高山地区强降雨对倒石锥稳定性的长期监测研究——以高塔特拉山小冷谷为例

《Landslides》：Long-term monitoring of torrential rainfall effects on talus cones stability in the alpine terrain (the High Tatras)

本刊推荐一项关于高山倒石锥稳定性的创新研究。为解决气候变化导致强降雨频发引发的山地游客安全问题，研究人员在斯洛伐克高塔特拉山国家公园对小冷谷东西两侧倒石锥开展长期监测。通过GPS精确定位93个样本，发现最大位移达81.59米，揭示强降雨（>40 mm/天）、基岩倾角与重力/水流作用的协同影响机制。该研究为高山地质灾害预警和旅游路线规划提供重要科学依据。

　　

在斯洛伐克最受欢迎的高塔特拉山国家公园，每日旅游旺季接待量高达2万人次，而众多徒步路线正穿越于高山倒石锥（talus cones）这种不稳定地貌。随着气候变化导致极端强降雨事件频发，倒石锥的稳定性问题日益成为威胁游客安全的隐形炸弹。传统研究多采用激光扫描等新兴技术，但受国家公园鸟类保护条例限制，本研究另辟蹊径，通过经典而精确的GPS监测手段，首次揭示了对向坡向上倒石锥在相同气候条件下的差异化运动规律。

研究团队选取小冷谷内东西对峙的两个倒石锥为研究对象，在海拔1600米以上区域布设14条监测线、93个标记样本。通过2018年6月至2021年10月的持续观测，结合全站仪与GNSS RTK/RTN测量技术，发现东倒石锥（ETC）最大位移量达81.59米，远超西倒石锥（WTC）的6.70米。这种显著差异与坡向（东坡73.78°、西坡157.30°）、基岩倾角及水力作用模式密切相关。特别值得注意的是，尽管东倒石锥运输区坡度（47.65°）略大于西侧（46.16°），但其积累区坡度（21.19°）明显更缓，这种地形组合更易形成"念珠状"输水通道，在强降雨时产生类似传送带的碎屑输送效应。

关键技术方法包括：1）基于Leica TS02全站仪（测角精度7″，测距精度1.5 mm+2.0 ppm）的精密大地测量；2）SKPOS网络支持的GNSS RTK/RTN动态定位；3）对93个天然石块样本（尺寸＞10 cm，重量8.5-26.0 kg）的反射标记与三维坐标追踪；4）结合Lomnicky峰气象站（2634 m a.s.l.）10年降水数据的相关性分析。

样本运动特征

监测数据显示位移具有明显时空分异。东倒石锥第2、3监测线样本运动最为活跃（最大位移46.16 m），而西倒石锥最大位移出现在第4监测线（5.71 m）。四期监测中，第一期（2018.06-10）强降雨期平均位移量达0.49米，显著高于干旱期的0.11米。值得注意的是，位于东倒石锥徒步路线区域的样本运动幅度最小，证实现有路线位于相对安全区。

地质沉积分析

东倒石锥底部花岗岩基岩呈不对称拱形，促使地下水在碎屑层底部汇聚后上涌，形成推动重达25公斤石块的水动力机制。而西倒石锥因输运区狭窄（宽2-3 m）且表层碎屑较薄，水力作用显著减弱。沉积物特征显示，运输区以次棱角状（subangular）碎石（30-65 mm）为主，积累区则多为次圆状（subround）碎屑（15-30 mm），指示不同过程的改造强度。

气候影响机制

对2012-2021年极端降水数据分析发现，日降雨量＞40 mm的强降雨主要集中于5-8月。当降水量超过长期平均值（如第一期监测达140.24%），倒石锥活动性显著增强。研究首次证实该区域碎屑流启动的临界雨量可低至30 mm/天，较阿尔卑斯山区传统阈值（80-100 mm/天）更为敏感。

讨论与结论

本研究通过创新性地将GPS点阵监测与地质分析结合，揭示坡向通过影响太阳辐射强度，间接调控冻融作用频率与水分入渗模式，是导致对向坡倒石锥活动性差异的关键。悖论在于，倒石锥表面坡度并非碎屑运动的直接控制参数，而基岩形态与地下水流径才是主导因素。针对旅游安全提出的"中段布道原则"——将步道设置在能量传递主要发生于地下的锥体中段，已获现场观测证实。这项历时3年的监测不仅为高山地质灾害预警提供新范式，其创建的93个样本运动数据库更为理解气候变化下的地貌演化提供珍贵基线。