壞影響最大。該滑坡的滑坡趾就位于Tambakhani滑坡東部500m處。據(jù)Gupta等人（2003）的介紹，該滑坡最初長700m，寬60m，深度達20~25m。據(jù)報道，該滑坡東部的左壁正在持續(xù)擴展，其明顯的擦痕和節(jié)理面一致。所有目前的研究都表明，該滑坡的長度超過800m。對烏塔卡西鎮(zhèn)已經(jīng)造成了史上最大的破壞。（三）HorticultureColony—MasjidMohalla滑坡區(qū)HorticultureColony—MasjidMohalla滑坡發(fā)生在2003年10月的第一個周，與Tambakhan滑坡和RamlilaMaidan滑坡?lián)碛泄餐幕卤冢傞L度大約為800m。其滑坡趾位于RamlilaMaidan滑坡區(qū)東北部大約200m處，已經(jīng)分為兩部分，因此對HorticulturalColony和MasjidMohalla部分地區(qū)造成了破壞。滑坡區(qū)的下部位于一個老滑坡區(qū)上。有一些重力作用搬運來的巨大的有棱角漂石和松散的碎屑物堆積在基底上。（四）失穩(wěn)模式目前源自瓦納沃特-帕爾巴特的活動滑坡性質(zhì)復(fù)雜（Sarkar等2004），因為滑動區(qū)的不同部分運動類型也不同。滑動區(qū)最上部是轉(zhuǎn)動失穩(wěn)，夾雜著石英巖條帶的風(fēng)化千枚巖和松散土都朝著斜坡傾斜能夠清楚地證明這一點。正如Gupta（2003）等人的報道，這就導(dǎo)致了在1,617m高度處的第一個堆積區(qū)發(fā)生物質(zhì)移動，跟著就出現(xiàn)了1,515m高度處的另一個堆積區(qū)?；鹿谝话闶怯?0~15m厚的松散土和風(fēng)化巖石組成?；卤诔雎陡叨蕊L(fēng)化的千枚巖，傾向南45–50°。這些破碎的巖塊沿著滑坡壁的運動形成了一條縱溝，揭示了運動的方向。在主要的堆積區(qū)，發(fā)育了大量平行或者近平行的裂縫，裂隙的內(nèi)部間距為40~60cm，徑寬為6cm。這些裂縫的傾向基本上為北偏東60°到南偏西60°。在滑坡壁的底部發(fā)育了一個傾向北偏東10°到南偏西10°的大裂縫，橫穿滑動面?；麦w左界出露夾有極薄層石英巖條帶的千枚巖。這些巖石高度粉碎和破裂，顯示出了三組明顯的節(jié)理。較上部是圓弧型破壞跟著是中部的巖崩，較少情況下是滑動。最初移動的塊體形成了第一個堆積區(qū)，隨著堆積區(qū)規(guī)模的不斷擴大，斜坡過載，于是堆積物向著三個不同的方向（SSW,SE和ESE）蜂擁而下，其運動路徑往往是一些現(xiàn)有的天然排水溝之類的阻力最小的通道。巨大的塊體向下運動，推動了風(fēng)化或者節(jié)理發(fā)育的巖石，一起沿著更為陡峭的斜坡上的運動路徑向下運動。結(jié)果，一些高度破碎的巖石也由于不斷崩落的巖塊的驅(qū)動，也跟著一起向下運動。或許，這可以解釋滑動影響區(qū)中部發(fā)生巖崩的過程。在RamlilaGroun附近，較下部的大部分地區(qū)一般是碎屑物的滑動，在HorticulturalColony–MasjidMohalla地區(qū)的附近，出現(xiàn)的是巖滑。（五）瓦納沃特-帕爾巴特滑坡發(fā)生的原因烏塔卡西鎮(zhèn)附近的瓦納沃特地區(qū)發(fā)生的滑坡有許多誘發(fā)因素。烏塔卡西鎮(zhèn)位于MCT附近。烏塔卡西地震（1991）和查謨利（Chamoli）地震（1999）使該區(qū)的巖石產(chǎn)生了大量節(jié)理和高度破碎，這些巖石也經(jīng)歷了喜馬拉雅造山運動的幾個變形階段。加上森林的亂砍亂伐，使該地區(qū)更易發(fā)生滑坡。規(guī)模較小的RamlilaMaidan滑坡和活動性強規(guī)模較大的Tambakhani滑坡在瓦納沃特-帕爾巴特地區(qū)快速合并是諸多因素累積的結(jié)果，即現(xiàn)存的破碎巖體加上含有粘土礦物的老滑動碎屑物的過載、已經(jīng)非常接近滑坡頂部的不合理的水平排水系統(tǒng)、稀疏的草皮覆蓋、滑坡體頂部大量的土壤侵蝕、強降雨天氣造成土壤孔隙水壓力的急劇升高（Uniyal等，2003b）。區(qū)域結(jié)構(gòu)是誘發(fā)此次滑坡的一個重要因素。它們會顯著降低巖體的剪切強度。兩大主要原因總結(jié)如下：（1）滑動影響區(qū)內(nèi)及附近存在高密度的節(jié)理/破裂和線性構(gòu)造（2）滑坡頂部推測有一個斷層存在，滑坡趾和滑坡頂部之間存在一個線性構(gòu)造，距離滑動影響區(qū)1.5km處存在傾向為E–W的Mandwa–Ujeli斷層。追溯到2003年9月23日的前一晚，該地區(qū)經(jīng)歷了一場強大雨，觸發(fā)了結(jié)構(gòu)脆弱區(qū)附近的滑坡。為了給該地區(qū)未來滑坡災(zāi)害管理提供一個合理的計劃，需要考慮如下減災(zāi)措施：（1）盡可能減少雨水/地表水在滑動區(qū)內(nèi)的入滲量。（2）通過建立一些線性水平的重力排水管道，或者從坡面，或者從排水井或者排水廊道，疏導(dǎo)滑坡頂部的水。（3）處理滑坡頂部不穩(wěn)定的風(fēng)化物。（4）通過對巖土體的錨固，實現(xiàn)對出露破碎巖石的陡坎部分的加固。（5）移除生長在裂逢里的樹根，對主要堆積區(qū)內(nèi)的天然裂縫帶進行灌漿加固。（6）為了