利用对地观测数据对年印度乌塔卡西瓦纳沃特滑坡的

利用对地观测数数据对2003年印度乌乌塔卡西瓦瓦纳沃特滑滑坡的分析析

在山区发生的诸如滑坡之类的块体运动现象是自然退化过程，也是最重要的一种地貌改造因素。从瓦纳沃特-帕尔巴特（VarunawatParbat）可以俯瞰乌塔卡西（Uttarkashi）镇，当地居民目睹了2003年9月23日发生的一系列滑坡，岩滑和岩崩一直持续了两周。该滑坡是由之前的连续降雨诱发的。滑坡的发生导致通往甘戈特里（Gangotri，恒河源头）的朝拜路线被阻，数千人被迫撤离到安全地带。尽管及时撤离避免了人员伤亡，但是却造成了重大的财产损失。灾害发生后，利用获取的高分辨率三维对地观测数据详细研究了该滑坡，重点研究滑坡发生的原因和失稳模式。绘制了道路沿线地区和瓦纳沃特山麓下部地区的滑坡风险图。调查发现，瓦纳沃特-帕尔巴特山麓地区因人类活动受到极大的扰动，而且房屋建在陡坡下面，很危险。对目前的活动滑坡、老滑坡以及潜在的滑坡区也进行了绘制。这些地区都属于危险区，必须优先进行处理，以尽量降低未来滑坡发生的可能性。一、前言由于有利的地形因素，比如陡坡、土地利用方式、风化岩石、斜坡中的软弱结构带和平行面、层理倾向，以及像地震和极端降雨一类事件的影响，大部分山区都发生过斜坡失稳。滑坡往往会造成人类生命财产的损失以及重要通讯设施的中断和破坏。在2006年联合国国际减灾战略（UN/ISDR）和灾害流行病学研究中心（CRED）发布的官方数字中，根据死亡人数来排，滑坡位列十大自然灾害的第三位。2006年受滑坡影响的人口大约为400万（OFDA/CRED，2006）。在印度，滑坡属于一种常见自然灾害。大约49万km2也就是印度国土面积的15%都易于发生滑坡。其中，9.8万km2位于印度东北部地区，其余的80%分布于喜马拉雅山、尼尔吉里斯（Nilgiris）、兰契（Ranchi）高原、东高止山和西高止山（GSI，2006）。乌塔兰契尔邦长期以来都面临着滑坡问题的困扰；然而更为严峻的是，据报道，近年来在Vishnuprayag，Baldora，LambagharChatti，Jharkula，PhataByung（Naithani等，2002）和Amiya地区（Pant和Khayingshing，2005），滑坡发生呈增加趋势。印度近代史上发生的大滑坡之一就是1998年的Malpa滑坡，有221人在此次滑坡中罹难（Pant和Khayingshing，1999;Paul等，2000）。乌塔卡西镇位于喜马拉雅山乌塔兰契尔邦瓦纳沃特-帕尔巴特的底部，巴吉拉蒂河右岸，在2003年9月23日发生了一次严重的滑坡，并且持续两周之久（Gupta和Bist，2004），到同年10月1日形势仍未见好转。滑坡严重破坏了居民区和基础设施，如乌塔卡西小镇周边的电力变电站和Rishikesh至甘戈特里的高速公路。幸运的是，由于当地政府采取了及时的滑坡预警和疏散措施，避免了居民和家畜的死亡，但是仍造成2,900人无家可归，他们的商业活动也遭到了破坏，去往甘戈特里神殿进行朝拜也受到了严重影响（Uniyal等，2003a）。乌塔卡西镇位于该区主中央逆冲断层（MainCentralThrust，简写MCT）和北阿莫拉（NorthAlmora）逆冲断层之间，这两个逆冲断层可分别追踪到巴吉拉蒂（Bhagirathi）峡谷的Sainj和NaluPani附近。MCT地区北起Vaikrita逆冲断层，南至Munshyari逆冲断层（Valdiya，1998），是滑坡易发区。国家遥感中心（NRSA）综合利用IRS-1DPAN和LISSIII数据以及GIS技术绘制了1:25,000比例尺的区域滑坡灾害分区（LHZ）图（Atlas，2001），从该图中可以发现乌塔卡西地区是灾害高发区。20003年9月发生的滑坡就位于该区。对于这种难以进行现场调查的山区滑坡，高分辨率的遥感数据是很有效的研究手段（Metternicht等，2005）。本文将利用瓦纳沃特滑坡发生后获取的高分辨率的三维对地观测（EO）数据进行详细研究，分析其失稳的原因和模式。研究区位于IndrawatiGad河和巴吉拉蒂河的交汇处。除此之外，对瓦纳沃特附近潜在的滑坡灾害区和类似事件发生的可能性也进行了分析。二、方法在目前的研究中，已经对NRSA提供的2004年2月期间的1:10,000比例尺的滑坡后三维EO数据进行了目视解译。利用EO数据对瓦纳沃特-帕尔巴特滑坡主要的陡坎、滑坡体和堆积区的范围进行了圈定。堆积区的范围能够揭示出现有居住区所面临的滑坡风险。各种专题图层，如地质结构、地形和土地利用/土地覆盖，都能从EO数据中获得。在研究区周边进行了野外线路观测。对过去发生的滑坡进行了以下方面的观测：各类岩石的性质、岩床的产状（走向和倾向）、滑坡滑动面的性质，滑动面的产状、节理趋势、节理间隔、节理密度、节理和斜坡的关系、失稳机制、失稳性质、主要结构不连续面的产状以及发生的各种证据。这些观测对于认识失稳原因是非常重要的。三、区域地质概况研究区的岩石类型属于Garhwal组，Agarwal和Gopendra（1973）将其细分为三个不同的地层，即乌塔卡西、Shyalna和NagniThank。发生在Garhwal组内的两期构造运动造成了NW–SE倾向的双褶皱，跟着又有NNE–SSW和NE–SW两个倾向的褶皱（Agarwal和Gopendra，1973）。所有这三个地层在研究区内都有分布。但是，研究区的大部分即乌塔卡西附近地区分布着石英岩，属于Netala石英岩（Jain，1971；Agarwal和Gopendra，1973）。这些岩石基本上沿着NW–SE方向延伸，分布在沿着IndrawatiGad和巴吉拉蒂河右岸的大部分地区。石英岩呈白色到浅灰色/浅绿色，薄层或厚层分布，包含三到四组节理。此后，出现了较年轻的板岩，呈灰色、绿色和紫色，间夹石英岩，主要出露在IndrawatiGad左岸斜坡上。Shyalna地层上覆石灰岩和白云岩，出露在Boga村（乌塔卡西南部）和Gangori村。Kot变质火山岩属于NagniThank地层，出露在Sangrali村和Mandwa村子附近。Gamri石英岩出露在Sangrali村的北部和Mandwa村的南部。这些地区也有年轻闪长岩侵入的标志。五、地形地形总体而言比较崎岖，一级地形为山地和峡谷，二级地形为陡壁和冲积扇等。构造是研究区地形分类的一个非常重要的影响因素。喜马拉雅山脉形成之初经历了剧烈的构造运动，主要的构造地形，比如HYPERLINK"javascript:showjdsw('showjd_1','j_1')"断层陡壁，无论规模大小，都基本上保持着原始状态。大的陡坡基本上都是与断层有关的直立形态。较小的陡坡基本上都受到了侵蚀，具有侵蚀特征。绘制了Ujeli村北部瓦纳沃特-帕尔巴特附近的一个没有植被覆盖的大型陡坡。这个陡坡的延伸可以看成是瓦纳沃特-帕尔巴特滑坡区北部的小型陡坡。另一个大型陡坡，沿着IndrawatiGad，位于巴吉拉蒂河南岸。三个小的陡坡沿着这个大陡坡排列。沿着主要的结构不连续面，即Indrawati–Bhagirathi断层，朝着IndrawatiGad的东部，可以看到最典型的侵蚀地貌。沿着Gyansu村和Paduli村附近的大型陡坡的坡前缘，可以观察到冲积扇。Gyanshu冲积扇比较稳定，是农业活动区，但是Paduli冲积扇较活跃，从EO数据和野外调查都可以发现河流携带的碎屑物质的沉积。为了认识块体运动的初始过程，绘制了主要的山脊线。依据平面形状（如直线或圆锥形），对山脊线进行分类。瓦纳沃特滑坡的北部，山脊线是直的，倾向与Bhagirathi倾向垂直。山脊的东部陡坡主要由一个老滑坡区（Sangrali村附近）构成。山脊的西部是含有一个大的陡坡的斜坡坡折带。脊线很可能和主要的背斜轴部（如Syalam背斜）相平行（Agarwal和Gopendra，1973）。山脊呈明显的拱脊结构。已经识别出由河流下切造成的河岸侵蚀带，以评价其对滑坡的影响。在Tambakhani滑坡趾附近，观测到了河岸侵蚀现象，也恰好位于主要朝拜路线的下面。巴吉拉蒂河道由南北方向突变为东西方向主要是由底部掏蚀造成的。河流延伸的变化受控于Indrawati–Bhagirathi断层。对乌塔卡西附近巴吉拉蒂河两岸的梯田进行了绘图。八、瓦纳沃特-帕尔巴特滑坡2003年9月23日发生在可俯瞰乌塔卡西镇的瓦纳沃特-帕尔巴特附近的斜坡失稳过程又引发了三个活动滑动区，即Tambakhani滑动、RamlilaMaidan滑动和HorticultureColony–MasjidMohalla滑动，它们具有相同的滑坡冠。（一）Tambakhani滑坡区据报道，Tambakhani滑坡的发生是由乌塔卡西地震诱发的。乌塔卡西地震发生于1991年10月21日，震级达里氏6.6级。官方统计死亡人数达769人。由于最近一次的活动，该滑动区的规模进一步扩大，较上部的滑坡体部分目前的长度是大于500m，宽大于100m。滑坡趾有5m宽，在Rishikesh通往甘戈特里的公里段可以观察到。（二）RamlilaMaidan滑坡区RamlilaMaidan滑坡与Tambakhani和HorticulturalColony–MasjidMohalla滑坡的滑坡壁相同，对乌塔卡西镇的破坏影响最大。该滑坡的滑坡趾就位于Tambakhani滑坡东部500m处。据Gupta等人（2003）的介绍，该滑坡最初长700m，宽60m，深度达20~25m。据报道，该滑坡东部的左壁正在持续扩展，其明显的擦痕和节理面一致。所有目前的研究都表明，该滑坡的长度超过800m。对乌塔卡西镇已经造成了史上最大的破坏。（三）HorticultureColony—MasjidMohalla滑坡区HorticultureColony—MasjidMohalla滑坡发生在2003年10月的第一个周，与Tambakhan滑坡和RamlilaMaidan滑坡拥有共同的滑坡壁，总长度大约为800m。其滑坡趾位于RamlilaMaidan滑坡区东北部大约200m处，已经分为两部分，因此对HorticulturalColony和MasjidMohalla部分地区造成了破坏。滑坡区的下部位于一个老滑坡区上。有一些重力作用搬运来的巨大的有棱角漂石和松散的碎屑物堆积在基底上。（四）失稳模式目前源自瓦纳沃特-帕尔巴特的活动滑坡性质复杂（Sarkar等2004），因为滑动区的不同部分运动类型也不同。滑动区最上部是转动失稳，夹杂着石英岩条带的风化千枚岩和松散土都朝着斜坡倾斜能够清楚地证明这一点。正如Gupta（2003）等人的报道，这就导致了在1,617m高度处的第一个堆积区发生物质移动，跟着就出现了1,515m高度处的另一个堆积区。滑坡冠一般是由10~15m厚的松散土和风化岩石组成。滑坡壁出露高度风化的千枚岩，倾向南45–50°。这些破碎的岩块沿着滑坡壁的运动形成了一条纵沟，揭示了运动的方向。在主要的堆积区，发育了大量平行或者近平行的裂缝，裂隙的内部间距为40~60cm，径宽为6cm。这些裂缝的倾向基本上为北偏东60°到南偏西60°。在滑坡壁的底部发育了一个倾向北偏东10°到南偏西10°的大裂缝，横穿滑动面。滑坡体左界出露夹有极薄层石英岩条带的千枚岩。这些岩石高度粉碎和破裂，显示出了三组明显的节理。较上部是圆弧型破坏跟着是中部的岩崩，较少情况下是滑动。最初移动的块体形成了第一个堆积区，随着堆积区规模的不断扩大，斜坡过载，于是堆积物向着三个不同的方向（SSW,SE和ESE）蜂拥而下，其运动路径往往是一些现有的天然排水沟之类的阻力最小的通道。巨大的块体向下运动，推动了风化或者节理发育的岩石，一起沿着更为陡峭的斜坡上的运动路径向下运动。结果，一些高度破碎的岩石也由于不断崩落的岩块的驱动，也跟着一起向下运动。或许，这可以解释滑动影响区中部发生岩崩的过程。在RamlilaGroun附近，较下部的大部分地区一般是碎屑物的滑动，在HorticulturalColony–MasjidMohalla地区的附近，出现的是岩滑。（五）瓦纳沃特-帕尔巴特滑坡发生的原因乌塔卡西镇附近的瓦纳沃特地区发生的滑坡有许多诱发因素。乌塔卡西镇位于MCT附近。乌塔卡西地震（1991）和查谟利（Chamoli）地震（1999）使该区的岩石产生了大量节理和高度破碎，这些岩石也经历了喜马拉雅造山运动的几个变形阶段。加上森林的乱砍乱伐，使该地区更易发生滑坡。规模较小的RamlilaMaidan滑坡和活动性强规模较大的Tambakhani滑坡在瓦纳沃特-帕尔巴特地区快速合并是诸多因素累积的结果，即现存的破碎岩体加上含有粘土矿物的老滑动碎屑物的过载、已经非常接近滑坡顶部的不合理的水平排水系统、稀疏的草皮覆盖、滑坡体顶部大量的土壤侵蚀、强降雨天气造成土壤孔隙水压力的急剧升高（Uniyal等，2003b）。区域结构是诱发此次滑坡的一个重要因素。它们会显著降低岩体的剪切强度。两大主要原因总结如下：（1）滑动影响区内及附近存在高密度的节理/破裂和线性构造（2）滑坡顶部推测有一个断层存在，滑坡趾和滑坡顶部之间存在一个线性构造，距离滑动影响区1.5km处存在倾向为E–W的Mandwa–Ujeli断层。追溯到2003年9月23日的前一晚，该地区经历了一场强大雨，触发了结构脆弱区附近的滑坡。为了给该地区未来滑坡灾害管理提供一个合理的计划，需要考虑如下减灾措施：（1）尽可能减少雨水/地表水在滑动区内的入渗量。（2）通过建立一些线性水平的重力排水管道，或者从坡面，或者从排水井或者排水廊道，疏导滑坡顶部的水。（3）处理滑坡顶部不稳定的风化物。（4）通过对岩土体的锚固，实现对出露破碎岩石的陡坎部分的加固。（5）移除生长在裂逢里的树根，对主要堆积区内的天然裂缝带进行灌浆加固。（6）为了