公告/发布日期:2016/11/14

米乐(中国)官方网站 紧急调查揭示鬼怒川洪水造成的洪水沉积特征

-从地质地层中破译历史洪水历史的关键-

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  • 一项世界上前所未有的研究,阐明了现代洪水引起的地质现象
  • 阐明洪水过程与洪水沉积物和侵蚀疤痕蔓延之间的关系
  • 为提高防灾意识做出贡献,作为未来的教训


摘要

国立产业技术综合研究所[中钵良二会长](以下简称“AIST”)活断层与火山研究部[研究主任桑原康人]俯冲带地震历史研究组、筑波大学和南密西西比大学的松本丹研究员对2015年9月因关东和东北地区暴雨而泛滥的鬼怒川洪水沉积物进行了紧急调查,明确了此次洪水造成的洪水流量和洪水沉积物的特征。

 在基于地质信息的灾害历史研究中,对地质地层中遗留的过去沉积物的研究较多,但在灾害发生后,地层受到气象现象或人类干扰之前立即进行调查的例子却很少。通过对鬼怒川泛滥造成的沉积物进行详细调查,我们弄清楚了洪水沉积物是如何形成的,以及沉积物中如何记录洪水的速度和方向。鬼怒川河水泛滥后,随着溃堤前后洪水流速的变化,沉积物的特性发生了变化。因此,认为洪水流速的变化记录在地质地层中。预计此类重复调查将用于估计洪水的频率和规模,从而对自然灾害进行更准确的风险评估。

 这项研究的详细信息可以在2016年9月28日的国际期刊上找到科学报告发表在杂志上。

溃堤洪水的流向和变化图
从塌陷的堤坝溢出的水流的方向和变化(D Matsumoto等人修改自 (2016) Sci代表)


研究的社会背景

 特大海啸、大规模洪水等自然灾害几十年就会发生一次,甚至更为罕见,因此记录很少。这也是防灾措施困难的原因之一。 2011年东北大地震后,通过补充人类记忆和书面记录,或者进一步回溯来研究过去灾难的记录变得更加重要。为了开展此类研究,有必要检查洪水和海啸实际形成的沉积物并阐明其特征,但这些沉积物由于救灾和恢复工作而迅速消失。因此,需要在灾害发生后立即进行调查,以获得稀有信息。

研究历史

 日本频繁发生大规模洪涝灾害。当发生此类洪水时,主要从河流工程的角度进行调查,例如堤坝溃决和地面侵蚀,但尚未对洪水形成的洪水沉积物进行详细研究。 2015年9月,AIST筑波中心附近的市町村发生了水灾,我们立即前往现场进行了紧急调查。

研究内容

 由于“2015年9月关东、东北暴雨”,鬼怒川泛滥,导致堤防崩塌,我们测量了常总市御坂地区周围洪水的流向和深度。我们还观察到了洪水流动造成的侵蚀和沉积的痕迹。

 根据倒下植物的方向和沉积物表面的微小地形,在 54 个位置测量了洪水的流向(图 1 左)。根据墙壁上留下的水迹和漂浮物体的高度,测量了 34 个地点的洪水深度。对于侵蚀和沉积痕迹,沿洪水流线设置了两条测线,共在23个地点进行了观测(图1右)。

沿着洪水流动形成的凹槽状侵蚀痕迹(左)和洪水沉积物(右)
图 1:沿着洪水流动(左)和洪水沉积物(右)形成的通道状侵蚀痕迹。
洪水沉积深度达 60 厘米。

 现场采集的洪水泥沙样品带回实验室观察,软 X 射线照片肉眼看不见的内部沉积构造另外,粒度分析(测量沉积的沉积物颗粒的大小)和硅藻分析(什么样的沉积物)硅藻(检查是否含有硅藻))进行了。

 从粒度分析和沉积结构观察所揭示的特征来看,洪水沉积物分为底部、下部和上部三部分,各部分是根据河流洪水过程形成的。该基底是洪水初期河水漫过堤防的浊水阶段沉积物,由于其仅分布在调查区南断面线附近,因此认为初期洪水是沿南断面线流动的。下部在洪水泛滥后、溃决前随着水流加强而沉积,并从溃口处扩散到较远的地方。上部是随着溃堤后强流逐渐消退而沉积的,仅分布在决口附近。这样,我们就能够根据洪水沉积物的扩散来确认洪水流向的变化(图2)。

洪水沉积物分类和蔓延图解
图2 洪水沉积物的分类和扩散(D Matsumoto修改数据来自 (2016) Sci代表)

 硅藻分析还表明,沉积物中所含硅藻的类型根据洪水过程的不同而不同,这支持了洪水过程对应于洪水沉积物的三种分类的观点。

 这样,本研究的结果就实证了大洪水引起的地质现象。

研究的意义

 通过继续和积累科学地描述特大洪水期间实际发生的现象的研究(例如本研究的案例),可能可以准确识别过去洪水和海啸造成的沉积物。预计这将提高过去地质分析的准确性,并对大规模自然灾害进行准确的风险评估。人们还相信,这将有助于吸取未来的经验教训并提高防灾意识。

查询

活断层与火山研究部俯冲带地震史研究组
研究员 Dan Matsumoto 电子邮件:dan-matsumoto*aistgojp(发送前请将 * 更改为 @。)



术语解释

◆软X射线照片
X射线中,波长相对较长(10-8-10-10m) 称为软 X 射线。与 X 射线摄影类似,透光能力会根据材料的物理特性而变化,从而可以将内部结构视为图像。肉眼无法看到的模糊结构可能在软射线照片上可见。[返回来源]
◆沉积构造
沉积物内发现的各种形状的结构。它是沉积物形成时形成的,可以用来推断沉积物中的颗粒是如何输送以及如何沉积的。[返回来源]
◆粒度分析
研究沉积物中包含的各种尺寸颗粒的尺寸分布(粒度),从细泥和沙子到大砾石。可以使用多种方法测量粒径,从筛子等简单仪器到使用激光的设备。通过粒度分析确定沉积物的粒度有时可以推断出沉积物是如何形成的。[返回来源]
◆硅藻
一种单细胞植物,生长在有水的环境中,从淡水到海水。众所周知,它可以在所有有水分的环境中生长,例如海水、咸水和淡水。通过检查沉积物中硅藻的类型(硅藻分析),可以估计沉积物的来源。[返回来源]