科學家們如何使用無人機降低大型冰川湖發生災難性洪水的風險

圖片 從一架無人飛行器上拍攝的秘魯拉卡湖景色。 (Rodrigo Narro Pérez),作者提供

13 年 1941 月 XNUMX 日清晨,秘魯瓦拉斯的市民聽到山谷中傳來可怕的隆隆聲。 幾分鐘之內,一股水、冰和岩石的洪流傾瀉而下,覆蓋了這座城市, 摧毀了它的三分之一併殺死了至少 2,000 人.

岩石和鬆散沉積物的天然壩 阻止 Palcacocha 湖失敗了. 八十年後,它的崩潰 仍然是秘魯最悲慘的自然災害之一.

這種類型的災難性事件被稱為“冰川湖潰決洪水”。 冰川湖,例如在安第斯山脈的布蘭卡山脈中發現的那些,經常被 可以達到 100 米以上高度的冰磧. 它們令人印象深刻,但往往不穩定。

強降雨和岩石、雪或冰雪崩會提高冰磧壩冰川湖的水位,產生的波浪超過冰磧壩或導致其倒塌,釋放出大量的水。 這些自然災害預計只會 隨著氣候變暖以史無前例的速度融化冰川,在秘魯和世界各地變得更加普遍.

預測未來的洪水

這段黑暗的歷史刺激了 國際研究 進入築壩秘魯冰川湖的冰磧的穩定性。 秘魯北部的科迪勒拉布蘭卡包含 熱帶冰川最集中 在世界上。 預測這些爆發性洪水何時會發生——以及它們將有多大的破壞性——是人們非常關心的問題。 超過 320,000 人居住在下游.

野餐桌附近的扭曲鋼樑。 1996 年冰島冰川湖潰決洪水摧毀了一座鋼橋的扭曲殘骸。 (克里斯 73/維基共享資源), CC BY-SA

地質工程模型 使用湖泊的大小和體積,冰磧壩的高度、寬度和坡度,以及渠道和山谷尺寸等變量來估計冰磧壩的穩定性和洪水風險。 不幸的是,這些模型沒有包含很多關於冰磧壩組成的信息,根據其位置和形成方式的不同,這些信息可能會有​​很大差異。

我的研究是麥克馬斯特大學和 秘魯國家冰川和山區生態系統研究所 (INAIGEM), 重點是確定這些冰磧水壩的起源以及它們所阻擋的水壩和湖泊的物理特徵。 這些功能可以有 對大壩的穩定性及其破壞的可能性有相當大的影響.

使用無人機了解冰磧水壩的結構

冰川通過沿著谷底和相鄰的谷壁運輸、沉積和推動巨石、沙子和細粒淤泥和粘土而形成冰磧,通常形成一道屏障。 但是一個冰磧可能比另一個穩定得多,這取決於它包含的材料及其形成方式。

水可能會從冰磧堆疊層中的薄弱點滲漏,帶走沉積物,或者在地震等乾擾後鬆散的岩石可能會掉落。 這些弱點使冰磧大壩更有可能完全倒塌。 定位這些薄弱點是預測湖壩穩定性的重要一步,可以讓地球科學家和工程師設計更有效的修復策略。

我和我的同事正在分析冰島南部沿冰川兩側形成的大型橫向冰磧的結構,使用無人駕駛飛行器(無人機或無人機)收集高分辨率圖像。 我們 使用這些圖像識別和分類粗粒和細粒沉積物的區域 這可能會形成漏水和沈積物清除區,並導致大壩倒塌。 我們計劃在 2022 年初對 Cordillera Blanca 的冰磧水壩進行類似的高分辨率無人機調查。

該研究將提高預測模型的可靠性,以識別潛在的冰川湖洪水災害。 它還將確定最需要修復工作的區域,例如建造額外的出口通道或裝甲屏障,以加強冰磧。

人們站在大壩上俯瞰冰川湖 1977 年在秘魯拉卡湖完成的修復工作包括建造一座大壩。 (Rodrigo Narro Pérez),作者提供

這將特別重要,因為冰川融化得更快,這些天然冰磧水壩的蓄水量不斷增加,洪水的破壞力也在不斷增加。 卡爾加里大學研究人員最近的一項研究 表明自 50 年以來,全球冰川湖中的水量增加了 1990%。

自 19 世紀初以來,估計 冰磧堰塞冰湖潰決洪水已發生165次. 此外,大約 全球 12,000 人死亡可直接歸因於冰川洪水.

我們在秘魯的研究將為冰磧大壩穩定性提供新的見解,可應用於其他地區, 比如玻利維亞, 喜馬拉雅山加拿大洛磯山脈,隨著氣候變暖繼續融化冰川,冰川湖爆發洪水的風險也在增加。

關於作者

Rodrigo Narro Pérez,博士候選人,麥克馬斯特大學地球、環境與社會學院
 

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