在预测浅而危险的滑坡时 大小很重要

山体滑坡的威胁再次成为新闻，因为加利福尼亚的冬季暴风雨威胁着破坏火烧的山坡，并带来致命的泥石流冲入房屋并淹没了道路。

但是，加州大学伯克利分校的研究人员说，并不需要大火就能揭示出滑坡的危险。使用机载激光测绘(LiDAR(光检测和测距))进行的航空勘测可以提供有关地形和植被的非常详细的信息，从而使科学家们可以确定在预期的暴雨期间哪些滑坡易发地区可以让步。这对于预测浅层滑坡(仅涉及土壤地幔)在向下坡道进入破坏性泥石流时可能动员并转​​换的位置尤其重要。

他们说，要注意的是，这些信息尚无法帮助预测滑坡的规模和潜在危险，这意味着撤离的对象可能比实际遭受大滑坡和泥石流危害的人更多。

在本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇新论文中，科学家，加州大学伯克利分校的地​​质学家威廉·迪特里希(William Dietrich)和项目科学家迪诺·贝鲁吉(Dino Bellugi)报告了他们根据可能发生的滑坡和潜在危险对滑坡易发地区进行标记的最新尝试，希望有更精确的预测。他们的模型考虑到了山坡的物理方面，包括陡度，将斜坡保持在适当位置的根部结构和土壤成分，以及水沿着坡道进入土壤的路径。

然而，尽管该模型可以更好地识别容易发生更大和可能更危险的滑坡的区域，但研究人员发现，影响滑坡大小的因素无法通过航空数据轻松确定，必须从地面进行评估，这是一项艰巨的任务，如果有的话关注整个加利福尼亚州。

关键的未知因素是地下土壤和下面的基岩是什么样的，以及过去滑坡对地面条件的影响。

加州大学伯克利分校的Dietrich说：“我们的研究突出了过度预测的问题：我们拥有可以成功预测确实发生过的幻灯片的位置的模型，但最终却可以预测出许多由于我们对地下情况的无知而没有发生过的地方。”地球与行星科学教授。“我们的新发现特别指出，山坡材料的空间结构(土壤深度，根部强度，渗透性和整个坡度的变化)在尺寸和分布以及危害本身中都起着作用。我们正在撞墙。 “如果我们想进一步利用滑坡预测来尝试确定滑坡的位置，时间和大小，我们必须掌握确实很难获得的知识，但是很重要。”

模型是目标疏散的关键

Dietrich等人进行了数十年的研究，得出了降雨条件在什么地方和什么条件下将失效的预测模型，并且这种模型在全球范围内与天气预报模型一起使用，以查明在即将来临的风暴中可能遭受滑坡影响的区域并警告居民。但是，这些模型是由所谓的“经验降雨阈值”触发的，是保守的，政府机构通常最终会在大范围发布疏散警告，以保护生命和财产。

迪特里希(Detrich)领导鳗鱼关键区天文台(Eel River Critical Zone Observatory)，这是一个历时十年的项目，旨在分析水如何从树冠层一直流经土壤和基岩，再到溪流中，他正在尝试根据滑坡的物理原理改进滑坡尺寸预测模型。连续下坡。使用LiDAR的机载激光成像不仅可以提供亚微米尺度的细节，而且还可以提供植被之下的地面的亚米级细节，从而可以精确测量坡度并很好地估算坡度上的植被类型。

暴雨期间斜坡失败了，他说，因为水的压力在分开的土壤孔隙压力，推动土壤颗粒，使其浮力。浮力降低了保持土壤颗粒抵抗重力的摩擦力，一旦滑板的质量足以将保持土壤的根部折断，则坡度就会下降。浅层滑坡可能仅涉及土壤的顶部，或者冲刷至基岩并将其下方的所有物体向下倾斜，从而产生致命的泥石流，每秒可以流过几米。

太平洋沿岸的每个潮湿的年份，房屋都被赶走，大的滑坡使人们丧生，尽管这种威胁是全球性的。正如两年前索萨利托发生的山体滑坡所表明的那样，山体滑坡可能只是在短距离上坡而起，并以泥石流每秒移动数米的速度移动，然后才撞击房屋。迪特里希说，初始滑坡的大小将影响水流的深度和速度，以及水流向下坡进入峡谷的距离。

借助早期的计算机模型，Dietrich和他的同事能够更精确地指出山坡上可能发生山体滑坡的地方。例如，在2015年，Bellugi和Dietrich使用他们的计算机模型来预测俄勒冈州库斯湾一个经过充分研究的山坡上的浅层滑坡，而这些滑坡触发的暴风雨完全基于这些物理量度。这些模型使用LiDAR数据来计算陡度以及水如何沿斜坡向下流动并影响斜坡内部的孔隙压力。该地区降雨的季节性历史记录，有助于评估地下水的含量;并估算土壤和根系强度。

在新论文中，位于英国泰恩河畔纽卡斯尔的纽卡斯尔大学的Bellugi和David Milledge在两个截然不同的景观上测试了滑坡预测模型：俄勒冈州一个非常陡峭，深深蚀刻和林木的山坡，以及光滑，草皮，平缓的山坡。英格兰传奇的湖区的倾斜冰川谷。

出乎意料的是，他们发现小型和大型浅层滑坡在两种景观中的分布都非常相似，如果考虑到额外的一条信息，即这些山坡上的山坡强度的变化性，就可以预测到。他们发现，如果条件(土壤强度，根部强度和孔隙压力)在短距离内变化不大，则小型滑坡会变成大型滑坡。从本质上讲，即使连接了更易滑动的斜坡，小滑道也可以通过连接孤立的易滑区域而在斜坡上传播并变得更大。

贝卢吉(Bellugi)“即使彼此之间足够近，这些可能受浅层滑坡影响的区域也可以合并，即使彼此之间足够近。然后，您可能会有一个大的滑坡，其中包含一些低强度的小块土地。”说。“这些低强度的地块可能被强壮的区域隔开-它们可能茂密的森林或较不陡峭或较干燥-但是如果它们没有很好地分开，那么这些区域可以合并并形成巨大的滑坡。”

Dietrich补充说：“在山坡上，有树木和地形，我们可以看到它们并对其进行量化。” “但是，从表面开始，一直到地面，在模型中我们需要大量的东西，现在我们无法在大范围内进行量化：土壤深度和根系强度的空间变化以及地下水流的影响，会从下面的基岩中涌出并影响土壤孔隙压力。”

Dietrich说，要在整个斜坡上获得如此详细的信息是一项艰巨的努力。在俄勒冈州和湖区的斜坡上，研究人员步行或扫描了整个区域，以绘制植被，土壤成分和深度的图，并一米一米地经过滑道，然后再细心地估算根部强度，这对于大多数斜坡来说都是不切实际的。

“这就是说，要预测滑坡的大小和大小分布，我们有一个很大的障碍，将很难穿越，但我们需要这样做，以便能够表征地下材料的特性。” Dietrich说。“ Dino的论文说地下的空间结构很重要。”

研究人员以前的现场研究发现，例如，破裂的基岩可以使局部地下水流流动并破坏原本稳定的斜坡，而这是通过航空勘测尚无法观察到的。