地震引发的级联滑坡的长期演变:2008年汶川地震15年后的研究进展

《Journal of Hydrology》:Long-term evolution of earthquake-triggered cascading landslides: insights from 15?years after the 2008 Wenchuan earthquake

【字体: 时间:2026年03月25日 来源:Journal of Hydrology 6.3

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  本研究基于2008年汶川地震后15年的综合野外调查和遥感分析,揭示了滑坡活动快速衰减规律及河流床侵蚀动态。结果显示,流域内滑坡活动速率从2010年的24.5%降至2021年的4.7%,约82%的易侵蚀材料滞留在坡地及河道中。与全球其他主要地震相比,汶川地震的长远地质影响受场地特定地质条件制约,为优化地震后灾害预测和减灾策略提供科学依据。

  
董聪|张帅|张立敏|宋家乐|任伟龙
中国浙江省杭州市,浙江大学软土与地质环境工程教育部重点实验室

摘要

山区发生的强烈地震可能引发大规模的山体滑坡,在暴雨期间导致一系列连锁灾害。未能预测其长期影响可能会导致意外损失。以往的研究主要集中在单个事件上,对包括山坡堆积物、沟道堆积物、泥石流物质以及相关河床高程变化在内的系统级长期演变关注有限。2008年汶川地震提供了一个分析连锁山体滑坡复杂生命周期的机会。我们进行了15年的全面野外调查和遥感分析,发现山体滑坡活动迅速减弱,河床高程也发生了动态变化,侵蚀过程大约在地震发生六年后开始。我们观察到流域内达到了一个平衡状态,物质移动率从2010年的24.5%下降到2021年的4.7%。大约82%的可侵蚀物质仍留在山坡和沟道中。与其他研究较为充分的主要地震相比,汶川地震的长期影响预计将持续存在,这受到特定地质条件的影响。研究长期物质移动有助于提高灾害预测和缓解能力,以最小化相关风险。

引言

大型大陆地震经常引发大规模的山体滑坡,产生大量碎屑,对构造活跃的山区侵蚀作用显著(Keefer, 1994; Li et al., 2016; Song et al., 2022; Wang et al., 2015; Yanites et al., 2010)。这些滑坡的规模和分布主要受坡度陡峭程度和地震震动强度的控制(Marc et al., 2017; Medwedeff et al., 2020; Meunier et al., 2007; Valagussa et al., 2019)。这些碎屑通常会长期存在,并通过扩散过程逐渐侵蚀进入河流系统(Francis et al., 2020; Zhang et al., 2012)。当与水混合时,这些碎屑会迅速形成泥石流,成为重要的次级沉积物来源(Dahlquist et al., 2018; Dai et al., 2026; Zhang and Zhang, 2017)。在某些情况下,山体滑坡或泥石流产生的碎屑会堵塞河道,形成临时坝体。这些坝体的溃决可能导致灾难性的洪水爆发,增加下游沉积物量,重塑河道,加剧河道侵蚀,对下游居民构成严重威胁(Liu et al., 2024; Zhang et al., 2016)。这些过程强烈影响山带的长期侵蚀平衡,并不断重塑山地景观(Egholm et al., 2013; Li et al., 2020; Malamud et al., 2004)。因此,了解地震后的整个连锁过程和物质移动的长期演变对于改进灾害缓解和减少地震后重建中的损失至关重要。
2008年发生在中国的汶川地震引发了大规模的同震山体滑坡(图1(a)),留下了大量松散的碎屑。在随后的几年里,降雨反复激活了这些堆积物,引发了频繁的泥石流(图1(b–h))并形成了临时滑坡坝(图1(c, e–f))。这些连锁灾害导致地震后几年河床显著抬升,近年来则出现了明显的侵蚀趋势(图1(i–l))。这一系列地貌变化为研究地震后的物质移动过程提供了宝贵的机会。Tang et al. (2011) 和 Zhang et al. (2014b) 发现,汶川地震后山体滑坡活动逐渐减少,较大的堆积物重新激活的频率高于较小的堆积物。随着植被逐渐恢复,松散的堆积物趋于稳定,山坡和沟道中仍留有大量同震碎屑(Chen et al., 2020; Fan et al., 2018; Francis et al., 2022; Shen et al., 2020)。Wang et al. (2024) 根据环境指标表明,地震后恢复到地震前的山体滑坡活动水平通常需要5-25年。随着活跃山体滑坡的减少,堆积物向下游沟道迁移,表现出相应的下降趋势(Dai et al., 2021; Xiong et al., 2022),从而导致泥石流活动减少(Zhang et al., 2023; Zhang and Zhang, 2017)。山体滑坡持续输送的沉积物增加了下游河流中的悬浮沉积物浓度,这一点通过水文测量得到了证实(Wang et al., 2015; Wang et al., 2017)。然而,这些研究往往集中在单个事件上。正如Li et al. (2025) 所指出的,河流以悬浮负荷和床负荷两种形式输送沉积物,但对地震后床负荷通量的直接测量仍然有限。因此,对地震后系统级物质移动的全面理解仍然不完整。为填补这一空白,我们进行了野外测量,评估了汶川地震后八年的物质移动演变情况,包括河床高程变化(Zhang et al., 2016)。在此基础上,持续监测一直进行到2023年,提供了更全面和延长的物质移动记录,为了解重大地震的长期地貌响应提供了关键见解和新数据。
本研究关注的是2008年汶川地震震中附近玉溪河沿岸约100平方公里的区域,包括围绕映秀的28个流域。在随后的15年里,该地区经历了多次由降雨引发的灾害(图1)。通过全面的野外调查和遥感分析,我们记录了每次事件,以研究地震后物质移动的长期演变。我们进一步分析了这些连锁灾害之间的相互作用,量化了与物质移动相关的沉积物预算,并将其与全球其他重大地震后的影响进行了比较。

研究区域

研究区域位于中国西南部四川盆地的西北边缘,靠近2008年汶川地震的震中映秀(图2)。根据地形数据,确定了28个流域(C1-C28),总面积约为85平方公里。该地区是青藏高原向四川西部平原的过渡地带,地形以崎岖的山脉和深切的河谷为特征,坡度陡峭。

数据收集

采用光学图像解释技术结合野外验证来描述山坡堆积物、沟道堆积物和泥石流物质。2008年至2023年间获取的遥感图像特征总结在表1中。2009年3月、2010年8月、2011年11月、2013年12月、2014年12月、2015年12月、2016年12月、2017年12月、2018年4月、2019年7月和12月、2021年12月以及2023年5月进行了广泛的野外调查。

山体滑坡的衰减过程

汶川地震破坏了陡峭地表的岩层,导致山坡基底不稳定,在降雨期间增加了山体滑坡活动(Zhang and Zhang, 2017)。研究区域内的新发山体滑坡主要由降雨事件触发(图4(a–k))。2010年8月13日的强暴雨是地震后的第一次重大风暴,与2008年相比,山体滑坡的发生次数增加(表2)。然而,无论是单个滑坡面积(从10^4–10^5平方米减少到10^3–10^4平方米)还是...

物质移动过程的灾害响应链

汶川地震后的活跃物质移动构成了一个灾害响应链(图14)。强烈的地震震动引发了大规模的山体滑坡,尤其是在地形放大效应和剪切阻力降低的陡坡上(Fan et al., 2019)。这些滑坡产生了大量松散物质,这些物质在山坡和沟道中重新分布。在天气相对稳定和植被逐渐恢复的时期...

结论

大地震后伴随的降雨会导致多种灾害,如山体滑坡、泥石流和因滑坡坝体溃决而引发的洪水,从而导致长时间的物质移动。这些灾害可以独立发生,也可以同时发生,形成一个连锁的灾害响应链。我们对2008年汶川地震震中附近15年内的物质移动进行了全面研究,发现山体滑坡活动迅速减弱,并呈现出波动的下降趋势...

作者贡献声明

董聪:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,可视化,验证,方法论,调查,正式分析,数据管理,概念化。张帅:撰写 – 审稿与编辑,撰写 – 初稿,验证,资源获取,方法论,调查,资金获取,正式分析,数据管理,概念化。张立敏:监督,方法论,调查,数据管理,概念化。宋家乐:撰写 – 审稿与编辑,

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金(项目编号:52278376;51988101)的资助。
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